KR20230137383A - 최소 침습 수술을 위한 동심 관 장치 - Google Patents

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리차드 헨드릭
닐 딜런
이반 블럼
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버츄오쏘 써지컬, 아이엔씨.
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Abstract

최소 침습 수술 장치는 채널 내에 수용된 고만곡 원위치 단부(73)를 갖는 안내 관을 구비한다. 고만곡 원위치 단부는 조직 작업 공간에서 개선된 삼각망을 위해 최적화된 곡률을 가지고 구성된다. 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 수술 로봇의 내시경 장치 내의 곡선형 채널(32, 34)에서 연장된다. 곡선형 채널 그리고 안내 관의 고만곡 원위치 단부의 조합은 작업 공간에서 향상된 기동성을 제공한다. 일부 실시예에서, 고만곡 원위치 단부는 니티놀을 포함하고 원하는 곡률로 형성된다. 고만곡 원위치 단부는 반복 사용 가능한 안정적인 형상을 얻기 위해 구부러질 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 제1 및 제2 안내 관은 이중 만곡 구성을 구비한다.

Description

최소 침습 수술을 위한 동심 관 장치
본 발명은 수술을 수행하기 위한 수술용 장치 및 관련 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 동심 관 조립체를 사용하는 최소 침습 수술을 위한 도구 및 방법에 관한 것이다.
전기기계 로봇을 사용한 최소 침습 수술(minimally invasive surgery)은 발전하고 있는 의학 분야이다. 내시경 및 절제경과 같은 최소 침습 수술을 수행하기 위한 종래의 장치는, 일반적으로 환자 신체의 절개부 또는 자연적인 구멍을 통해 삽입되는 원위치(distal) 팁을 구비한다. 원위치 팁은 신체 내부에 배치될 때 원위치 팁에 근접한 시야를 외과의가 볼 수 있도록 하는 광학 렌즈를 구비한다. 내시경에는 일반적으로 수술실 모니터에 시야를 표시하기 위해 렌즈에 부착된 카메라가 있다. 일부 적용 분야에서 내시경은 내시경의 원위치 팁에 설치된 카메라를 구비한다. 장치는 또한 장치를 통해 연장되는 좁은 작업 채널을 구비한다. 하나 이상의 세장형(細長型) 수술 도구가 작업 채널을 통해 삽입될 수 있다. 절단 장치, 바스켓 또는 레이저 광학 부품과 같은 도구가 수술 도구에 구비될 수 있다. 수술 도구의 원위치 단부는 장치의 원위치 팁으로부터 돌출되어 있어, 외과의가 수술 중에 환자의 신체 내부에서 도구의 작동을 시각적으로 관찰할 수 있게 한다.
내시경 또는 절제경의 좁은 작업 채널을 통해 사용하기 위한 종래의 수술 도구는 일반적으로 크기가 제한되고, 특히 내시경 또는 절제경의 원위치 단부로부터 연장되는 도구 단부의 운동 범위 및 조작의 자유도가 제한된다. 내시경 또는 절제경 내의 곡선형 채널은 더 나은 운동 범위와 작업 공간에서 도구를 더 잘 조작할 수 있는 능력을 달성하기 위한 하나의 가능성 있는 해법으로 제안되었다. 그러나, 내시경 또는 절제경의 좁은 범위 내에서 수술 도구의 통과를 위한 곡선형 채널을 제공하는 것은 추가적인 과제를 제시한다. 예를 들어, 구부러진 동심 관은 동심 관이 들어 있는 채널의 곡률 평면과 정렬되는 경향이 있다. 결과적으로, 내시경 상의 곡선형 채널 내에 위치한 수술 도구의 곡선형 관은 채널의 원위치 단부에서 연장될 때 향상된 운동 범위를 제공할 수 있지만, 이러한 구성은 채널의 곡률 평면 밖에서의 조작을 원할 때 최적의 해법을 제공하지 않는다.
지난 수십 년 동안, 수술 중에 가능한 가장 최소 침습적인 방법으로 신체에 진입하는 것이 환자에게 엄청난 이점을 제공한다는 것이 점점 더 분명해졌다. 최소 침습 수술은 크고 열린 절개부 없이 신체에 들어가는 모든 수술 절차를 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어다. 최소 침습 수술을 수행하기 위한 종래의 장치, 예를 들어 내시경 또는 절제경은 일반적으로 단단하며 환자 신체의 절개부 또는 환자 신체의 자연적인 구멍을 통해 삽입되는 원위치 팁을 구비한다. 원위치 팁은 신체 내부에 배치될 때 원위치 팁에 근접한 시야를 외과의가 볼 수 있도록 하는 광학 렌즈를 구비한다. 내시경은 일반적으로 수술실 모니터에 시야를 표시하기 위해 부착된 카메라를 갖는다. 일부 적용 분야에서 내시경은 내시경의 원위치 팁에 설치된 카메라를 구비한다. 장치는 또한 장치를 통해 연장되는 작업 채널을 구비한다. 하나 이상의 세장형 수술 도구가 작업 채널을 통해 삽입될 수 있다. 절단 장치, 바스켓 또는 레이저 광학 부품과 같은 도구가 수술 도구에 포함될 수 있다. 수술 도구의 원위치 단부는 장치의 원위치 팁으로부터 돌출되어 있어, 외과의가 수술 중에 환자의 신체 내부에서 도구의 작동을 시각적으로 관찰할 수 있게 한다.
최소 침습 수술은 관(예컨대, 내시경)을 사용하여 시야를 제공하고 수술 영역을 보며 신체의 작은 포트들을 통과하는 길고 단단한 기구를 사용하는 복강경 수술을 구비한다. 종래의 복강경 수술에서, 내시경은 대개 수술 부위를 시각화하는 용도로만 사용되며 이를 통과하는 도구는 없다. 도구는 수술 부위에서 기구 조작을 제공하기 위해 신체 외부 및 절개 포트를 통해 회전된다. 복강경 수술의 도구 조작은 신체의 포트를 통해 길고 단단한 샤프트를 회전시켜 이루어진다. 팽창된 복부, 흉강, 골반 또는 충분한 공간이 있는 기타 해부학적 작업 공간에서의 수술을 위해, 이 개념은 종종 기구 조작을 제공하기 위한 훌륭한 최소 침습 해법을 제공한다. 그러나, 수술 부위가 길고 좁은 채널 아래에 있으면 길고 단단한 샤프트를 회전시키는 기능이 감소한다. 접근 채널이 길어지고/길어지거나 좁아지면 도구의 조작 능력이 급격히 떨어진다.
최소 침습 수술은 내시경 수술도 포함한다. 복강경 수술은 시각화를 제공하기 위해 내시경을 사용하는 한편, 내시경 수술은 수술 도구가 내시경 관 자체의 작업 채널을 통과한다는 점에서 다르다. 내시경 수술 중에 사용할 수 있는 수술 기구의 몇 가지 예는 가위, 겸자, 레이저 섬유 및 단극/양극 지짐기(cautery)이다. 내시경에는 강성 내시경과 연성 내시경이 있다. 강성 내시경은 신체 외부에서 수술 부위까지 직선의 선형 경로를 취할 수 있는 수술에 사용되며, 연성 내시경은 굴곡이 있는 해부적 구조를 통과하여 구부러질 필요가 있을 경우 사용된다. 강성 내시경은 현재 신경과, 흉부외과, 정형외과, 비뇨기과 및 부인과 시술을 포함하지만 이에 제한되지 않는 거의 모든 수술 분야에서 사용되고 있다. 강성 내시경술은 현재 전신의 수술에 사용되고 있지만 결점이 없는 것은 아니다. 강성 내시경의 작업 채널을 통해 작동하는 도구는 일반적으로 직선형의 강성 도구라는 점에서 복강경 도구와 유사하다. 일반적으로, 이러한 도구는 내시경에 대해 2개의 자유도 동작으로, 즉 축 방향 삽입/후퇴 그리고 회전으로 제한된다. 때때로, 외과의는 내시경을 몸 밖에서 회전시키거나 기울일 수 있는 능력이 있을 수 있는데, 이는 내시경이 움직일 때마다 내시경의 시야가 함께 움직이기 때문에 일을 특히 어렵게 만든다. 또한, 외과의는 내시경 작업 채널의 크기 제약으로 인해 대부분의 시간 동안 수술 부위에 한 번에 하나의 기구만 가져올 수 있으므로, 두 손을 쓰는 양손 작업 능력이 실질적으로 제거된다. 한 번에 하나의 도구에 대한 이러한 제한, 지속적으로 바뀌는 시야, 제한된 자유도, 내시경 끝의 기구 기민함 부족은 내시경 수술을 특히 어려운 유형의 최소 침습 수술로 만든다.
특히 정밀성, 공간 추론 및 기민함에 능숙하기 때문에, 전기 기계 수술 로봇은 수술 기구 조작을 도울 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있으며 빠르게 발전하는 의학 분야이다. 수술 로봇은 전 세계적으로 널리 채택되었으며 수십만 가지 시술에 활용되었다. 기구 조작을 돕기 위해 지금까지 설계된 대부분의 수술 로봇 시스템은 일반적으로 회전되고 유연한 도구로 분류할 수 있다. Intuitive Surgical, Inc.에서 만든 널리 사용되는 da Vinci Xi 로봇과 같은 회전식 복강경 유사 시스템은, 복강경 도구가 수행하는 것과 동일한 방식, 즉 신체의 포트를 통해 기울이는 방식으로 기구를 조작할 수 있다. 신체 외부에서 도구를 기울이거나 회전할 수 없는 수술 적용 분야의 경우, 연구 커뮤니티의 여러 그룹에서 유연한 요소를 기반으로 하는 로봇 시스템을 개발해 왔다. 이러한 시스템은 종종 연속체 로봇, 또는 탄성 구조를 가지며 지속적으로 구부러지는 로봇이라고 한다. 동심의 탄성 관으로 구성된 바늘 크기의 소형 연속체 로봇 종류인 동심 관 조작기(manipulators)도 있다. 동심 관 로봇은 관절이 있는 작은 직경의 로봇이 신체 내에 투입될 것을 요하는 여러 종류의 최소 침습 수술 개입에서 유망할 것으로 보인다. 예를 들면 눈, 귀, 부비강, 폐, 전립선, 뇌 및 기타 부위의 수술이 있다. 대부분의 이러한 적용 분야에서, 로봇이 인체 내부의 "빡빡한 코너" 를 돌고 수술 부위에서 능숙하게 작업할 수 있도록 더 높은 곡률이 일반적으로 바람직하다. 내시경 수술의 맥락에서, 동심 관의 선곡률(precurvature)은 내시경 수술 중에 매우 중요한 점인 조작기가 내시경 끝에 얼마나 가깝게 작동할 수 있는지를 결정한다.
전통적인 내시경 절차에서, 외과의는 일반적으로 한 손에 내시경을, 다른 한 손에는 내시경 기구를 들고 있기 때문에 일반적으로 외과의가 두 기구를 동시에 조작하는 것이 불가능하다. 인적 오류 측면으로 인해, 외과의가 하나의 내시경 기구를 다른 기구로 교체해야 할 때마다 어색하고 잠재적으로 위험한 내시경 움직임으로 이어질 수 있다. 그러나 외과의는 종종 특정 상황에서, 특히 재료를 정확하게 잡고, 조작하고, 절단하려고 할 때 두 개의 기구를 정확하고 동시에 조작할 수 있는 능력이 필요하다. 내시경이 둘 이상의 도구를 동시에 수용할 수 있는 경우에도, 도구는 직선으로 그리고 다른 도구와 평행하게만 배향될 수 있고, 이는 도구 간의 진정한 공동 작업을 금한다. 외과의는 로봇 수술 시스템이 제공하는 향상된 정밀도, 기민함 및 시야로 큰 이점을 얻을 수 있지만, 이러한 종래 시스템은 조작 가능성이 제한된다.
종래 수술 로봇의 또 다른 문제는 내시경 장치에서 연장되는 병렬적인 관 구성이 내시경 팁 근처 시야의 작업 공간에서 도구의 삼각망(三角網, triangulation)을 제공하지 않는다는 것이다. 또한, 그러한 종래의 구성은 종축을 따라 일반적으로 평행하게 연장되는 관을 구비하며, 이는 조직을 좌우로 밀거나 당기기 위한 축 외 힘을 가하는 것을 거의 불가능하게 만든다. 이러한 구성은 또한 내시경 팁의 시야와 효과적인 작업 공간을 훨씬 넘어서서 제1 및 제2 도구가 상호 작용하는 이름뿐인(nominal) 상호 작용점을 배치한다. 이와 같이, 종래의 장치를 사용하여 함께 작동하는 두 개의 내시경 도구를 사용하여 조직을 조작하는 것은 어렵다.
따라서 필요한 것은, 로봇 수술을 수행하기 위한 장치 및 방법의 개선, 특히 내시경 장치 팁 근처의 시야 안에서 협력하여 제1 및 제2 도구를 제어하고 조작하기 위한 개선이다.
이 간략한 요약은 이하 상세한 설명에서 추가로 설명될 개념들의 선정을 단순화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은 청구된 대상의 주요 특징 또는 본질적인 특징을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구된 대상의 범위를 결정하는 데 도움을 주기 위한 것이 아니다.
최소 침습 수술을 수행하기 위한 장치는 작은 절개부 또는 구멍을 통해 환자의 신체에 삽입하도록 구성된 원위치 팁이 있는 동심 관 조립체를 구비한다. 관 조립체는 채널과 채널 내에 수용된 안내 관을 구비한다. 안내 관은 채널에 대해 축 방향 병진 이동하고 회전하도록 구성된다. 내부 관은 안내 관 내에 위치하며 또한 안내 관에 대해 축 방향 병진 이동 및 회전 운동을 독립적으로 할 수 있다. 안내 관은 내부 관의 원위치 단부를 관 조립체의 단부에 한정된 조직 작업 공간 내 원하는 위치로 조종하도록 작동 가능하다.
안내 관은 사전 성형된 고만곡(高彎曲, highly-curved) 원위치 단부를 구비한다. 채널은 또한 원위치 개구 근처에서 곡선형 모양을 가지고 있다. 곡선형 채널과 고만곡 안내 관은 함께 작동하여 엘보 모양의(elbow-like) 구성을 형성하여, 안내 관이 중심선 축에 대해 일정 각도로 조직 작업 공간에 들어갈 수 있도록 한다. 작업 공간으로의 이러한 각진 진입은 우수한 삼각망 및 조직 조작을 제공한다.
일부 실시예에서, 본 발명은 수술을 수행하기 위한 장치로서, 수술 로봇으로부터 연장되는 내시경 장치를 구비하는 수술 로봇을 포함하고, 내시경 장치는 외부 피복, 내부 피복 그리고 내부 피복 내에 배치되는 채널을 구비하는, 수술을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 안내 관은 채널 내에 위치되며, 안내 관은 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치(proximal) 단부 그리고 수술 기구로부터 멀어지도록 연장되는 고만곡 원위치 단부를 구비한다. 내부 관이 안내 관 내에 수용되며, 내부 관은 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전이 가능하다. 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비한다.
추가 실시예에서, 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비한다.
추가적인 실시예에서, 본 발명은 수술을 수행하기 위한 장치로서, 수술 로봇으로부터 연장되는 내시경 장치를 구비하는 수술 로봇을 포함하고, 내시경 장치는 외부 피복, 내부 피복 그리고 내부 피복 내에 배치되는 제1 및 제2 채널을 구비하는, 수술을 수행하기 위한 장치를 제공한다. 제1 안내 관은 채널 내부에 위치되고, 제1 안내 관은 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치 단부 및 수술 로봇으로부터 멀어지도록 연장되는 제1 고만곡 원위치 단부를 구비한다. 제2 안내 관은 채널 내부에 위치되고, 제2 안내 관은 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치 단부 및 수술 로봇으로부터 멀어지도록 연장되는 제2 고만곡 원위치 단부를 구비한다. 제1 내부 관은 제1 안내 관 내에 수용되되, 제1 내부 관은 제1 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전이 가능하다. 제2 내부 관은 제2 안내 관 내에 수용되되, 제2 내부 관은 제2 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전이 가능하다. 제1 안내 관의 제1 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하고, 제2 안내 관의 제2 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비한다.
추가 실시예에서, 제1 안내 관의 제1 고만곡 원위치 단부는 약 72 m^(-1)의 곡률을 구비하고, 제2 안내 관의 제2 고만곡 원위치 단부는 약 72 m^(-1)의 곡률을 구비한다.
본 발명의 다른 목적은 내시경 장치의 팁 근처의 시야에서 제1 및 제2 도구를 사용하여 조직을 효과적으로 조작하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 수많은 다른 목적, 장점 및 특징은 다음의 도면 및 바람직한 실시예의 설명을 검토할 때 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 최소 침습 수술 장치의 일 실시예의 측면 사시도이다.
도 2는 도 1의 최소 침습 수술 장치의 상세 측면도이다.
도 3a는 도 1의 최소 침습 수술 장치의 일 실시예의 분해 사시도이다.
도 3b는 도 1의 최소 침습 수술 장치의 일 실시예의 상세 분해 사시도이다.
도 4는 최소 침습 수술 장치용 도구 카트리지 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 외부 피복, 내부 피복 그리고 제1 및 제2 채널을 갖는 피복 삽입체를 구비하는 최소 침습 수술 장치의 관 조립체의 일 실시예의 분해 평면도이다.
도 6은 피복 내부에 위치하도록 구성된 채널 삽입체의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 7은 제1 및 제2 채널 개구부 및 채널 부싱을 구비하는 내부 피복의 원위치 단부의 일 실시예의 사시도이다.
도 8은 제1 및 제2 채널을 구비하는 피복 삽입체의 일 실시예의 사시도이다.
도 9는 피복 삽입체에 사용하기 위한 조종 플러그의 일 실시예의 사시도이다.
도 10은 내부에 수용된 제1 및 제2 채널을 갖는 내부 피복의 일 실시예의 사시도이다.
도 11은 내부 관의 일 실시예의 측면도이다.
도 12는 고만곡 안내 관의 일 실시예의 측면도이다.
도 13은 결합된 내부 관과 고만곡 안내 관의 일 실시예의 측면도이다.
도 14는 제1 및 제2 고만곡 안내 관 및 그로부터 연장되는 제1 및 제2 내부 관을 구비하는 수술 로봇 장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 15는 수축 위치에 있는 채널 내부의 고만곡 안내 관의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 16은 이중 곡선 구성을 갖는 안내 관의 일 실시예의 측면도이다.
도 17은 수축 위치에서 채널 내부에 위치한 이중 곡선 구성을 갖는 안내 관의 일 실시예의 부분 단면도이다.
도 18은 제1 및 제2 안내 관 및 그로부터 연장되는 제1 및 제2 내부 관을 구비하는 조직 작업공간의 시야의 일 실시예의 사시도이다.
본 발명의 다양한 실시예들의 제조 및 사용이 아래에서 상세히 논의되지만, 본 발명은 매우 다양한 특정 상황에서 구현되는 많은 적용 가능한 발명적 개념을 제공한다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 논의된 특정 실시예는 단지 본 발명을 제조 및 사용하는 특정 방식의 예시일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 기술된 특정 장치 및 방법에 대한 수많은 균등물들을 인식할 것이다. 그러한 균등물은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되며 청구범위에 구비된다.
도면에서는, 명확성을 위해, 모든 참조 번호가 각 도면에 표시되어 있지는 않다. 또한, "상부", "하부", "측면", "위", "아래" 등과 같은 위치 용어는 도면에 도시된 배향에 있을 때 장치를 지칭한다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 장치가 사용 중에 다른 배향을 취할 수 있다는 점을 인식할 것이다.
본 발명은 고만곡 원위치 단부를 가진 안내 관을 구비하는 최소 침습 수술 장치를 제공한다. 안내 관은 내시경 또는 절제경 유형의 관 조립체의 길이를 따라 종 방향 채널 안에 수용된다. 다양한 실시예에서 채널은 직선형 또는 곡선형 윤곽을 갖는다. 안내 관은 고도로 구부러진 구성을 갖추어 작업 공간에서 우수한 삼각망(triangulation)과 외과의가 내시경 또는 절제경의 원위치 단부 부근의 조직에 접근(engage)할 수 있는 조작성을 제공한다. 안내 관의 원위치 단부에서의 곡률의 매개변수는 향상된 성능을 제공하도록 최적화된다.
안내 관의 원위치 부분은 고도로 만곡되어 있으며 환자 신체 내부의 내시경 원위치 팁을 넘어 조직 작업 공간 내로 배치되기 위해 구성된다. 안내 관의 원위치 부분은 안내 관이 수용된 채널에 대해 회전 및 병진 이동될 수 있으며, 수술 도구(예컨대 전기 수술 도구 또는 절단 장치)를 구비하는 내부 관이 안내 관의 내부에 위치할 수 있으며 카메라 렌즈의 시야 내 조직 작업공간에 접근하기 위해 안내 관의 원위치 단부 밖으로 연장될 수 있다. 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 작업 공간에서 향상된 삼각망 및 기민함을 제공하고, 최소 침습 수술에 최적화된 성능을 제공한다.
일 예로서, 최소 침습 수술 장치(100)의 일 실시예가 도 1에 전체적으로 도시되어 있다. 장치는 지지대(12)에 장착된 수술 로봇 장치(10)를 구비한다. 일부 실시예에서, 지지대(12)는 고정 베이스(12b)로부터 연장되는 로봇 팔(12a)을 구비한다. 로봇 팔(12a)의 단부에 있는 마운트(14)는 일부 실시예에서 버팀대(16)를 통해 수술 로봇 장치(10)에 부착되도록 구성된다. 지지대(12)는 장치 아래의 수술대 위에 위치된 인간 또는 동물 환자에 대해 3차원 공간에서 수술 로봇 장치(10)의 위치 및 배향을 정밀하게 제어하기 위한 프로그래밍 가능한 위치 제어 장치를 제공한다.
입력 콘솔(200)은 지지대(12) 및 수술 로봇 장치(10)로부터 멀리 위치된다. 입력 콘솔(200)은 수술 로봇 장치(10) 위에 위치한 하나 이상의 장치를 제어하기 위한 입력을 제공한다.
도 1 및 도 2를 더 참조하면, 수술 로봇 장치(10)는 단단한 관 조립체(20)를 기구 베이스(22)와 연결하는 인터페이스(18)를 구비한다. 관 조립체(20)는 외부 피복(26) 그리고 외부 피복(26) 내부에 수용된 복수의 관들을 포함하는 종 방향 내시경 또는 절제경 유형의 구조를 갖는다. 하나 이상의 포트들(27a, 27b, 27c)이 외과 수술하는 동안 세척, 흡입 또는 다른 기능을 제공하기 위해 관 조립체(20)에 결합된다. 관 조립체(20)는 환자의 조직에 삽입하기 위해 기구 베이스(22)로부터 멀리 떨어져 배향된 원위치 단부(21)를 구비한다. 관 조립체(20)가 환자의 신체에 삽입될 때 원위치 단부(21)에 인접한 조직 작업 공간의 시각화를 제공하기 위해 원위치 단부(21)를 향해 관 조립체(20)를 통과하는 렌즈를 구비하는 카메라(24)가 기구 베이스(22) 상에 위치된다. 수술 로봇 장치(10)는 또한 도 1에 도시된 마운트(14)에 부착하도록 구성된 어댑터(14a)를 구비한다.
도 3a를 참조하면, 카메라(24)는 기구 베이스(22) 상에 위치되어 외과의가 수술 과정 동안 볼 수 있도록 원격 디스플레이에 실시간 이미지를 제공한다. 카메라(24)는 렌즈가 관 조립체의 원위치 팁 바로 너머 조직 작업 공간을 구비하는 시야를 제공하도록 관 조립체(20) 내부의 종 방향 렌즈 통로(80)를 통해 연장되는 막대형 렌즈(25)를 구비한다. 일부 실시예에서, 렌즈 통로(80)는 렌즈(25)가 장치 내에 수용, 삽입 및/또는 장치로부터 제거될 때 이를 보호하기 위해 관 조립체(20)의 내부를 따라 연장되는 단단한 관을 구비한다. 렌즈 통로(80)는 일부 실시예에서 근위치 단부에 깔때기형(funnel-shaped) 삽입구를 구비한다.
도 3a 및 3b를 더 참조하면, 관 조립체(20)는 외부 피복(26) 및 내부 피복(28)을 구비한다. 내부 피복(28)의 외측 표면과 외부 피복(26)의 내측 표면 사이에 환형 플레넘(plenum)이 한정되어 수술 과정 동안 가스 또는 유체가 플레넘을 통해 이송될 수 있다.
도 3a를 더 참조하면, 일부 실시예에서, 수술 로봇 장치(10)는 제1 도구 카트리지(60a) 및 제2 도구 카트리지(60b)를 구비한다. 각 도구 카트리지는 기구 베이스(22) 내에 설치될 수 있는 모듈식 부품으로 구성된다. 각 도구 카트리지에는 카트리지에 연결된 관 어레이를 조작하도록 구성된 구동 메커니즘이 구비되어 있다. 예를 들어, 제1 도구 카트리지(60a)는 제1 관 어레이(70a)가 제1 도구 카트리지(60a)로부터 멀어지게 인터페이스(18)를 향해 연장되도록 제1 관 어레이(70a)의 근위치 단부에 결합된다. 유사하게, 제2 도구 카트리지(60b)는 제2 관 어레이(70b)가 제2 도구 카트리지(60b)로부터 멀어지게 인터페이스(18)를 향해 연장되도록 제2 관 어레이(70b)의 근위치 단부에 결합된다. 각각의 도구 카트리지(60a, 60b)는 기구 베이스(22) 상의 다른 유사한 도구 카트리지와 교환 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 도구 카트리지는 일회용이다.
연합되는(associated) 관 어레이(70)를 갖는 도구 카트리지(60)의 일 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 도구 카트리지(60)는 관 어레이(70)의 근위치 단부에 연결된 하우징을 구비한다. 관 어레이(70)는 안내 관(또는, 외부 관)(72) 그리고 안내 관(72) 내부에 위치한 내부 관(74)을 포함하는 동심 관 어레이를 구비한다. 안내 관(72)은 고만곡 원위치 단부(78)를 갖고, 내부 관(74)은 안내 관(72)의 원위치 팁(73) 밖으로 돌출된다. 내부 관(74)은 일부 실시예에서 원위치 단부로부터 돌출되는, 전기수술 팁, 절단 도구 또는 조직 조작기와 같은 수술 도구(82)를 구비한다. 수술 절차 중에, 내부 관(74)은 안내 관(72)과 독립적으로 축 방향으로 병진 이동되거나 종축 주위로 회전될 수 있다. 고만곡 안내 관(72)은 내부 관(74)을 조직 작업 공간내의 원하는 위치를 향해 조종한다. 내부 관(74)은 일부 실시예에서 독립적인 축 병진 및 회전 제어를 제공하기 위한 도구 카트리지(60) 내의 하나 이상의 내부 구동 요소에 결합된다.
사용 중에, 안내 관(72) 또한 도구 카트리지(60) 내의 독립적인 구동 요소에 의해 병진 이동 및 회전될 수도 있다. 이와 같이, 안내 관(72)의 만곡부(78)로 인해, 도구 카트리지(60) 내의 독립적인 구동 요소를 사용하여 안내 관(72) 및 내부 관(74)을 회전 및 병진 이동함으로써 운동범위가 얻어질 수 있다.
관 어레이(70)는 일부 실시예에서 내시경 또는 절제경 유형 장치의 내부에 있는 종 방향 채널 조립체, 또는 피복 삽입체(30), 내에 수용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피복 삽입체(30)는 제1 동심 관 어레이(70a)를 수용하기 위한 제1 채널(32) 및 제2 동심 관 어레이(70b)를 수용하기 위한 실질적으로 평행한 제2 채널(34)을 구비한다. 피복 삽입체(30)는 하나 이상의 동심 관 어레이를 수용하기 위한 내부 채널을 제공하기 위해 내시경 또는 절제경 내부 피복(28) 내에 축 방향으로 위치된다. 조립될 때, 제1 및 제2 채널(32, 34)은 내부 피복(28) 내에 위치되고, 외부 피복(26)은 내부 피복(28)의 외부에 위치된다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 채널(32, 34) 각각은, 각각의 동심 관 어레이(70a, 70b)가 내부에 빡빡하게 끼워지도록 하는 한편 각 안내 관(72, 172)이 대응되는 채널 내에서 독립적으로 회전 및 병진 이동될 수 있도록 치수화된, 실질적으로 둥근 단면 형상을 형성하는 중공 내부 공간을 구비한다.
도 6을 참조하면, 피복 삽입체(30)의 원위치 단부의 일 실시예가 내시경 또는 절제경 상의 내부 피복 옆에 나란히 도시되어 있다. 피복 삽입체(30)는 제1 채널(32) 및 제2 채널(34)을 구비한다. 제1 및 제2 채널(32, 34)은 원위치 단부에서 분기된다. 제1 채널(32)은 제1 채널 개구부(38)에서 종결되고, 제2 채널(34)은 제2 채널 개구부(48)에서 종결된다. 채널 부싱(36)은 피복 삽입체(30)의 원위치 단부에서 제1 및 제2 채널(32, 34)의 원위치 단부들 상에 배치된다. 일부 실시예에서 채널 부싱(36)은 제1 및 제2 채널(32, 34)의 원위치 단부들을 둘러싼다. 채널 부싱(36)은 분기 영역에서 제1 및 제2 채널(32, 34)에 대한 지지를 제공한다. 채널 부싱(36)은 또한 내부 피복(28)의 원위치 개구부(50) 상의 원하는 위치에 제1 및 제2 채널(32, 34)을 적절하게 정렬하기 위해 내부 피복(28)의 내부 벽과 연계(interface)된다. 일부 실시예에서, 채널 부싱(36)은 원위치 개구부(50)에서 내부 피복(28)의 내부 직경(51)과 실질적으로 동일한 채널 부싱 폭(49)을 구비한다. 채널 부싱(36)은 일부 실시예에서 폴리머(polymer) 소재를 함유한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈 홈(53)은 채널 부싱(36)에 카메라에 결합된 막대 렌즈를 수용하도록 형상화된 오목부를 제공한다. 채널 부싱(36)과 제1 및 제2 채널(32, 34)은 전체 조립체가 내부 피복(28) 내로 축 방향으로 삽입되거나 사용 후 내부 피복(28)으로부터 축 방향으로 당겨질 수 있도록 결합된다. 피복 삽입체(30)는 일부 실시예에서 일회용이다. 다른 실시예에서, 피복 삽입체(30)는 다른 유사한 피복 삽입체와 교환 가능하다. 예를 들어, 특정 시술을 위해, 내경, 채널 형상 또는 원위치 단부의 곡률과 같은 특정 특성들을 갖는 제1 및 제2 채널(32, 34)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 시술의 경우, 상이한 특성들을 갖는 제1 및 제2 채널(32, 34)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템 및 방법을 사용하여, 사용자는 상이한 수술들을 위해 상이한 특성들을 갖는 피복 삽입체(30)를 교환할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 및 제2 채널(32, 34)을 구비하는 피복 삽입체(30)의 일 실시예가 도시되어 있다. 제1 채널(32)은 제1 채널 원위치 개구부(38)에서 개방되고, 제2 채널(34)은 제2 채널 원위치 개구부(48)에서 개방된다. 제1 및 제2 채널 원위치 개구부(38, 48)는 채널 간격(55)만큼 이격된다. 일부 실시예에서, 채널 간격(55)은 제1 또는 제2 채널(32, 34)의 내경보다 크다. 일부 실시예에서, 채널 간격(55)은 제1 채널(32) 또는 제2 채널(34)의 내경의 약 2배보다 크다. 제1 및 제2 채널 원위치 개구부(38, 48)는, 제1 및 제2 채널(32, 34) 둘 다 내부 피복(28)의 축 방향 중심선으로부터 곡선 배향으로 서로 멀어지기 때문에, 서로 이격된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 렌즈는 채널 부싱(36) 위의 내부 피복(28) 내부의 렌즈 홈(53) 안에 위치될 수 있다.
다시 도 5, 그리고 도 8 및 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 피복 삽입체(30)는 한쪽 끝이 제1 및 제2 채널(32, 34)에 연결되고 관 어레이들(70a, 70b) 및 카메라(24)의 막대 렌즈(25)의 삽입을 위해 다른 쪽 끝이 개방된 단단한 깔때기형 구조를 제공하는 인터페이스(18)를 구비한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 조종 플러그(40)는 인터페이스(18) 안에 위치된다. 조종 플러그(40)는 제1 관 어레이(70a)(일부 실시예에서 제1 카트리지(60a)에 결합됨)의 종 방향 삽입을 수용하도록 형상화된 제1 포트(42) 그리고 제2 관 어레이(70b)(일부 실시예에서 제2 카트리지(60b)에 결합됨)의 종 방향 삽입을 수용하도록 형상화된 제2 포트(44)를 한정한다. 조종 플러그(40)는 또한 일부 실시예에서 막대 렌즈(25)의 종 방향 삽입을 수용하도록 위치된 렌즈 삽입 포트(46)를 한정한다.
조종 플러그(40)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 채널(32, 34)의 근위치 단부를 둘러싸는 피복 어댑터(45)를 구비한다. 피복 어댑터(45)는 일부 실시예에서 채널 부싱(36)과 형상 및 기능이 유사하다. 피복 어댑터(45)는 내부 피복(28)에 수용될 때 피복 어댑터(45)가 내부 피복(28)의 내측 벽을 따라 빡빡하게 끼워지도록 내부 피복(28)의 내경과 비슷한 외경을 구비한다. 렌즈 가이드(43)는 피복 어댑터 상에 형성되어, 내부 피복(28)의 내측 길이를 따라 종방향으로 통과하는 렌즈의 일부를 수용하는 홈을 형성한다. 삽입체 부싱(41)은 피복 어댑터(45)의 근위치 단부에, 내부 피복(28)과 맞물리도록 구성된 강성 실린더를 형성한다. 일부 실시예에서, 삽입체 부싱(41)은 내시경 또는 절제경의 내부 피복(28)의 내부 주위에 밀봉을 형성한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 조종 플러그(40)는 폴리머 소재와 같은 비금속 소재의 단일 조각으로 형성될 수 있다. 조종 플러그(40)는 인터페이스(18)로부터 제거되고 교체될 수 있다. 일부 실시예에서, 조종 플러그(40)는 일회용이다. 조종 플러그(40)는 일부 실시예에서 마찰 맞춤을 사용하여 인터페이스(18) 내부의 제자리에 고정될 수 있다. 조종 플러그(40)는 또한 일부 실시예에서 인터페이스(18)와 조종 플러그(40) 사이에 밀봉을 형성하기 위해 인터페이스(18)의 내부 윤곽 내에 빡빡하게 끼워질 수 있다.
조종 플러그(40)는 제1 채널(32)의 근위치 단부를 수용하도록 형상화된 제1 소켓(132) 및 제2 채널(34)의 근위치 단부를 수용하도록 형상화된 제2 소켓(134)을 구비한다. 렌즈 가이드(43)는 내시경 또는 절제경의 원위치 단부를 향해 조종 플러그를 관통하는 광섬유 렌즈와 같은 렌즈의 통과를 수용하도록 성형된 중공 통로를 피복 어댑터(45) 내에 한정한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 채널(32)의 근위치 단부는 도 9에 도시된 제1 소켓(132) 내부에 빡빡하게 끼워질 수 있고, 유사하게, 제2 채널(34)의 근위치 단부는 제2 소켓(134) 내부에 빡빡하게 끼워질 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 채널(32, 34)은 각각 도 5에 도시된 제1 포트(42) 및 제2 포트(44)와 열린 소통 상태일 수 있다. 안내 관(72) 및 내부 관(74)을 구비하는 제1 관 어레이는, 조종 플러그(40)를 관통하여 제1 포트(42) 내로 그리고 제1 채널(32) 내로 위치될 수 있다. 유사하게, 제2 안내 관(172) 및 제2 내부 관(174)을 구비하는 제2 관 어레이는, 조종 플러그(40)를 관통하여 제2 포트(44) 내로 그리고 제2 채널(34) 내로 위치될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명은 고만곡 원위치 단부(73)를 갖는 안내 관(72) 내부에 위치된 실질적으로 직선형 내부 관(74)을 구비하는 관 어레이를 제공한다. 내부 관(74)은 일부 실시예에서 원위치 팁에 위치된 수술 도구를 구비한다. 내부 관(74)은, 일부 실시예에서는 곡선형 채널 및/또는 곡선형 안내 관에서의 사용으로 인해 약간의 곡률을 얻을 수 있지만, 그 길이를 따라 실질적으로 직선형이다. 내부 관(74)은 고만곡 단부를 갖는 안내 관(72) 내부에 수용되기 때문에, 내부 관(74)은 그것이 수용되는 곡선형 안내 관에 의해 약간 변형됨으로써 사용 중에 약간의 곡률을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 관(74)은 약 100 mm보다 큰 반경을 갖는 약 10 m^(-1) 미만의 곡률을 이루는 원위치 단부를 갖는다. 일부 실시예에서, 내부 관(74)은 약 100 mm와 약 500 mm 사이의 반경을 갖는 부분을 갖는다.
도 12를 참조하면, 안내 관(또는 외부 관)(72)은 고만곡 원위치 단부(73)를 구비한다. 안내 관(72)은 일부 실시예에서 니티놀(nitinol)을 함유하고, 안내 관(72)의 고만곡 원위치 단부(73)의 곡률은 최적화된 성능을 제공하기 위해 원하는 곡률로 형성된다. 일부 실시예에서, 안내 관(72)의 고만곡 원위치 단부(73)의 곡률은 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률로 형성된다. 추가 실시예에서, 안내 관(72)의 고만곡 원위치 단부(73)는 약 60 m^(-1) 내지 약 80 m^(-1) 사이의 곡률로 형성된다. 추가 실시예에서, 안내 관(72)의 고만곡 원위치 단부(73)는 작업 공간에서 최적화된 성능 및 조작성을 제공하기 위해 약 72 m^(-1)의 곡률로 형성된다.
도 13을 더 참조하면, 내부 관(74)이 안내 관(72) 내에 위치될 때, 내부 관(74)의 덜 만곡된 구성은 안내 관(72)의 원위치 단부(73)를 약간 곧게 펴고, 추가로 안내 관(72)의 원위치 단부(73)의 곡률을 약 60 m^(-1) 및 약 65 m^(-1) 사이의 곡률로 감소시킨다. 추가 실시예에서, 결합된 내부 관(74) 및 안내 관(72)은 약 63 m^(-1)의 결합 유효 곡률을 갖는 원위치 팁(73)을 구비한다. 추가 실시예에서, 본 발명은 안내 관(72) 및 안내 관(72) 내부에 수용된 내부 관(74)을 포함하는 관 어레이를 구비하되, 관 어레이는 약 40 m^(-1)보다 크고 약 100 m^(-1)보다 작은 결합 유효 곡률을 갖는 결합되고 만곡된 원위치 팁을 구비한다. 일부 실시예에서, 이런 특성들은 제1 채널(32) 내부에 수용된 제1 안내 관(72) 및 제1 내부 관(74) 그리고 제2 채널(34) 내부에 수용된 제2 안내 관(172) 및 제2 내부 관(174) 모두에 적용된다.
도 14를 참조하면, 일부 실시예에서 제1 및 제2 안내 관(72, 172)은 모두 위에서 설명한 바와 같이 만곡되어 있다. 고만곡 원위치 단부(73, 173)를 각각 갖는 제1 및 제2 안내 관(72, 172)을 제공함으로써, 만곡 단부들은 모두 내시경 또는 절제경의 단부에서 각각의 채널(32, 34)의 단부로부터 동시에 연장될 수 있다. 제1 및 제2 안내 관(72, 172)의 곡률은 도구의 작동 작업 공간을 내시경의 팁에 더 가깝게 그리고 시야로 이동시킨다. 또한, 제1 및 제2 채널(32, 34)의 분기하는 곡률과 함께 제1 및 제2 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 작업 공간에서 향상된 삼각망을 제공한다. 이는 제1 및 제2 내부 관(74, 174) 그리고 대응되는 제1 및 제2 수술 도구(82, 182)가 안내 관(72, 172) 및 채널(32, 34)에서 더 적은 곡률을 갖는 종래의 수술 장치에 비해 더 큰 접근 각도에서 중심선 축(CL)에 접근할 수 있게 한다. 이 구성에서, 제1 및 제2 내부 관(74, 174)은 더 큰 삼각망 각도에서 작업 공간에 접근할 수 있고 축외 힘 벡터를 적용하여 작업 공간에서 조직을 더 잘 조작할 수 있다.
일부 종래의 장치는 약 3% 변형(strain)을 가지는 곡선형 원위치 단부를 갖는 안내 관을 구비한다. 그러한 실시예는 고도로 만곡된 것으로 간주되지 않을 것이며 본 발명의 삼각망 이점들을 가질 수 없을 것이다. 일부 실시예에서, 본 발명은 약 5%보다 큰 변형을 갖는 고만곡 원위치 단부(73, 173)를 각각 갖는 제1 안내 관(72) 및 제2 안내 관(172)을 제공하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 수술을 수행하기 위한 개선된 삼각망 배향을 제공하는 엘보 형상의 구성을 형성한다. 일부 실시예에서, 각각의 안내 관(72, 172)은 변형이 약 8%인 고만곡 원위치 단부(73, 173)를 구비한다. 추가 실시예에서, 각각의 안내 관(72, 172)은 약 8% 내지 약 10% 사이의 변형을 갖는 고만곡 원위치 단부를 구비한다.
내부 관(74, 174)은, 일반적인 수술 도구들이 감소된 곡률 또는 실질적으로 직선 배향을 갖는 점에 의해, 외과의에게 자연스러운 느낌을 제공하기 위해 일부 실시예에서 더 낮은 곡률 구조로 제공된다. 예를 들어, 복강경 장비 훈련을 받은 외과의는 작업 공간으로 축 방향을 따라 진입하는 도구를 사용하는 데 익숙하다. 이러한 이유로, 내시경 도구를 사용하는 수술 로봇을 도구의 원위치 팁에서 축 방향 병진을 갖도록 적응시키는 것은 외과의에게 직관적인 접근 방식을 제공한다. 이와 같이, 안내 관(72)의 원위치 팁 개구부로부터 후퇴 또는 연장될 수 있는 안내 관보다 곡률이 작은 내부 관(74, 174)을 제공함으로써, 본 발명은 내시경 또는 절제경의 시야에서 내부 관(74)의 원위치 팁 상에 있는 도구를 이용하여 조직을 조작할 수 있는 직관적인 구성을 갖는 시스템을 제공한다.
도 14를 더 참조하면, 비록 고만곡 원위치 단부를 갖는 안내 관이 향상된 작동성을 제공하지만, 내시경 또는 절제경의 중심선(CL)으로부터 멀어지도록 구부러지고 만곡되며 분기된 원위치 단부(32a, 34a)를 갖는 제1 및 제2 채널(32, 34)을 제공함으로써 추가적인 이점이 실현된다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 채널(32)은 내부 피복(28) 내에서 종방향으로 연장되고, 제1 채널(32)은 중심선(CL)으로부터 멀어져 분기되는 곡선형 원위치 단부(32a)를 구비한다. 유사하게, 제2 채널(34)은 제1 채널(32)과 나란히 내부 피복(28) 내에서 종방향으로 연장되고, 제2 채널(34)은 중심선(CL)으로부터 멀어지도록 분기되고 제1 채널(32)로부터 멀어지는 구부러진 원위치 단부(34a)를 구비한다. 제1 및 제2 채널(32, 34)은 일부 실시예에서 피복 삽입체(30) 상의 관이다. 각각의 제1 및 제2 채널(32, 34)은 각각 제1 및 제2 안내 관(72, 172)을 위한 통로를 제공한다. 제1 안내 관은 축방향으로 병진 운동할 수 있고 또한 제1 채널(32) 내에서 회전할 수 있고, 제2 안내 관(172)은 축방향으로 병진 운동할 수 있고 또한 제2 채널(34) 내에서 회전할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 서로로부터 멀어지고 중심선(CL)으로부터 멀어지면서 구부러진 원위치 단부(32a, 34a)를 제1 및 제2 채널(32, 34)에 제공함으로써, 안내 관(72, 172) 상의 고만곡 원위치 단부(73, 173)가 각 채널의 제1 및 제2 원위치 단부 개구부(38, 48)로부터 연장될 때 중심선(CL)으로부터 일정 각도로 멀어지도록 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 채널(32, 34)은 약 15 m^(-1) 내지 약 30 m^(-1)의 곡률을 구비한다. 그러한 곡률 범위는 각각 약 10 내지 15도의 각도로 중심선(CL)으로부터 멀어지는 각도를 이루는 제1 및 제2 채널(32, 34)을 제공한다. 이와 같이, 곡선형 채널(32, 34)로 인해 초기에 중심선(CL)으로부터 멀어지도록 연장되며 연장된 후에 다시 중심선(CL)을 향해 가까워지면서 연장되는 제1 및 제2 고만곡 안내 관(72, 172)의 운동 범위는 내시경 또는 절제경의 끝과 인접한 작업 공간에서 우수한 삼각망을 제공한다. 이러한 구성은 또한 직선형 채널이 있는 유사한 구성과 달리 이름뿐인 상호 작용점을 내시경에 더 가까운 더 좋은 위치로 이동시킨다.
도 15를 참조하면, 몇몇 실시예에서 안내 관(72)이 채널(32) 내에서 완전히 후퇴될 때, 안내 관(72)의 고만곡 영역(78)의 곡률은 채널(32)의 내경에 의해 제한된다. 이 위치로부터, 안내 관(72)의 원위치 단부(73)의 배향은, 내부 관이 안내 관(72)에 대해 연장되는 경우 따라가게 될 선형의 연장 축(52)을 따라 돌출한다. 안내 관(72)의 곡률이 채널(32)에서 제한되기 때문에, 연장 축(52)과 기준 종축(54) 사이의 공간에 의해 한정되는 작은 체적의 공간(56)은 내시경의 원위치 단부에 인접한 작업 공간 영역에서 접근 불가능하게 될 수 있다.
도 16을 참조하면, 이러한 문제를 극복하기 위해, 일부 실시예에서, 안내 관(72)은 제1 만곡 영역(78a) 및 제2 만곡 영역(78b)을 구비하는 역 곡선 또는 이중 만곡 구성을 포함한다. 제1 만곡 영역(78a)은 제1 곡률 반경(R1)을 구비하고, 제2 만곡 영역(78b)은 제2 곡률 반경(R2)을 구비한다. R1 및 R2는 일부 실시예에서 동일하다. 대안적으로, R1 및 R2는 다른 실시예에서 상이하다. 제1 및 제2 만곡 영역(78a, 78b)은 일부 실시예에서 동일한 평면에서 만곡되어 있다. 제1 만곡 영역(78a)은 제1 호 길이를 구비하고, 제2 만곡 영역(78b)은 제1 호 길이보다 작은 제2 호 길이를 구비한다.
도 17을 참조하면, 이중 만곡 구성을 구비하는 안내 관(72)은 기준 종축(54)을 향해 각을 이루는 연장 축(52)을 한정한다. 이와 같이, 제2 만곡 영역(78b)은 안내 관(72)이 채널(32) 내에서 완전히 후퇴될 때 중심선을 향하여 내부 관을 배향시킨다. 이러한 구성은 연장 축(52)을 따라 연장될 때 내부 관(74)이 접근할 수 없게 되는 공간(56)의 크기를 감소시킨다.
일부 실시예에서, 제2 만곡 영역(78b)은 안내 관(72)의 단부 약 10.0 mm 미만을 포함한다. 추가 실시예에서, 제2 만곡 영역(78b)은 개선된 운동 범위를 제공하기 위해 약 40 m^(-1)의 곡률을 구비한다. 추가 실시예에서, 제2 만곡 영역(78b)은 안내 관(72)의 단부 약 5.0 mm를 포함하고, 약 35 m^(-1) 내지 약 45 m^(-1)의 곡률을 구비한다. 일부 실시예에서, 제1 만곡 영역은 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1)의 곡률을 갖는다. 추가 실시예에서, 제1 만곡 영역은 약 72 m^(-1)의 곡률을 갖고, 제2 만곡 영역은 약 40 m^(-1)의 곡률을 갖는다.
추가 실시예에서, 본 발명은 제1 및 제2 안내 관을 제공하며, 각 안내 관은 이중 만곡 구성을 갖는다. 일부 실시예에서, 각 안내 관의 제1 만곡 영역은 약 70 m^(-1) 내지 약 75 m^(-1) 사이로 형성된 곡률을 구비한다. 각 안내 관의 두 번째 만곡 영역은 각 안내 관의 마지막 5 밀리미터를 따라 약 40 m^(-1)로 형성된 곡률을 갖는다.
도 18을 참조하면, 시술 중에 외과의가 보는 내시경 말단부에서의 시야가 도시되어 있다. 시야는 제1 고만곡 안내 관(72) 및 그로부터 연장되는 제1 내부 관(74)을 구비한다. 그로부터 연장되는 제2 내부 관(174)을 구비하는 제2 고만곡 안내 관(172) 또한 도시되어 있다. 제1 내부 관(74) 상에는 제1 수술 도구(82)가 배치되고, 제2 내부 관(174) 상에는 제2 수술 도구(182)가 배치된다. 제1 및 제2 내부 관(74, 174)은 각각의 안내 관(72, 172)에 대해 축 방향으로 병진 이동 및 회전될 수 있고, 제1 및 제2 내부 관(74, 174)은 협력하여 조직을 조작한다.
추가 실시예에서, 본 발명은 최소 침습 수술을 수행하는 방법을 제공한다. 방법은 베이스 및 관 조립체를 구비하는 수술 기구를 제공하는 것을 포함한다. 관 조립체는 채널 및 채널 내에 배치된 안내 관을 구비하되, 안내 관은 채널 내에서 축 방향으로 이동 가능하고 회전 가능하다. 안내 관은 근위치 부분과 베이스에서 멀리 떨어진 고만곡 원위치 부분을 구비한다. 내부 관은 베이스에서 관 조립체의 원위치 팁까지 안내 관 내부에 수용될 수 있다. 이 방법은 안내 관의 원위치 단부의 대응하는 회전을 유발하기 위해 안내 관의 근위치 부분을 회전시키는 단계; 안내 관을 조직 작업 공간의 원하는 위치로 병진적으로 이동시키는 단계; 내부 관의 원위치 단부가 안내 관에 의해 조직 작업 공간 내의 원하는 위치로 안내될 때까지 고만곡 안내 관을 통과하여 내부 관을 병진적으로 이동시키는 단계; 그리고 수술 도구를 이용하여 수술을 수행하는 단계를 구비한다.
따라서, 최소 침습 수술을 위한 새롭고 유용한 동심관 장치의 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만, 이러한 언급이 본 발명의 범위에 대한 제한으로 해석되도록 의도되는 것은 아니다.
100: 최소 침습 수술 장치
10: 수술용 로봇 장치
12: 지지대
12a: 로봇 팔
12b: 고정 베이스
14: 마운트
14a: 어댑터
16: 버팀대
18: 인터페이스
20: 관 조립체
21: 원위치 단부
22: 기구 베이스
24: 카메라
25: (막대) 렌즈
26: 외부 피복
27a, 27b, 27c: 포트
28: 내부 피복
30: 피복 삽입체
32: 제1 채널
32a: 원위치 단부
132: 제1 소켓
34: 제2 채널
34a: 원위치 단부
134: 제2 소켓
36: 채널 부싱
38: 제1 채널 (원위치) 개구부
40: 조종 플러그
41: 삽입체 부싱
42: 제1 포트
43: 렌즈 가이드
44: 제2 포트
45: 피복 어댑터
46: 렌즈 삽입 포트
48: 제2 채널 (원위치) 개구부
49: 채널 부싱 폭
50: 원위치 개구부
51: 내부 직경
52: 연장 축
53: 렌즈 홈
54: 기준 종축
55: 채널 간격
56: 공간
60: 도구 카트리지
60a: 제1 도구 카트리지
60b: 제2 도구 카트리지
70: 관 어레이
70a: 제1 (동심) 관 어레이
70b: 제2 (동심) 관 어레이
72: (제1) 안내 관(외부 관)
172: 제2 안내 관
73, 173: 원위치 팁(단부)
74: (제1) 내부 관
174: 제2 내부 관
78: 원위치 단부, 만곡부, 고만곡 영역
78a: 제1 만곡 영역
R1: 제1 곡률 반경
78b: 제2 만곡 영역
R2: 제2 곡률 반경
80: 렌즈 통로
82: (제1) 수술 도구
182: 제2 수술 도구
200: 입력 콘솔
CL: 중심선 (축)

Claims (20)

  1. 수술을 수행하기 위한 장치로서, 상기 장치는,
    수술 로봇으로서, 상기 수술 로봇으로부터 연장되는 내시경 장치를 구비하고, 상기 내시경 장치는 외부 피복, 내부 피복 및 상기 내부 피복 내에 배치되는 채널을 구비하는, 수술 로봇;
    상기 채널 내에 위치되는 안내 관으로서, 상기 안내 관은 상기 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치 단부 그리고 수술 기구로부터 멀어지도록 연장되는 고만곡 원위치 단부를 구비하는, 안내 관; 및
    상기 안내 관 내에 수용되는 내부 관으로서, 상기 내부 관은 상기 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전이 가능한, 내부 관; 을 포함하되,
    상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하는 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부는 약 70 m^(-1) 내지 약 75 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하는 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부는 약 72 m^(-1)의 곡률을 구비하는 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관 및 상기 안내 관 내에 수용된 상기 내부 관의 결합체는 약 40 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관 및 상기 안내 관 내에 수용된 상기 내부 관의 결합체는 약 60 m^(-1) 내지 약 65 m^(-1) 사이의 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관 및 상기 안내 관 내에 수용된 상기 내부 관의 결합체는 약 40 m^(-1) 보다 큰 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관 및 상기 안내 관 내에 수용된 상기 내부 관의 결합체는 약 63 m^(-1) 보다 큰 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관은 제1 만곡 영역 및 제2 만곡 영역을 구비하는 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 만곡 영역 및 상기 제2 만곡 영역은 실질적으로 동일한 곡률 평면에서 서로 반대 방향으로 배향되는 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 만곡 영역은 제1 호 길이를 구비하고, 상기 제2 만곡 영역은 상기 제1 호 길이보다 작은 제2 호 길이를 구비하며, 상기 제2 만곡 영역은 약 35 m^(-1) 내지 약 45 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하는 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부는 니티놀을 함유하는 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 피복 내에 배치되는 상기 채널은 만곡된 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 채널의 곡률은 상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부의 상기 곡률보다 작은 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 내부 관은 만곡된 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 내부 관의 곡률은 상기 안내 관의 상기 고만곡 원위치 단부의 상기 곡률보다 작고 상기 채널의 상기 곡률보다 작은 장치.
  16. 수술을 수행하기 위한 장치로서, 상기 장치는,
    수술 로봇으로서, 상기 수술 로봇으로부터 연장되는 내시경 장치를 구비하고, 상기 내시경 장치는 외부 피복, 내부 피복 그리고 상기 내부 피복 내에 배치되는 제1 및 제2 채널을 구비하는, 수술 로봇;
    채널 내부에 위치하는 제1 안내 관으로서, 상기 제1 안내 관은 상기 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치 단부 그리고 상기 수술 로봇으로부터 멀어지도록 연장되는 제1 고만곡 원위치 단부를 구비하는, 제1 안내 관;
    채널 내부에 위치하는 제2 안내 관으로서, 상기 제2 안내 관은 상기 수술 로봇을 향해 연장되는 근위치 단부 그리고 상기 수술 로봇으로부터 멀어지도록 연장되는 제2 고만곡 원위치 단부를 구비하는, 제2 안내 관;
    상기 제1 안내 관 내에 수용되는 제1 내부 관으로서, 상기 제1 내부 관은 상기 제1 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전 가능한, 제1 내부 관; 및
    상기 제2 안내 관 내에 수용되는 제2 내부 관으로서, 상기 제2 내부 관은 상기 제2 안내 관에 대해 축 방향 이동 및 회전 가능한, 제2 내부 관; 을 포함하되,
    상기 제1 안내 관의 상기 제1 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하고,
    상기 제2 안내 관의 상기 제2 고만곡 원위치 단부는 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하는 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 안내 관의 상기 제1 고만곡 원위치 단부는 약 72 m^(-1)의 곡률을 구비하고,
    상기 제2 안내 관의 상기 제2 고만곡 원위치 단부는 약 72 m^(-1)의 곡률을 구비하는 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안내 관 및 상기 제1 안내 관 내에 수용된 상기 제1 내부 관의 결합체는 약 60 m^(-1) 내지 약 65 m^(-1) 사이의 결합 유효 곡률을 가지고,
    상기 제2 안내 관 및 상기 제2 안내 관 내에 수용된 상기 제2 내부 관의 결합체는 약 60 m^(-1) 내지 약 65 m^(-1) 사이의 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 안내 관 및 상기 제1 안내 관 내에 수용된 상기 제1 내부 관의 결합체는 약 40 m^(-1) 보다 큰 결합 유효 곡률을 가지고,
    상기 제2 안내 관 및 상기 제2 안내 관 내에 수용된 상기 제2 내부 관의 결합체는 약 40 m^(-1) 보다 큰 결합 유효 곡률을 갖는 장치.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 제1 만곡 영역 및 제2 만곡 영역을 구비하는 이중 만곡 구성을 구비하되, 상기 제1 만곡 영역은 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하고, 상기 제2 만곡 영역은 약 35 m^(-1) 내지 약 45 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하며,
    상기 제2 안내 관의 고만곡 원위치 단부는 제3 만곡 영역 및 제4 만곡 영역을 구비하는 이중 만곡 구성을 구비하되, 상기 제3 만곡 영역은 약 50 m^(-1) 내지 약 100 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하고, 상기 제4 만곡 영역은 약 35 m^(-1) 내지 약 45 m^(-1) 사이의 곡률을 구비하는 장치.
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