KR20220038674A - 최소 침습 외과시술용 삽입가능 로봇 - Google Patents

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KR20220038674A
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KR
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tube
guide tube
straightening
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curved
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KR1020227001955A
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리처드 헨드릭
에반 블룸
닐 딜런
Original Assignee
버츄오쏘 써지컬, 아이엔씨.
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Publication date
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Abstract

최소 침습 외과시술을 위한 삽입 가능한 로봇은 직선화 튜브(60) 내부에 수용된 안내 튜브(50)를 가지는 튜브 어레이를 포함한다. 상기 안내 튜브(50)는 만곡된 작업 단부를 포함한다. 상기 안내 튜브(50)는, 만곡된 작업 단부가 직선화 튜브(60) 내부에 구속되어 만곡된 작업 단부가 더 작은 치수를 달성하도록, 직선화 튜브(60)에 대해 축방향으로 병진이동 및 회전될 수 있다. 상기 튜브 어레이는 내시경, 절제경 또는 투관침의 작업 채널 내부에 삽입된다. 상기 튜브 어레이가 삽입된 때, 상기 안내 튜브(50)의 만곡된 작업 단부는 작업 채널의 원위 단부를 넘어서 전방으로 병진이동되어 미리 형성된 형상으로 복귀할 수 있다. 외과시술용 도구는 수술을 위해 안내 튜브를 통해 삽입된다. 상기 직선화 튜브는 튜브 어레이의 삽입 및 제거 중에 안내 튜브의 만곡된 작업 단부가 일시적으로 직선화될 수 있도록 한다.

Description

최소 침습 외과시술용 삽입가능 로봇
본 발명은 외과시술을 수행하기 위한 외과시술용 기구들과 관련 방법들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 동심 튜브 로봇 조립체들을 사용하는 최소 침습 외과시술을 위한 도구들과 방법들에 관한 것이다.
전기기계 로봇들을 이용한 최소 침습 외과시술(minimally invasive surgery)은 의학의 발전하는 분야이다. 내시경, 절제경과 같은 종래의 최소 침습 외과시술용 장치들은 일반적으로 환자의 신체 내의 절개부 또는 환자의 신체 내의 자연적인 구멍을 통해 삽입되는 원위 팁(distal tip)을 포함한다. 원위 팁은 신체 내부에 배치된 때 외과의사가 원위 팁에 근접한 시야를 볼 수 있게 하는 광학 렌즈를 포함한다. 내시경은 일반적으로 수술실 모니터에 시야를 표시하기 위해 내시경에 부착된 카메라를 가질 것이다. 일부 애플리케이션들에서, 내시경은 내시경의 원위 팁에 설치된 카메라를 포함한다. 장치는 또한 장치를 통해 연장되는 작업 채널을 포함한다. 하나 이상의 세장형(elongated) 외과시술용 도구들은 작업 채널을 통해 삽입될 수 있다. 절단 장치, 바스켓 또는 레이저 광학장치와 같은 도구가 외과시술용 도구에 포함될 수 있다. 외과시술용 도구의 원위 팁은 장치의 원위 팁으로부터 돌출되고, 이에 의해 외과의사가 수술 중 환자의 신체 내부에서 도구의 작동을 시각적으로 관찰할 수 있도록 허용한다.
내시경 또는 절제경의 좁은 작업 채널을 통해 사용되는 종래의 외과시술용 도구들은 일반적으로 크기가 제한되며, 특히 최대 유효 외경이 제한된다. 이러한 도구들은 신체 내부의 외과시술 부위에 도달하기 위해 작업 채널을 통과해야 하기 때문에, 도구들은 내시경 또는 절제경의 작업 채널의 구멍 내부에 축방향으로 삽입되도록 외경이 충분히 작아야 한다. 내시경 또는 절제경의 작업 채널 직경은 일반적으로 대략 1 내지 20mm 범위에 있지만, 장치들은 애플리케이션에 따라 이 범위를 벗어나 상이한 내경들을 가질 수 있다. 따라서, 작업 채널을 통해 삽입되는 외과시술용 도구는 채널을 통해 원활하게 삽입되어 외과시술 부위에 도달할 수 있도록 유사하거나 더 작은 유효 외경을 포함해야 한다.
외과시술 중에, 외과시술용 도구를 교체해야 할 필요도 있을 수 있다. 예를 들어, 레이저 절단 섬유는 작업 채널을 통해 내시경 또는 절제경으로부터 제거되어야 할 필요가 있으며, 기계적 매니퓰레이터는 작업 채널을 통해 삽입되어야 할 필요가 있다. 매니퓰레이터들은 외과의사가 내시경을 실제로 움직이지 않고 내시경의 원위 팁으로부터 돌출된 외과시술용 도구의 원위 단부를 움직일 수 있게 허용한다. 이는 일부 애플리케이션들에서 환자의 부상을 감소시킬 수 있다.
수술 중에 외과시술용 도구가 변경될 때, 첫 번째 도구는 환자로부터 멀어지는 방향으로 작업 채널 밖으로 축방향으로 슬라이딩될 수 있으며, 두 번째 도구는 환자를 향한 방향으로 작업 채널 내부로 축방향으로 슬라이딩되거나 삽입될 수 있다. 두 번째 도구는 작업 도구의 원위 단부가 외과시술 부위를 향해 전진하는 위치에 있을 때까지 삽입된다. 그러나, 첫 번째 또는 두 번째 외과시술용 도구의 원위 단부가 크게 만곡되거나, 또는 원위 단부가 크게 확장된 프로파일을 가진 경우에, 두 번째 도구는 작업 채널 내부에 적절하게 맞지 않을 수 있다. 따라서, 만곡되거나 또는 큰 프로파일 팁을 가진 외과시술용 도구를 환자를 향해 작업 채널에 삽입하는 것은 어렵거나 불가능할 수 있다.
그래서, 필요한 것은 로봇 외과시술을 수행하기 위한 장치들과 방법들의 개선이다.
본 발명의 하나의 목적은, 환자의 신체로부터 내시경, 절제경 또는 투관침 샤프트를 제거하지 않고 외과시술 중에 사용자가 외과시술용 도구를 변경할 수 있도록 하는 외과시술용 로봇 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 크게 만곡된 작업 단부를 가진 안내 튜브가 내시경, 절제경 또는 투관침의 좁은 작업 채널을 통해 축방향으로 삽입될 수 있도록 하는 외과시술용 로봇 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 길이 방향으로 직선이거나 약간 만곡된 작업 채널 내부로 또는 밖으로 튜브 어레이를 슬라이딩시킴으로써 외과시술 절차 중에 신속하게 변경될 수 있는 통합 외과시술용 도구를 가진 모듈식 튜브 어레이를 포함하는 외과시술용 로봇 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 최소 침습 외과시술을 수행하기 위한 장치들과 방법들에 관한 것이다. 몇몇 실시예들에서, 본 발명은 직선화 튜브(straightening tube) 내부에 수용된 만곡된 작업 단부를 가진 안내 튜브를 포함하는 외과시술용 로봇 장치를 포함하며, 직선화 튜브는 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 적어도 부분적으로 직선화시켜 안내 튜브와 직선화 튜브가 결합된 조립체로서 내시경, 절제경 또는 투관침의 샤프트의 작은 직경의 작업 채널을 통해 동시에 삽입될 수 있도록 한다. 다양한 실시예들에서, 상기 조립체는 외과시술용 도구에 더하여 안내 튜브를 통과하는 내부 튜브와 같은 추가적인 튜브들을 포함할 수 있다.
작업 채널 내부에 안내 튜브와 직선화 튜브의 삽입에 뒤이어, 안내 튜브는 만곡된 작업 단부가 직선화 튜브의 원위 단부로부터 연장되어 자연적으로 편향된 만곡된 방향을 취할 수 있도록 직선화 튜브를 통해 환자의 신체를 향해 축방향으로 병진이동될 수 있다. 레이저 광학장치, 절단 도구, 겸자들, 바스켓 또는 다른 기구와 같은 외과시술용 도구는 안내 튜브를 축방향으로 통과하여 안내 튜브의 원위 팁으로부터 연장된다. 상기 안내 튜브의 곡률은, 종래의 직선형 외과시술용 도구들과 비교할 때, 외과의사가 환자의 신체 내부에서 외과시술용 도구의 움직임의 범위를 향상시킬 수 있도록 허용한다. 상기 안내 튜브는, 외과시술용 도구를 원하는 조직으로 조종하는 절차 중에 안내 튜브가 병진이동되거나 회전되도록 허용하는 트랜시미션에 결합된다.
몇몇 실시예들에서, 본 발명은 최소 침습 외과시술을 수행하기 위한 동심 튜브 로봇 장치를 포함한다. 상기 장치는 안내 튜브와 직선화 튜브를 가진 튜브 어레이를 포함한다. 상기 안내 튜브는 만곡된 작업 단부를 포함한다. 상기 안내 튜브는 만곡된 작업 단부가 직선화 튜브 내부에 수용되어 직선화 튜브에 의해 구속되도록 직선화 튜브에 대하여 병진이동되고 회전될 수 있으며, 이에 의해 상기 튜브 어레이가 내시경, 절제경 또는 투관침의 좁은 작업 채널 내부에 삽입될 수 있도록 한다. 트랜스미션은 또한 몇몇 실시예들에서 튜브 어레이에 결합되며, 수술 중에 완전한 유닛으로서 외과시술용 로봇에 설치되거나 제거될 수 있는 교체 가능한 카트리지 구성을 제공한다.
본 발명의 많은 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들과 청구항들과 관련하여 다음의 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백하게 될 것이다.
도 1은 원위 팁으로부터 돌출된 엔드 이펙터를 가진 외과시술용 도구를 포함하는 내시경의 종래 기술의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2a는 렌즈와 렌즈 아래에 개방된 작업 채널을 가진 내시경 원위 팁의 종래 기술의 실시예의 상세 사시도를 도시한다.
도 2b는 원위 팁으로부터 돌출된 외과시술용 도구와 엔드 이펙터를 가진 도 2a의 내시경의 종래 기술의 실시예의 상세 절개 사시도를 도시한다.
도 3은 원위 팁으로부터 돌출된 분리된 동심 튜브 매니퓰레이터 조립체를 가진 내시경의 종래 기술의 실시예의 사시도를 도시한다.
도 4는 만곡된 원위 단부를 가진 안내 튜브의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5는 원위 단부가 직선화 튜브 내부에 위치하는 안내 튜브의 일 실시예의 부분 사시도를 도시한다.
도 6은 안내 튜브의 만곡된 원위 단부의 부분이 직선화 튜브 내부에 수용되어 직선화 튜브에 의해 직선화되도록 직선화 튜브 내부에 위치하는 도 5의 안내 튜브의 실시예의 부분 사시도를 도시한다.
도 7은 직선화 튜브 내부에 수용된 만곡된 원위 단부를 가진 안내 튜브의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 8은 직선화 튜브로부터 부분적으로 돌출된 만곡된 원위 단부를 가진 안내 튜브의 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 9는 작업 채널을 통해 부분적으로 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하는 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 10은 작업 채널을 통해 준비 위치로 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하는 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 11은 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 안내 튜브와 외과시술용 도구는 직선화 튜브로부터 부분적으로 연장된, 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 12는 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 안내 튜브와 외과시술용 도구는 직선화 튜브로부터 부분적으로 연장된, 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 13은 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 안내 튜브는 직선화 튜브로부터 연장되고, 외과시술용 도구는 안내 튜브로부터 연장된, 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 14는 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 안내 튜브와 외과시술용 도구는 직선화 튜브로부터 부분적으로 연장되고 작업 채널 축을 중심으로 회전된, 내시경, 절제경 또는 투관침의 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 15는 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 안내 튜브는 직선화 튜브로부터 부분적으로 연장되고 작업 채널 축을 중심으로 회전되며, 외과시술용 도구는 안내 튜브로부터 연장된, 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 16은 작업 채널을 통해 부분적으로 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하도록 배치된 축방향 정지부를 가지는, 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 17은 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 축방향 정지부가 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하는, 도 16의 내시경, 절제경 또는 투관침의 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 18은 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 축방향 정지부는 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하고, 안내 튜브와 외과시술용 도구는 직선화 튜브로부터 연장된, 도 16과 17의 내시경, 절제경 또는 투관침의 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 19는 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 축방향 정지부는 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하고, 안내 튜브는 직선화 튜브로부터 연장되며, 외과시술용 도구는 안내 튜브로부터 연장된, 도 16, 17 및 18의 내시경, 절제경 또는 투관침의 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 20은 작업 채널을 통해 부분적으로 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하도록 배치된 축방향 정지부를 가지는, 내시경, 절제경 또는 투관침의 대체 가능한 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 21은 작업 채널을 통해 삽입된 직선화 튜브, 안내 튜브 및 외과시술용 도구 조립체를 포함하며, 축방향 정지부가 직선화 튜브의 병진이동을 작업 채널 내의 원하는 위치로 제한하는, 도 20의 내시경, 절제경 또는 투관침의 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 22는 안내 튜브 병진이동 및 회전 구동부들과 외과시술 도구 병진이동 및 회전 구동부들을 포함하는 트랜스미션에 결합된 외과시술용 도구, 안내 튜브 및 직선화 튜브를 가진 로봇 조립체의 일 실시예의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 23은 작업 채널 내부로의 삽입을 위한 트랜스미션을 가진 튜브 어레이의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 24는 작업 채널의 근위 단부에 삽입 포트를 가진 내시경의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 25는 샤프트 내부에 부분적으로 삽입된 광학 렌즈를 포함하는 절제경의 일 실시예의 사시도를 예시한다.
도 26은 도 25의 부분 26의 상세 사시도이다.
도 27은 제1 및 제2 작업 채널들과 튜브 어레이들을 포함하는 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 28은 제1 및 제2 작업 채널들과 튜브 어레이들을 포함하는 내시경, 절제경 또는 투관침의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 29는 제1 및 제2 작업 채널들 내에 위치하며 각각 대응되는 직선화 튜브로부터 부분적으로 연장된 만곡된 작업 단부를 가지는 제1 및 제2 튜브 어레이들을 포함하는 외과시술용 로봇 조립체의 일 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
이제, 도면들을 참조하면, 최소 침습 외과시술을 수행하기 위한 장치들과 방법들의 실시예들의 다양한 도면들이 도시된다. 도면들에서, 명료함을 위해 각각의 도면에 모든 참조 번호가 포함된 것은 아니다. 도면들에 도시된 장치들은 청구된 발명의 모든 가능한 실시예들을 도시하기 위한 것이 아니라, 오히려 예들로서 포함된다. 당업자는 청구된 발명의 장치들과 방법들이 도면들에 도시되지 않은 상이한 구성들과 방향들을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 최소 침습 외과시술을 위한 삽입 가능한 동심 튜브 조립체를 제공한다. 어셈블리를 제공한다. 기존의 최소 침습 외과시술 중에, 내시경, 절제경 또는 투관침과 같은 외과시술용 기구는 작은 절개부를 통해 환자의 신체 내부에 삽입된 원위 팁을 포함한다. 절단 도구, 프로브, 겸자, 바스켓, 레이저 섬유와 같은 엔드 이펙터를 포함하는 외과시술용 도구 또는 다른 외과시술용 도구는 환자 조직에 대한 수술을 수행하기 위해 원위 팁으로부터 돌출된다. 원위 팁 부근에 위치한 광학 렌즈는 외과의사가 수술 중에 체내에서 진행되는 외과시술용 도구를 시각적으로 관찰할 수 있도록 허용한다.
최소 침습 외과시술을 수행하기 위한 종래의 내시경 장치(10)의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 상기 장치(10)는 원위 단부(14)와 근위 단부(16)를 가진 길이방향 샤프트(12)를 포함한다. 상기 길이방향 샤프트(12)는 하나 이상의 외과시술용 기구들(20)의 통과를 허용하는 중공형 내부를 포함한다. 상기 외과시술용 기구(20)는 도 1에 도시된 원위 도구 단부(26)에 배치된, 절단 도구 또는 겸자와 같은, 엔드 이펙터(22)를 가진 외과시술용 도구를 포함한다. 상기 외과시술용 기구(20)는 일 단부에 도구 액추에이터(24)와 도구 액추에이터로부터 연장된 도구 샤프트(28)를 포함한다. 상기 도구 샤프트(28)는 원위 도구 단부(26)와 엔드 이펙터(22)가 상기 장치(10)의 원위 단부(14)의 개구로부터 돌출되도록 내시경 장치(10)의 길이방향 샤프트(12) 내에 삽입된다.
외과시술 중에, 상기 장치(10)의 원위 단부(14)는 원위 도구 단부(26) 및 엔드 이펙터(22)와 함께 환자의 신체 내부에 삽입된다. 그 다음, 상기 도구 액추에이터(24)는, 예를 들어 신체 내부로부터 환자 조직을 제거하기 위한 절단 작업을 수행하기 위해, 엔드 이펙터(22)를 작동시키도록 조작될 수 있다. 이 절차 중에, 외과시술용 기구(20)는 도구 샤프트가 길이방향 샤프트(12) 내에서 병진이동하도록 외과시술용 도구를 축방향으로 이동시킴으로써 상기 장치(10)에 대해 조작될 수 있으며, 이에 의해 상기 장치(10)의 원위 단부(14)에 대해 엔드 이펙터(22)의 길이방향 위치를 이동시킨다. 추가적으로, 외과시술용 기구(20)는 샤프트(12)의 길이방향 축을 중심으로 각(angularly) 회전될 수 있으며, 이에 의해 엔드 이펙터(22)가 상기 장치(10)의 원위 단부(14)에 대해 회전하게 한다.
최소 침습 외과시술 중에, 수술을 받는 조직에 대한 엔드 이펙터(22)의 위치를 외과의사가 시각적으로 관찰할 수 있는 것이 유리하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서 내시경 장치(10)는, 카메라 또는 광학장치가 도구 샤프트(28)와 나란히 길이방향 샤프트(12)의 내부를 통해 연장되도록 상기 장치(10) 내부에 삽입되기 위한 광학 포트(optical port)(30)를 포함한다.
종래의 내시경, 절제경 또는 투관침의 튜브형, 중공형 길이방향 샤프트(12)의 원위 단부(14)의 일례가 도 2a와 2b에 도시되어 있다. 상기 길이방향 샤프트(12)는 원위 단부(14)에 단부 개구(19)를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 후드(hood)(15)가 단부 개구(19)를 둘러싼다. 작업 채널(18)은 길이방향 샤프트(12)의 중공형 내부를 통해 형성되고, 하나 이상의 도구들은 단부 개구(19)를 향해 작업 채널(18)을 통과할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 광학 렌즈(32)는 단부 개구(19) 부근에 위치한다. 상기 광학 렌즈(32)는 외과의사에게 이미징(imaging) 능력을 제공하기 위해 광섬유(34)에 결합된다. 광섬유(34)는 길이방향 샤프트(12)의 작업 채널(18)을 통해 연장된다.
또한, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 도구 샤프트(28)는 작업 채널(18)을 통해 길이방향 샤프트(12)의 원위 단부(14)에 있는 단부 개구(19)를 향해 연장된다. 상기 도구 샤프트(28)는 엔드 이펙터(22)를 작동시키기 위해 그리고 원위 도구 단부(26)를 축방향으로 또는 도구 샤프트 축(29)에 대해 각을 이루어 이동시키기 위해 외과의사에 의해 수동으로 조작되거나 또는 로봇식 인터페이스를 사용하여 외과의사에 의해 원격 조종될 수 있는 외과시술용 기구의 부분이다. 추가적으로, 절차 중에, 도구 샤프트(28)는 또한 수동으로 또는 도구 샤프트(28)에 결합된 기계식 트랜스미션 링키지를 사용하여 도구 샤프트 축(29)을 중심으로 각 회전될 수 있다.
도 3을 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 단부 개구(19)로부터 돌출된 2개의 외과시술용 도구들(20a, 20b)을 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 도구는 하나 이상의 동심 튜브들(25a, 25b, 25c, 25d)을 사용하여 배치될 수 있는 엔드 이펙터를 포함한다. 이러한 구성들은 외과의사가 엔드 이펙터들을 외과시술 부위의 원하는 위치에 배치하고 조종할 수 있도록 하는 것으로 당업계에 알려져 있다. 그러나, 이러한 다중 동심 튜브 구성들은, 각각의 튜브의 곡률에 의해 초래된 각각의 동심 튜브 작업 단부의 비교적 큰 유효 직경에 기인하여, 일반적으로 고정되고 내시경, 절제경 또는 투관침의 작업 채널을 통해 삽입될 수 없다. 이와 같이, 외과시술용 로봇들을 위한 종래의 동심 튜브 조립체들은 내시경, 절제경 또는 투관침 내의 작은 직경의 작업 채널을 통한 삽입 및 제거에 의해 교체되도록 수정될 수 없다.
내시경, 절제경 또는 투관침의 작업 채널을 통해 외과시술용 도구를 안내하기 위한 세장형(elongated) 튜브의 일례가 도 4에 도시되어 있다. 여기에 도시된 다양한 튜브들은 축척에 맞춰 그려진 것이 아니며, 도시되지 않은 다양한 종횡비들, 길이들, 내경들, 외경들, 벽 두께들 및 곡률 프로파일들을 포함할 수 있다.
당업자는 여기에 개시된 튜브들은 실제로 많은 상이한 실시예들을 취할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다. 안내 튜브(50) 또는 내부 튜브가 도 4 도시되어 있다. 안내 튜브(50)는 안내 튜브 몸체(52)와, 안내 튜브 몸체(52)의 원위 단부에 있는 만곡된 작업 단부(54)를 포함한다. 안내 튜브(50)는 중공형 내부를 포함하며 금속 또는 금속 합금과 같은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 안내 튜브(50)는 니켈-티타늄 또는 니티놀(Nitinol) 합금을 포함한다. 안내 튜브(50)는 일반적으로 내시경, 절제경 또는 투관침의 원위 팁에서 외과시술 부위의 원하는 위치로 외과시술용 도구를 조종하는 데 사용된다. 외과시술용 도구는 안내 튜브(50) 내부에 축방향으로 수용될 수 있으며, 외과시술용 엔드 이펙터는 안내 튜브 원위 단부 개구(56)를 통해 생체 내에서 전개되거나 후퇴될 수 있다.
상기 안내 튜브(50)의 만곡된 작업 단부(54)는 원하는 곡률 프로파일을 가지도록 미리 성형된다. 몇몇 실시예들에서, 만곡된 작업 단부(54)의 곡률 프로파일은 광학 렌즈(32)의 시야에서 외과시술용 엔드 이펙터의 최대 조종 가능성을 제공하도록 최적화된다.
안내 튜브(50)에 만곡된 작업 단부(54)를 가지는 것의 하나의 단점은 안내 튜브의 만곡된 작업 단부(54)의 곡률 프로파일로 인해 안내 튜브(50)가 유효 외부 치수 또는 유효 직경(W)을 가진다는 것이다. 대부분의 적용예들에서, 안내 튜브 유효 직경(W)은 내시경, 절제경 또는 투관침의 대응되는 작업 채널 내경보다 더 크다. 따라서, 만곡된 작업 단부(54)를 가진 안내 튜브(50)를 작업 채널을 통해 축방향으로 삽입하거나 제거하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있다.
도 5 내지 7에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 외부 튜브 또는 직선화 튜브(60)는 안내 튜브(50)의 외부에 위치할 수 있다. 직선화 튜브(60)는 중공형 내부를 가진 원통형 튜브를 포함한다. 직선화 튜브(60)의 내경은 안내 튜브(50)가 직선화 튜브(60) 내부에 밀접하게 맞으면서도 직선화 튜브(60)에 대해 여전히 축방향으로 병진이동할 수 있고 회전할 수 있도록 안내 튜브(50)의 외경보다 약간 더 크다. 도 5에 도시된 바와 같이, 직선화 튜브(60)는 직선화 튜브 원위 단부(66)와 직선화 튜브 원위 단부 개구(68)를 포함한다. 안내 튜브(50)는 직선화 튜브 원위 단부 개구(68) 내에 수용된다.
안내 튜브(50)의 만곡된 작업 단부(54)가 직선화 튜브(60) 내부로 병진이동할 때, 만곡된 작업 단부(54)는 편향된 만곡된 위치로부터 멀어지도록 안내 튜브 축(51)을 향해 굴절 또는 변형된다. 안내 튜브(50)의 만곡된 작업 단부(54)가 직선화 튜브(60) 내부에 완전히 안착된 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 안내 튜브 원위 단부 개구(56)는 직선화 튜브 원위 단부(66)와 축방향으로 정렬된다. 이 위치에서, 만곡된 작업 단부(54)도 만곡된 작업 단부(54)가 상당히 직선화되도록 직선화 튜브에 의해 구속된다. 이러한 실시예들에서, 직선화 튜브 원위 단부(66)와 만곡된 작업 단부(54)의 전체 유효 외경(D)은 직선화 튜브(60)의 외경과 실질적으로 동일하다.
몇몇 실시예들에서, 만곡된 작업 단부(54)는 직선화 튜브 원위 단부(66)에 힘을 가할 수 있으며, 이는 직선화 튜브 원위 단부(66)가 약간 휘어지게 한다. 그러나, 직선화 튜브에 가해지는 변형은 일반적으로 직선화 튜브(60)가 작업 채널을 통해 삽입되는 것을 방지할 만큼 충분히 크지 않다.
도 8에 도시된 바와 같이, 안내 튜브(50)는 직선화 튜브(66)의 원위 단부로부터 만곡된 작업 단부(54)의 부분을 노출시키기 위해 직선화 튜브(60) 내부에서 축방향으로 병진이동될 수 있다. 안내 튜브(50)가 축방향으로 병진이동하여 작업 단부(54)가 직선화 튜브 원위 단부(66) 밖으로 돌출됨에 따라, 만곡된 작업 단부(54)는 직선화 튜브 축(62)으로부터 멀어지는 미리 만곡된 편향된 위치로 복귀한다. 안내 튜브 원위 단부 개구(58)의 방향은 안내 튜브(50)의 정확한 병진이동과 회전 및 직선화 튜브(60)에 의해 제어된다.
도 9와 10을 참조하면, 안내 튜브(50)는 안내 튜브 본체(52)와, 직선화 튜브(60) 내부에 수용된 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54)를 포함한다. 안내 튜브와 직선화 튜브 조립체(50, 60)는 함께 상기 조립체가 작업 채널 내측 벽(17)에 의해 형성된 작업 채널(18)을 통해 삽입될 수 있도록 하는 치수 프로파일을 포함한다. 작업 채널(18)은 내시경, 절제경 또는 투관침의 길이방향 샤프트(12) 내에 형성된 내부 작업 채널 직경(38)을 포함한다. 작업 채널(18)은 작업 채널의 원위 팁(tip)에 형성된 개구를 포함하는 원위 단부(19)를 포함한다. 안내 튜브와 직선화 튜브 조립체(50, 60)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 작업 채널을 통해 동시에 삽입될 수 있다. 추가적으로, 안내 튜브와 직선화 튜브 조립체(50, 60)의 삽입 중에, 외과시술용 도구 샤프트(28)와 외과시술용 도구 원위 단부(26)를 가진 외과시술용 도구도 안내 튜브(50) 내부에 수용될 수 있다. 안내 튜브와 직선화 튜브 조립체(50, 60)의 삽입 중에, 안내 튜브 원위 단부(56)와 직선화 튜브 원위 단부(66)는 몇몇 적용예들에서 외과시술용 도구 원위 단부(26)와 축방향으로 정렬된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 안내 튜브와 직선화 튜브 조립체(50, 60)는 안내 튜브 원위 단부(56)와 직선화 튜브 원위 단부(66)가 작업 채널 원위 단부(19)와 축방향으로 정렬될 때까지 작업 채널(18)을 통해 삽입된다. 이 위치에서, 외과시술용 도구 원위 단부(26)도 안내 튜브 원위 단부(56) 및 직선화 튜브 원위 단부(66)와 축방향으로 정렬된다. 이 준비 위치에서, 직선화 튜브(60)의 전방 병진이동은 제한되지만, 안내 튜브(50)와 외과시술용 도구(20)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 정지된 직선화 튜브(60)에 대해 축방향으로 동시에 또는 독립적으로 병진이동될 수 있다. 안내 튜브 원위 단부(56)와 직선화 튜브 원위 단부(66)의 전방 병진이동은 수동 액추에이터 또는 튜브들에 결합된 전기-기계식 트랜스미션 링키지에 의해 제어된다. 안내 튜브 원위 단부(56)와 직선화 튜브 원위 단부(66)가 직선화 튜브의 원위 단부에 있는 개구 밖으로 축방향으로 전진함에 따라, 안내 튜브(50)의 만곡된 작업 단부(54)는 바람직한 편향된 위치에서 미리 성형된 곡률로 복귀한다. 몇몇 적용예들에서, 직선화 튜브 원위 단부(66)는 안내 튜브와 외과시술용 도구의 조작을 더 실행하기 위해 작업 채널 원위 단부(19)를 넘어서 외과시술 영역으로 연장될 수 있다.
안내 튜브 각도(53)는 직선화 튜브(60)에 대한 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54)의 축방향 위치의 함수이다. 안내 튜브(50)가 직선화 튜브(60)로부터 멀어지면서 전방으로 전진함에 따라, 안내 튜브 각도(53)는 만곡된 작업 단부(54)가 완전히 편향된 곡률 프로파일을 취할 때까지 증가한다. 안내 튜브(50)가 직선화 튜브(60)에 대해 후퇴할 때, 만곡된 작업 단부(54)가 직선화 튜브(60) 내부로 끌어당겨짐에 따라 몇몇 실시예들에서 안내 튜브 각도(35)는 0의 한계를 향해 감소한다.
안내 튜브(50)가, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이, 원하는 위치로 병진이동 및 회전할 때, 안내 튜브(50)를 통해 외과시술용 도구 샤프트(28)를 축방향으로 병진이동시킴으로써 외과시술용 도구(20)가 전개될 수 있다. 외과시술용 도구 샤프트(28)의 이러한 병진이동은, 도 13에 도시된 바와 같이, 외과시술용 도구 원위 단부(26)가 안내 튜브 원위 단부(56)를 넘어서 돌출되도록 한다. 추가 실시예들에서, 외과시술용 도구 원위 단부(26)는 안내 튜브(50)에 대해 축방향으로 병진이동할 수 없도록 안내 튜브 원위 단부(56)에 고정된다.
도 14 내지 15에 도시된 바와 같이, 안내 튜브는, 외과시술용 도구 원위 단부(26)를 원하는 위치로 조종하기 위해 외과시술용 도구 샤프트(28)의 축방향 위치를 이동시키는 동안, 후속적으로 회전 및/또는 병진이동될 수 있다. 직선화 튜브(60)에 대해 안내 튜브(50)를 회전 및 병진이동시키는 능력은 안내 튜브(50)에 대해 외과시술용 도구 샤프트(28)를 병진이동시키는 능력과 결합되어 렌즈(32)의 시야 내에서 외과시술용 엔드 이펙터의 조종성을 향상시키기 위한 다중 자유도를 가진 기술 해법을 제공한다.
도 16 내지 19를 참조하면, 몇몇 적용예들에서, 안내 튜브 원위 단부(56)와 직선화 튜브 원위 단부(66)의 축방향 병진이동을 작업 채널의 원위 단부에서 정지시키는 것이 바람직하다. 축방향 정지부(stop)(80)는 직선화 튜브(60) 상에 배치되거나 직선화 튜브(60)에 연결될 수 있다.
축방향 정지부(80)는 직선화 튜브(60)의 근위 단부로부터 반경방향으로 돌출된 환형 플랜지를 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다. 축방향 정지부(80)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 직선화 튜브 원위 단부(66)가 작업 채널의 원위 단부와 축방향으로 정렬될 때 장치의 대응되는 기계적 구조물과 간섭된다. 직선화 튜브(60)의 전방 이동을 제한하기 위해 축방향 정지부(80)와 맞물리는 구조물은 몇몇 실시예들에서 작업 채널(82)의 근위 단부 상의 어깨부(shoulder)를 포함할 수 있다. 축방향 정지부(80)가 작업 채널 근위 단부에 접근하여 접촉 위치(84)에 접촉할 때, 직선화 튜브(60)의 전방 이동이 정지된다. 직선화 튜브(60)가 축방향 정지부(80)에 의해 전진 이동이 제한된 위치로부터, 안내 튜브 근위 단부(52)는 정지된 직선화 튜브(60)에 대해 전방으로 자유롭게 전진할 수 있으며, 이에 의해 만곡된 작업 단부(54)와 외과시술용 도구 원위 단부(26)는 도 18에 도시된 바와 같이 직선화 튜브 원위 단부(66) 밖으로 함께 전진하도록 허용된다. 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54)가 원하는 방향에 도달한 때, 외과시술용 도구 샤프트(28)를 전방으로 병진이동시킴으로써 외과시술용 도구 원위 단부(26)는 안내 튜브 원위 단부(56)로부터 전개될 수 있다. 유사하게, 외과시술용 도구 원위 단부(26)는 외과시술용 도구 샤프트(28)의 병진이동 방향을 반전시킴으로써 안내 튜브(54)에 대해 후퇴될 수 있다.
추가 실시예들에서, 도 20과 21에 도시된 바와 같이, 직선화 튜브(60)의 축 방향 정지부(80)는 안내 튜브(50)와 직선화 튜브(60)의 축방향 전방 병진이동을 정지시키기 위해 작업 채널 외부의 구조물(83)에 접한다. 축방향 정지부(80)가 구조물(83)에 접촉한 때, 직선화 튜브(60)의 전방 병진이동은 정지된다. 몇몇 실시예들에서, 축방향 정지부(80)와 구조물(83)의 상대적 위치는, 접촉이 이루어질 때 직선화 튜브 원위 단부(66)와 안내 튜브 원위 단부(56)가 작업 채널 원위 단부(19)와 축방향으로 정렬되도록 위치한다. 이 위치로부터, 안내 튜브(50)는 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 연장시키고 외과시술용 도구 원위 단부(26)를 전개시키기 위해 전방으로 병진이동될 수 있다.
몇몇 적용예들에서, 외과시술 절차 중에, 장치가 내시경, 절제경 또는 투관침을 제거하지 않고 환자의 신체 내부에 위치되는 동안, 작업 채널을 통해 내시경, 절제경 또는 투관침으로부터 외과시술용 도구를 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수술의 상이한 단계를 위해 상이한 외과시술용 도구가 필요할 수 있다. 이를 수용하기 위해, 몇몇 실시예들에서, 본 발명은 튜브 어레이에 결합된 트랜스미션(92)을 포함하는 동심 튜브 로봇 장치(90)를 제공한다. 튜브 어레이는 직선화 튜브(60) 내부에 수용된 만곡된 작업 단부(54)를 가진 안내 튜브(50)를 포함한다. 안내 튜브(50)는 튜브 어레이가 내시경, 절제경 또는 투관침의 작업 채널 내부에 삽입되거나 작업 채널로부터 제거될 수 있도록 직선화 튜브(60)에 의해 적어도 부분적으로 직선화된다.
동심 튜브 로봇 장치(90)는 또한 샤프트와 안내 튜브(50) 내에 수용된 엔드 이펙터를 가진 외과시술용 도구를 포함한다. 안내 튜브(50)는 직선화 튜브(60)에 대해 축방향으로 병진이동 및 회전될 수 있다. 안내 튜브(50)는 안내 튜브 병진이동 구동부(94a) 및 안내 튜브 회전 구동부(96a)에 의해 구동된다. 안내 튜브 병진이동 구동부(94a)와 안내 튜브 회전 구동부(96a) 각각은 트랜스미션(92) 내부의 안내 튜브(50)에 기계적으로 결합된다. 안내 튜브 병진이동 구동부(94a)는 직선화 튜브(60)에 대한 안내 튜브(50)의 축방향 병진이동을 제어한다. 안내 튜브 회전 구동부(96a)는 직선화 튜브(60)에 대한 안내 튜브(50)의 각 회전(angular rotation)을 제어한다. 각각의 안내 튜브 구동부는 수동으로 또는 기어 박스 또는 모터와 같은 전기-기계적 액추에이터를 사용하여 구동될 수 있다.
또한, 도 22와 23에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 트랜스미션(transmission)(92)은 또한 외과시술용 도구 병진 이동 구동부(94b)와 외과시술용 도구 회전 구동부(96b)를 포함한다. 안내 튜브(50)에 대한 외과시술용 도구(20)의 축방향 병진이동 및 회전은 각각 병진이동 및 회전 구동부(94b, 96b)에 의해 제어된다.
외과시술용 도구를 변경하고자 원할 때, 제거 가능한 카트리지를 형성하는 제거 가능한 동심 튜브 로봇 장치(90)는, 튜브 어레이를 작업 채널 밖으로 슬라이딩시킴으로써 장치로부터 단일 유닛으로서 제거될 수 있다. 제거 중에, 직선화 튜브(60)는 길이방향 작업 채널을 통한 튜브 어레이의 제거가 용이하도록 충분히 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 구속시키도록 작동할 수 있다. 제2 동심 튜브 로봇 장치는, 도 24에 도시된 바와 같이, 내시경, 절제경 또는 투관침의 근위 단부에 있는 삽입 포트(72)를 통해 삽입될 수 있다. 삽입 포트(72)는 동심 튜브 로봇 장치(90)에 튜브 어레이와 외과시술용 도구 조립체의 삽입을 위한 개구를 제공한다. 몇몇 실시예들에서, 삽입 포트(72)는 제1 및 제2 램프들(ramps)(74a, 74b)을 포함하는 경사진 표면을 포함한다. 다른 실시예들에서, 삽입 포트(72)는 튜브 어레이의 원위 팁을 작업 채널(18) 내부로 그리고 작업 채널(18)을 통해 삽입하기 위해 작업 채널 길이방향 축(36)을 따라 적절한 위치로 공급하도록 형상화된 축대칭 깔때기를 포함한다.
도 25와 26을 참조하면, 추가적인 실시예들에서, 내시경, 절제경 또는 투관침은 중공형 내부를 가진 샤프트(12)를 포함한다. 샤프트(12)는 샤프트(12)를 통해 길이 방향으로 연장되는 로드 렌즈(rod rens) 또는 광섬유와 같은 광학 요소(34)를 수용한다. 대안으로서, 광학 요소(34)는 렌즈(32)를 포함하는 작업 채널의 원위 단부에 위치한 칩-팁(chip-tip) 유형의 카메라에 대한 케이블을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 작업 채널은 광학 요소(34) 아래의 샤프트의 내부 영역을 통해 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 작업 채널은 캐뉼러 내에, 또는 샤프트(12)의 중공형 내부에 위치한 작업 채널 인서트(17a) 내에 형성된다. 추가적으로, 도 26에 도시된 바와 같이, 몇몇 적용예들에서, 렌즈(32)의 시야 내에 위치한 외과시술용 도구 원위 단부(26a, 26b)를 가진 2개의 외과시술용 도구를 포함하는 것이 바람직하다. 각각의 외과시술용 도구는 대응되는 안내 튜브 내부에 수용된다. 제1 외과시술용 도구 원위 단부(26a)와 도구 샤프트(28a)는 제1 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54a)로부터 연장된다. 제2 외과시술용 도구 원위 단부(26b)와 도구 샤프트(28b)는 제2 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54b)로부터 연장된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 튜브 어레이들은 작업 채널 인서트 원위 단부(19a)를 가진 작업 채널 인서트(17a) 내에 형성된 별도의 작업 채널들 내에 위치한다. 제1 튜브 어레이는 작업 채널 인서트(17a)의 원위 단부(19a)와 축방향으로 정렬된 제1 직선화 튜브 원위 단부(66a)를 가진 직선화 튜브를 포함한다. 유사하게, 제2 튜브 어레이는 작업 채널 인서트(17a)의 원위 단부(19a)와 축방향으로 정렬된 제2 직선화 튜브 원위 단부(66b)를 가진 직선화 튜브를 포함한다. 이와 같이, 제1 및 제2 직선화 튜브 원위 단부들(66a, 66b)은 작업 채널 인서트의 원위 단부에 있는 작업 채널 개구들로부터 연장되지 않는다. 제1 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54a)는 제1 직선화 튜브 원위 단부(66a)로부터 돌출되고, 제2 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54b)는 제2 직선화 튜브 원위 단부(66b)로부터 돌출된다. 각각의 안내 튜브와 직선화 튜브는 회전 및 병진이동될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 각각의 안내 튜브와 직선화 튜브는 함께 회전될 수 있다. 제1 외과시술용 도구 원위 단부(26a)는 제1 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54a) 내부로 또는 밖으로 병진이동될 수 있고, 제2 외과시술용 도구 원위 단부(26b)는 제2 안내 튜브 만곡된 작업 단부(54b) 내부로 또는 밖으로 병진이동될 수 있다.
제1 및 제2 튜브 어레이들을 가진 샤프트의 실시예의 부분 단면도가 도 27과 28에 도시되어 있다. 도 27을 참조하면, 제1 작업 채널(18a)에 제1 튜브 어레이(40a)가 삽입되고, 제2 작업 채널(18b)에 제2 튜브 어레이(40b)가 삽입된다. 제1 및 제2 튜브 어레이들(40a, 40b)은 각각 직선화 튜브(60a, 60b), 안내 튜브(50a, 50b) 및 외과시술용 도구(20a, 20b)를 포함한다. 제1 및 제2 튜브 어레이들(40a, 40b)는 서로 독립적으로 삽입되거나 제거될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 튜브 어레이(40a)의 제1 직선화 튜브(60a)는 제1 직선화 튜브 원위 단부(66a)가 작동 채널 원위 단부(19)와 정렬되는 위치에 삽입될 수 있다. 이 위치로부터, 제1 안내 튜브 원위 단부(56a)와 제1 외과시술용 도구 원위 단부(26a)는 제1 만곡된 작업 단부와 제1 외과시술용 도구 단부 이펙터를 전개하기 위해 제1 직선화 튜브 원위 단부(66a)를 넘어서 병진이동될 수 있다. 유사하게, 제2 튜브 어레이(40b)의 제2 직선화 튜브(60b)는 제2 직선화 튜브 원위 단부(66b)가 작업 채널 원위 단부와 정렬되는 위치에 삽입될 수 있다. 이 위치로부터, 제2 안내 튜브 원위 단부(56b)와 제2 외과시술용 도구 원위 단부(26b)는 제2 만곡된 작업 단부와 제2 외과시술용 도구 단부 이펙터를 전개하기 위해 제2 직선화 튜브 원위 단부(66b)를 넘어서 병진이동될 수 있다.
도 29를 참조하면, 몇몇 실시예들에서, 최소 침습 외과시술을 수행하기 위한 장치는 샤프트 라이너(13)를 포함하는 샤프트(12)를 포함한다. 샤프트(12)와 샤프트 라이너(13) 사이에 플리넘(plenum)이 형성된다. 몇몇 실시예들에서, 플리넘(21)은 흡입 또는 관개(irrigation)를 위한 덕트로서 사용된다. 제1 및 제2 작업 채널들(18a, 18b)은 샤프트 내부에 형성된다. 제1 튜브 어레이는 제1 작업 채널(18a) 내에 삽입되고, 제2 튜브 어레이는 제2 작업 채널(18b) 내에 삽입된다. 제1 튜브 어레이는 제1 직선화 튜브(60a)와 제1 직선화 튜브 내부에 적어도 부분적으로 위치하는 제1 안내 튜브(50a)를 포함한다. 제1 안내 튜브는 제1 직선화 튜브(60a)에 대해 축방향으로 병진이동 가능하고 각 회전할 수 있는 제1 만곡된 작업 단부(54a)를 포함한다. 제1 안내 튜브(50a)는 제1 외과시술용 도구 원위 단부(26a)의 위치를 조종하기 위한 안내를 제공한다. 제1 안내 튜브(50a)의 축방향 위치와 각 위치에 따라, 제1 외과시술용 도구 원위 단부(26a)는 3차원 공간 내에서 정밀하게 재배치될 수 있다.
제2 튜브 어레이는 제2 직선화 튜브(60b)와 제2 직선화 튜브 내부에 적어도 부분적으로 위치하는 제2 안내 튜브(50b)를 포함한다. 제2 안내 튜브는 축방향으로 병진이동 가능하고 각 회전할 수 있는 제2 만곡된 작업 단부(54b)를 포함한다. 제2 안내 튜브(50b)는 제2 외과시술용 도구 원위 단부(26b)의 위치를 조종하기 위한 안내를 제공한다. 제2 안내 튜브(50b)의 축방향 위치와 각 위치에 따라, 제2 외과시술용 도구 원위 단부(26b)는 3차원 공간 내에서 정밀하게 재배치될 수 있다.
도 29에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 직선화 튜브 원위 단부들(66a, 66b)은 제1 및 제2 작업 채널의 원위 단부들(19)을 넘어서 연장되지 않는다. 몇몇 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 직선화 튜브 원위 단부들(66a, 66b)은 제1 및 제2 작업 채널의 원위 단부(19)를 약간 넘어서 연장되지만, 후드(15)의 원위 단부를 넘어서 연장되지는 않는다.
추가 실시예들에서, 본 발명은 외과시술 절차를 수행하는 방법을 포함하며, 이 방법은 (a) 만곡된 팁을 가진 안내 튜브와 직선화 튜브를 포함하는 동심 튜브 로봇을 제공하는 단계; (b) 안내 튜브의 만곡된 팁을 직선화 튜브 내부에 위치시키는 단계; (c) 안내 튜브와 직선화 튜브를 함께 내시경 샤프트의 작업 채널 내부에 삽입하는 단계; (d) 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 전개시키기 위해 직선화 튜브에 대해 안내 튜브를 병진이동시키는 단계; 및 (e) 외과시술용 도구를 안내 튜브 만곡된 작업 단부를 통해 외과시술 부위로 병진이동시키는 단계;를 포함한다. 상기 방법은 외과시술용 도구를 재배치하기 위해 직선화 튜브에 대해 안내 튜브를 회전시키는 단계를 더 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 방법은 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 직선화 튜브 내부로 후퇴시키는 단계와 튜브 조립체를 작업 채널로부터 제거하는 단계를 더 포함한다.
따라서, 로봇 외과시술을 위한 새롭고 유용한 장치들과 방법들에 대한 본 발명의 특정 실시예들이 여기에 설명되었지만, 이러한 언급들은 다음의 청구항들에서 제시된 것을 제외하고는 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 해석되도록 의도된 것은 아니다.

Claims (20)

  1. 외과시술을 수행하기 위한 장치로서:
    샤프트로서, 상기 샤프트를 통해 형성된 길이방향 작업 채널을 포함하며, 상기 작업 채널은 근위 단부 개구를 가진 근위 단부와 원위 단부 개구를 가진 원위 단부를 가지는, 샤프트; 및
    상기 길이방향 작업 채널 내부로 축방향 삽입을 위해 구성된 삽입 가능한 튜브 조립체로서, 상기 삽입 가능한 튜브 조립체는 만곡된 작업 단부를 가진 안내 튜브(guide tube)와 직선화 튜브(straightening tube)를 포함하고, 상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부는 상기 직선화 튜브의 길이방향 축으로부터 멀어지게 편향된 휴지 방향(resting orientation)을 가지는, 삽입 가능한 튜브 조립체;를 포함하며,
    상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부가 상기 직선화 튜브 내부에 수용될 때, 상기 직선화 튜브는 상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 상기 직선화 튜브의 길이방향 축을 향해 그 휴지 방향으로부터 멀어지게 강제하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 가능한 튜브 조립체는 상기 작업 채널의 근위 단부 개구 내부에 축방향 삽입되도록 구성되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 삽입 가능한 튜브 조립체가 상기 작업 채널 내에 있을 때, 상기 삽입 가능한 튜브 조립체의 유효 외경은 상기 작업 채널의 내경보다 작은, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안내 튜브는 상기 직선화 튜브에 대해 병진이동으로 축방향으로 이동 가능한, 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안내 튜브는 상기 작업 채널에 대해 각 회전 가능한(angularly rotatable), 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 안내 튜브 내부에 배치된 외과시술용 도구를 더 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외과시술용 도구는 상기 안내 튜브에 대해 병진이동으로 축방향으로 이동 가능한, 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외과시술용 도구는 상기 안내 튜브에 대해 각 회전 가능한, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 삽입 가능한 튜브 조립체에 배치된 트랜스미션(transmission)을 더 포함하며, 상기 트랜스미션은 상기 안내 튜브에 결합된 병진이동 구동부와 상기 안내 튜브에 결합된 회전 구동부를 포함하는, 장치.
  10. 외과시술용 로봇 장치로서:
    내경을 가진 길이방향 작업 채널을 가지는 내시경으로서, 상기 작업 채널은 근위 단부 개구와 원위 단부 개구를 포함하는, 내시경;
    상기 근위 단부 개구를 통해 상기 작업 채널 내에 축방향으로 삽입된 튜브 어레이;
    상기 튜브 어레이에 배치된 원위 단부를 가진 안내 튜브로서, 상기 안내 튜브는 상기 안내 튜브의 원위 단부에 만곡된 작업 단부를 포함하며, 상기 안내 튜브가 휴지 방향(resting orientation)에 있을 때, 상기 만곡된 작업 단부는 상기 작업 채널의 내경보다 큰 미리 성형된 제1 유효 직경을 가지는, 안내 튜브; 및
    상기 안내 튜브 상에 배치된 직선화 튜브로서, 상기 안내 튜브는, 상기 튜브 어레이가 상기 작업 채널 내부에 축방향으로 삽입될 때, 상기 만곡된 작업 단부가 상기 직선화 튜브 내부에 위치하도록, 상기 직선화 튜브 내에 적어도 부분적으로 수용되는, 직선화 튜브;를 포함하며,
    상기 직선화 튜브는 상기 직선화 튜브 내부의 상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 상기 제1 유효 직경보다 작은 제2 유효 직경으로 기계적으로 변형시키는, 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안내 튜브가 상기 직선화 튜브 내에 수용될 때, 상기 안내 튜브를 통해 축방향으로 배치된 외과시술용 도구를 더 포함하는, 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 직선화 튜브와 안내 튜브가 상기 작업 채널 내에 수용될 때, 상기 제2 유효 직경은 상기 작업 채널의 내경보다 작은, 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외과시술용 도구는 외과시술 중에 상기 안내 튜브에 대해 병진이동으로 축방향으로 이동할 수 있는, 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외과시술용 도구는 외과시술 중에 상기 안내 튜브에 대해 회전으로 각 이동 가능한(angularly moveable), 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 안내 튜브는 외과시술 중에 상기 직선화 튜브에 대해 병진이동으로 이동 가능한, 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 안내 튜브는 외과시술 중에 상기 작업 채널에 대해 회전으로 각 이동 가능한, 장치.
  17. 외과시술을 수행하는 방법으로서:
    a) 만곡된 팁을 가진 안내 튜브와 직선화 튜브를 포함하는 동심 튜브 로봇을 제공하는 단계;
    b) 상기 안내 튜브의 만곡된 팁을 상기 직선화 튜브 내부에 위치시키는 단계;
    c) 상기 안내 튜브와 직선화 튜브를 하나의 튜브 어레이로서 함께 내시경 샤프트의 작업 채널 내부에 삽입하는 단계;
    d) 상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 환자의 신체 내부에 전개시키기 위해 상기 직선화 튜브에 대해 상기 안내 튜브를 병진이동시키는 단계; 및
    e) 외과시술용 도구를 상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 통해 외과시술 부위로 전달하는 단계;를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    외과시술 중에 상기 외과시술용 도구를 재배치하기 위해 상기 안내 튜브를 상기 작업 채널에 대해 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안내 튜브의 만곡된 작업 단부를 상기 직선화 튜브 내부로 후퇴시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 작업 채널로부터 제1 동심 튜브 로봇을 제거하고, 상이한 외과시술용 도구를 가진 제2 동심 튜브 로봇을 상기 작업 채널 내부에 삽입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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