KR20210152479A - 지방흡입 및 다른 신체 윤곽성형 적용을 위한 진동 수술 기구 - Google Patents

지방흡입 및 다른 신체 윤곽성형 적용을 위한 진동 수술 기구 Download PDF

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KR20210152479A
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Abstract

본 발명은 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 환자의 조직을 이완시키기 위한 진동 핸드헬드 수술 기구에 관한 것이다. 기구는 편심 회전 매스를 갖는 진동 액추에이터에 연결되는 모터 및 진동 액추에이터에 동작적으로 연결되는 조직과 체결하기 위한 엔드 이펙터를 포함하며, 여기서 모터는 엔드 이펙터가 진동하게 하여 조직을 이완시키도록 편심 매스를 회전시킨다. 제1 단부 및 제2 단부들을 갖는 플렉서블 샤프트는 모터에 대한 진동 및 오퍼레이터 핸들에 대한 진동을 감쇠시킨다.

Description

지방흡입 및 다른 신체 윤곽성형 적용을 위한 진동 수술 기구
본 출원은 2019년 4월 10일자로 출원된 가출원 일련 번호 제62/832,281호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 통합된다.
본 발명은 지방흡입(liposuction) 및 다른 신체 윤곽성형(contouring) 수술 절차를 위한 핸드헬드 진동 디바이스에 관한 것이다.
지방흡입은 가장 통상적으로 수행되는 수술 절차 중 하나이다. 지방흡입은 과도한 지방을 제거하고 신체 윤곽들(contours)을 개선하기 위해 신체의 영역들을 슬림화하고 재성형화하는 절차이다. 지방흡입은 비만 치료와 같은 치료상 이유들 또는 미관 개선을 위한 성형 이유들을 위해 이용될 수 있다. 지방흡입은 또한 암 절제 후 여성의 가슴과 같은 볼륨 결핍의 영역들을 증대시키기 위해 자가 이식편들(autologous grafts)로서 재-주입될 수 있는 지방 조직을 채취하기 위해 종종 수행된다. 절차는 절개하는 단계, 캐뉼라(cannula)를 지방 조직에 의해 점유되는 공간으로 삽입하는 단계 및 외과의사의 팔이 조직들을 통해 전후(back and forth) 전진하는 캐뉼라를 통해 지방을 흡입하는 단계로 구성된다. 절차는 종종 매우 비효율적이어서, 상당한 양의 신체 활동을 외과의사 측에 요구하며, 특히 진입 부위 절개 및 따라서 결과적인 흉터의 크기를 최소화하기 위해, 캐뉼라의 구경(직경)은 2 mm 내지 5mm로 제한된다. 이것은 진입 부위를 흉터가 숨겨질 수 있는 소수의 해부학적 영역으로 제한하고 그 뒤에 캐뉼라 이동에 의해 영향을 받는(이완된/파단된) 조직 영역으로 제한된다. 그러한 지방흡입 기술로부터의 다른 중요한 합병증은 지방이 불균일하게 채취되는 경우 발생할 수 있는 보기 흉한 표면 윤곽 불규칙성이다.
외과의사 피로도를 감소시키고 프로세스에 도움을 주는 것으로 보고되는 기존 기술들 중 하나는 파워-보조 지방흡입 디바이스(power-assisted liposuction device; PAL)를 사용한다. 그러한 디바이스의 예는 미국 특허 번호 제 5,911,700호에 개시된다. 디바이스는 외과의사의 모션에 잭해머의 그것과 유사한 40 Hz 내지 90 Hz의 주파수 범위에서 캐뉼라의 1 mm 내지 3 mm의 앞뒤로 움직이는(to-and-fro) 왕복 모션을 추가한다. 이러한 절차는 종종 진동 지방흡입으로서 지칭되지만, 디바이스는 진정으로 진동하지 않고 오히려 캐뉼라가 동일한 선형(종방향) 축을 따라 왕복하게 한다. PAL 기술은 외과의사의 수고를 감소시키지만 채취(harvesting)는 여전히 캐뉼라에 의해 주름이 잡힌 동일한 선형 채널을 통해서이며, 그것에 의해 디바이스에 의해 영향을 받는 영역을 본질적으로 캐뉼라 직경으로 제한한다.
지방흡입을 돕기 위해 설계되는 다른 디바이스는 미국 특허 번조 제9,457,177호에 공개되고, 캐뉼라 길이에 따라, 팁(tip)에서의 일부 진동과 함께 앞뒤로 움직이는 모션의 조합을 포함하는 흔들림 모션(nutational motion)을 캐뉼라에 부여한다고 주장한다. 그러나, 이러한 디바이스에 수반되는 메커니즘은 진동을 직접 유도하지 않지만 그 대신, 채널 내부에서 전후로 이동하는 피스톤의 갑작스러운 해머형(hammer-like) 타격들을 사용함으로써, 캐뉼라에 교번하는 전후 이동에 더하여 일부 진동 효과를 전달한다.
지방흡입을 돕기 위해 또한 설계된 다른 디바이스(Vibrasat®, Moeller Medical)는 캐뉼라에 아마도 조직들을 이완시키고 보다 효율적으로 채취하는 것을 돕기 위한 모션과 같은 아치형 진자(arcuate pendulum)를 부여한다. 이것은 왕복하는 PAL과 같은 동일한 주름이 잡힌 터널로부터 채취하는 것에 더하여, 스위핑 모션(sweeping motion)이 추가적인 선형 횡단 경로를 따라 채취하기 때문에 PAL에 대한 개선으로서 일부에 의해 고려된다.
조직 외상 및 환자 회복 시간을 감소시킬 뿐만 아니라 성형 이유들을 위해 지방흡입을 위한 절개의 크기를 제한하는 것이 바람직하다. 그러나, 그러한 작은 절개로, 전술한 디바이스들은 그들의 조직 채취 범위에서 제한된다. 따라서, 절개의 크기를 증가시키는 것 없이 조직 채취의 범위를 증가시키는 것이 유리할 것이다.
더욱이, 전술한 디바이스들은 종종 윤곽 결함들(contour defects)을 생성한다. 표면 윤곽 결함 합병증들을 더 양호하게 재-드레이프(re-drape)하고 회피하는 것을 도울 수 있는 지방흡입 디바이스를 제공하는 것이 유리할 것이다.
생물학적 조직들에 적용되는 저주파 진동은 직접적인 갑작스러운 강한 타격력보다 더 적은 손상 위험으로 그들의 섬유혈관 구조 프레임워크를 이완시킬 수 있다. 다수의 가정용 아이템(예를 들어, 칫솔, 면도기 등등) 및 개별 디바이스(예를 들어, 진동 테이블, 깔대기, 콤팩터 등등)는 마찰을 감소시키고 입자 물질, 유체, 및/또는 공기 방울의 유동(flow), 콤팩션(compaction), 및/또는 확산을 개선하기 위해 진동에 의존한다. 일부 의료 디바이스들은 또한 골손실을 방지하거나, 근육량을 증가시키거나, 기도들 내의 점액을 이완시키기 위해 저주파 진동을 사용한다.
진동 주파수는 초저주파 범위(1-20 헤르츠), 음파 범위(20-104 헤르츠), 초음파 범위(104-109 헤르츠), 또는 극초음파 범위(>109 헤르츠)에 있을 수 있다. 다수의 의료 디바이스들은 진단 용도를 위해 또는 치료 용도를 위해 초음파 진동을 이용한다. 지방흡입을 용이하게 하는 것으로 보고되는 일부 디바이스는 고주파들에서 초음파 진동을 이용한다. 이들 고주파들은 조직 외상을 야기할 수 있고 신체 윤곽성형 절차에 대해 불리할 수 있다.
자가 이식(autologous grafting)이 크기를 증가시키거나 주요 신체 육곽 결함들, 예컨대 소유방증(micromastia), 유방절제(mastectomy), 또는 종괴절제(lumpectomy) 변형들을 교정하기 위해 수행될 때, 이식 조직(graft tissue)으로 결핍을 충진하는 것은 충분하지 않다. 대신에, 조직들의 섬유성 흉터 및 임의의 제한적인 섬유혈관 구조 프레임워크는 또한 추가적인 볼륨을 수용하기 위해 이완되어야 한다. 수혜자 부위(site)를 미국 특허 번호 제8,066,691호에 개시되는 것과 같은 그러한 효과로 준비하기 위해 외부 확장을 사용하고/하거나, 미국 특허 번호 제D796,671호 및 제D801,523호 및 미국 특허 공개 제150032143호에 개시되는 바와 같이, 확대될 조직들을 경피적으로 메쉬 확장할 수 있는 디바이스를 사용하는 동안에, 확장은 여전히 제한된다.
이식 입자들의 삽입을 용이하게 하고 이식 입자들의 분산(dispersion)을 개선하기 위해 이식을 위한 공간을 개선하고 비뉴톤(non-Newtonian) 유체들의 확산 및 흐름을 개선하는 것이 유리할 것이다(지질 흡인물은 비뉴톤 유체이다).
진동 핸드피스들은 현재 개인 마사지를 위해 통상적으로 사용되는 신규 아이템들에서 발견될 수 있다(예를 들어, 미국 특허 번호 제3,370,583호 및 제5,925,002호). 그러나, 이들 핸드피스들은 수술 기구들에 연결되도록 설계되지 않고 그들은 살균가능하고, 환자들 내부로 도입되기에 충분히 안전한 등의 오토클레이브(autoclave)와 같은 FDA 승인 수술 디바이스들에 필요한 많은 특징이 부족하다. 또한, 이들 핸드피스들은 지방흡입 캐뉼라들에 연결되도록 설계되지 않고 지방흡입 또는 다른 신체 윤곽성형 수술 절차에 대해 효과적으로 사용될 수 없다.
다수의 소형 전기 디바이스는 원하는 진동들을 생성하기 위해 편심 회전 매스들(eccentric rotating masses: ERM)을 사용한다. 그러나, 전기 회전 엔진, 예컨대 경보 부저들 및 소형의 가정용 아이템들에 직접 결합되는 ERM을 갖는 진동기들은 종종 크기 및 파워에서 제한된다. ERM에 직접 연결되는 더 큰, 보다 강력한 엔진들은 진동 마모(wear) 및 인열(tear) 손상으로부터 그들을 보호하기 위해 매우 견고한 구성들(추가의 강한 베어링들, 파스너들, 댐퍼들 등)을 필요로 한다.
본 발명은 종래 기술의 문제들 및 결함들을 극복한다. 본 발명은 최적화된 속도(rate) 및 주파수에서 조직을 이완시키거나 파단함으로써, 수술적 효과를 제공하는 동안 조직 외상을 회피하는 것과 조직 무결성에 부정적으로 영향을 미치는 것 사이에서 효과적으로 균형을 맞추는 진동 디바이스를 제공한다. 본 발명의 디바이스들은 또한 체강에 액세스하기 위해 사용되는 수술 절개의 크기를 불리하게 증가시키는 것 없이 캐뉼라 직경보다 더 큰 영역에서 조직을 파단/이완시킨다. 이것은 충격 단자 진동들 상에 발진들(oscillations) 및 헤드(head) 둘 다를 생성하는 고조파 또는 순수 진동, 횡방향 아치형 발진들 및 피스톤의 전후 모션을 사용하지 않는, 캐뉼라의 왕복 이동, 캐뉼라들의 전후 모션을 야기하는 교류 및 자기장들을 사용하는 전기기계 트랜스듀서들의 단점들 및 결함들을 회피하는 동안, 수반되는 구동 시스템 및 진동 감쇠 시스템과 함께, 디바이스의 선택된 진동 모션에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 환자의 조직을 이완시키기 위한 진동 핸드헬드 수술 기구가 제공되며, 기구는 모터 및 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 회전 플렉서블 샤프트를 포함한다. 제1 단부는 모터 샤프트에 동작적으로 연결된다. 진동 액추에이터는 회전 플렉서블 샤프트의 제2 단부에 동작적으로 연결되는 편심 회전 매스(mass)를 포함한다. 조직과 체결하기 위한 엔드 이펙터(end effector)는 진동 액추에이터에 동작적으로 연결되며, 여기서 모터는 엔드 이펙터가 진동하게 하여 조직을 이완시키도록 편심 매스를 회전시킨다.
일부 실시예에서, 엔드 이펙터는 진동 액추에이터에 영구적으로 연결되며; 다른 실시예에서, 엔드 이펙터는 진동 액추에이터에 제거가능하게 장착된다.
일부 실시예에서, 엔드 이펙터는 원위 부분에 적어도 하나의 개구를 갖는 캐뉼라(cannula) 및 유체를 환자에 주입하는 것 및/또는 환자로부터 조직을 흡인하는 것 중 하나 또는 둘 다를 위한 루멘(lumen)을 포함한다.
일부 실시예에서, 엔드 이펙터는 회전 샤프트의 종방향 축과 정렬되며; 다른 실시예에서 엔드 이펙터는 회전 샤프트의 종방향 축으로부터 오프셋된다.
일부 실시예에서, 기구는 엔드 이펙터의 진동을 감쇠시키고 모터를 진동 액추에이터에 연결하기 위해 모터용 하우징과 진동 액추에이터 사이에 연장되는 감쇠 메커니즘(dampening mechanism)을 포함한다. 일부 실시예에서, 감쇠 메커니즘은 샤프트 위에 위치되는 제1 스프링 및 제1 스프링 위에 위치되는 제2 정적(static) 스프링을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 커플러는 제1 단부에서 모터의 샤프트에 연결되고 다른 단부에서 회전 편심 매스가 회전하는 샤프트에 연결된다.
일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 진동 액추에이터의 고조파 또는 순수(진성) 진동의 주파수 또는 진폭 중 적어도 하나를 선택적으로 조정하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 그것이 공진에 도달하거나 회피하기 위해 치료된 조직들의 고유 진동 주파수로 디바이스의 진동을 튜닝하는 것을 허용하는 정보를 수신하는 센서 및 서보 제어 메커니즘을 포함한다.
일부 실시예에서, 회전 편심 매스는 순수하게 진동 모션을 엔드 이펙터에 부여하며; 다른 실시예에서, 회전 편심 매스는 엔드 이펙터에 부여되는 진동 모션(vibratory motion)과 함께 엔드 이펙터에 상호 모션(reciprocal motion)을 부여한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 환자의 조직을 이완시키기 위한 진동 핸드헬드 수술 기구가 제공되며, 기구는 환자로의 유체 주입 또는 환자로부터 조직의 흡인 중 하나 또는 둘 다를 위한 루멘을 갖는 캐뉼라, 모터 및 모터에 동작적으로 연결되는 진동 액추에이터를 포함하며, 모터는 진동 모션을 캐뉼라에 부여하여서 진동이 다수의 축에 있도록 진동 액추에이터를 작동시킨다.
일부 실시예에서, 모터는 진동 모션과 함께 캐뉼라에 상호 모션을 더 부여한다.
일부 실시예에서, 캐뉼라는 진동 액추에이터에 제거가능하게 장착된다.
일부 실시예에서, 진동 액추에이터는 샤프트 및 샤프트 상에 장착되는 회전 편심 매스를 포함한다. 일부 실시예에서, 캐뉼라는 샤프트의 종방향 축으로부터 오프셋된다.
일부 실시예에서, 모터는 진동 액추에이터에서 편심 회전 매스에 직접 결합되고 감쇠 구성요소는 수동 코일을 통해 오퍼레이터의 손을 보호한다.
일부 실시예에서, 추가적인 왕복 모션(reciprocating motion)은 진동 구성요소에 연결되거나 이와 상호작용하는 별도의 솔레노이드(solenoid) 메커니즘에 의해 작동된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 다음 단계를 포함하는 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 연조직의 이완(loosening)을 수행하기 위한 방법이 제공된다: a) 모터, 모터에 동작적으로 연결되는 진동 액추에이터 및 진동 액추에이터에 동작적으로 연결되는 캐뉼라를 갖는 핸드헬드 디바이스를 제공하는 단계; 및 조직에서 캐뉼라의 진동을 초래하기 위해 진동 액추에이터의 회전을 초래하도록 모터를 작동시키는 단계, 여기서 디바이스의 오퍼레이터는 모터를 진동 액추에이터에 연결하는 감쇠 메커니즘에 의해 진동들로부터 차폐된다.
일부 실시예에서, 방법은 진동들에 의해 연조직으로부터 축출되는 지방을 캐뉼라를 통해 추출하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 진동 동안 또는 진동 후에 연조직으로 유체들, 치료제들 또는 이식편(graft)을 주입하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 치료된 조직의 섬유혈관 구조 프레임워크를 이완시키고 또한 조직 성형(shaping) 및 리모델링을 유도할 수 있는 염증성 반응들을 유도하기 위해 로드(rod) 또는 조직 파일(tissue file)을 삽입하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은 진동들의 주파수 또는 진폭 중 적어도 하나를 선택적으로 조정하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예에서, 모터 주위의 파지 부분(gripping portion)은 외과의사의 손에 대한 진동들의 전달을 더 감소시킬 수 있는 고무, 폼(foam), 리브들(ribs), 또는 다른 기하학적으로 설계된 3차원 구조를 포함하는 감쇠 커버를 갖는다.
본 발명이 속하는 당업자들이 본원에 개시되는 수술 장치를 제조하고 이용하는 방법을 보다 쉽게 이해하도록, 그 바람직한 실시예들은 도면들을 참조하여 이하 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 디바이스의 일 실시예의 사시도이고;
도 2 및 도 3은 구동 메커니즘 하우징 및 진동 액추에이터 하우징의 일 부분이 내부 구성요소들을 도시하기 위해 제거된 도 1의 디바이스의 측면도들이고;
도 4는 감쇠 메커니즘의 스프링들 및 진동 메커니즘의 편심 회전 매스를 도시하는 도 1의 디바이스의 내부 구성요소들의 확대도이고;
도 5는 정적 스프링이 플렉서블 회전 샤프트 스프링을 도시하기 위해 제거된 도 1의 디바이스의 내부 구성요소들의 확대도이고;
도 6a는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 진동 액추에이터에 대한 엔드 이펙터의 커플링을 도시하는 확대 사시도이고;
도 6b는 엔드 이펙터 및 진동 액추에이터에 대한 커플링의 대안적인 실시예를 도시하는 도 6a와 유사한 확대 사시도이고;
도 6c는 엔드 이펙터 및 진동 액추에이터에 대한 커플링의 다른 대안적인 실시예를 도시하는 도 6a와 유사한 확대 사시도이고;
도 7a는 엔드 이펙터의 부착 및 해제를 위한 개방 위치에 도시된 진동 액추에이터, 클램프(clamp)에 대한 엔드 이펙터의 제거가능한 연결을 위한 커플링의 대안적인 실시예의 확대 사시도이고;
도 7b는 엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 고정하기 위한 폐쇄(클램핑) 위치의 클램프를 도시하는 도 7a와 유사한 뷰이고;
도 8a는 엔드 이펙터의 부착 및 해제를 위한 위치에 도시되는 커플링인, 진동 액추에이터에 대한 엔드 이펙터의 제거가능한 연결을 위한 커플링의 대안적인 실시예의 확대 사시도이고;
도 8b는 진동 액추에이터에 부착된(고정된) 엔드 이펙터를 도시하는 도 8a와 유사한 뷰이고;
도 9a는 모터 샤프트 및 편심 회전 매스 샤프트를 연결하기 위한 도 1의 디바이스의 커넥터의 확대 사시도이고;
도 9b는 커넥터의 스프링 연장부에 대한 회전 샤프트 스프링의 부착을 도시하는 도 9a와 유사한 뷰이고;
도 10은 도 1의 디바이스의 편심 회전 매스 및 롤러 베어링들을 도시하는 확대도이고;
도 11a는 슬리브 및 캐뉼라가 후방(근위) 위치에 있는 위치에 도시된 편심 회전 매스인, 디바이스의 편심 회전 매스가 진동 및 상호 모션을 부여하는 대안적인 실시예를 도시하는 확대 측면도이고;
도 11b는 슬리브 및 캐뉼라가 전방(원위) 위치에 있는 제2 위치로 회전되는 편심 회전 매스를 도시하는 도 11a와 유사한 뷰이고;
도 12a는 외부 슬리브의 상호 이동에서 마찰을 감소시키기 위해 볼 베어링들을 갖는 대안적인 실시예를 도시하는 도 11a와 유사한 뷰이고;
도 12b는 슬리브 및 캐뉼라가 전방 위치에 있는 제2 위치로 회전되는 회전 매스를 도시하는 도 12a와 유사한 뷰이고;
도 13a는 오프셋 엔드 이펙터를 갖는 본 발명의 디바이스의 대안적인 실시예의 측면도이고;
도 13b는 오프셋 엔드 이펙터를 갖는 본 발명의 디바이스의 다른 대안적인 실시예의 측면도이고;
도 14a는 편심 매스가 캐뉼라가 전방(원위) 위치에 있는 위치에 도시된, 진동 및 상호 모션을 부여하는 디바이스의 오프셋 엔드 이펙터를 갖는 본 발명의 대안적인 실시예의 측면도이며,
도 14b는 슬리브 및 캐뉼라가 후방(근위) 위치에 있는 제2 위치로 회전되는 회전 매스를 도시하는 도 14a와 유사한 뷰이고;
도 15a는 디바이스가 진동 및 상호 모션을 부여하고, 캐뉼라가 원위 위치에 도시된, 오프셋 엔드 이펙터 및 기어 메커니즘을 갖는 본 발명의 디바이스의 대안적인 실시예의 측면도이고;
도 15b는 근위 위치에 캐뉼라를 도시하는 도 15a와 유사한 뷰이고;
도 16a는 디바이스가 진동 및 상호 모션을 부여하고, 캐뉼라가 원위 위치에 도시된, 오프셋 엔드 이펙터 및 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 자석들을 갖는 본 발명의 디바이스의 대안적인 실시예의 측면도이고;
도 16b는 근위 위치에 캐뉼라를 도시하는 도 16a와 유사한 뷰이고;
도 17a는 디바이스가 진동 및 상호 모션을 부여하고, 캐뉼라가 근위 위치에 도시된, 오프셋 엔드 이펙터 및 엔드 이펙터를 이동시키기 위한 솔리노이드 메커니즘을 갖는 본 발명의 디바이스의 대안적인 실시예의 측면도이다.
본 발명은 지방흡입, 자가 이식(grafting) 및 다른 신체 윤곽성형 적용과 같은 수술 절차를 수행하기 위한 진동 디바이스(기구)를 제공한다. 본 발명의 디바이스들은 일반적으로 진동을 부여하기 위한 모터를 포함하는 핸드피스/하우징, 진동을 생성하는 진동 메커니즘/진동 액추에이터, 진동을 감쇠시키기 위해 모터와 진동 메커니즘 사이의 감쇠 메커니즘 및 환자의 신체 조직과 체결하기 위한 진동 메커니즘에 부착되는 엔드 이펙터를 포함한다. 모터의 작동은 모터 샤프트를 회전시킴으로써 조직을 이완 또는 파단시키기 위해, 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라의 진동을 초래하도록 회전하는 진동 메커니즘을 지지하는 샤프트를 회전시킨다. 이들 디바이스들 및 그들의 메커니즘들/구성요소들의 다양한 실시예는 아래에 상세히 설명된다. 용어들 "디바이스" 및 "기구"는 본원에서 교한가능하게 사용된다는 점을 주목한다.
바람직한 실시예들에서, 엔드 이펙터는 캐뉼라의 형태이고 조직은 캐뉼라의 루멘을 통해 흡인되고/되거나 유체는 캐뉼라의 루멘을 통해 주입된다. 이것은 또한 아래에서 상세히 논의된다.
엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 고정시키기 위한 다양한 커플링이 본원에 설명된다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터는 진동 액추에이터에 비-제거가능하게(영구히) 부착되며; 대안적인 실시예에서, 엔드 이펙터는 진동 액추에이터에 제거가능하게 부착된다. 이들 다양한 커플링은 아래에서 상세히 논의된다.
일부 실시예에서, 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라는 디바이스의 종방향 축과 정렬된다. 대안적인 실시예에서, 엔드 이펙터는 종방향 축으로부터 오프셋되며, 따라서, 일부 실시예에서, 디바이스의 전체 길이를 단축시킨다. 이들 다양한 실시예는 아래에서 상세히 논의된다.
본 발명은 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라에 튜닝 포크의 팁과 유사한 진성(true) 고조파 진동을 전달하는 핸드헬드 디바이스(기구)를 제공한다. 그렇게 함으로써, 캐뉼라 팁은 캐뉼라보더 훨씬 더 넓은 원형 표면적을 커버하고 따라서 잠재적으로 더 넓은 영역으로부터 지방을 채취한다. 이것은 외과의사가 작은 캐뉼라가 숨겨진 작은 자상(puncture wound) 진입 부위를 통해 도입되게 함에도 불구하고 넓은 표면으로부터 채취하는 것을 허용한다. 환언하면, 동일한 크기의 절개는 더 넓은 범위의 조직 채취를 제공하는 동안 사용될 수 있다. 더욱이, 무해한(innocuous) 진입 부위들은 외과의사가 보다 균일하고 보다 효과적으로 특정 해부학적 영역을 흡입할 수 있는, 십자교차 경로들을 갖는, 많은 부위들을 원하는 경우 사용하는 것을 허용한다. 훨씬 더 넓은 풋프린트 영역을 동시에 커버함으로써, 개념에서의 효과는 창과 비교하여 넓은 그물로 물고기를 잡는 것과 유사하다. 더욱이, 진동은 조직의 섬유성 스캐폴드(scaffold)를 이완시키며, 따라서 그들은 표면 윤곽 결함 합병증들을 더 양호하게 재-드레이프(re-drape)하고 회피하는 것을 도울 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 디바이스는 지방흡입을 위해 그리고 추가적인 재건 수술 절차를 위해 10-103 헤르츠 범위의 저주파 진성 기계적 진동을 사용한다. 일 실시예에서, 예를 들어 고조파 진동 핸드피스는 이러한 치료적 진동을 하나 이상의 루트를 통해 그리고 하나 이상의 강도 레벨에서 전달할 수 있다. 다른 범위들이 또한 고려된다.
저주파 기계적 진동은 지방흡입 캐뉼라를 통한 흡입에 의한 제거를 위해 조직을 효과적으로 이완시키는 지방흡입 절차들에 유리하다.
크기를 증가시키거나 주요 신체 윤곽 결함들, 예컨대 소유방증, 유방절제, 또는 종괴절제 변형들을 교정하기 위한 자가 이식의 경우, 본 발명은 추가적인 볼륨을 수용하기 위해 조직들의 제한적인 섬유혈관 구조 프레임워크를 이완시키는 것을 제공한다. 크기를 증가시키는 것은 이식 조직으로 결핍을 단순히 충진하는 것이 충분하지 않으므로 절차를 개선한다. 이러한 증가(augmentation)는 그것이 이식편들을 위한 공간을 확장 및 형성하는 것을 허용하기 위해 구조적 프레임워크를 효과적으로 이완시키는 본원에 개시되는 디바이스들의 저주파 기계 진동에 의해 달성된다. 더욱이, 진동은 이식 입자의 삽입을 용이하게 하고 이식 입자의 분산을 개선하는 비뉴톤(non-Newtonian) 유체들의 확산 및 흐름을 개선한다(지질 흡인물(lipoaspirate)은 비뉴톤 유체이다).
지방흡입에 의해 수득되는 지질 흡인물 유체는 지방 세포들(fat cells), 또는 지방세포들(adipocytes)에 더하여 다수의 세포 유형을 함유한다. 지질 흡인물이 지방 이식을 위해 사용될 때, 조직 확대(augmentation)에 책임이 있는 활성 성분들은 기질 혈관 분획(stromal vascular fraction: SVF), 또는 새로운 지방으로 성숙하는 지방 유도 줄기 세포들(adipose derived stem cells: ADSC)인 반면, 대부분의 재이식된 지방세포는 혈관을 이식하는 데 실패하고 사멸하는 것으로 믿어진다. 본 발명의 디바이스들에 의한 채취 동안 조직의 진동은 전형적으로 모세혈관들을 수반하는 이들 작은 미분화 세포들을 이완시키고 따라서 지방 전달의 이들 활성 성분들의 더 큰 비율을 수집하는 것을 야기한다. 이것은 더 많은 사과를 얻기 위해 더 양호하게 나무를 흔드는 것과 유사하다.
더욱이, 본원에 개시되는 디바이스들의 이들 저주파 기계 진동들은 경피 절단 및 메싱(meshing) 기술들보다 혈관 네트워크에 더 적은 손상을 야기하는 동안에 구조적 프레임워크를 이완시킨다. 일부 실시예에서, 예를 들어, PAL 및/또는 피스톤-기반 디바이스들의 전후 잭해머링 단부 타격들이 없는 순수 고조파 진동은 여전히 그들을 더 가소성이고, 변형가능하고, 성형가능하게 렌더링하는 동안, 조직들에 더 적은 외상을 야기할 수 있다. 따라서, 바람직한 실시예들에서 수술 디바이스는 진성(true) 저주파 기계 진동을 전달한다. 본원에 정의되는 바와 같은 순수 또는 진성 진동 모션은 다축(multiple axes)에서의 진동을 의미한다. 다축은 캐뉼라의 종방향 축에 수직이거나 횡방향이다. 상호(전후) 모션에서, 디바이스는 종방향 축을 따라 이동한다. 발진 모션에서, 진동은 진자와 같이 한 축에 있다. 본 발명의 순수 진동 모션에서, 진동은 그 길이를 따라 진동하는, 튜닝 포크 또는 피아노 스트링과 비슷하다. 순수 진동은 작동 시에 발생하고 팁이 조직에 충격을 줄 때 일부 진동이 발생할 수도 있는 상호 모션에서와 같은 충격의 결과는 아니다.
더욱이, 일부 실시예에서, 시스템은 진동 진폭 및 주파수의 제어를 허용하고, 따라서, 의사는 캐뉼라와 같은 트랜스듀서 디바이스 및 치료된 조직들과 공진하기 위해 동일한 것을 튜닝할 수 있다. 유사하게, 조직 복원력 및 인성(toughness)에 따라서, 일부 실시예는 진동의 주파수, 진폭 및 강도에 대해 동일한 수준의 제어를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 본원에 개시되는 디바이스들의 순수 고조파 진동은 주입 유체들 및 부유 입자들의 확산을 이완 및 가속시키기 위해 피부에 외부적으로 인가되는 차폐형 트랜스듀서를 통해 전달될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 진동은 내부 구조적 섬유성 프레임워크를 이완시키기 위해 절개용 프로브와 같은 고체 로드(solid rod) 또는 파일(file)을 삽입함으로써 더 깊은 부위들 및 다수의 평면들에 내부적으로 전달될 수 있다.
일부 실시예에서, 진동 디바이스는 (엔드 이펙터로서) 지방흡입 캐뉼라를 더 포함할 수 있으며, 그것에 의해 진동은 캐뉼라에 의해 소엽들(fat lobules)을 그들의 섬유성 부착들 및 그들의 포획물로부터 이완시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 유사하게, 이식을 위해 사용되는 캐뉼라의 진동은 이식편을 분산시키고, 과도한 외상없이, 이식편을 위한 공간을 만들고 이를 수용하기 위해 제한적인 구조들을 이완시키는 것을 도울 수 있다. 더 다른 실시예에서, 진동 부재는 조직 엔벨로프(envelope)의 흉터 섬유증 및 수축을 야기할 수 있는 조절된 염증 및 손상을 유도하고 늘어진 또는 기형 가슴과 같은 다양한 조직을 리프팅하고, 회복시키고, 리모델링하는 것을 돕기 위해 조직 파일 또는 라셉(rasp)으로서의 역할을 할 수 있다. 전술한 것들은 다른 수술 절차들에서의 사용들이 또한 고려됨에 따라 수술적 사용들의 일부 예이다.
실험 1:
본 개시의 일 실시예에 따른 지방흡입 캐뉼라에 연결되는 진동기 핸드피스로 수득되는 지방흡입된 지방의 채취 효율 및 품질의 과학적 평가(도 1). 이러한 디바이스는 PAL(power assisted liposuction device)과 비교되었고, 동일한 환자의 양 측면 상에서 지방흡입을 수행하였다. 이러한 실험에서, 고조파 진동 핸드피스 디바이스는 일 측면 상에서 사용되었고, PAL은 다른 측면 상에서 사용되었다. 양 디바이스 상에서 유사한 지방흡입 진공 소스 및 채취 캐뉼라를 사용하여, 12분의 지방흡입에 걸쳐 채취되는 지방의 양이 기록되었고 샘플 조직은 줄기 세포 분석을 위해 실험실로 보내어 졌다. 고조파 진동 핸드피스를 사용한 지방흡입은 지방흡입의 분 당 채취된 지방의 양의 관점에서 PAL 지방흡입보다 적어도 30% 내지 45% 더 효율적이었다는 점이 발견되었다. 더욱이, PAL을 사용하는 것보다 고조파 진동 핸드피스를 사용하여 수집되는 샘플에서 지방흡입된 지방의 밀리리터 당 약 30-45% 더 많은 SVF 및 ADSC가 또한 있었다.
이러한 실험은 본 개시의 실시예들에 따라 생성되는 진동들이 연조직들을 이완시키고 또한 그들의 중간엽 줄기 세포 함량들의 더 많은 방출을 야기할 것이라는 점을 증명한다. 또한, 본 개시의 실시예들에 따른 진동 캐뉼라 팁은 동일한 채널에서 전후로 피스톤하는 캬뉼라보다 더 넓은 채취 구역을 가져서, 더 큰 효율들을 야기하고 스트로크 당 그리고 분 당 더 많은 지방을 채취할 것이라는 점을 증명한다. 더욱이, 장기 평가 상에서, 순수 진동을 사용하는 본 발명의 디바이스들의 고조파 지방흡입은 PAL 지방흡입보다 더 양호한 표면 윤곽 및 더 평평한 조직 재-드레이핑(re-draping) 및 수축을 야기하였다.
다양한 진동 주파수 및 진폭은 또한 상이한 응용들 및 요건들에게 도움이 될 수 있는 상이한 효과들을 갖는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 더 큰 진폭들은 지방채취에 더 효율적일 수 있지만, 더 큰 주파수들과 함께 더 큰 진폭들의 사용은 너무 많은 외상을 섬세한(delicate) 조직들에 야기할 수 있고 성공적인 생착(engraftment)을 위해 요구되는 수혜자 섬유혈관 스캐폴드의 무결성에 유해할 수도 있다. 본 발명의 주파수들은 이러한 효율 및 감소된 외상의 최적의 균형을 달성한다.
더욱이, 고주파들은, 진폭에 관계없이, 더 많은 지방 유도 줄기 세포를 선택적으로 채취할 수 있다. 따라서, 일부 실시예는 특정 임상 요건들에 따라 진동 주파수 및 대응하는 진폭을 조정 및 튜닝하도록 동적일 수 있다.
이제, 유사한 참조 번호들이 본원에 개시되는 디바이스들의 유사한 구조적 특징들을 식별하는, 본 개시의 도면들 및 특정 실시예들을 참조하면, 본 발명의 핸드헬드 수술 디바이스들(기구들)의 예시된 수 개의 실시예가 있다. 먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드헬드 디바이스는 참조 번호 10에 의해 예시되고 지정된다. 디바이스(10)는 구동 구성요소들을 포함하는, 구동 시스템 또는 엔진 시스템으로서 또한 지칭되는, 구동 메커니즘; b) 진동 모션을 초래하는 진동 구성요소들을 포함하는, 진동 액추에이터로서 또한 지칭되는, 진동 메커니즘; c) 진동을 감쇠시키고 또한 엔진과 진동 액추에이터를 연결시키기 위한 커넥터 메커니즘을 제공하는 감쇠 구성요소들을 포함하는, 감쇠/커넥터 시스템으로서 또한 지칭되는, 감쇠 메커니즘; d) 환자의 조직과 체결하고 진동 액추에이터에 동작적으로 연결되는, 캐뉼라와 같은, 엔드 이펙터; 및 e) 엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 동작적으로 연결하기 위한 클램핑/커넥팅/구성요소들을 포함한다. 시스템들/메커니즘들/구성요소들 각각은 아래에서 상세히 논의된다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "연결된" 또는 "동작적으로 연결된"은 구성요소들의 직접 연결 또는 구성요소들이 2개의 구성요소 사이에 개재되지만 2개의 구성요소가 그럼에도 불구하고 상호작용하기 위해 결합/연결되는 간접 연결을 의미한다.
사용시, 모터(18)의 작동은 플렉서블 샤프트(34)의 회전을 통해 편심 회전 매스(42)의 회전을 야기한다. 이것은 캐뉼라(52)의 진동이 조직을 이완시키도록 한다. 조직은 루멘과 연통하는 캐뉼라의 원위 영역의 하나 이상의 개구를 통해 절차 동안 캐뉼라(52)의 루멘을 통해 흡인될 수 있다. (본원에 논의되는 다른 디바이스들 뿐만 아니라) 디바이스(10)는 지방흡입, 자가조직 이식, 신체 윤곽성형 절차를 위해 또는 디바이스들의 진동 모션을 통해 그들의 형상을 재구성하기 위해 조직을 이완시키거나 조직을 파단시키는 것이 유리한 다른 수술 절차들에 대해 사용될 수 있다.
먼저 구동 시스템에 대해 참조하면, 시스템(엔진 구성요소들)은 구동 시스템 하우징(16)에 포함되는 모터(18)를 포함한다. 구동 시스템 하우징(16)은 또한 임상의가 수술 절차 동안 유지하는 "핸드피스"로서 기능하며, 따라서 핸드헬드 디바이스를 제공한다. 모터는 전기 모터이거나, 대안적으로, 유압을 회전 모션으로 변환하는 엔진을 갖는 공압 회전 모터일 수 있다. 도 1 내지 도 3의 실시예에서, 예시된 모터는 예로서 브러시리스 모터이다. 엔진 구성요소들은 하우징(16)에 둘러싸이거나 대안적으로 외부 전원에 대한 연결을 위해 플러그되는 (일부 실시예에서 살균가능할 수 있는) 배터리와 같은 전원을 더 포함한다. 도 1 내지 도 3의 실시예에서, 케이블(24)은 외부 전원/컨트롤러에 연결된다. 엔진 구성요소는 모터를 위한 다양한 게이지, 센서, 제어 메커니즘 및 스위치를 더 포함할 수 있다.
배터리에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 전기 엔진은 파워 및 피드백 전기 회로를 변압기 또는 제어 모듈에 전달하는 전기 배선과 함께 핸드피스에서 파워 컨트롤러를 사용할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 파워 조절기는 수술 분야 외부에 위치될 수 있다. 그러한 실시예들은 (예를 들어, 엔진 rpm과 상관되는) 진동 주파수의 디스플레이를 허용할 수 있다.
구동 시스템(모터)은 일부 실시예에서 수술하는 외과의사를 위한 풋 스위치(foot switch)의 사용에 의해 작동될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 핸드피스 상의 수동 제어수단은 구동 시스템을 활성화시킬 수 있다.
핸드피스는 외과의사의 손에 편안하게 피팅되도록 인체공학적으로 설계된다. 그것은 사용 동안 외과의사의 손에 대한 진동들의 전달을 감소시키기 위해 리브들 또는 쿠션들을 갖는 감쇠 고무로 커버될 수 있다.
도 1 내지 도 3의 실시예를 계속 참조하면, 임상의에게 액세스가능한 수동 제어수단(20)은 하우징(16) 상에 위치된다. 제어수단(20)은 아래에 설명되는 바와 같은 진동을 초래하기 위해 모터 샤프트의 회전을 위한 모터를 활성화시키도록 외과의사에 의한 작동을 위한 레버, 버튼 등의 형태일 수 있다. 모터(18)의 원위 영역에 근접한 모터 플레이트(22)는 하우징(16) 내에 모터(18)를 고정시키고 그것을 조직들을 통해 이펙터를 구동시키기 위해 요구되는 힘들을 견뎌야 하는 것으로부터 보호한다. 도시된 바와 같은 핀 연결을 가질 수 있는 케이블(24)은 하우징(16)의 개구를 통해 근위로 연장되고 모터(18)를 외부 전원 또는 컨트롤러(미도시)에 연결한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "근위(proximal)"는 사용자에 더 가까운 부분/영역/구성요소를 지칭하고 용어 "원위(distal)"는 사용 동안 사용자로부터 더 멀리에 있는 부분/영역/구성요소를 지칭한다는 점을 주목한다.
본원에 사용되는 바와 같은 용어 "약(about)"은 제공되는 수치값의 +(플러스 또는 마이너스) 15%를 의미한다는 점을 더 주목한다.
원통형 하우징(40)은 구동 시스템 하우징(16)의 원위에 위치되고 그것으로부터 축방향으로 약간 원위로 이격된다. 예시된 실시예에서, 하우징(40)은 원통형 하우징(16)과 동일한 외부 직경을 갖지만, 그것은 더 큰 또는 더 작은 직경을 가질수도 있다. 원통형 하우징은 진동 액추에이터를 포함한다. 보다 구체적으로, 전후로 움직이는 피스톤들 없이 그리고 발진 모션을 야기하기 위해 교류를 사용하는 더 복잡한 압전-전기 전기기계 트랜스듀서들 없이 순수 진동 효과(예를 들어, 고조파 진동들)를 기계적으로 생성하는 모터식 편심 회전 매스(eccentric rotating mass; ERM)(42)는 진동 하우징(40) 내에 위치된다. 그러한 구조의 진동 진폭은 매스 및 그 편심(eccentricity)의 함수인 반면에, 주파수는 시스템이 여기의 주파수 또는 회전 엔진의 rpm 속도에서 진동하도록 강제되는 경우 캐뉼라의 구동 고조파 진동이다.
편심 매스(편심 중량)(42)는 구동 샤프트(46)에 연결되고 공동(채널)(41)(도 4 및 도 10 참조)에서 회전 가능한 반-디스크 형상이고 편심 회전 매스(42)를 채널에서 중심에 있도록 유지시키는 하우징(40)의 홈 내부에 피팅되는 이어(ear)(43)를 갖는다. 편심 매스(42)의 회전은 엔드 이펙터에 전달되는 순수 진동 모션을 초래한다. 매스의 위치 및 편심은 진동의 진폭을 가변시키도록 조정될 수 있다.
편심 회전 매스(42)는 진동을 생성한다. 매스(42)의 축은 측방향 응력, 축 하중력, 및 진동을 견디도록 구성되는, 회전 매스(42)의 원위 측면 및 근위 측면 상의, 특별히 설계된 강건한(robust) 롤러 베어링들(48) 사이에 견고하게 유지될 수 있다.
스프링 회전 샤프트(34)(아래에서 상세히 설명됨)는 베어링(48)의 트랙에 대해 이어(43)를 유지하여 그것을 보호하기 위해 약간 인장(tension) 하에 있다. 스프링 회전 샤프트(34)는 아래에서 설명되는 바와 같은 커넥터를 통해 회전 매스(42)에 연결된다.
일부 실시예에서, 편심 회전 매스(42)는 무게가 약 10 그램 내지 약 25 그램이고, 회전 축에서 중심(centroid)까지의 거리는 약 5 mm 내지 약 25 mm이고 외부 직경은 약 2 cm 내지 6 cm이다. 이들 값들은 (이들 범위의 외부에 있는) 다른 무게, 거리 및 직경이 또한 그들이 본 발명의 편심 회전 매스(42)의 기능 및 이점을 달성하는 한 고려됨에 따라 예로서 주어진다는 점을 주목한다. 매스(42)는 진동이 너무 넓고 수술에 대해 비현실적인 크기를 초과하지 않도록 크기화된다. 한편, 그것은 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라에 의해 조직의 충분한 영역을 이완 또는 파단시키는 것을 초래하도록 충분히 크기화된다. 전술한 치수들은 한편으로는, 잠재적 손상인 것으로 발견된 너무 강력한 진동들과, 다른 한편으로는, 최소 치료적 효과를 갖는 너무 약한 진동들 사이에서 최적의 균형을 맞추기 위해 발견되었다는 점을 주목한다.
진동기는 그러나 충분한 크기와 파워를 가질 필요가 있다. 본 개시의 일부 실시예에서 사용될 수 있는 더 크고 더 강력한 진동력은 상당한 편심을 갖는 더 큰 매스를 회전시키기 위해 더 강력한 엔진 토크를 사용할 수 있다. 그러나, 더 큰 편심 회전 매스에 대한 핸드헬드되도록 충분히 작은 강력한 엔지의 직접 커플링은 전기 엔진 구성요소 부품들(parts)의 과도한 마모 및 인열 및 엄청나게 너무 이른 피로 파괴를 야기할 수 있을 것이다. 더욱이, 이들 강한 진동들로부터 오퍼레이터의 손을 차폐하는 것이 유리하고 디바이스를 감쇠 재료로 감싸는 것은 도움이 되지만, 충분하지 않을 수 있다. 고려될 수 있는 다른 인자는 조직들을 통해 캐뉼라를 전진시키기 위해 요구되는 충분한 앞뒤로 움직이는 힘이다.
이들 압축력 및 신연력(distractive force)으로부터 엔진을 차폐시키는 것은 디바이스의 수명을 추가한다. 그러한 효과를 위해, 본 개시의 일부 실시예는 편심 회전 매스의 강한 진동들로부터 회전 엔진 및 오퍼레이터의 손을 차폐시키기 위해 감쇠 커넥터를 포함한다.
이러한 감쇠 시스템/구성요소는 일 단부 상에서 엔진(모터) 샤프트에 연결되고 다른 단부 상에서 진동 액추에이터 하우징(40)에 위치되는 편심 회전 매스(42)의 샤프트(46)에 연결되는 의료 등급의 스테인리스강 플렉서블 회전 샤프트를 포함할 수 있다. 플렉서블 회전 샤프트는 바람직하게는 스프링형이고 약간 인장된다. 플렉서블 회전 샤프트가 엔진으로부터 회전 연결을 전송하는 동안, 정적이지만 플렉서블한 정적 연결 샤프트는 회전을 상쇄시키고 디바이스의 나머지가 회전하는 것을 방지하기 위해 회전 샤프트를 둘러싸도록 제공된다. 디바이스(10)에서, 정적 연결 샤프트는 스프링의 형태이다. 대안적으로, 단일 스프링 설계 대신에, 이러한 정적 커넥터는 그들이 역-회전을 방지하고, 측방향 유연성을 유지시키고, 진동을 감쇠시키도록 회전 샤프트 주위에 모두 어레이로 배열되는 다수의 스프링 또는 범퍼로 구성될 수 있다. 예를 들어, 정적 연결은 회전 샤프트를 둘러싸고 핸드피스 구성요소와 진동 액추에이터 구성요소 사이에 감쇠 링크를 제공할 수 있는, 스트링 또는 플렉서블 중공 구조, 예컨대 고무 호스를 포함할 수 있다. 이러한 감쇠 커넥터 구성요소는 엔진 수명을 보존하고 과도한 진동으로부터 외과의사의 손을 보호할 수 있다.
추가적인 고무 커넥터는 회전 샤프트 및 정적 커넥터를 감싸고 보호 밀봉 구성요소의 역할을 하도록 제공될 수 있다. 절연체 구성요소는 임의의 우발적인 전기 쇼크 전달로부터 환자를 차폐시킨다. 전기 절연은 다수의 레벨/위치에 있을 수도 있지만 바람직하게는 클램핑/커넥팅 구성요소에 또는 이펙터 구성요소에 있을 수도 있다.
감쇠 커넥터는 엔진/핸드피스 구성요소를 편심 회전 매스에 기계적으로 링크시키기 위해 이러한 샤프트 주위에 랩핑된 플렉서블 정적 커넥터를 갖는 디바이스의 편심 회전 매스에 회전 모션을 전송하기 위해 플렉서블 회전 샤프트를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 디바이스의 엔진/핸드피스 구성요소를 편심 회전 매스의 진동들로부터 격리시킨다. 더욱이, 지방흡입의 압축력 및 신연력(distracting force)으로부터 보호하기 위해, 회전 모션을 전송하는 플렉서블 회전 샤프트는 바람직하게는 더 단단하고 모터에 연결되지 않는 플렉서블 정적 커넥터와 비교하여 특정 범위로 사전-인장된다.
이제 도 4 내지 도 5를 참조하면, 도 1의 디바이스(10)의 (감쇠 커넥터 시스템 또는 구성요소들로서 또한 지칭되는) 감쇠 메커니즘은 회전 및 정적 커넥터를 갖는 전술한 감쇠 메커니즘의 일 예를 제공하기 위해 보다 상세히 도시된다. 감쇠 시스템은 모터(18)의 샤프트를 편심 회전 매스(42)의 샤프트(46)에 연결하는 회전 샤프트 스프링(34)을 포함한다. 스프링(34)은 회전 연결을 엔진에 전달함으로써 모터 샤프트의 회전은 편심 매스 샤프트의 회전을 초래한다. 큰 스프링(32)은 더 작은 회전 샤프트 스프링(34)으로부터 방사상으로 이격되어 위에 위치되고 회전을 상쇄시키기 위해 정적 커넥터를 제공한다. 스프링은 위에 언급된 바와 같이 베어링(48)의 트랙에 대해 편심 회전 매스(42)의 이어(43)를 유지시키기 위해 약간 인장 하에 있다. 정적 스프링(32)의 스프링 상수는 바람직하게는 약 50lb/in 내지 약 350lb/in이다. 약 30lb 힘은 진동 헤드(하우징(40))가 핸드피스(하우징(16))를 타격하는 것을 방지하기 위해 요구된다는 점이 발견되었다. 즉, 더 적은 힘은 그것이 타격하게 할 것이고 더 높은 힘은 충분한 감쇠를 허용하지 않을 것이다. 따라서, 디바이스(10)의 스프링력은 최적의 균형을 달성하도록 설계된다.
고무 폼(36)(도 3) 및/또는 점탄성 요소는 스프링 주위에 몰딩되는 스프링 위의 슬리브로서, 및/또는 스프링과 디바이스 하우징들 사이의 커플링들로서 사용될 수 있다. 이것은 유효 스프링 상수를 증가시키고, 추가 감쇠를 제공하고 밀봉으로서의 역할을 할 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 고무 폼 커넥터(36)는 샤프트를 커버하고 핸드피스와 진동 액추에이터 사이의 연결을 밀봉한다.
회전 샤프트 스프링(34)은 플렉서블하고 접을 수 있고, 구동 부하로부터 엔진을 차폐시키도록 인장된다. 디바이스의 휴지 위치(resting position)에서의 스프링(34)은 약 2 mm 내지 약 10 mm 연장된다. 더 적은 연장은 진동 헤드 및 핸드피스가 서로 터치하는 경우 스프링 샤프트가 버클링되게 할 수 있는 반면, 더 큰 연장은 모터 및 베어링에 대해 높은 부하를 야기하고 스프링(34)이 버클링되게 할 수 있다. 그 스프링 상수는 약 2/lb/in +(플러스 또는 마이너스) .5lb.in이다. 더 높으면 모터 및 베어링들에 대한 손상 부하들을 생성할 수 있고 더 낮으면 샤프트가 고장나게 할 수 있다.
회전 샤프트 스프링(34)은 도 5, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 대향 단부들에서 커넥터들(37)에 연결된다. 근위 커넥터(커플링 요소)(37)는 그것을 모터 샤프트(19)에 고정시키는 근위 커넥터(37)의 고정(securement)을 위한 고정 나사(37b)를 수용하기 위한 나사형 홀(37a)을 갖고 원위 커넥터(커플링 요소(37))는 편심 회전 매스 샤프트(46)로 고정되는 원위 커넥터(37)의 고정을 위한 고정 나사(37d)를 수용하기 위한 나사형 홀(37a)을 갖는다. 원위 커넥터(37)는 스프링 샤프트(34)의 제1 단부에서 내부 직경 상에 피팅되는 근위 연장 샤프트 연장부(39)를 갖는다. 커넥터(37)의 홈(37e)은 코일 스프링의 테일(tail)을 고정시킨다. 원위 커넥터(37)는 스프링(34)이 커넥터 연장부(39) 위에 위치된 채 도 9b에 도시된다. 근위 커넥터(37)의 연장부는 스프링 샤프트(34)의 제2 단부에서 샤프트(34)의 내부 직경 상에 피팅되도록 원위로 연장된다.
클램핑 및/또는 연결 메커니즘은 엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 연결하기 위해 제공된다. 엔드 이펙터들은 조직 파일들, 평탄 디스크들 등으로서의 역할을 하기 위해 부드럽든 또는 거칠든, 예를 들어 하키 스틱 벤트 지방흡입 캐뉼라들, 유사하게 구성된 지방이식 캐뉼라들, 유체 주입 캐뉼라들, 로드들일 수 있다. 캐뉼라들은 대안적으로 L-형상화되거나 T-형상화될 수 있다. 또한, 캐뉼라들은 단일 또는 다수, 예를 들어, 이중 루멘 캐뉼라일 수 있다. 이중 루멘은 예를 들어, 별도의 루멘들을 통해 유체 주입 및 흡인을 제공할 수 있어서 그들은 별도로 또는 동시에 발생할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 엔드 이펙터(52)는 그 안에 연장되는 루멘과의 연통을 위해, 원위 영역에서 하나 이상의 측면 개구(56)(도 3), 및/또는 루멘의 말단 단부에서 원위 개구를 갖는 캐뉼라의 형태이다. 캐뉼라(52)는 진동 액추에이터에 동작적으로 연결(부착)됨으로써 진동은 캐뉼라(52)로 전달되어 지방흡입, 신체 윤곽성형, 또는 다른 수술 절차에서 조직을 이완시킨다. 캐뉼라(52)는 조직, 지질 흡인물, 약물 또는 다른 유체를 팽창시키는 예를 들어 염수(saline)를 캐뉼라(52)의 루멘을 통해 그리고 그 개구들(56)로부터 신체 조직으로 흡인하거나 주입하기 위한 흡입/주입 소스 배관(tubing)에 연결가능한 루어(luer) 피팅(58a)(또는 다른 형태의 부착물)을 포함하는 각진 커넥터(58)로 형상화된 하키 스틱이다. 다른 형상들의 캐뉼라가 또한 고려된다는 점을 주목한다.
엔드 이펙터(52)를 진동 액추에이터 구성요소에 고정시키기 위한 다양한 클램핑 및/또는 커넥팅(커플링) 메커니즘이 이제 설명될 것이다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터는 도 1의 실시예에서와 같이 진동기 액추에이터에 영구적으로 부착되며; 다른 실시예에서, 엔드 이펙터는 진동기 액추에이터에 제거가능하게/해제가능하게 부착된다. 제거가능한 부착은 동일한 핸드피스를 갖는 엔드 이펙터들의 상이한 크기들 또는 유형의 사용을 가능하게 한다. 커플링 메커니즘들은 엔드 에펙터들 예컨대 차폐형 외부 피부 진동기, 로드(rod)형 내부 진동기, 파일형 내부 라셉(rasp), 유체 주입, 지방흡입 또는 지방주입용 캐뉼라 등을 연결할 수 있다. 도면들의 엔드 이펙터는 지방흡입, 이식(grafting) 및 신체 윤곽성형 절차와 같은 절차들에 대한 흡인/유체 주입을 위한 캐뉼라이며, 그러나, 다른 엔드 이펙터들이 본원에 개시되는 다양한 실시예의 디바이스들과 함께 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 1에서, 캐뉼라는 벤드(bend)에 인접한 영역에서 캐뉼라에 클램핑력을 가하는 하우징(40)의 커넥터 클램핑 부재(50)에 의해 영구적으로 부착될 수 있거나 대안적으로 캐뉼라는 아래에 설명되는 바와 같이 도 8에 도시된 바와 같은 볼트/너트 스크류(screw) 메커니즘을 사용하여 하우징(40)에 제거가능하게/교환가능하게 연결될 수 있다.
도 6a 내지 도 8b는 엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 해제가능하게 부착하기 위한 커넥터의 대안적인 실시예들을 도시한다. 그러나, 이들 메커니즘들은 또한 엔드 이펙터들의 영구 부착을 위해 이용될 수도 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 다른 메커니즘들은 엔드 이펙터를 진동 액추에이터에 제거가능하게 또는 비-제거가능하게 부착하기 위해 이용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
먼저 도 6a의 실시예를 참조하면, 진동 액추에이터를 위한 진동 하우징(40a)은 그것으로부터 원위로 연장되는 스크류(25)를 가지며 이는 엔드 이펙터(52a)의 헤드 또는 캡(49)의 근위 개구(49a)로 삽입된다. 헤드(49)는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 이러한 나사 체결(threaded engagement)은 엔드 이펙터(52a)를 진동기 액추에이터에 제거가능하게 부착시킨다. 각진 루어 커넥터(58a)를 갖는 캐뉼라(52a)는 도 1의 실시예의 캐뉼라(52)와 동일하다는 점을 주목한다. 또한, 부착 메커니즘을 제외하고, 도 6a의 디바이스의 구성요소들은 도 1의 실시예의 구성요소들과 동일하여서 간략화를 위해 추가 논의는 디바이스(10)의 특징들 및 기능들이 도 6a의 실시예에 완전히 적용가능하므로 보증되지 않으며, 차이는 제거가능한 나사 연결이다.
캐뉼라는 하키 형상으로서 도시되며, 그러나, 위에 언급된 바와 같이, 도 1 및 도 6a 내지 도 8b의 실시예에서(그리고 본원에 논의되는 다른 실시예에서), 캐뉼라는 대아적으로 L-형상화될 수 있거나 T-형상화될 수 있고, 단일 또는 다수의 루멘 캐뉼라일 수 있다는 점을 주목한다.
캐뉼라는, 금속으로 구성되는 경우, 전기 절연을 제공하기 위해 그 위에 플라스틱 케이싱을 가질 수 있다.
도 6b의 대안적인 실시예에서, 진동 액추에이터를 위한 하우징(40b)은 그것으로부터 원위로 연장되는 다각형 피팅(fitting)(27)을 가지며 이는 엔드 이펙터(52b)의 헤드 또는 캡(49b)의 대응하는 치수화된 근위 개구(61)로 삽입된다. 디바이스의 종방향 축에 대해 횡방향인 캡(49a)의 개구를 통해 연장되는 스크류(63)는 이들을 2개의 구성요소(캡(49b) 및 하우징(40b))에 고정시키기 위해 피팅(27)의 개구(27a)를 통해 연장된다. 캐뉼라(52b)는 도 1의 실시예의 캐뉼라(52)와 유사한 각진 루어 커넥터(58b)를 갖는다는 점을 주목한다. 도 6c에서, 핀 락(pin lock)은 그것이 진동 하우징(40c)으로부터 원위로 연장되고 엔드 이펙터(52C)의 하우징(49c)의 대응하는 치수화된 개구(64)로 삽입가능한 다각형 피팅(28)의 개구(28a)를 통해 연장됨에 따라 진동 하우징(40c)에 엔드 이펙터 캡(49c)를 고정시킨다. 피팅들(27 및 28)은 도시된 것들과 다른 형상들일 수 있다는 점을 주목한다. 캐뉼라(52c)는 도 1의 실시예의 캐뉼라(52)와 유사한 각진 루어 커넥터(58c)를 갖는다는 점을 주목한다. 또한, 부착 메커니즘을 제외하고, 도 6b 및 도 6c의 디바이스들의 구성요소들은 도 1의 그들과 동일하여서 간략화를 위해 추가 논의는 디바이스(10)의 특징들 및 기능들이 도 6b의 실시예 및 도 6c의 실시예에 완전히 적용가능하므로 보증되지 않는다.
도 7a 내지 도 8b의 대안적인 실시예에서, 클램핑 메커니즘은 캐뉼라를 진동 액추에이터에 제거가능하게/해제가능하게 고정시킨다. 도 6a 내지 도 6c에서, 엔드 이펙터는 진동 액추에이터에 연결되는 캡 또는 하우징을 통해 장착되며; 도 7a 내지 도 8b의 실시예에서 (캡이 없는) 캐뉼라 자체는 진동 하우징에 장착된다는 점을 주목한다.
먼저 도 7a 및 도 7b의 실시예를 참조하면, 캐뉼라(84)는 도 1의 캐뉼라(52)와 유사한 각진 루어 커넥터(86)를 갖는다. 플라스틱 슬리브(87)는 캐뉼라의 부분들/영역들 위에 배치되어 그 위에 전기 절연을 제공한다. 슬리브(87)는 캐뉼라(84)의 일부 또는 전체 길이를 커버할 수 있다.
캐뉼라(84)의 근위 단부는 진동기 액추에이터를 위한 하우징(40d)의 니플(nipple) 또는 첨예한(pointed) 팁(82)으로 삽입된다. 커넥터는 도 7a에서 비클램핑(해제) 위치로 도시된다. 이러한 위치에서, 니플(82)은 충분한 갭을 제공하여 엔드 이펙터는 그 안에 제거가능하게 수용(장착)될 수 있다. 각진 부분(86)은 도시된 바와 같이 하우징(40d)의 갭을 통해 연장된다. 클램프 레버(80)는 개방된 비클램핑 위치에 있다. 니플(82)에 일단 삽입된 캐뉼라(84)를 고정시키도록 요구될 때, 레버(80)는 도 7a의 위치로부터 도 7b의 클램핑 위치로 이동(회전)된다. 이것은 하우징에게 캐뉼라(84)를 단속(파지)하기 위해 니플(82)의 갭(G) 및 간격을 폐쇄하도록 강제한다. 고정(locked) 캠은 그것에 의해 엔드 이펙터를 제자리에 단단히 유지시킨다. 캐뉼라(84)를 해제하도록 요구되는 경우, 클램프 레버(80)는 갭/간격을 개방하기 위해 도 7a의 그 위치로 복귀되어서 캐뉼라(84)는 하우징(40d)의 니플(82) 및 갭으로부터 슬라이딩될 수 있다. 클램핑력은 도 7a에 도시된 바와 같이 절연 슬리브(87)에 가해질 수 있거나, 대안적인 실시예들에서, 캐뉼라(84) 상에 직접 가해질 수 있다는 점을 주목한다.
도 8a 내지 도 8b의 실시예는 클램프 레버가 캐뉼라의 플라스틱 슬리브를 단속하는 대신에, 조여진 스크류가 캐뉼라를 제자리에 단단히 유지함에 따라, 나사식 스크류(threaded screw)가 진동 액추에이터를 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라에 결합시키기 위해 이용된다는 점을 제외하고 도 7a 내지 도 7b의 실시예와 유사하다. 스크류(90)는 개구(91)를 통해 삽입되고 조여진다. 이것은 갭(H)을 폐쇄하여 하우징(40e) 및 니플(92)은 캐뉼라(94)를 단속(파지)할 수 있다. 캐뉼라(94) 및 각진 루어 커넥터(96)의 일 부분 위에 위치되는 플라스틱 슬리브(98)는 전기 절연을 제공한다. 하우징(40e)은 도시된 바와 같이 절연 슬리브(98)를 단속하지만, 대안적인 실시예들에서, 캐뉼라(94)에 대해 직접 클램핑할 수 있다.
클래스핑(clasping) 메커니즘에 의해 고정되는 플라스틱 슬리브(87)(또는 98)는 이용되는 엔드 이펙터의 구경과 관계없이 동일한 외부 설계 및 구경을 가질 수 있다는 점을 주목한다.
전술한 실시예들에서, 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라는 동축으로, 그리고 디바이스의 종방향 축을 따라 정렬된다. 그러나, 엔드 이펙터는, 대안적인 실시예들에서, 종방향 축으로부터 오프셋될 수 있다. 이러한 오프셋은 핸드헬드 디바이스의 경계들(직경) 내에 있거나; 대안적으로, 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 핸드헬드 디바이스의 경계들 밖에 있을 수 있다.
도 13a 및 도 13b의 실시예에서, 연결 구성요소 또는 연결 하우징(140)은 (회전 매스(42)와 동일한 편심 회전 매스(145) 및 위에서 설명된 롤러 베어링들을 포함하는) 진동 액추에이터 하우징(142)에 부착된다. 연결 구성요소(140)는 하우징(142)으로부터 오프셋되어서 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라(144)를 수용하는 채널은 편심 매스(145)의 회전 샤프트 및 모터 샤프트(미도시)의 종방향 축으로부터 방사상으로 이격된다. 이러한 방식에서, 캐뉼라(144)는 디바이스의 종방향 축으로부터 방사상으로 오프셋된다. 도 13b에서, 디바이스는 진동 액추에이터(142)의 노출 에지를 라운드 오프(round off)하기 위해 추가적인 구성요소(146)를 포함한다. 캐뉼라(144)는 하우징(140)에 영구적으로 또는 제거가능하게 연결될 수 있다. 이동성은 하우징(140)이 하우징(142)에 영구적으로 부착되도록 하고 하우징(140)의 채널로부터 캐뉼라를 제거하거나 대안적으로 하우징(140)이 캐뉼라가 하우징(140)에 제거가능하거나 영구적으로 고정된 채 하우징(142)에 제거가능하게 부착되게 함으로써 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6c에서 이용되는 부착물들, 예를 들어 피팅들 뿐만 아니라 클립들, 스크류들 등과 같은 다양한 연결은 하우징(140) 및 하우징(142)을 부착시키기 위해 사용될 수 있다.
(이러한 및 다른 오프셋 캐뉼라 실시예에서) 캐뉼라(144)를 오프셋하고 그것을 진동 액추에이터 하우징(142)의 측면을 따라서 배치하는 것은 디바이스의 전체 길이를 단축시키는 이점을 갖는다. 즉, 캐뉼라가 종방향 축과 정렬되는 실시예들에서, 캐뉼라의 근위 단부는 진동 액추에이터 하우징의 원위 에지로부터 연장되며; 오프셋 실시예들에서, 캐뉼라(144)의 영역(144a)은 원위 에지의 근위에 있어서, 영역(144a)의 길이에 의해 디바이스의 전체 길이를 단축시킨다. 도 13a, 도 13b의 디바이스의 감쇠 메커니즘, 진동 모션 등은 그 외에는 디바이스(10)에서 동일하여서 디바이스(10)의 특징들/구성요소들 및 기능들, 예를 들어, 편심 회전 매스, 베어링들, 감쇠 메커니즘, 모터 등은 도 13a 및 도 13b의 디바이스에 완전히 적용가능한다.
진동 및 왕복
전술한 실시예들에서, 엔드 이펙터는 회전 편심 매스를 통해 순수히 진동 모션으로 이동하였다. 대안적인 실시예들에서, 엔드 이펙터에 대한 상호 모션은 진동 모션과 함께 제공된다. 이것은 외과의사가 수술 절차 동안 조직을 통해 푸시함에 따라 외과의사에 의해 가해지도록 요구되는 힘을 감소시키는 것을 돕는다. 따라서, 이들 실시예들에서, 진동 액추에이터는 고조파 또는 순수(진성) 진동에 더하여 앞뒤로 움직이는 왕복을 유도한다.
그러한 모션은 진동 액추에이터 구성요소에 대해 전후로 슬라이딩하고 클램핑/커넥터 구성요소에 연결될 수 있는 추가적인 피스톤/실린더 구성요소를 개재함으로써 일부 실시예에서 달성될 수 있다. 이러한 왕복 부분의 전후 편위는 원형, 디스크형 또는 난형일 수도 있는 로드 및 캠(cam) 메커니즘에 의해 일부 실시예에서 작동될 수도 있는 반면에, 그 모션은 피스톤/실린더 구성에 의해 구속되고 스프링들에 의해 균형이 잡힌다.
로드 및 캠 메커니즘의 예는 도 11a 및 도 11b에 도시된다. 회전 편심 매스(102)는, 대향 단부에서 부분(영역)(106)과 비교하여, 한 부분(영역)(104)이 감소된 폭(횡방향 치수)을 갖는 비대칭 디스크-형상화되며, 그것에 의해 더 좁은 부분을 제공한다. 외부 슬리브(122)는 더 넓은 영역(106)의 캐밍 표면(camming surface)(106a)에 의해 체결되는 표면 또는 에지(126)를 갖는 그것으로부터 내부로 연장되는 로드(124)를 갖는다. 외부 실린더(슬리브)(122)는 베어링들(110)이 캠 중량과 접촉하도록 유지시키는 복구 스프링(132)을 가질 수 있다.
도 11a의 초기 후방 편위(근위)에서, 더 좁은 부분(104)의 표면(104a)은 로드(124)의 에지(126)와 인접하거나 그로부터 약간 이격되지만, 원위력은 로드(126)에 가해지지 않거나 최소로 가해진다. 편심 회전 매스(102)가 진동 액추에이터 하우징(120)의 공동(108) 내에서 회전할 때, 더 넓은 부분(106)의 캐밍 표면(106a)은 원위 방향(도 11b의 화살표를 참조)으로 로드(124) 및 부착 슬리브(122)를 이동시키기 위해 표면(126) 또는 로드(124)에 힘을 가한다. 편심 회전 매스(102)가 도 11a의 위치로 다시 회전될 때, 좁은 부분(104)은 로드(126)에 인접하고 따라서 로드(126)(캐밍)에 대한 힘은 제거된다. 이것은 슬리브(122)가 그 근위 위치로 복귀하게 할 수 있다. 예상될 수 있는 바와 같이, 편심 매스(102)가 회전함에 따라, 슬리브(122)는 회전 편심 매스(102)에 의해 슬리브에 부여되는 진동 모션과 함께 왕복 모션에서 앞뒤로(전후로) 이동되며 그것에 의해 개구(138)를 통해 커넥터(136)에 부착되는 엔드 이펙터, 예를 들어, 캐뉼라에 진동 및 상호 모션을 부여한다. 따라서, 이러한 실시예에서, 도 1의 반-디스크와 유사한 진동을 유도하는 편심 회전 매스(102)는 또한 엔드 이펙터를 왕복시키기 위한 캠으로서 작동한다. 환원하면, 디스크형 편심 캠(102)은 또한 엔드 이펙터의 진동을 유도하기 위해 편심 회전 매스로서 기능한다.
도 11a 및 도 11b의 디바이스는 그 외에 도 1의 디바이스(10)와 동일하고 예를 들어 (베어링들(48)과 같은) 베어링들(110), (회전 샤프트 스프링(34)과 같은) 회전 샤프트 스프링(128)을 갖는 감쇠 메커니즘, (정적 스프링(32)과 같은) 정적 연결 샤프트 대형 스프링(130), 모터 등을 포함한다는 점을 주목한다.
슬리브(122)는 피스톤/실린더 왕복 모션에서 마찰을 감소시키고 디바이스의 수명을 개선하기 위해 도 12a 및 도 12b의 대안적인 실시예에 도시된 바와 같은 볼 베어링들(134)을 포함할 수도 있다. 그렇지 않으면, 도 12a 및 도 12b의 실시예는 도 11a 및 도 11b의 실시예와 동일하고 동일한 참조 번호들이 제공된다.
로드를 갖는 슬리브는 도시된 바와 같이 외부 슬리브이거나 대안적으로 외부 슬리브 내에 위치될 수도 있다는 점을 주목한다.
도 14a 내지 도 14b는 진동 및 상호 모션을 부여하는 디바이스에서 오프셋 엔드 이펙터를 갖는 대안적인 실시예를 예시한다.
도 14a 내지 도 14b의 디바이스는 그것이 진동 모션 및 왕복 모션을 엔드 이펙터에 부여한다는 점에서 도 11a의 회전 편심 회전 매스(140)과 유사한 회전 편심 매스(150)를 갖는다. 개략적으로 도시된 연결 구성요소 또는 하우징(152)은 편심 회전 매스(140)를 포함하는 진동 액추에이터 하우징(154)에 부착된다. 하우징(152)을 부착시키기 위한 다양한 방식이 고려된다. 예를 들어, 하우징(154)에 연결되는 로드(164)는 하우징(154) 내의 채널 내부에 구속되는 동안 안팎으로 피스톤할 수 있다. 마찰을 더 감소시키기 위해, 이러한 채널은 롤러 베어링들을 포함할 수도 있다. 로드 피스톤과 평행한 추가적인 난간(railing) 메커니즘은 조직들을 통해 이펙터를 구동시키는 힘들을 더 흡수하고 정렬을 도울 수도 있다. 연결 구성요소(152)는 진동 액추에이터 하우징(154)으로부터 오프셋되어서 캐뉼라(155)를 수용하도록 치수화되는 구성요소(152)의 채널은 진동 액추에이터 샤프트(157) 및 모터 샤프트(미도시)의 종방향 축으로부터 방사상으로 이격된다. 이러한 방식으로, 캐뉼라(155)는 디바이스의 종방향 축으로부터 방사상으로 오프셋된다. 캐뉼라(155)의 영역(155a)은 하우징(154)의 원위 단부의 근위에 있어서 그것에 의해 전체 길이를 감소시킨다.
디스크형 회전 매스(150)가 더 좁은 영역(160)이 로드(164)에 근접하거나 이와 인접하는 도 14b의 위치로부터 회전될 때, 엔드 이펙터(예를 들어, 캐뉼라)(155)는 더 넓은 영역(162)이 원위력(distal force)을 로드(164)에 가함에 따라 도 14a의 근위 위치로부터 원위 위치로 이동된다. 도 14b의 위치로 다시 편심 매스(150)의 회전은 엔드 이펙터(155)가 근위 위치로 복귀하게 할 수 있다. 로드(164)는 스프링(157)에 의해 진동 액추에이터 하우징(154)의 채널에 구속된다는 점을 주목한다. 도 11a의 실시예에서와 같이, 편심 회전 매스는 진동 모션을 제공하는 것에 더하여 상호 모션을 엔드 이펙터에 부여하기 위한 캠으로서의 역할을 한다.
편위(원위 이동)의 정도는 캠의 치수(dimension)가 원위 이동의 정도를 증가 또는 감소시키도록 보이는 것과 다를 수 있도록 캠 구성요소의 형상, 예를 들어, 높이 또는 폭에 의해 결정된다는 점을 주목한다. 구조를 둘러싸는 밀봉은 일부 윤활유를 유지하기 위해 제공될 수 있다.
도 15a 내지 도 17a는 엔드 이펙터의 상호 이동을 초래하기 위한 대안적인 메커니즘들을 예시한다. 이들 디바이스들은 도 1의 디바이스(10)의 모터, 감쇠 메커니즘, 베어링들 등을 포함할 수 있다. 도 15a 내지 도 15b의 실시예에서, 롤러 베어링들(172)에 의해 유지되는 기어 메커니즘(170)은 일부 디-멀티피케이션(de-multiplication)을 야기하고 90도 만큼 회전 축을 변경하여 그 축에 대해 진동 액추에이터(편심 매스)(174)의 샤프트(171)의 회전이 기어(170b)를 회전시키는 기어 메커니즘(170)의 기어(170a)를 회전시킴에 따라 수직 캠 회전을 제공한다. 이러한 기어 메커니즘(170)을 통해, 진동 액추에이터 하우징(173) 내의 반-원형 편심 회전 매스(174)의 회전은 난형 캠(178)(로드(179)가 캠의 편심에 따라 왕복하게 하는 당신의 화살표(178))의 회전을 야기하며, 따라서, 캠(178)은 두 번째 더 작은 편심 캠을 제공하며 -이는 로드(178)가 안팎으로 이동하게 한다. 로드(178)의 그러한 왕복은 (도 14a의 실시예에서와 같이) 연결 구성요소(175)에 의해 디바이스의 종방향 축으로부터 오프셋되는 엔드 이펙터(179)가 왕복하게 한다. 스프링(180) 및 원통형 채널(182)은 엔드 이펙터(179) 및 그 클램핑/연결 메커니즘(175)의 안정성 및 정렬을 유지시킨다. 편심 회전 매스(174)의 회전은 캠(174b)의 회전이 기어 메커니즘(170)을 통해 로드(178)를 경유하여 상호 모션을 부여하는 동안 위에 설명된 바와 같이 함께 진동 모션을 부여한다. 도 15a는 전방(원위) 위치의 엔드 이펙터(189)를 예시하고 도 15b는 내부(근위) 위치의 엔드 이펙터를 예시한다.
도 16a 내지 도 16b의 대안적인 실시예에서, 자기 시스템은 상호 모션을 초래한다. 보다 구체적으로, 회전 편심 매스(186)는 또한 하나의 반원형 상에 북극(N) 및 다른 반원형 상에 남극(S)을 갖는 자석이다. 실린더(193) 내에 구속되는 피스톤형 자석(192)은 또한 북극 및 남극을 갖는다. 회전 매스의 북극 측면이 피스톤 자석(192)의 북극 측면을 가로지를 때, 그것은 피스톤을 밀어내며 그것에 의해 그것을 푸시하며 이는 그것에 의해 도 16a에 도시된 바와 같이 엔드 이펙터(194)를 밖으로(원위로) 푸시한다. 편심 매스(186)가 다른 반 회전을 회전함에 따라, 남극은 피스톤(192)의 북극을 가로질러서 그것을 (근위로) 끌어당기고 엔드 이펙터(194)가 도 16b에 도시된 바와 같이 (근위로) 다시 이동하게 한다. 엔드 이펙터(194)는 도 14a의 엔드 이펙터와 동일한 방식으로 오프셋된다는 점을 주목한다. 회전 편심 매스(186)는 그것이 회전함에 따라 엔드 이펙터에 진동 및 상호 모션 둘 다를 부여한다.
도 17의 대안적인 실시예에서, 전기 구동 솔리노이드(200)는 엔드 이펙터(204)가 앞뒤로 이동하게(왕복하게) 하도록 진동 액추에이터(202)에 연결된다. 따라서, 전자기 솔리노이드 메커니즘은 반-원형 편심 회전 매스(206)가 그것이 회전함에 따라 진동 모션을 부여함으로써 상호 모션을 부여한다. 솔리노이드의 사용은 솔리노이드를 제어하기 위해 별도의 전기 셋 업의 복잡성을 추가하지만, 그것은 더 적은 이동 부품(part)을 요구하고 기존 이동 부품에 더 적은 부담을 놓는다. 그것은 또한 추가적은 토크 부하로부터 플렉서블 회전 샤프트를 절약한다.
유일한(sole) 진동 또는 상호 모션을 갖는 진동의 대안적인 실시예들에서, 모터는 편심 회전 매스에 직접 연결되고 일부 실시예에서 도 4의 하우징(40)에서와 같이 진동 액추에이터를 위한 하우징에 위치될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 모터는 진동할 수 있다. 모터의 진동은 그 클램핑 메커니즘에 의해 감쇠될 수도 있다. 모터가 진동하도록 허용하는 것은 엔진의 더 많은 마모 및 인열을 야기하고 그 수명을 단축시킬 수 있지만, 플렉서블 회전 샤프트를 제거함으로써 자원들을 감소시킬 수 있다. 그러한 실시예들의 감쇠 구성요소는 도 4의 코일 샤프트(32)와 같은 코일들 또는 진동으로부터 핸드피스의 외과의사의 파지 부분을 차폐하는 고무 범퍼 슬리브들을 포함할 수 있다. 모터가 편심 회전 매스에 직접 연결되는 실시예들 중 일부에서, 회전 샤프트 스프링은 제공될 필요가 없고 수동 스프링(코일)은 진동을 감쇠시키고 오퍼레이터의 손을 보호하기 위해 제공된다.
회전 매스는 진동력을 조절하기 위해 조정가능한 편심을 갖도록 설계될 수 있다. 더욱이, 파워 제어 유닛(마이크로컨트롤러)은 생물학적 및 기계적 둘 다에서, 상이한 효과들을 제공하기 위해 상이한 진동 주파수들 및 상이한 진동 진폭들을 유도할 수도 있다. 진동 주파수가 캐뉼라의 내인성 진동 주파수와 공진할 때, 이것은 진동의 진폭을 현저하게 증가시키고 일차원성(unidimensional) 채취를 달성하는 디바이스와 비교하여 채취 표면적을 상당히 넓히는 고조파 진동 패턴을 야기할 수 있으며, 따라서, 본 발명의 디바이스(들)은 3차원 하베스터(harvester)로 간주될 수 있다. 일부 이점들은 다음을 포함할 수 있다: i) 채취시 밀리리터/분/스트로크의 효율; ii) 기질 혈관 분획의 선택적 채취; iii) 그들을 수축시키든, 그들을 확장시키든, 그들이 성형될 수 있도록 그들을 더 가단성 있게 렌더링하는 것에 의해서든 연조직들을 형상화하고 따라서 조직들을 재형상화하는 데 도움을 주는 세포외 섬유혈관 스캐폴드를 이완시키고 외상적으로 재배열/재배향/재조직화할 시의 효율; 및/또는 iv) 다른 효과들, 예컨대 국소 염증, 섬유증 콜라겐 합성의 유도, 혈액 흐름(단기 및 장기 둘 다에서의, 순환 효과), 모세관 및 신경 섬유 붕괴 등등을 달성.
일부 실시예에서, 전자 제어 구성요소는 엔진 구성요소의 동작을 제어하기 위해 마이크로컨트롤러를 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로컨트롤러는 엔진 구성요소의 속도 및/또는 파워를 시작, 중지, 및 조정하기 위해 엔진 구성요소에 전자 제어 신호들을 송신한다. 일부 실시예에서, 핸드헬드 구성요소는 마이크로컨트롤러와 통신하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 사용자 인터페이스는 오퍼레이터가 수술용 핸드피스의 동작을 제어하도록, 입력 메커니즘들, 예컨대 터치 스크린, 버튼들, 스위치들, 키보드, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스는 주파수, 진폭, 파워, 모터의 속도, 지속기간, 및/또는 다른 파라미터들과 같은 현재 진동 파라미터들을 오퍼레이터에게 디스플레이한다. 사용자 인터페이스는 현재 진동 절차에서 사용되는 이들 파라미터들의 선택을 디스플레이할 수 있다. 사용자 인터페이스는 또한 하나 이상의 이전 진동 절차들에 사용되는 이들 파라미터들의 선택을 디스플레이할 수 있다.
일부 실시예에서, 기계적 진동은 일정 기간 동안 연속적으로 인가된다. 일부 실시예에서, 기계적 진동은 일정 기간 동아 간헐적으로 인가된다. 일부 실시예에서, 수술용 핸드피스에 의해 전달되는 기계적 진동의 주파수, 진폭, 지속기간은 오퍼레이터에 의해 수동으로 조정되거나 전자 제어 구성요소의 비-일시적 메모리에 저장되는 사전-프로그래밍된 절차에 따라 자동으로 조정될 수 있다.
본 개시의 장치 및 방법들이 바람직한 실시예들에 대해 설명되었지만, 당업자들은 변경들 및 수정들이 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나는 것 없이 이에 대해 이루어질 수 있다는 점을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 환자의 조직을 이완시키기 위한 진동 핸드헬드 수술 기구에 있어서, 상기 기구는:
    회전 샤프트를 갖는 모터;
    제1 단부 및 제2 단부를 갖는 회전 플렉서블 샤프트 - 상기 제1 단부는 상기 모터의 상기 샤프트에 동작적으로 연결됨 -;
    상기 회전 플렉서블 샤프트의 상기 제2 단부에 동작적으로 연결되는 편심 회전 매스를 포함하는 진동 액추에이터; 및
    조직과 체결하기 위한 엔트 이펙터 - 상기 엔드 이펙터는 상기 진동 액추에이터에 동작적으로 연결됨 -를 포함하며, 상기 모터는 상기 엔드 이펙터가 진동하게 하여 조직을 이완시키도록 상기 편심 매스를 회전시키는, 수술 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는 상기 진동 액추에이터에 제거가능하게 장착되는, 수술 기구.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는 원위 부분에서 유체를 상기 환자에게 주입시키는 것 또는 상기 환자로부터 조직을 흡입하는 것 중 하나 또는 둘 다를 위한 루멘을 갖는 캐뉼라를 포함하는, 수술 기구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는 상기 회전 샤프트의 종방향 축과 정렬되는, 수술 기구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는 상기 회전 샤프트의 상기 종방향 축으로부터 오프셋되고 상기 편심 매스의 회전 샤프트로부터 오프셋되는, 수술 기구.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 액추에이터는 하우징 내에 포함되고, 상기 엔드 이펙터는 상기 하우징으로부터 오프셋되는, 수술 기구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터는 하우징에 포함되고 상기 기구는 상기 엔드 이펙터의 진동을 감쇠시키고 상기 모터를 상기 진동 메커니즘에 연결하기 위해 상기 하우징과 진동 액추에이터 사이에 연장되는 감쇠 메커니즘을 더 포함하는, 수술 기구.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 플렉서블 회전 샤프트는 제1 스프링을 포함하고 상기 감쇠 메커니즘은 위치되는 제1 스프링 및 상기 제1 스프링 위에 위치되는 제2 정적 스프링을 포함하는, 수술 기구.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    일 단부에서 상기 모터의 상기 샤프트에 연결되고 다른 단부에서 상기 플렉서블 샤프트에 연결되는 제1 커플러 및 일 단부에서 상기 플렉서블에 연결되고 상기 다른 단부에서 상기 회전 편심 매스가 회전하는 샤프트에 연결되는 제2 커플러를 더 포함하는, 수술 기구.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 액추에이터의 고조파 진동의 주파수 또는 진폭 중 적어도 하나를 선택적으로 조정하도록 구성되는 마이크로컨트롤러를 더 포함하는, 수술 기구.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 편심 매스는 회전 시에 상기 엔드 이펙터에 부여되는 상기 진동 모션과 함께 상기 엔드 이펙터에 상호 모션(reciprocal motion)을 부여하는, 수술 기구.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전 편심 매스는 상기 엔드 이펙터의 상호 이동을 초래하기 위해 일 단부에서 캐밍 표면(camming surface)을 포함하는, 수술 기구.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터의 상호 이동을 초래하기 위해 솔리노이드를 더 포함하는, 수술 기구.
  14. 지방흡입 또는 신체 윤곽성형 절차를 위해 환자의 조직을 이완시키기 위한 진동 핸드헬드 수술 기구에 있어서, 상기 기구는:
    상기 환자로의 유체 주입 또는 상기 환자로부터 물질의 흡인 중 하나 또는 둘 다를 위한 루멘을 갖는 캐뉼라;
    모터; 및
    상기 모터에 동작적으로 연결되는 진동 액추에이터를 포함하며, 상기 모터는상기 진동이 다수의 축에 있도록 상기 캐뉼라에 진동 모션을 부여하기 위해 상기 진동 액추에이터를 작동시키는, 수술 기구.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 모터는 상기 진동 모션과 함께 상기 캐뉼라에 상호 모션을 더 부여하는, 수술 기구.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상호 모션을 상기 캐뉼라에 부여하기 위한 솔리노이드 디바이스를 더 포함하는, 수술 기구.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 솔리노이드는 상기 진동 액추에이터에 연결되는, 수술 기구.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 액추에이터는 편심 회전 매스를 포함하고, 상기 모터는 상기 편심 회전 매스에 직접 연결되는, 수술 기구.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사용자의 손을 보호하기 위한 감쇠 메커니즘을 더 포함하며, 상기 감쇠 메커니즘은 수동 코일을 포함하는, 수술 기구.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐뉼라는 상기 진동 액추에이터에 제거가능하게 장착되는, 수술 기구.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 액추에이터는 샤프트 및 상기 샤프트에 회전가능하게 장착되는 회전 편심 매스를 포함하며, 상기 캐뉼라는 상기 샤프트의 종방향 축으로부터 오프셋되는, 수술 기구.
  22. 연조직의 지방흡입 또는 이완을 수행하기 위한 방법에 있어서,
    a) 모터, 상기 모터에 동작적으로 연결되는 진동 액추에이터 및 상기 진동 액추에이터에 동작적으로 연결되는 캐뉼라를 갖는 핸드헬드 디바이스를 제공하는 단계;
    b) 조직에서 상기 캐뉼라의 진동을 초래하기 위해 상기 진동 액추에이터의 회전을 초래하도록 상기 모터를 작동시키는 단계를 포함하며;
    c) 상기 디바이스의 오퍼레이터는 상기 모터를 상기 진동 액추에이터에 연결하는 감쇠 메커니즘에 의해 진동들로부터 차폐되는, 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    진동들에 의해 상기 연조직으로부터 축출되는 지방을 상기 캐뉼라를 통해 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서,
    상기 캐뉼라의 진동 동안 또는 진동 후에 상기 연조직으로 이식편(graft)을 주입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동들의 주파수 또는 진폭 중 적어도 하나를 선택적으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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