KR20230098372A

KR20230098372A - 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴

Info

Publication number: KR20230098372A
Application number: KR1020237021318A
Authority: KR
Inventors: 이정주; 김희진; 장동규
Original assignee: 주식회사 리브스메드
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2023-07-03
Also published as: US11278302B2; WO2021085678A1; KR20220077043A; KR102122508B1; JP2022536305A; EP4052667A4; EP4052667A1; KR102549614B1; CN113924047A; JP7473226B2; US20210244427A1; US20220104841A1

Abstract

본 발명에 따르면, 실제 엔드 툴이 굴곡하거나 수술 동작을 수행하는 동작과, 이에 대응하는 조작부의 작동이 직관적으로 일치하도록 하기 위한 수술용 인스트루먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로는 이를 위해, 여러 자유도를 가지는 엔드 툴, 엔드 툴의 동작을 직관적으로 조작할 수 있도록 하는 구조를 가지는 조작부, 조작부의 조작대로 엔드 툴의 동작이 가능하도록 조작부의 구동력을 엔드 툴로 전달하는 동력 전달부를 제공한다.

Description

수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 {End tool using Surgical instrument}

본 발명은 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 및 이를 구비하는 수술용 인스트루먼트에 관한 것으로, 상세하게는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 및 이를 구비하는 수술용 인스트루먼트에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다. 따라서 최근에는 피부에 소정의 구멍을 형성하여 의료 기기, 예를 들면, 복강경, 수술용 인스트루먼트, 미세수술용 현미경 등 만을 삽입하여 수행하는 수술 또는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.

수술용 인스트루먼트는 피부에 천공된 구멍을 통과하는 샤프트의 일단에 구비된 엔드 툴을, 소정의 구동부를 사용하여 의사가 직접 손으로 조작하거나 로봇 암을 사용하여 조작함으로써 수술 부위를 수술하기 위한 도구이다. 수술용 인스트루먼트에 구비된 엔드 툴 소정의 구조를 통한 회전 동작, 집게 동작(gripping), 절단 동작(cutting) 등을 수행한다.

그런데, 기존의 수술용 인스트루먼트는 엔드 툴 부분이 굴곡되지 않아 수술 부위에의 접근 및 여러 수술 동작의 수행에 있어서 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다. 이를 보완하기 위해 엔드 툴 부분이 휠 수 있는 수술용 인스트루먼트들이 개발되었으나, 엔드 툴을 굴곡시키거나 수술 동작을 수행하기 위한 조작부의 작동이 실제 엔드 툴이 굴곡되거나 수술 동작을 수행하는 동작과 직관적으로 일치하지 않아, 수술자의 입장에서 직관적인 작동이 용이하지 않고, 사용 방법의 숙련에 오랜 시간이 소요된다는 문제점이 존재하였다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 엔드 툴이 굴곡하거나 수술 동작을 수행하는 동작과, 이에 대응하는 조작부의 작동이 직관적으로 일치하도록 하기 위한 수술용 인스트루먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로는 이를 위해, 여러 자유도를 가지는 엔드 툴, 엔드 툴의 동작을 직관적으로 조작할 수 있도록 하는 구조를 가지는 조작부, 조작부의 조작대로 엔드 툴의 동작이 가능하도록 조작부의 구동력을 엔드 툴로 전달하는 동력 전달부를 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 서로 독립적으로 회전 가능한 제1 조(jaw) 및 제2 조(jaw); 상기 제1 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J11 풀리; 상기 제2 조와 결합하며, 상기 제1 축과 실질적으로 동일 또는 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J21 풀리; 서로 마주보도록 형성되는 한 쌍의 조 풀리 결합부들과, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부들을 연결하는 가이드부를 포함하고, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부 및 상기 가이드부가 형성하는 공간 내에 상기 J11 풀리와 상기 J21 풀리의 적어도 일부가 수용되고, 상기 가이드부에서 상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리들과 인접한 영역은 그 단면이 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔드 툴 허브; 상기 엔드 툴 허브의 일 측에 형성되고, 상기 제1 축과 소정의 각도를 이루도록 형성되는 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J12 풀리 및 J14 풀리; 및 상기 엔드 툴 허브의 일 측에 형성되고, 상기 제2 축과 실질적으로 동일 또는 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J22 풀리 및 J24 풀리;를 포함하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 제공한다.

본 발명의 다른 일 실시예는, 각각 회전가능 하도록 형성되는 제1 조(jaw) 및 제2 조(jaw)를 포함하고, 두 개 이상의 방향으로 회전가능하도록 형성되는 엔드 툴(end tool); 상기 엔드 툴의 상기 두 개 이상의 방향으로의 회전을 제어하는 조작부; 상기 조작부와 연결되어 상기 조작부의 회전을 상기 제1 조(jaw)로 전달하는 제1 조 와이어와, 상기 조작부와 연결되어 상기 조작부의 회전을 상기 제2 조(jaw)로 전달하는 제2 조 와이어를 포함하는 동력 전달부; 및 제1 방향(X축)으로 연장 형성되며, 일 단부에는 상기 엔드 툴이 결합되고 타 단부에는 상기 조작부가 결합되어 상기 조작부와 상기 엔드 툴을 연결하며, 상기 엔드 툴과 상기 조작부를 연결하면서 한 번 이상 절곡되도록 형성되는 절곡부를 포함하는 연결부;를 포함하고, 상기 엔드 툴은, 서로 마주보도록 형성되는 한 쌍의 조 풀리 결합부들과, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부들을 연결하는 가이드부를 포함하는 엔드 툴 허브를 포함하고, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부 및 상기 가이드부가 형성하는 공간 내에 상기 J11 풀리와 상기 J21 풀리의 적어도 일부가 수용되고, 상기 가이드부에서 상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리들과 인접한 영역은 그 단면이 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트를 제공한다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이와 같은 본 발명에 의해서, 수술자에 의한 조작부의 조작 방향과 엔드 툴의 작동 방향이 직관적으로 동일한 방향이기 때문에, 시술자의 편의성이 향상되고 수술의 정확성, 신뢰성 및 신속성 등이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1a는 종래의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 개념도이고, 도 1b는 요 동작 개념도이다.
도 1c는 다른 종래의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 개념도이고, 도 1d는 요 동작 개념도이다.
도 1e는 본 발명에 따른 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 개념도이고, 도 1f는 요 동작 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 수술용 인스트루먼트의 측면도이다
도 4 및 도 5는 도 2의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 4의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 허브를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 종래의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 2의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 8의 종래의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴과, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 비교하는 도면이다.
도 11은 도 4의 엔드 툴의 일 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 2의 수술용 인스트루먼트의 조작부를 나타내는 사시도이다.
도 14는 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 관절을 구성하는 풀리 및 와이어의 구성만을 간략하게 도시한 도면이다.
도 15는 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 액츄에이션 동작 및 요 동작과 관련된 풀리 및 와이어의 구성을 제1 조와 제2 조 각각에 대해 풀어서 도시한 그림이다.
도 16은 도 12의 수술용 인스트루먼트의 요 동작을 나타내는 사시도이다.
도 17은 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 피치 동작과 관련된 풀리 및 와이어의 구성을 제1 조와 제2 조 각각에 대해 풀어서 도시한 그림이다.
도 18는 도 12의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작을 나타내는 사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 각 실시예가 독립적으로 해석되거나 실시되어야 하는 것은 아니며, 각 실시예에서 설명되는 기술적 사상들이 개별적으로 설명되는 다른 실시예에 조합되어 해석되거나 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

<수술용 인스트루먼트의 일 실시예>

본 발명에 따른 수술용 인스트루먼트는 피치, 요, 액츄에이션 동작 중 적어도 어느 하나 이상의 동작에 대해서, 조작부를 어느 일 방향으로 회전시키면, 엔드 툴이 조작부의 조작 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하는 것을 일 특징으로 한다.

도 1a는 종래의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 개념도이고, 도 1b는 요 동작 개념도이다.

도 1a를 참조하면, 종래의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작을 수행함에 있어, 엔드 툴(120a)은 엔드 툴의 회전 중심(121a)보다 앞쪽에 형성되고, 조작부(110a)는 조작부의 회전 중심(111a)보다 뒤쪽에 형성된 상태에서, 조작부(110a)를 시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120a) 또한 시계 방향으로 회전하고, 조작부(120a)를 반시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120a) 또한 반시계 방향으로 회전하도록 형성된다. 한편, 도 1b를 참조하면, 종래의 수술용 인스트루먼트의 요 동작을 수행함에 있어, 엔드 툴(120a)은 엔드 툴의 회전 중심(121a)보다 앞쪽에 형성되고, 조작부(110a)는 조작부의 회전 중심(111a)보다 뒤쪽에 형성된 상태에서, 조작부(110a)를 시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120a) 또한 시계 방향으로 회전하고, 조작부(120a)를 반시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120a) 또한 반시계 방향으로 회전하도록 형성된다. 이 경우, 사용자의 좌우 방향이라는 관점에서 보았을 때, 사용자가 조작부(110a)를 왼쪽으로 움직이면 엔드 툴(120a)은 오른쪽으로 움직이고, 사용자가 조작부(110a)를 오른쪽으로 움직이면 엔드 툴(120a)은 왼쪽으로 움직이게 된다. 결과적으로, 사용자의 조작 방향과 엔드 툴의 동작 방향이 반대가 됨으로써, 사용자로 하여금 착오를 유발할 수 있고, 사용자의 조작이 용이하지 않다는 문제점이 존재하였다.

도 1c는 다른 종래의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작 개념도이고, 도 1d는 요 동작 개념도이다.

도 1c를 참조하면, 종래의 수술용 인스트루먼트 중 일부는 미러 대칭 형태로 형성되어, 피치 동작을 수행함에 있어, 엔드 툴(120b)은 엔드 툴의 회전 중심(121b)보다 앞쪽에 형성되고, 조작부(110b)는 조작부의 회전 중심(111b)보다 뒤쪽에 형성된 상태에서, 조작부(110b)를 시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120b)은 반시계 방향으로 회전하고, 조작부(110b)를 반시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120b)은 시계 방향으로 회전하도록 형성된다. 이 경우, 조작부와 엔드 툴의 회전 방향이라는 관점에서 보았을 때, 사용자가 조작부(110b)를 회전시키는 회전 방향과 그에 따른 엔드 툴(120b)의 회전 방향은 서로 반대가 된다. 결과적으로 사용자에게 조작 방향의 혼란을 가져올 수 있으며, 관절의 동작이 직관적이지 않으며, 실수를 유발할 수 있다는 문제점이 존재하였다. 또한, 도 1d를 참조하면, 요 동작을 수행함에 있어, 엔드 툴(120b)은 엔드 툴의 회전 중심(121b)보다 앞쪽에 형성되고, 조작부(110b)는 조작부의 회전 중심(111b)보다 뒤쪽에 형성된 상태에서, 조작부(110b)를 시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120b)은 반시계 방향으로 회전하고, 조작부(110b)를 반시계 방향으로 회전시키면 엔드 툴(120b)은 시계 방향으로 회전하도록 형성된다. 이 경우, 조작부와 엔드 툴의 회전 방향이라는 관점에서 보았을 때, 사용자가 조작부(110b)를 회전시키는 회전 방향과 그에 따른 엔드 툴(120b)의 회전 방향은 서로 반대가 된다. 결과적으로 사용자에게 조작 방향의 혼란을 가져올 수 있으며, 관절의 동작이 직관적이지 않으며, 실수를 유발할 수 있다는 문제점이 존재하였다. 이렇게 종래의 수술용 인스트루먼트의 사용자의 피치 또는 요 조작에 있어서, 사용자의 조작 방향과 엔드 툴의 동작 방향이 회전 방향의 관점 또는 좌우 방향의 관점 중 하나에 있어서는 서로 일치하지 않는다. 이는 종래의 수술용 인스트루먼트의 관절 구성에 있어서 엔드 툴과 조작부의 구성이 서로 다르기 때문이다. 즉, 엔드 툴은 엔드 툴의 회전 중심보다 앞쪽에 형성된 데 반해, 조작부는 조작부의 회전 중심보다 뒤쪽에 형성되기 때문이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 도 1e 및 도 1f에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 엔드 툴(120c)을 엔드 툴의 회전 중심(121c)보다 앞쪽에 형성하고, 조작부(110c) 또한 조작부의 회전 중심(111c)보다 앞쪽에 형성하여, 조작부(110c)와 엔드 툴(120c)의 동작이 직관적으로 일치하도록 하는 것을 일 특징으로 한다. 이러한 특성을 달리 표현하면, 도 1a, 1b, 1c 및 도 1d와 같이 조작부가 자신의 관절에 대해 사용자 쪽으로 가까워지는(즉, 엔드 툴로부터 멀어지는) 구성의 기존 예와는 달리, 도 1e 및 도 1f에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 조작 과정의 어느 한 순간 이상에서는 조작부의 적어도 일부가 자신의 관절을 기준으로 (자신의 관절보다) 엔드 툴에 더 가까워질 수 있도록 형성되는 것이다.

이를 다르게 설명하면, 도 1a, 1b, 1c 및 도 1d와 같은 종래의 수술용 인스트루먼트의 경우에는 엔드 툴이 자신의 회전 중심보다 앞쪽에 위치하는데 반해 조작부는 자신의 회전 중심보다 뒤쪽에 형성되어, 앞쪽이 고정된 상태에서 뒤쪽을 움직이는 조작부의 동작을 통해 뒤쪽이 고정된 상태에서 앞쪽이 움직이는 엔드 툴을 움직이게 되므로, 구조상 직관적으로 일치하지 않는 구조이다. 이로 인해, 조작부의 조작과 엔드 툴의 동작에 있어서 좌우 방향의 관점 또는 회전 방향의 관점에 있어서 불일치가 발생하고 사용자에게 혼란을 가져올 수 있으며, 조작부의 조작을 직관적으로 신속히 수행하기 힘들게 되고 실수를 유발할 수 있다는 문제점이 존재하였다. 이에 반해 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트는 엔드 툴과 조작부 모두 뒤쪽에 형성된 회전 중심을 기준으로 움직이기 때문에 구조상 직관적으로 동작이 서로 일치한다고 할 수 있는 것이다. 다르게 설명하면, 엔드 툴의 움직이는 부분이 뒤 쪽에 형성된 회전 중심을 기준으로 움직이는 것과 같이, 조작부의 움직이는 부분도 뒤 쪽에 형성된 해당 회전 중심을 기준으로 움직이기 때문에, 구조상 직관적으로 동작이 서로 일치한다고 할 수 있다. 이로 인해 사용자는 엔드 툴 방향의 조종을 직관적으로 신속히 수행할 수 있으며, 실수가 유발될 가능성이 현저히 줄어드는 장점이 있다. 이하에서는 이러한 기능을 가능하게 하는 구체적인 메커니즘에 대해 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 수술용 인스트루먼트의 측면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110), 엔드 툴(end tool)(120), 동력 전달부(130) 및 연결부(140)를 포함한다. 여기서, 연결부(140)는 속이 빈 샤프트(shaft) 형상으로 형성되어, 그 내부에 하나 이상의 와이어(후술함) 들이 수용될 수 있으며, 그 일 단부에는 조작부(110)가 결합되고, 타 단부에는 엔드 툴(120)이 결합되어, 조작부(110)와 엔드 툴(end tool)(120)을 연결하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 연결부(140)는 조작부(110) 측에 절곡부(141)가 형성되어 있는 것을 일 특징으로 한다. 이와 같이 연결부(140)의 조작부(110) 측 단부가 절곡되어 형성됨으로써, 피치 조작부(111)와 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 엔드 툴(120)의 연장선상에 형성되거나 또는 연장선에 인접하게 형성된다. 이를 다른 측면으로 표현하면, 절곡부(141)가 형성하는 오목부 내에 피치 조작부(111) 및 요 조작부(112)의 적어도 일부가 수용된다고 기술할 수도 있을 것이다. 이와 같은 절곡부(141)의 형상에 의해 조작부(110)와 엔드 툴(120)의 형상 및 동작이 더욱 직관적으로 일치할 수 있다.

한편, 절곡부(141)가 형성되는 평면은 피치 평면, 즉 도 2의 XZ 평면과 실질적으로 동일한 평면일 수 있다. 이와 같이, 절곡부(141)가 XZ 평면과 실질적으로 동일한 평면 상에 형성됨으로써 조작부 간의 간섭이 감소할 수 있다. 물론, 엔드 툴과 조작부의 직관적인 동작을 위해, XZ 평면뿐 아니라 다른 형태의 구성도 가능할 것이다.

조작부(110)는 연결부(140)의 일 단부에 형성되며, 의사가 직접 조종할 수 있는 인터페이스, 예를 들면, 집게 형상, 스틱 형상, 레버 형상 등으로 구비되며, 이를 의사가 조종하면, 해당 인터페이스에 연결되며 수술 환자의 체내로 삽입되는 엔드 툴(120)이 소정의 작동을 함으로써 수술을 수행하게 된다. 여기서, 도 2에는 조작부(110)가 손가락을 끼운 상태에서 회전시킬 수 있는 손잡이 형상으로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 엔드 툴(120)과 연결되어 엔드 툴(120)을 조작할 수 있는 다양한 형태의 조작부가 가능하다 할 것이다.

엔드 툴(120)은 연결부(140)의 타 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 수술에 필요한 동작을 수행한다. 이와 같은 엔드 툴(120)의 일 예로써, 도 2에 도시된 바와 같이 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(121)(122)가 사용될 수 있다. 다만 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 수술을 위한 다양한 장치들이 엔드 툴(120)로 사용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 외팔이 소작기와 같은 구성도 엔드 툴로써 사용될 수 있을 것이다. 이와 같은 엔드 툴(120)은 조작부(110)와 동력 전달부(130)에 의해 연결되어, 조작부(110)의 구동력을 동력 전달부(130)를 통해 전달받음으로써, 그립(grip), 절단(cutting), 봉합(suturing) 동작 등 수술에 필요한 동작을 수행하게 된다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 엔드 툴(120)은 적어도 두 개 이상의 방향으로 회전가능하도록 형성되며, 예를 들어 엔드 툴(120)은 도 2의 Y축을 중심으로 피치(pitch) 운동을 수행하는 동시에, 도 2의 Z축을 중심으로 요(yaw) 운동 및 액츄에이션(actuation) 운동을 수행하도록 형성될 수 있다.

여기서, 본 발명에서 사용되는 피치(pitch)와 요(yaw)와 액츄에이션(actuation) 동작 각각에 대해 정의하면 다음과 같다.

먼저, 피치(pitch) 동작은 엔드 툴(120)이 연결부(140)의 연장 방향(도 2의 X축 방향)에 대해서 상하 방향으로 회전하는 운동, 즉 도 2의 Y축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(140)의 연장 방향(도 2의 X축 방향)으로 연결부(140)로부터 연장형성되어 있는 엔드 툴(120)이 연결부(140)에 대해 Y축을 중심으로 상하로 회전하는 운동을 의미한다. 다음으로, 요(yaw) 동작은 엔드 툴(120)이 연결부(140)의 연장 방향(도 2의 X축 방향)에 대해서 좌우 방향으로 회전하는 동작, 즉 도 2의 Z축을 중심으로 회전하는 동작을 의미한다. 다시 말하면, 연결부(140)의 연장 방향(도 2의 X축 방향)으로 연결부(140)로부터 연장 형성되어 있는 엔드 툴(120)이 연결부(140)에 대해 Z축을 중심으로 좌우로 회전하는 운동을 의미한다. 즉, 엔드 툴(120)에 형성된 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 Z축을 중심으로 서로 동일한 방향으로 회전하는 운동을 의미한다. 한편, 액츄에이션(actuation) 동작은 엔드 툴(120)이 요(yaw) 동작과 동일한 회전축을 중심으로 회전하되, 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 서로 반대 방향으로 회전하면서 조(jaw)가 오므라들거나 벌어지는 동작을 의미한다. 즉, 엔드 툴(120)에 형성된 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 Z축을 중심으로 서로 반대 방향으로 회전하는 운동을 의미한다.

동력 전달부(130)는 조작부(110)와 엔드 툴(120)을 연결하여, 조작부(110)의 구동력을 엔드 툴(120)에 전달하는 역할을 수행하며, 다수 개의 와이어, 풀리, 링크, 마디, 기어 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)에서, 동력 전달부(130)는 피치 와이어(130P), 제1 조 와이어(130J1), 제2 조 와이어(130J2)를 포함할 수 있다.

이하에서는 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110), 엔드 툴(120), 동력 전달부(130) 등에 대해 더욱 상세히 설명하도록 한다.

(엔드 툴)

도 4 및 도 5는 도 2의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 4의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 허브를 나타내는 도면이다. 그리고, 도 7 및 도 8은 종래의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 평면도이고, 도 9는 도 2의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 10은 도 8의 종래의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴과, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 비교하는 도면이고, 도 11은 도 4의 엔드 툴의 일 변형예를 나타내는 도면이다.

먼저, 도 4, 5, 6 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 엔드 툴(end tool)(120)은 그립(grip) 동작을 수행하기 위한 한 쌍의 조(jaw)(121)(122), 즉 제1 조(121)와 제2 조(122)를 구비한다. 또한, 엔드 툴(120)은 제1 조(jaw)(121)의 회전 운동과 관련된 J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13), J14 풀리(123J14) 및 J15 풀리(123J15)와, 제2 조(jaw)(122)의 회전 운동과 관련된 J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)를 포함한다. 여기서, 제1 조(121), J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J14 풀리(123J14), 제2 조(122), J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J24 풀리(123J24)는 모두 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 함께 회전하도록 형성될 수 있다.

한편, 엔드 툴(120)과 결합하는 연결부(140)의 일 단부에는 연결부 허브(142)가 형성된다. 그리고, 상술한 J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13), J14 풀리(123J14), J15 풀리(123J15)와, J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)는 연결부 허브(142)에 결합된다.

여기서, 도면에는 마주보고 있는 풀리들이 서로 평행하게 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각각의 풀리들이 엔드 툴의 구성에 적합한 위치 및 크기로 다양하게 형성될 수 있다 할 것이다.

J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)는 서로 마주보도록 형성되며, 조 회전축(123JA)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, J11 풀리(123J11)에는 제1 조(jaw)(121)가 고정결합되어서 J11 풀리(123J11)와 함께 회전하며, J21 풀리(123J21)에는 제2 조(jaw)(122)가 고정결합되어서 J21 풀리(123J21)와 함께 회전할 수 있다. J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)의 회전에 따라 엔드 툴(end tool)(120)의 요 동작 및 액츄에이션 동작이 수행된다. 즉, J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)가 같은 방향으로 회전하면 요 동작이 수행되는 것이고, J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)가 서로 반대 방향으로 회전하면 액츄에이션 동작이 수행되는 것이다.

한편, 엔드 툴(120)은 피치 와이어(130P)가 감기는 피치 풀리(123P)를 더 구비할 수 있다. 또한, 엔드 툴(120)은 J11 풀리(123J11), J21 풀리(123J21), 피치 풀리(123P) 등이 결합될 수 있도록 형성되어 엔드 툴(120)의 기반을 이루는 엔드 툴 허브(125)를 더 구비할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예는 엔드 툴 허브(125)에 보조 풀리 역할을 수행하는 가이드부(125c)가 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 엔드 툴 허브(125)에는 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 경로를 가이드하는 가이드부(125c)가 형성될 수 있다. 여기서 가이드부(125c)는 J11 풀리(123J11)와 J12 풀리(123J12)/J14 풀리(123J14)의 사이에 배치될 수 있다. 또한, 가이드부(125c)는 J21 풀리(123J21)와 J22 풀리(123J22)/J24 풀리(123J24)의 사이에 배치될 수 있다. 이와 같은 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)는 일종의 보조 풀리의 역할을 수행하여 와이어의 경로를 변경할 수 있으며, 이와 같이 보조 풀리의 역할을 수행하는 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명하도록 한다.

이하에서는 J11 풀리(123J11)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.

J11 풀리(123J11)의 일 측에는, 서로 마주보도록 J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)가 배치된다. 여기서, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14) 각각의 (X축 방향으로의) 일 측에는, 서로 마주보도록 J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15)가 배치된다. 여기서, J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13), J14 풀리(123J14) 및 J15 풀리(123J15)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.

여기서, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)는 연결부(140)의 중심축(x축)을 지나고 y축에 수직인 평면을 기준으로 제1 측(도 9에서 보았을 때, 피치 풀리(123P)의 오른쪽)에 배치된다. 이는 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)가 보조 풀리 역할을 수행하여 제1 조 와이어(130J1)의 배치 경로를 변경하였기 때문이다. 마찬가지로, J13 풀리(123J13) 및 J15 풀리(123J15) 또한, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)와 같은 쪽(제1 측)에 배치된다.

마찬가지로, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)는 연결부(140)의 중심축(x축)을 지나고 y축에 수직인 평면을 기준으로 제2 측(도 9에서 보았을 때, 피치 풀리(123P)의 왼쪽)에 배치된다. 이는 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)가 보조 풀리 역할을 수행하여 제2 조 와이어(130J2)의 배치 경로를 변경하였기 때문이다. 마찬가지로, J23 풀리(123J23) 및 J25 풀리(123J25) 또한, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)와 같은 쪽(제2 측)에 배치된다.

제1 조 와이어(130J1)는 J13 풀리(123J13), J12 풀리(123J12), J11 풀리(123J11), 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c), J14 풀리(123J14), J15 풀리(123J15)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 제1 조 와이어(130J1)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.

상세히, 제1 조 와이어(130J1)는 연결부(140)로부터 연장되어서, 먼저 J13 풀리(123J13)에 도 5의 화살표 A방향(XZ 평면에서 보았을 때 반시계방향)으로 감긴 후, J12 풀리(123J12)에 도 5의 화살표 B방향(XZ 평면에서 보았을 때 시계방향)으로 감긴다. 그리고나서 제1 조 와이어(130J1)는 J11 풀리(123J11)에 도 5의 화살표 C방향(XY 평면에서 보았을 때 반시계방향)으로 감긴 후, 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)에 도 5의 화살표 D방향(XY 평면에서 보았을 때 시계방향)으로 감긴다. 그리고나서 제1 조 와이어(130J1)는 먼저 J14 풀리(123J14)에 도 5의 화살표 B방향의 반대 방향(XZ 평면에서 보았을 때 반시계방향)으로 감긴 후, J15 풀리(123J15)에 도 5의 화살표 A방향의 반대 방향(XZ 평면에서 보았을 때 시계방향)으로 감긴 후 연결부(140) 내로 인입된다.

따라서, 제1 조 와이어(130J1)가 도 9의 화살표 J1R 쪽으로 당겨지면, 제1 조 와이어(130J1)가 J15 풀리(123J15), J14 풀리(123J14), J11 풀리(123J11), J12 풀리(123J12), J13 풀리(123J13)를 회전시키게 되며, 이때 J11 풀리(123J11)가 도 9의 화살표 R 방향으로 회전하면서 제1 조(jaw)(121)를 함께 회전시킨다.

반대로, 제1 조 와이어(130J1)가 도 9의 화살표 J1L 쪽으로 당겨지면, 제1 조 와이어(130J1)가 J13 풀리(123J13), J12 풀리(123J12), J11 풀리(123J11), J14 풀리(123J14), J15 풀리(123J15)를 회전시키게 되며, 이때 J11 풀리(123J11)가 도 9의 화살표 L 방향으로 회전하면서 제1 조(jaw)(121)를 함께 회전시킨다.

다음으로, J21 풀리(123J21)의 회전과 관련된 구성 요소들을 설명한다.

J21 풀리(123J21)의 일 측에는, 서로 마주보도록 J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)가 배치된다. 여기서, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA) 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 또한, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24) 각각의 (X축 방향으로의) 일 측에는, 서로 마주보도록 J23 풀리(123J23) 및 J25 풀리(123J25)가 배치된다. 여기서, J23 풀리(123J23) 및 J15 풀리(123J25)는 Y축 방향을 중심으로 서로 독립적으로 회전가능하도록 형성된다. 여기서, 도면에는 J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23), J24 풀리(123J24) 및 J25 풀리(123J25)가 모두 Y축 방향을 중심으로 회전가능하도록 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 각 풀리의 회전축들은 그 구성에 적절하도록 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.

제2 조 와이어(130J2)는 J23 풀리(123J23), J22 풀리(123J22), J21 풀리(123J21), 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)와 적어도 일부가 접촉하도록 차례로 감기며, 제2 조 와이어(130J2)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다.

따라서, 제2 조 와이어(130J2)가 도 9의 화살표 J2R 쪽으로 당겨지면, 제2 조 와이어(130J2)가 J23 풀리(123J23), J22 풀리(123J22), J21 풀리(123J21), J24 풀리(123J24), J25 풀리(123J25)를 회전시키게 되며, 이때 J21 풀리(123J21)가 도 9의 화살표 R 방향으로 회전하면서 제2 조(jaw)(122)를 함께 회전시킨다.

반대로, 제2 조 와이어(130J2)가 도 9의 화살표 J2L 쪽으로 당겨지면, 제2 조 와이어(130J2)가 J25 풀리(123J25), J24 풀리(123J24), J21 풀리(123J21), J22 풀리(123J22), J23 풀리(123J23)를 회전시키게 되며, 이때 J21 풀리(123J21)가 도 9의 화살표 L 방향으로 회전하면서 제2 조(jaw)(122)를 함께 회전시킨다.

한편, 제1 조 와이어(130J1)의 일 단부는 도 9의 화살표 J1R 쪽으로 당겨지고, 동시에 제1 조 와이어(130J1)의 타 단부는 도 9의 화살표 J1L 쪽으로 당겨지면(즉 제1 조 와이어(130J1)의 양 단부가 모두 당겨지면), 도 5와 같이 제1 조 와이어(130J1)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 회전할 수 있는 J12 풀리(123J12)와 J14 풀리(123J14)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 제1 조 와이어(130J1)가 고정결합되어 있는 J11 풀리(123J11), 제1 조(121), 조 회전축(123JA), 엔드 툴 허브(123a) 및 이와 연결된 제2 조(122) 등은 전체적으로 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 반시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(120)이 아래쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제2 조(122) 및 이에 고정결합된 제2 조 와이어(130J2)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 회전할 수 있는 J22 풀리(123J22)와 J24 풀리(123J24)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 제2 조 와이어(130J2)의 양단부는 각각 J2L, J2R의 반대방향으로 이동하게 된다.

반대로, 제2 조 와이어(130J2)의 일 단부는 도 9의 화살표 J2R 쪽으로 당겨지고, 동시에 제2 조 와이어(130J2)의 타 단부는 도 9의 화살표 J2L 쪽으로 당겨지면, 도 5와 같이 제2 조 와이어(130J2)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 회전할 수 있는 J22 풀리(123J22)와 J24 풀리(123J24)의 위쪽으로 감겨 있기 때문에, 제2 조 와이어(130J2)가 고정결합되어 있는 J21 풀리(123J21), 제2 조(122), 조 회전축(123JA), 엔드 툴 허브(123a) 및 이와 연결된 제1 조(121) 등은 전체적으로 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 시계 방향으로 함께 회전하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(120)이 위쪽으로 회전하면서 피치 운동을 수행하게 된다. 이 때, 제1 조(121) 및 이에 고정결합된 제1 조 와이어(130J1)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 회전할 수 있는 J12 풀리(123J12)와 J14 풀리(123J14)의 아래쪽으로 감겨 있기 때문에, 제1 조 와이어(130J1)의 양단부는 각각 J1L, J1R의 반대방향으로 이동하게 된다.

한편, 본 발명의 수술용 인스트루먼트(100b)의 엔드 툴(120)은 피치 풀리(123P)를 더 구비하고, 조작부(110)는 피치 와이어 엔드 풀리(115P)를 더 구비하며, 동력 전달부(130)는 피치 와이어(130P)를 더 구비할 수 있다. 상세히, 엔드 툴(120)의 피치 풀리(123P)는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)을 중심으로 회전 가능하며 엔드 툴 허브(123a)에 고정결합되도록 형성될 수 있다. 한편, 조작부의 피치 풀리는 피치 회전축을 중심으로 회전 가능하며 피치 조작부(미도시)에 고정결합되도록 형성될 수 있다. 또한, 피치 와이어(130P)는 엔드 툴(120)의 피치 풀리(123P)와 조작부의 피치 풀리를 연결하는 역할을 수행할 수 있다.

따라서 사용자가 조작부(110)의 제1 손잡이(114)를 손으로 쥐고 있는 상태에서, 피치 회전축(1111)을 중심으로 제1 손잡이(114)를 회전시키면, 제1 손잡이(114)와 결합된 피치 풀리가 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하며, 피치 풀리의 회전은 피치 와이어(130P)를 통해 엔드 툴(120)의 피치 풀리(123P)로 전달되어 피치 풀리(123P)도 함께 회전하게 되고, 결과적으로 엔드 툴(end tool)(120)이 회전하면서 피치 운동을 수행하게 되는 것이다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 엔드 툴(120)의 피치 풀리(123P), 조작부(110)의 피치 와이어 엔드 풀리(115P) 및 동력 전달부(130)의 피치 와이어(130P)를 구비하여, 피치 조작부(111)의 피치 동작의 구동력이 보다 완벽하게 엔드 툴(120)에 전달되도록 함으로써, 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 엔드 툴 허브(125)에 대해 보다 상세히 설명하며, 특히 보조 풀리의 역할을 수행하는 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)에 대해 중점적으로 설명하도록 한다.

엔드 툴 허브(125)는 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b), 가이드부(125c), 가이드 홈(125d), 피치 풀리 결합부(125e)를 포함한다.

상세히, 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)는 서로 마주보도록 형성되어, 그 내부에 J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)가 수용된다. 또한, 각각의 조 풀리 결합부(125a)(125b)에는 관통홀이 형성되어서, 조 회전축(123JA)이 조 풀리 결합부(125a)(125b)와 J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21)를 관통하여 이들을 결합시킨다.

한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)는 가이드부(125c)에 의해서 연결된다. 즉, 서로 평행한 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)는, 이에 대해 대략 수직인 방향으로 형성되는 가이드부(125c)에 의해 결합되어, 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)와 가이드부(125c)는 대략 "ㄷ"자 형상을 이루게 되며, 그 내부에 J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리 (123J21)가 수용되는 것이다.

이를 다른 관점에서 설명하면, Z축 방향으로 길게 형성되어 있는 가이드부(125c)의 양 단부로부터 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)가 X축 방향으로 연장되어 형성된다고 볼 수도 있다.

*여기서, 가이드부(125c)는 대략 단면이 반원인 원기둥 형으로 형성될 수 있다. 그리고 이 반원부가 J11 풀리(123J11) 및 J21 풀리(123J21) 쪽으로 돌출되도록 배치될 수 있다. 이를 다른 관점에서 표현하면, 한 쌍의 조 풀리 결합부(125a)(125b)와 가이드부(125c)가 이루는 공간을 향해, 가이드부(125c)가 돌출 형성된다고 표현할 수도 있다. 이를 다른 관점에서 표현하면, 가이드부(125c)에서 조 풀리 결합부(125a)(125b)들과 인접한 영역은 그 단면이 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성된다고 표현할 수도 있다.

또는 이를 다른 관점에서 표현하면, 가이드부(125c)는, 그 둘레에 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)가 감겨서 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 경로를 가이드하는, 일종의 풀리 부재로써의 기능을 수행한다고도 말할 수 있다. 다만, 여기서 가이드부(125c)는 본연의 의미의 풀리처럼 소정의 축을 중심으로 회전하는 부재가 아니라, 엔드 툴 허브(125)의 일 부분으로써 고정되도록 형성되며, 다만 그 둘레에 와이어가 감김으로써 풀리의 기능을 일부 유사하게 수행한다고 할 수 있다.

여기서 도면에는 가이드부(125c)가 대략 단면이 반원인 원기둥 형으로 형성되는 것으로 도시되어 있다. 즉, XY 평명상에서의 가이드부(125c)의 단면의 적어도 일부가 소정의 원호 형상을 이루는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 단면이 타원형, 포물선 등과 같이 소정의 곡률을 갖도록 형성되거나, 또는 다각 기둥의 모서리가 일정 정도 라운드지게 형성되는 등, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 경로를 가이드하기에 적합한 다양한 형상 및 크기로 형성될 수 있다 할 것이다.

여기서, 가이드부(125c)에서 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)와 접촉하는 부분에는, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 경로를 보다 잘 가이드하기 위한 가이드 홈(125d)이 더 형성될 수 있다. 가이드 홈(125d)은 가이드부(125c)의 돌출된 표면으로부터 일정 정도 함몰된 그루부(groove) 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 도면에는 가이드 홈(125d)이 가이드부(125c)의 원호면 전체에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 필요에 따라 가이드 홈(125d)이 가이드부(125c)의 원호면 일부에만 형성되는 것도 가능하다 할 것이다.

이와 같이 가이드부(125c)에 가이드 홈(125d)를 더 형성함으로써, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 불필요한 마찰을 감소시켜서 와이어의 내구성을 향상시킬 수 있다.

가이드부(125c)에서 조 풀리 결합부(125a)(125b)들의 형성방향과 반대 쪽 방향으로는 피치 풀리 결합부(125e)가 더 형성될 수 있다. 피치 풀리 결합부(125e)는 피치 풀리(123P)와 평행한 방향, 즉 XZ 평면 상에 형성될 수 있다. 피치 풀리 결합부(125e)에는 엔드 툴 피치 회전축(123PA)가 관통 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성될 수 있으며, 이 엔드 툴 피치 회전축(123PA)가 피치 풀리 결합부(125e)와 피치 풀리(123P)를 관통하여, 이 두 부재가 결합될 수 있다. 여기서, 피치 풀리 결합부(125e)는 XY 평면에서 보았을 때 중심보다 일 측으로 일정 정도 편향되게 형성되어, 피치 풀리(123P)가 결합하였을 때 전체적으로 균형을 이루도록 형성될 수 있다.

이하에서는 가이드부(125c)의 역할 및 기능에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

가이드부(125c)는 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)와 접촉하여 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 제1 조(121) 및 제2 조(122) 각각의 회전 반경을 확대시키는 역할을 수행할 수 있다.

즉, 도 7과 같이 보조 풀리가 배치되지 않을 경우, 제1 조(121') 및 제2 조(122') 각각은 직각까지만 회전할 수 있었으나, 본 발명의 일 실시예에서는 엔드 툴 허브(125)에 가이드부(125c)를 추가로 구비함으로써, 도 9에서 보았을 때 θ만큼 최대 회전 각도가 커지는 효과를 얻을 수 있다. 이는 엔드 툴(120)의 두 조가 L 방향으로 90° 만큼 함께 요 회전한 상태에서, 액츄에이션 동작을 위해 두 조가 벌어져야 하는 동작을 가능하게 해준다. 이는, 제2 조(122)가 도 9에서처럼 추가적인 각도(θ)만큼 회전할 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 두 조가 R 방향으로 요 회전한 상태에서도 액츄에이션 동작이 가능하다. 다시 말하면, 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)의 구성을 통해, 액츄에이션 동작이 가능한 요 회전의 범위를 확대할 수 있는 특징을 가진다. 나아가, 보조 풀리와 같은 별도의 구조물을 추가하지 않고, 기 존재하던 엔드 툴 허브(125)에 가이드부(125c)를 형성함으로써, 부품 및 제조 공정의 추가 없이도 회전 범위의 확대를 구현할 수 있는 특징을 가진다.

또한, 도 8과 같이 별도의 보조 풀리가 배치되었을 경우, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 배치 경로를 변경하기 위하여 J16 풀리(123J16) 및 J26 풀리(123J26)라는 별도의 구조물을 추가로 배치하여야 하므로, 부품 수가 늘어나고 제조 공정이 복잡 해지며, 보조 풀리의 크기만큼 엔드 툴의 길이가 길어지게 되었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서는 엔드 툴 허브(125)에 가이드부(125c)를 형성함으로써, 별도의 추가 구조물 없이도 엔드 툴의 최대 회전 각도가 커지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 별도의 구조물을 추가로 배치하지 않게 되어, 부품 수가 감소하고 제조 공정이 간단 해지며, 보조 풀리의 크기만큼 엔드 툴의 길이가 짧아지게 되어 피치 동작 수행시의 엔드 툴의 길이가 짧아지며, 따라서 협소한 공간에서 수술 동작의 수행이 보다 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

보조 풀리가 없는 경우를 도시한 도 7을 참조하면, 제1 조 와이어(130J1')는 J11 풀리(미도시)에 고정 결합되어 있고, 제2 조 와이어(130J2')는 J21 풀리(123J21')에 고정 결합되어 있기 때문에, 보조 풀리가 배치되지 않을 경우, J11 풀리(미도시) 및 J21 풀리(123J21') 각각은 화살표 L 방향으로는 도 7의 M 라인까지만 회전할 수 있다. 다시 말하면, 제1 조 와이어(130J1')와 J11 풀리(123J11')의 고정 결합부(124')와 제1 조 와이어(130J1')가 분리되지 않는 대략 직각 방향까지만 J11 풀리(미도시) 및 J21 풀리(123J21')가 회전 가능하게 된다. 이 경우, 제1 조(121') 및 제2 조(122')가 도 7의 M 라인에 위치한 상태에서 액츄에이션 동작을 수행하게 되면, 제1 조(121')는 R 방향으로 벌어질 수 있지만, 제2 조(122')는 L 방향으로 M 라인 이상으로는 회전할 수 없다. 따라서 제1 조(121') 및 제2 조(122')가 일정 각도 이상 요 동작을 수행하고 있는 상태에서는, 액츄에이션 동작이 원활하게 수행되지 못하는 문제점이 존재하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 8에 도시된 종래의 수술용 인스트루먼트(100)의 경우, J11 풀리(미도시) 및 J21 풀리(123J21'')의 일 측에 보조 풀리인 J16 풀리(미도시) 및 J26 풀리(123J26'')를 추가로 배치하였다. 이와 같이 J16 풀리(미도시) 및 J26 풀리(123J26'')를 배치하여, 제1 조 와이어(130J1'') 및 제2 조 와이어(130J2'')의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 제1 조 와이어(130J1'') 및 제2 조 와이어(130J2'')의 접선 방향을 변경시키고, 따라서 제2 조 와이어(130J2'')와 J21 풀리(123J21'')의 고정 결합부(124'')가 도 8의 N 라인까지 회전할 수 있도록 하는 것이다. 그러나, 이 경우에는 제1 조 와이어(130J1'') 및 제2 조 와이어(130J2'')의 배치 경로를 변경하기 위하여 J16 풀리(미도시) 및 J26 풀리(123J26'')라는 별도의 구조물을 추가로 배치하여야 하므로, 부품 수가 늘어나고 제조 공정이 복잡 해지며, 보조 풀리의 크기만큼 엔드 툴의 길이가 길어지게 되어, 협소한 공간에서 동작 수행이 어려워진다는 문제점이 존재하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)에서는 엔드 툴 허브(125)의 내측벽에 와이어의 경로를 변경할 수 있는 가이드부(125c)를 형성함으로써, 별도의 구조물 없이도 와이어의 배치 경로를 변경해주는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 엔드 툴 허브(125)에 가이드부(125c)를 형성하여, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 배치 경로를 일정 정도 변경해줌으로써, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)의 접선 방향을 변경시키고, 따라서 제2 조 와이어(130J2)와 J21 풀리(123J21)의 고정결합부(124)가 도 9의 N 라인까지 회전할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 제2 조 와이어(130J2)와 J21 풀리(123J21)의 결합부는 J21 풀리(123J21)와 J26 풀리(123J26)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 된다. 마찬가지로, 제1 조 와이어(130J1)와 J11 풀리(123J11)의 결합부는 J11 풀리(123J11)와 J16 풀리(123J16)의 공통 내접선 상에 위치할 때까지 회전 가능하게 되어, R 방향으로 회전 범위가 확대될 수 있다.

다시 말하면, 가이드부(125c)에 의해 J11 풀리(123J11)에 감긴 제1 조 와이어(130J1)의 두 가닥은, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 일 측에 배치된다. 동시에, 가이드부(125c)에 의해 J21 풀리(123J21)에 감긴 제2 조 와이어(130J2)의 두 가닥은, Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 타 측에 배치된다.

다시 말하면, J12 풀리(123J12) 및 J14 풀리(123J14)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 일 측에 배치되고, J22 풀리(123J22) 및 J24 풀리(123J24)는 Y축에 수직이고 X축을 지나는 평면을 기준으로 타 측에 배치된다.

다시 말하면, 제1 조 와이어(130J1)는 J11 풀리(123J11)와 가이드부(125c)의 내접선상에 위치하며, 가이드부(125c)에 의해 J11풀리(123J11)의 회전 각도가 확장된다. 또한, 제2 조 와이어(130J2)는 J21 풀리(123J21)와 가이드부(125c)의 내접선상에 위치하며, 가이드부(125c)에 의해 J21풀리(123J21)의 회전 각도가 확장된다.

도 10의 (a)는 도 8의 종래의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 나타내는 도면이고, 도 10의 (b)는 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴을 비교하는 도면이다.

도 10의 (a)와 (b)를 비교하면, 별도의 보조 풀리(123J26'')가 형성된 도 10(a)의 종래의 수술용 인스트루먼트에 비해, 보조 풀리가 형성되지 않고 엔드 툴 허브(125)의 내측벽에 와이어의 경로를 변경할 수 있는 가이드부(125c)를 형성한 도 10(b)의 본 발명의 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴이 d만큼 길이가 짧아짐을 알 수 있다. 이와 같이 엔드 툴의 길이가 짧아짐으로써, 특히 피치 동작을 수행했을 때의 엔드 툴의 길이에서 종래 기술과 확연한 차별성을 보이며, 이로 인해 인체 내의 협소한 수술 공간에서 수술을 수행할 때 시술자의 조작이 용이해지고, 수술의 부작용이 감소하는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의해서, 제1 조(121) 및 제2 조(122)의 회전 반경이 넓어짐으로써, 정상적인 개폐 액츄에이션 동작이 수행될 수 있는 요 동작 범위가 넓어지는 효과를 얻을 수 있다.

도 11은 도 4의 엔드 툴의 일 변형예를 나타내는 도면이다.

여기서, 본 변형예에 따른 수술용 인스트루먼트는 앞서 기술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트에 비해 엔드 툴 허브(125)의 가이드부(125c)에 별도의 가이드 홈(도 6의 125d 참조)이 형성되지 아니한다는 점에서 특징적으로 달라진다. 이와 같이 별도의 가이드 홈(도 6의 125d 참조)을 형성하지 않음으로써, 제조 공정이 더욱 간결해지고 제조 비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

(조작부)

도 12는 도 2의 수술용 인스트루먼트의 조작부를 나타내는 사시도이고, 도 13은 도 12를 뒤쪽에서 바라본 사시도이다.

도 2 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 조작부(110)는 사용자가 파지할 수 있는 제1 손잡이(114)와, 엔드 툴(120)의 액츄에이션 운동을 제어하는 액츄에이션 조작부(113)와, 엔드 툴(120)의 요 운동을 제어하는 요 조작부(112)와, 엔드 툴(120)의 피치 운동을 제어하는 피치 조작부(111)를 포함한다.

먼저, 도 2의 수술용 인스트루먼트(100)의 사용 상태를 예시하면, 사용자는 손바닥으로 제1 손잡이(114)를 잡고 있는 상태에서 제1 손잡이(114)를 Y축(즉, 피치 회전축(1111))을 중심으로 회전시켜 피치 동작을 수행하고, 제1 손잡이(114)를 Z축(즉, 요 회전축(1121))을 중심으로 회전시켜 요 동작을 수행할 수 있다. 또한, 사용자는 엄지 손가락과 검지 손가락을 액츄에이션 조작부(113)에 끼워 넣은 상태에서 액츄에이션 조작부(113)를 회전하여 액츄에이션 동작을 수행할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110)를 연결부(140)에 대해 어느 일 방향으로 회전시키면, 엔드 툴(120)이 조작부(110)의 조작 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하는 것을 일 특징으로 한다. 다시 말하면, 조작부(110)의 제1 손잡이(114)를 어느 일 방향으로 회전하면 엔드 툴(120) 역시 상기 일 방향과 직관적으로 동일한 방향으로 회전하여 피치 운동 또는 요 운동을 수행하는 것이다. 여기서, 직관적으로 동일한 방향이라 함은, 조작부(110)를 파지하고 있는 사용자의 손가락의 이동 방향과 엔드 툴(120)의 말단부의 이동 방향이 실질적으로 동일한 방향을 이루는 것이라고 부연 설명할 수 있을 것이다. 물론, 여기서 동일한 방향이라 함은 3차원 좌표 상에서 완벽하게 일치하는 방향은 아닐 수 있으며, 예를 들어 사용자의 손가락이 왼쪽으로 이동하면 엔드 툴(120)의 말단부도 왼쪽으로 이동하고, 사용자의 손가락이 아래로 이동하면 엔드 툴(120)의 말단부도 아래로 이동하는 정도의 동일성이라고 이해할 수 있을 것이다.

그리고, 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는, 조작부(110)와 엔드 툴(120)이 연결부(140)의 연장축(X축)에 수직인 평면을 기준으로 동일한 방향으로 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 즉, 도 2의 YZ 평면을 기준으로 보았을 때, 조작부(110)는 +X축 방향으로 연장 형성되어 있으며, 동시에 엔드 툴(120) 역시 +X축 방향으로 연장 형성되어 있는 것이다. 이를 다른 말로 표현하면, 연결부(140)의 일 단부에서의 엔드 툴(120)의 형성 방향과, 연결부(140)의 타 단부에서의 조작부(110)의 형성 방향이, YZ 평면을 기준으로 동일한 방향이라고 할 수도 있을 것이다. 또는 이를 다른 말로 표현하면, 조작부(110)가 이를 파지하는 사용자의 몸통으로부터 멀어지는 방향, 즉 엔드 툴(120)이 형성된 방향 쪽으로 형성되었다고 할 수도 있을 것이다. 즉, 액츄에이션 동작, 요 동작, 피치 동작을 위해 사용자가 파지하여 움직이게 되는 제1 손잡이(114), 액츄에이션 회전부(1132a, 1132b) 등은 각 동작을 수행하기 위해 움직이는 부분이 해당 동작을 위한 각 관절의 회전 중심 보다 +X축 방향으로 연장 형성되어 있다. 이를 통해, 엔드 툴(120)의 움직이는 부분이 해당 동작을 위한 각 관절의 회전 중심보다 +X축 방향으로 연장 형성되어 있는 것과 동일하게 조작부(110)를 구성할 수 있으며, 도 1을 통해 설명한 것처럼, 사용자의 조작 방향과 엔트 툴의 동작 방향이 회전 방향의 관점과 좌우 방향의 관점 둘 다 일치하게 되어, 결과적으로 직관적으로 동일한 조작이 가능할 수 있다.

상세히, 종래의 수술용 인스트루먼트의 경우, 사용자가 조작부를 조작하는 방향과 엔드 툴의 실제 작동 방향이 서로 상이하고 직관적으로 일치하지 않기 때문에, 수술자의 입장에서 직관적인 작동이 용이하지 않으며, 엔드 툴이 원하는 방향으로 움직이도록 숙련되는데 오랜 시간이 소요되며, 경우에 따라서는 오동작이 발생하여 환자에게 피해를 줄 수 있다는 문제점이 존재하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 조작부(110)의 조작 방향과 엔드 툴(120)의 작동 방향이 직관적으로 동일한 방향이 되도록 하며, 이를 위해 조작부(110)는 엔드 툴(120) 처럼, 액츄에이션 동작, 요 동작, 피치 동작을 위해 실제로 움직이게 되는 부분이 각 동작의 해당 관절의 회전 중심보다 +X축 방향으로 연장 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 손잡이(114)는 사용자가 손으로 파지할 수 있도록 형성되며, 특히 사용자가 자신의 손바닥으로 제1 손잡이(114)를 감싸서 잡을 수 있도록 형성될 수 있다. 그리고, 제1 손잡이(114) 상에는 액츄에이션 조작부(113) 및 요 조작부(112)가 형성되고, 요 조작부(112)의 일 측에는 피치 조작부(111)가 형성될 수 있다. 그리고, 피치 조작부(111)의 타 단부는 연결부(140)의 절곡부(141)에 연결될 수 있다.

액츄에이션 조작부(113)는 제1 액츄에이션 조작부(113a)와 제2 액츄에이션 조작부(113b)를 포함한다. 제1 액츄에이션 조작부(113a)는 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제1 액츄에이션 회전부(1132a), 제1 액츄에이션 풀리(113P1), 제1 액츄에이션 기어(1134a)를 포함한다. 제2 액츄에이션 조작부(113b)는 제2 액츄에이션 회전축(1131b), 제2 액츄에이션 회전부(1132b), 제2 액츄에이션 풀리(113P2), 제2 액츄에이션 기어(1134b)를 포함한다. 여기서, 제1 액츄에이션 회전부(1132a)와 제2 액츄에이션 회전부(1132b)는 제2 손잡이로써 동작할 수 있다.

여기서 액츄에이션 회전축(1131a)(1131b)은 연결부(140)가 형성되어 있는 XY 평면과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 액츄에이션 회전축(1131a)(1131b)은 Z축과 평행한 방향으로 형성될 수 있으며, 이 상태에서 피치 조작부(111) 또는 요 조작부(112)가 회전할 경우, 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 상대적으로 변할 수 있다. 물론 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 인체 공학적(ergonomic) 설계에 의하여, 액츄에이션 조작부(113)를 파지하는 사용자의 손 구조에 적합하도록 액츄에이션 회전축(1131a)(1131b)은 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.

한편, 제1 액츄에이션 회전부(1132a), 제1 액츄에이션 풀리(113P1), 제1 액츄에이션 기어(1134a)는 서로 고정결합되어, 제1 액츄에이션 회전축(1131a)을 중심으로 함께 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 여기서, 제1 액츄에이션 풀리(113P1)는 하나의 풀리로 구성될 수도 있고, 서로 고정결합된 두 개의 풀리로 구성될 수 있다.

마찬가지로, 제2 액츄에이션 회전부(1132b), 제2 액츄에이션 풀리(113P2), 제2 액츄에이션 기어(1134b)는 서로 고정결합되어, 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 중심으로 함께 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 여기서, 제2 액츄에이션 풀리(113P2)는 하나의 풀리로 구성될 수도 있고, 서로 고정결합된 두 개의 풀리로 구성될 수 있다.

여기서, 제1 액츄에이션 기어(1134a)와 제2 액츄에이션 기어(1134b)는 서로 맞물리도록 형성되어, 어느 일 측이 회전하면 서로 반대 방향으로 함께 회전하도록 형성될 수 있다.

요 조작부(112)는 요 회전축(1121)과, 제1 조 요 풀리(112P1)와, 제2 조 요 풀리(112P2)와, 요 프레임(yaw frame)(1123)을 포함할 수 있다. 또한, 요 조작부(112)는 제1 조 요 풀리(112P1)의 일측에 형성된 제1 조 요 보조 풀리(112S1)와, 제2 조 요 풀리(112P2)의 일측에 형성된 제2 조 요 보조 풀리(112S2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 조 요 보조 풀리(112S1)와 제2 조 요 보조 풀리(112S2)는 후술할 피치 프레임(1113)에 결합될 수 있다.

여기서, 도면에는 요 조작부(112)가 제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)를 포함하고, 제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)는 각각 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능한 두 개의 풀리를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 서로 직경이 동일하거나 상이한 하나 이상의 풀리가 요 조작부(112)의 구성에 따라 구비될 수 있는 것이다.

상세히, 제1 손잡이(114) 상에서 액츄에이션 조작부(113)의 일 측에는 요 회전축(1121)이 형성된다. 이때 제1 손잡이(114)는 요 회전축(1121)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다.

여기서 요 회전축(1121)은 연결부(140)가 형성되어 있는 XY 평면과 소정의 각도를 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 요 회전축(1121)은 Z축과 평행한 방향으로 형성될 수 있으며, 이 상태에서 피치 조작부(111)가 회전할 경우, 상술한 바와 같이 요 회전축(1121)의 좌표계는 상대적으로 변할 수 있다. 물론 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 인체 공학적(ergonomic) 설계에 의하여, 조작부(110)를 파지하는 사용자의 손 구조에 적합하도록 요 회전축(1121)은 다양한 방향으로 형성될 수 있을 것이다.

한편, 제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)는 요 회전축(1121)을 중심으로 회전 가능하도록 요 회전축(1121)에 결합한다. 그리고, 제1 조 요 풀리(112P1)에는 제1 조 와이어(130J1)가 감기고, 제2 조 요 풀리(112P2)에는 제2 조 와이어(130J2)가 감길 수 있다. 이때 제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)는 각각 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능한 두 개의 풀리로 구성될 수 있다. 따라서 감겨 들어가는 와이어와 감겨 나오는 와이어가 분리된 풀리들에 각각 감길 수 있어 서로 간섭을 주지 않고 동작할 수 있다.

요 프레임(1123)은 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 연결하여, 제1 손잡이(114)와 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)가 요 회전축(1121)을 중심으로 일체로 회전할 수 있도록 한다.

피치 조작부(111)는 피치 회전축(1111)과, 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)와, 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)와, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)와, 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)와, 피치 프레임(pitch frame)(1113)을 포함할 수 있다. 또한, 피치 조작부(111)는 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)의 일측에 형성된 제1 조 피치 보조 풀리-a(111S1a)와, 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)의 일측에 형성된 제1 조 피치 보조 풀리-b(111S1b)와, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)의 일측에 형성된 제2 조 피치 보조 풀리-a(111S2a)와, 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)의 일측에 형성된 제2 조 피치 보조 풀리-b(111S2b)를 더 포함할 수 있다. 피치 조작부(111)는 피치 회전축(1111)을 통해 연결부(140)의 절곡부(141)에 연결된다.

상세히, 피치 프레임(1113)은 피치 조작부(111)의 베이스 프레임이 되며, 일 단부에 요 회전축(1121)이 회전 가능하도록 결합된다. 즉, 요 프레임(1123)은 피치 프레임(1113)에 대해 요 회전축(1121)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된다.

상술한 바와 같이, 요 프레임(1123)은 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 연결하며, 또한 요 프레임(1123)은 피치 프레임(1113)과 연결되기 때문에, 피치 프레임(1113)이 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하면 피치 프레임(1113)과 연결된 요 프레임(1123), 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)이 함께 회전하게 된다. 즉, 피치 조작부(111)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하면 액츄에이션 조작부(113) 및 요 조작부(112)가 피치 조작부(111)와 함께 회전하는 것이다. 다시 말하면, 사용자가 제1 손잡이(114)를 피치 회전축(1111)을 중심으로 피치 회전시키면 액츄에이션 조작부(113), 요 조작부(112) 및 피치 조작부(111)가 함께 움직이게 된다.

피치 프레임(1113)에는 피치 회전축(1111)과 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)와, 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)와, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)와, 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)가 결합한다. 이때, 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)와, 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)와, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)와, 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)는 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전 가능하도록 피치 회전축(1111)에 결합한다.

여기서, 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)와 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)는 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 따라서 감겨 들어가는 와이어와 감겨 나오는 와이어가 분리된 풀리들에 각각 감길 수 있어 서로 간섭을 주지 않고 동작할 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)와 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)도 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 따라서 감겨 들어가는 와이어와 감겨 나오는 와이어가 분리된 풀리들에 각각 감길 수 있어 서로 간섭을 주지 않고 동작할 수 있다.

도 13를 참고하면, 피치 와이어 엔드 풀리(115P)는 피치 프레임(1113)과 고정결합되어 함께 회전할 수 있도록 형성된다. 그리고, 피치 와이어(130P)는 피치 와이어 보조 풀리(115S), 피치 와이어 엔드 풀리(115P)를 거쳐 피치 프레임(1113)에 고정결합된다. 결과적으로 피치 회전에 의해 피치 프레임(1113), 피치 와이어 엔드 풀리(115P)는 피치 회전축(1111)을 중심으로 함께 회전할 수 있다.

피치 와이어(130P)의 동작은 다음과 같다.

엔드 툴(120)에는 피치 풀리(123P)가 엔드 툴 허브(123a)에 고정결합되어 형성되고, 조작부(110)에는 피치 와이어 엔드 풀리(115P)가 형성되며, 이들은 피치 와이어(130P)로 서로 연결되어, 조작부(110)의 피치 조작에 따라 엔드 툴의 피치 동작이 보다 용이하게 수행되게 할 수 있다. 여기서, 피치 와이어(130P)의 양쪽의 끝부분은 각각 해당 피치 와이어 보조 풀리(115S)와 피치 와이어 엔드 풀리(115P)를 거쳐 피치 프레임(1113)에 고정결합되고, 각 피치 와이어 엔드 풀리(115P)도 피치 프레임(1113)에 고정결합된다. 즉, 조작부의 피치 회전에 의해 피치 프레임(1113)과 피치 와이어 엔드 풀리(115P)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 함께 회전하게 되고, 결과적으로 피치 와이어(130P)의 양쪽도 서로 반대 방향으로 이동하게 되어, 제1 조 와이어(130J1) 및 제2 조 와이어(130J2)에 의한 엔드 툴의 피치 동작과는 별도로 추가의 피치 회전의 동력을 전달할 수 있다.

제1 손잡이(114)와 피치 조작부(111), 요 조작부(112), 액츄에이션 조작부(113) 각각의 연결 관계를 정리하면 다음과 같다. 제1 손잡이(114) 상에는 액츄에이션 회전축(1131a)(1131b)과 요 회전축(1121)과 피치 회전축(1111)이 형성될 수 있다. 이때, 액츄에이션 회전축(1131a)(1131b)은 제1 손잡이(114) 상에 직접 형성되므로, 제1 손잡이(114)와 액츄에이션 조작부(113)는 직접 연결되어 있을 수 있다. 한편, 요 회전축(1121)은 제1 손잡이(114) 상에 직접 형성되므로, 제1 손잡이(114)와 요 조작부(112)는 직접 연결되어 있을 수 있다. 반면, 피치 조작부(111)는 요 조작부(112)의 일 측에 요 조작부(112)와 연결되도록 형성되기 때문에, 피치 조작부(111)는 제1 손잡이(114)와 바로 연결되지는 않고, 피치 조작부(111)와 제1 손잡이(114)는 요 조작부(112)를 통해서 간접적으로 연결되도록 형성될 수 있다.

계속해서 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)에서, 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 동일하거나 또는 평행한 축(X축) 상에 형성될 수 있다. 즉, 연결부(140)의 절곡부(141)의 일 단부에는 피치 조작부(111)의 피치 회전축(1111)이 형성되고, 연결부(140)의 타 단부에는 엔드 툴(end tool)(120)이 형성되는 것이다.

그리고, 연결부(140)의 중간중간, 특히 절곡부(141) 부분에는 와이어들의 경로를 변경 또는 가이드해주는 하나 이상의 중개 풀리(MP)들이 배치될 수 있다. 이와 같은 중개 풀리(MP)들에 와이어들의 적어도 일부가 감기도록 형성되어 와이어들의 경로를 가이드해줌으로써, 절곡부(141)의 절곡된 형상을 따라 와이어가 배치될 수 있는 것이다.

여기서, 도면에는 연결부(140)는 절곡부(141)를 구비하여 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 연결부(140)가 필요에 따라 직선으로 형성되거나, 또는 1회 이상 절곡되어 형성될 수도 있으며, 이와 같은 경우에도 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)은 실질적으로 동일 또는 평행한 축 상에 형성되는 것이라고 말할 수 있을 것이다. 또한, 도 3에는 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 X축과 평행한 축 상에 각각 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니하며, 피치 조작부(111)와 엔드 툴(end tool)(120)이 서로 상이한 축 상에 형성될 수도 있을 것이다.

본 실시예에서의 액츄에이션 동작, 요 동작, 피치 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 액츄에이션 동작은 다음과 같다.

사용자가 제1 액츄에이션 회전부(1132a)에 검지 손가락을 끼우고, 제2 액츄에이션 회전부(1132b)에 엄지 손가락을 끼운 상태에서 어느 한 손가락 또는 양 손가락을 모두 이용하여 액츄에이션 회전부(1132a)(1132b)를 회전시키면, 제1 액츄에이션 회전부(1132a)와 고정결합된 제1 액츄에이션 풀리(113P1) 및 제1 액츄에이션 기어(1134a)는 제1 액츄에이션 회전축(1131a)을 중심으로 회전하고, 제2 액츄에이션 회전부(1132b)와 고정결합된 제2 액츄에이션 풀리(1133b) 및 제2 액츄에이션 기어(1134b)가 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 중심으로 회전한다. 이때 제1 액츄에이션 풀리(113P1)와 제2 액츄에이션 풀리(113P2)는 서로 반대 방향으로 회전하게 되며, 따라서 제1 액츄에이션 풀리(113P1)에 일 단부가 고정결합되어 감긴 제1 조 와이어(130J1)와 제2 액츄에이션 풀리(113P2)에 일 단부가 고정결합되어 감긴 제2 조 와이어(130J2) 역시 서로 반대 방향으로 이동하게 된다. 그리고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 액츄에이션 동작을 수행한다. 여기서 액츄에이션 동작이란 상술한 바와 같이, 두 개의 조(jaw)(121, 122)가 서로 반대 방향으로 회전하면서, 조(jaw)(121, 122)를 벌리거나 닫는 동작을 의미한다. 즉, 액츄에이션 조작부(113)의 액츄에이션 회전부(1132a)(1132b)를 서로 가까워지는 방향으로 회전시키면 제1 조(jaw)(121)는 반시계 방향으로 회전하고 제2 조(jaw)(122)는 시계 방향으로 회전하면서 엔드 툴(120)이 닫히고, 액츄에이션 조작부(113)의 액츄에이션 회전부(1132a)(1132b)를 서로 멀어지는 방향으로 회전시키면 제1 조(jaw)(121)는 시계 방향으로 회전하고 제2 조(jaw)(122)는 반시계 방향으로 회전하면서 엔드 툴(120)이 열리게 되는 것이다. 본 실시예에서는 상술한 액츄에이션 조작을 위해 제1 액츄에이션 회전부(1132a)와 제2 액츄에이션 회전부(1132b)를 구비하여 제2 손잡이를 구성하였으며, 두 개의 손가락을 파지하여 조작할 수 있도록 하였다. 그러나, 엔드 툴(120)의 두 개의 조를 서로 열고 닫는 액츄에이션 조작을 위한 액츄에이션 조작부(113)의 구성은, 상술한 바와 다르게 하나의 액츄에이션 회전부로 두 개의 액츄에이션 풀리(제1 액츄에이션 풀리(113P1), 제2 액츄에이션 풀리(113P2))가 서로 반대로 동작하도록 하는 구성 등의 다른 변형예도 충분히 가능할 것이다.

다음으로 요 동작은 다음과 같다.

사용자가 제1 손잡이(114)를 잡고 있는 상태에서 요 회전축(1121)을 중심으로 제1 손잡이(114)를 회전시키면, 액츄에이션 조작부(113) 및 요 조작부(112)가 요 회전축(1121)을 중심으로 요 회전을 하게 된다. 즉, 제1 조 와이어(130J1)가 고정결합되어 있는 제1 액츄에이션 조작부(113a)의 제1 액츄에이션 풀리(113P1)가 요 회전축(1121)을 중심으로 회전하게 되면, 제1 조 요 풀리(112P1)에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)가 이동하게 된다. 마찬가지로, 제2 조 와이어(130J2)가 고정결합되어 있는 제2 액츄에이션 조작부(113b)의 제2 액츄에이션 풀리(113P2)가 요 회전축(1121)을 중심으로 회전하게 되면, 제2 조 요 풀리(112P2)에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)가 이동하게 된다. 이때, 제1 조(121)에 연결된 제1 조 와이어(130J1)와 제2 조(122)에 연결된 제2 조 와이어(130J2)는, 요 회전시에 제1 조(121)와 제2 조(122)가 같은 방향으로 회전하도록 제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)에 감겨 있다. 그리고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 같은 방향으로 회전하는 요 동작을 수행한다.

이때 요 프레임(1123)이 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 연결하기 때문에, 제1 손잡이(114)와 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)는 요 회전축(1121)을 중심으로 함께 회전하게 된다.

다음으로 피치 동작은 다음과 같다.

사용자가 제1 손잡이(114)를 잡고 있는 상태에서 피치 회전축(1111)을 중심으로 제1 손잡이(114)를 회전시키면, 액츄에이션 조작부(113), 요 조작부(112) 및 피치 조작부(111)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 피치 회전을 하게 된다. 즉, 제1 조 와이어(130J1)가 고정결합되어 있는 제1 액츄에이션 조작부(113a)의 제1 액츄에이션 풀리(113P1)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하게 되면, 제1 조 피치 풀리-a(111P1a)와 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)가 이동하게 된다. 마찬가지로, 제2 조 와이어(130J2)가 고정결합되어 있는 제2 액츄에이션 조작부(113b)의 제2 액츄에이션 풀리(113P2)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하게 되면, 제2 조 피치 풀리-a(111P2a)와 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)가 이동하게 된다. 이때, 도 9를 통해 설명한 것처럼, 제1 조 와이어(130J1)의 양 가닥이 서로 같은 방향으로 이동하고, 제2 조 와이어(130J2)의 양 가닥이 서로 같은 방향으로 이동하여, 제1 조(121)와 제2 조(122)가 피치 회전을 할 수 있도록, 제1 조 와이어(130J1)와 제2 조 와이어(130J2)는 제1 조 피치 풀리(111P1a, 111P1b)와 제2 조 피치 풀리(111P2a, 111P2b)에 감기게 된다. 그리고, 이와 같은 회전력이 동력 전달부(130)를 통해 엔드 툴(120)로 전달되어, 엔드 툴(120)의 두 개의 조(jaw)(121)(122)가 피치 동작을 수행한다.

이때 피치 프레임(1113)은 요 프레임(1123)과 연결되고, 요 프레임(1123)은 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 연결하기 때문에, 피치 프레임(1113)이 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하면 피치 프레임(1113)과 연결된 요 프레임(1123), 제1 손잡이(114), 요 회전축(1121), 제1 액츄에이션 회전축(1131a), 제2 액츄에이션 회전축(1131b)이 함께 회전하게 된다. 즉, 피치 조작부(111)가 피치 회전축(11111)을 중심으로 회전하면 액츄에이션 조작부(113) 및 요 조작부(112)가 피치 조작부(111)와 함께 회전하는 것이다.

정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 각 관절 지점(액츄에이션 관절, 요 관절, 피치 관절)에 풀리가 형성되며, 이 풀리에는 와이어(제1 조 와이어 또는 제2 조 와이어)가 감겨 있고, 조작부의 회전 조작(액츄에이션 회전, 요 회전, 피치 회전)이 각 와이어의 이동을 일으켜, 결과적으로 엔드 툴(120)의 원하는 동작을 유도하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 각 풀리들의 일 측에는 보조 풀리들이 형성될 수 있으며, 이들 보조 풀리에 의하여 하나의 풀리에 와이어가 여러 번 감기지 않을 수 있게 된다.

도 14은 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 관절을 구성하는 풀리 및 와이어의 구성만을 간략하게 도시한 도면이다. 도 14에서는 관절 동작과 관계없이 와이어의 경로를 변경하기 위한 중개 풀리들은 생략되었다.

도 14을 참조하면, 조작부(110)는 제1 조(jaw)(121)의 회전 운동과 관련된 제1 액츄에이션 풀리(113P1), 제1 조 요 풀리(112P1), 제1 조 요 보조 풀리(112S1), 제1 조 피치 풀리-a(111P1a), 제1 조 피치 풀리-b(111P1b), 제1 조 피치 보조 풀리-a(111S1a), 제1 조 피치 보조 풀리-b(111S1b)를 포함할 수 있다.

또한, 조작부(110)는 제2 조(jaw)(122)의 회전 운동과 관련된 제2 액츄에이션 풀리(113P2), 제2 조 요 풀리(112P2), 제2 조 요 보조 풀리(112S2), 제2 조 피치 풀리-a(111P2a), 제2 조 피치 풀리-b(111P2b), 제2 조 피치 보조 풀리-a(111S2a), 제2 조 피치 보조 풀리-b(111S2b)를 포함할 수 있다. (조작부(100)에서의 각 풀리들의 배치 및 구성은 엔드 툴(120)에서의 각 풀리들의 배치 및 구성과 원리적으로 동일하므로, 도면상에서의 도면 부호의 구체적인 표기는 일부 생략하도록 한다.)

제1 조 요 풀리(112P1)와 제2 조 요 풀리(112P2)는 동일한 축인 요 회전축(1121)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 조 요 풀리(112P1)와 각각 제2 조 요 풀리(112P2)는 서로 마주 보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능하도록 형성되는 두개의 풀리로 형성될 수 있다.

제1 조 요 보조 풀리(112S1)와 제2 조 요 보조 풀리(112S2)는 동일한 축을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 조 요 보조 풀리(112S1)는 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능하도록 형성되는 두 개의 풀리로 형성될 수 있으며, 이때 두 개의 풀리는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 조 요 보조 풀리(112S2)는 서로 마주보도록 형성되어 독립적으로 회전 가능하도록 형성되는 두 개의 풀리로 형성될 수 있으며, 이때 두 개의 풀리는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

제1 조 피치 보조 풀리-a(111S1a), 제1 조 피치 보조 풀리-b(111S1b), 제2 조 피치 보조 풀리-a(111S2a), 제2 조 피치 보조 풀리-b(111S2b)는 동일한 축을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 이때 제1 조 피치 보조 풀리-a(111S1a)와 제1 조 피치 보조 풀리-b(111S1b)는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 조 피치 보조 풀리-a(111S2a)와 제2 조 피치 보조 풀리-b(111S2b)는 서로 다른 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

제1 조 피치 풀리-a(111P1a), 제1 조 피치 풀리-b(111P1b), 제2 조 피치 풀리-a(111P2a), 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)는 동일한 축인 피치 회전축(1111)을 중심으로 서로 독립적으로 회전 가능하도록 형성될 수 있다.

제1 조 와이어(130J1)는 조작부(110)의 제1 조 피치 풀리-a(111P1a), 제1 조 피치 보조 풀리-a(111S1a), 제1 조 요 보조 풀리(112S1), 제1 조 요 풀리(112P1)를 차례로 지나서 제1 액츄에이션 풀리(113P1)에 감긴 후, 다시 제1 조 요 풀리(112P1), 제1 조 요 보조 풀리(112S1), 제1 조 피치 보조 풀리-b(111S1b), 제1 조 피치 풀리-b(111P1b)를 차례로 지나도록 형성되어, 제1 조 구동 와이어(130J1)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다. 이때, 제1 액츄에이션 풀리(113P1)의 일 지점에 제1 조 와이어(130J1)가 고정결합될 수 있다.

제2 조 와이어(130J2)는 조작부(110)의 제2 조 피치 풀리-a(111P2a), 제2 조 피치 보조 풀리-a(111S2a), 제2 조 요 보조 풀리(112S2), 제2 조 요 풀리(112P2)를 차례로 지나서 제2 액츄에이션 풀리(113P2)에 감긴 후, 다시 제2 조 요 풀리(112P2), 제2 조 요 보조 풀리(112S2), 제2 조 피치 보조 풀리-b(111S2b), 제2 조 피치 풀리-b(111P2b)를 차례로 지나도록 형성되어, 제2 조 와이어(130J2)가 상기 풀리들을 회전시키면서 상기 풀리들을 따라서 이동할 수 있도록 형성된다. 이때, 제2 액츄에이션 풀리(113P2)의 일 지점에 제2 조 와이어(130J2)가 고정결합될 수 있다.

도 15는 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 액츄에이션 동작 및 요 동작과 관련된 풀리 및 와이어의 구성을 제1 조와 제2 조 각각에 대해 풀어서 도시한 그림이다. 도 15(a)는 제2 조와 관련된 풀리 및 와이어만을 나타낸 도면이고, 도 15(b)는 제1 조와 관련된 풀리 및 와이어만을 나타낸 도면이다. 그리고, 도 16은 도 12의 수술용 인스트루먼트의 요 동작을 나타내는 사시도이다.

먼저 액츄에이션 동작의 와이어 동작에 대해 설명한다.

도 15(b)를 참조하면, 제1 액츄에이션 회전부(1132a)가 제1 액츄에이션 회전축(1131a)을 중심으로 화살표 OPA1 방향으로 회전하면, 제1 액츄에이션 회전부(1132a)와 연결된 제1 액츄에이션 풀리(113P1)가 회전하고, 제1 액츄에이션 풀리(113P1)에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)의 양 가닥은 각각 W1a, W1b 방향으로 이동하게 되어, 결과적으로 조작부의 제1 조(121)가 화살표 EPA1 방향으로 회전하게 된다.

도 15(a)를 참조하면, 제2 액츄에이션 회전부(1132b)가 제2 액츄에이션 회전축(1131b)을 중심으로 화살표 OPA2 방향으로 회전하면, 제2 액츄에이션 회전부(1132b)와 연결된 제2 액츄에이션 풀리(113P2)가 회전하고, 제2 액츄에이션 풀리(113P2)에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)의 양 가닥은 각각 W2a, W2b 방향으로 이동하게 되어, 결과적으로 조작부의 제2 조(122)가 화살표 EPA2 방향으로 회전하게 된다. 따라서 사용자가 제1 액츄에이션 회전부(1132a)와 제2 액츄에이션 회전부(1132b)를 서로 가까워지는 방향으로 조작하면, 엔드 툴의 제1 조(121) 및 제2 조(122)가 서로 가까워지는 동작이 수행된다.

다음으로 요 동작의 와이어 동작에 대해 설명한다.

먼저 요 회전축(1121)과 제1 액츄에이션 회전축(1131a) 및 제2 액츄에이션 회전축(1131b)은 요 프레임(도 12의 1123 참조)에 의해 연결되어 있으므로, 요 회전축(1121)과 제1 액츄에이션 회전축(1131a)과 제2 액츄에이션 회전축(1131b)은 일체로 함께 회전하게 된다.

도 15(b)를 참조하면, 제1 손잡이(114)를 요 회전축(1121)을 중심으로 화살표 OPY1 방향으로 회전하면, 제1 액츄에이션 풀리(113P1)와 제1 조 요 풀리(112P1)와 여기에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)가 전체적으로 요 회전축(1121)을 중심으로 회전하여, 결과적으로 제1 조 요 풀리(112P1)에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)의 양 가닥은 각각 W1a, W1b 방향으로 이동하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(120)의 제1 조(121)가 화살표 EPY1 방향으로 회전하게 된다.

도 15(a)를 참조하면, 제1 손잡이(114)를 요 회전축(1121)을 중심으로 화살표 OPY2 방향으로 회전하면, 제2 액츄에이션 풀리(113P2)와 제2 조 요 풀리(112P2)와 여기에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)가 전체적으로 요 회전축(1121)을 중심으로 회전하여, 결과적으로 제2 조 요 풀리(112P2)에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)의 양 가닥은 각각 W1a의 반대쪽 및 W1b의 반대쪽으로 이동하게 되어, 결과적으로 엔드 툴(120)의 제1 조(121)가 화살표 EPY2 방향으로 회전하게 된다.

도 17은 도 12에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)의 피치 동작과 관련된 풀리 및 와이어의 구성을 제1 조와 제2 조 각각에 대해 풀어서 도시한 그림이다. 도 17(a)는 제2 조와 관련된 풀리 및 와이어만을 나타낸 도면이고, 도 17(b)는 제1 조와 관련된 풀리 및 와이어만을 나타낸 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 피치 동작과 관련된 풀리는 각각 2개이며, 각 와이어의 양 가닥이 같은 경로로 감겨져 있어서, 도 17에서는 이를 하나의 선으로 표현하였다. 그리고, 도 18은 도 12의 수술용 인스트루먼트의 피치 동작을 나타내는 사시도이다.

도 17(b)를 참조하면, 제1 손잡이(114)를 피치 회전축(1111)을 중심으로 화살표 OPP1 방향으로 회전하면, 제1 액츄에이션 풀리(113P1), 제1 조 피치 보조 풀리(111S1a, 111S1b), 제1 조 피치 풀리(111P1a, 111P1b) 등과 여기에 감겨 있는 제1 조 와이어(130J1)가 전체적으로 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전한다. 이 때, 도 14와 같이 제1 조 와이어(130J1)의 양 가닥은 제1 조 피치 풀리(111P1a, 111P1b)의 위쪽에 감겨 있기 때문에 화살표 W1 쪽으로 이동하게 된다. 결과적으로 도 5를 통해 설명한 것처럼, 엔드 툴(120)의 제1 조(121)가 화살표 EPP1 방향으로 회전하게 된다.

도 17(a)를 참조하면, 제1 손잡이(114)를 피치 회전축(1111)을 중심으로 화살표 OPP2 방향으로 회전하면, 제2 액츄에이션 풀리(113P2), 제2 조 피치 보조 풀리(111S2a, 111S2b), 제2 조 피치 풀리(111P2a, 111P2b) 등과 여기에 감겨 있는 제2 조 와이어(130J2)가 전체적으로 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전한다. 이때, 도 14와 같이 제2 조 와이어(130J2)의 양 가닥은 제2 조 피치 풀리(111P2a, 111P2b)의 아래쪽에 감겨 있기 때문에 화살표 W2 쪽으로 이동하게 된다. 결과적으로 도 5를 통해 설명한 것처럼, 엔드 툴(120)의 제2 조(122)가 화살표 EPP2 방향으로 회전하게 된다.

따라서, 일 실시예를 나타내는 도 12 및 13은 도 14, 15, 16, 17, 18을 통해 동작원리를 설명할 수 있으며, 액츄에이션 조작, 요 조작, 피치 조작은 서로에 독립적으로 조작이 가능하다.

도 1을 통해 설명한 것처럼, 액츄에이션 조작부(113), 요 조작부(112), 피치 조작부(111)는 자신의 회전축이 각 조작부의 뒤쪽에 위치함으로써, 엔드 툴의 관절 구성과 동일하게 구성되어, 사용자가 직관적으로 일치하는 조작을 수행하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트(100)는 각 관절 지점(액츄에이션 관절, 요 관절, 피치 관절)에 풀리가 형성되며, 이 풀리를 와이어(제1 조 와이어 또는 제2 조 와이어)가 감도록 형성되어 있고, 조작부의 회전 조작(액츄에이션 회전, 요 회전, 피치 회전)이 각 와이어의 이동을 일으켜, 결과적으로 엔드 툴(120)의 원하는 동작을 유도하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 각 풀리들의 일 측에는 보조 풀리들이 형성될 수 있으며, 이들 보조 풀리에 의하여 하나의 풀리에 와이어가 여러 번 감기지 않을 수 있게 되어, 풀리에 감기는 와이어가 서로 접촉하지 않으며, 풀리에 감겨 들어가는 와이어와 감겨 나오는 와이어의 경로도 안전하게 형성되어, 와이어의 동력전달의 안전성 및 효율 등을 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)는 제1 손잡이(114) 상에 직접 형성되어 있다. 따라서, 제1 손잡이(114)가 피치 회전축(1111)을 중심으로 회전하게 되면, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113) 역시 제1 손잡이(114)와 함께 회전하게 된다. 이로 인해, 요 조작부(112)와 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 고정된 것이 아니라, 제1 손잡이(114)의 회전에 따라 상대적으로 계속 변화하게 된다. 즉, 도 2 등에는 요 조작부(112) 및 액츄에이션 조작부(113)는 Z축과 평행한 것으로 도시되어 있다. 그러나, 제1 손잡이(114)가 회전하게 되면, 요 조작부(112)과 액츄에이션 조작부(113)가 Z축과 평행하지 않게 된다. 즉, 요 조작부(112)과 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계가 제1 손잡이(114)의 회전에 따라 변화된 것이다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 별도의 설명이 없는 이상, 요 조작부(112)과 액츄에이션 조작부(113)의 좌표계는 도 2와 같이 제1 손잡이(114)가 연결부(140)에 대해서 수직으로 위치한 상태를 기준으로 하여 설명하였다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴 및 이를 구비하는 수술용 인스트루먼트를 제공한다. 또한, 산업상 이용하는 복강경 수술 또는 여러 다양한 수술에 사용하기 위해 수동으로 작동 가능한 수술용 기구 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims

서로 독립적으로 회전 가능한 제1 조(jaw) 및 제2 조(jaw);
상기 제1 조와 결합하며 제1 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J11 풀리;
상기 제2 조와 결합하며, 상기 제1 축과 실질적으로 동일 또는 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J21 풀리;
서로 마주보도록 형성되는 한 쌍의 조 풀리 결합부들과, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부들을 연결하는 가이드부를 포함하고, 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부 및 상기 가이드부가 형성하는 공간 내에 상기 J11 풀리와 상기 J21 풀리의 적어도 일부가 수용되고, 상기 가이드부에서 상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리들과 인접한 영역은 그 단면이 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 엔드 툴 허브;
상기 엔드 툴 허브의 일 측에 형성되고, 상기 제1 축과 소정의 각도를 이루도록 형성되는 제2 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J12 풀리 및 J14 풀리; 및
상기 엔드 툴 허브의 일 측에 형성되고, 상기 제2 축과 실질적으로 동일 또는 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J22 풀리 및 J24 풀리;를 포함하고,
상기 가이드부는 상기 제1 축 방향으로 형성되고,
상기 가이드부의 양 단부로부터 상기 한 쌍의 조 풀리 결합부들이 각각 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 상이한 제3 축 방향으로 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
제1 조 와이어는 상기 J12 풀리, J11 풀리, 가이드부, J14 풀리와 차례로 접촉하도록 형성되고,
제2 조 와이어는 상기 J22 풀리, J21 풀리, 가이드부, J24 풀리와 차례로 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 조 와이어는 상기 J11 풀리에 제1 방향으로 감긴 후, 상기 가이드부에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 감기고,
상기 제2 조 와이어는 상기 J21 풀리에 상기 제2 방향으로 감긴 후, 상기 가이드부에 상기 제1 방향으로 감기는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 3 항에 있어서,
상기 엔드 툴 허브의 일 측에는 상기 엔드 툴 허브에 대해 상기 제2 축을 중심으로 회전 가능한 연결부 허브가 형성되고,
상기 연결부 허브에는
상기 제2 축과 실질적으로 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J13 풀리 및 J15 풀리와,
상기 제2 축과 실질적으로 평행한 축을 중심으로 회전 가능하도록 형성되는 J23 풀리 및 J25 풀리가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 조 와이어는 상기 J13 풀리에 제3 방향으로 감긴 후, 상기 J12 풀리에 상기 제3 방향과 반대 방향인 제4 방향으로 감기고,
상기 제2 조 와이어는 상기 J23 풀리에 상기 제4 방향으로 감긴 후, 상기 J22 풀리에 상기 제3 방향으로 감기는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 방향과 상기 제3 방향은 서로 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 가이드부에 의해, 상기 J11 풀리에 감긴 상기 제1 조 와이어의 두 가닥은, 상기 제2 축에 수직이고 상기 제1 축을 지나는 평면을 기준으로 일 측에 배치되고,
상기 가이드부에 의해, 상기 J21 풀리에 감긴 상기 제2 조 와이어의 두 가닥은, 상기 제2 축에 수직이고 상기 제1 축을 지나는 평면을 기준으로 타 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 조 와이어는 상기 J11 풀리와 상기 가이드부의 내접선상에 위치하며, 상기 가이드부에 의해 상기 J11풀리의 회전 각도가 확장되고,
상기 제2 조 와이어는 상기 J21 풀리와 상기 가이드부의 내접선상에 위치하며, 상기 가이드부에 의해 상기 J21풀리의 회전 각도가 확장되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 조 와이어는 고정 결합부에 의해 상기 J11 풀리에 고정 결합되고,
상기 제2 조 와이어는 고정 결합부에 의해 상기 J21 풀리에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 조 와이어는 상기 J11 풀리와 상기 가이드부를 내접하도록 지나가고,
상기 제2 조 와이어는 상기 J21 풀리와 상기 가이드부를 내접하도록 지나가는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 2 항에 있어서,
상기 가이드부에는 상기 제1 조 와이어 또는 상기 제2 조 와이어의 적어도 일부가 수용되도록 상기 가이드부의 표면이 함몰되어 형성되는 하나 이상의 가이드 홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 11 항에 있어서,
상기 가이드 홈은 상기 가이드부의 일부에만 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리를 기준으로 상기 제1 조 및 제2 조의 반대쪽으로 상기 가이드부가 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 조 풀리 결합부들과, 이를 연결하는 상기 가이드부는 대략 "ㄷ"형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부에서 상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리들과 인접한 영역은 상기 제1 축에 수직인 평면상에서의 단면이 소정의 곡률을 갖도록 만곡되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 축과 수직한 방향으로의 상기 가이드부의 단면의 적어도 일부가 원호 형상을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드부에서 상기 J11 풀리 및 상기 J21 풀리와 마주보는 면이 상기 J11 풀리와 상기 J21 풀리 쪽으로 일정 정도 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
상기 J12 풀리 및 J14 풀리는 상기 제2 축에 수직이고 상기 제1 축을 지나는 평면을 기준으로 일 측에 배치되고,
상기 J22 풀리 및 J24 풀리는 상기 제2 축에 수직이고 상기 제1 축을 지나는 평면을 기준으로 타 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.
제 1 항에 있어서,
제1 조 와이어 및 제2 조 와이어는 상기 가이드부의 적어도 일부와 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트의 엔드 툴.