KR101405087B1

KR101405087B1 - 수술도구용 관절

Info

Publication number: KR101405087B1
Application number: KR1020120044938A
Authority: KR
Inventors: 권영식
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단; 주식회사 고영테크놀러지
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-06-10
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: US20150047451A1; WO2013162206A1; KR20130121591A

Abstract

본 발명은 수술도구의 관절이 볼 조인트에 의해 체결되는 수술도구용 관절에 관한 것이다. 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 피칭 또는 요잉을 반복하더라도 피칭 또는 요잉의 축이 변하지 않는 수술도구용 관절을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 수술도구용 관절은 복수 개의 원판; 상기 수술도구용 관절의 길이방향을 기준으로 상기 복수 개의 원판 사이에서 복수 개의 원판이 서로 피칭 또는 요잉 가능하도록 하는 볼 조인트 및 상기 복수 개의 원판을 피칭, 요잉 또는 롤링시키는 구동력을 작용하는 구동와이어를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다. 이러한 기술적 특징에 의하여 본 발명에 따른 수술도구용 관절은 반복적인 관절의 움짐임에도 관절의 회전축이 변하지 않고 내구성이 높아서 수술도구에 적용시 수술도구의 안전성을 높일 수 있다.

Description

수술도구용 관절{AN ARTICULATION FOR SURGICAL INSTRUMENT}

본 발명은 수술도구용 관절에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술도구의 관절이 볼 조인트에 의해 체결되는 수술도구용 관절에 관한 것이다.

최근 최소침습수술(minimally invasive surgery)의 발전으로 진단 또는 외과적 처리시에 인체에서 손상 받는 조직의 양을 줄여 환자의 회복 시간 단축, 부작용 감소 등의 효과를 얻을 수 있게 되었다.

최소침습수술의 가장 일반적인 형태는 내시경(endoscopy)을 이용하는 내시법이며, 내시법이 적용되는 수술에는 대표적으로 복강경(laparoscopy)을 이용하는 복강경 수술이 있다. 일반적인 복강경 수술은 환자의 복부를 가스로 팽창시키고, 복부의 피부를 조금 절단하여 복강경 수술도구를 환자의 복부에 삽입하고, 외부의 조작에 의해 복강경 수술도구의 끝단에 있는 엔드이펙터를 제어하여 복부 내에서 수술을 시행하게 된다.

그런데 복강경 수술을 하기 위해서는 복강경 수술도구를 환자의 복부에 삽입하여 엔드이펙터를 환부에 가까이 가져가야 하는데 복강경 수술도구가 경질의 막대형태라면 복강의 장기에 손상이 갈 수 있어 위험하다. 따라서 복강경 수술도구는 통상 다관절로 구성된 샤프트 끝에 엔드이펙터가 결합되어, 엔드이펙터가 3축 회전 운동을 할 수 있도록 구성된다. 여기서 3축 회전 운동이란 엔드이펙터가 복강경 수술도구의 끝에서 상하방향으로 굴곡 운동을 하는 피칭(pitching), 좌우방향으로 굴곡 운동을 하는 요잉(yawing) 및 샤프트의 길이방향을 축으로 회전 운동을 하는 롤링(rolling)을 의미하는데, 피칭과 요잉은 샤프트의 관절의 꺾임에 의해 가능한 운동이고, 롤링은 샤프트의 전체적인 회전에 의해 가능한 운동이다.

이와 관련하여 미국등록특허 제6817974호에는 엔드이펙터의 피칭 또는 요잉을 가능하게 하는 수술도구의 손목이 개시되어 있다. 상기 수술도구의 손목은 복수 개의 원판으로 구성되며, 상기 원판의 양측에는 힌지가 형성되고 원판들은 피칭 또는 요잉이 가능하도록 힌지의 위치가 교차되어 결합된다. 그런데 상기와 같이 힌지에 의하여 원판을 결합하면 원판의 운동에 의해 힌지가 움직이면서 힌지핀이 마모되어 힌지축이 이동하거나 힌지축의 변형으로 수술도구의 피칭 또는 요잉이 원래 설정된 방향을 벗어남으로써 수술도구의 정밀한 제어가 불가능해진다는 문제점이 있다.

US 6817974 B1(2003. 2. 20.)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 피칭 또는 요잉을 반복하더라도 피칭 또는 요잉의 축이 변하지 않는 수술도구용 관절을 제공하는 것이다.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 수술도구용 관절은 복수 개의 원판; 상기 수술도구용 관절의 길이방향을 기준으로 상기 복수 개의 원판 사이에서 복수 개의 원판이 서로 피칭 또는 요잉 가능하도록 하는 볼 조인트 및 상기 복수 개의 원판을 피칭, 요잉 또는 롤링시키는 구동력을 작용하는 구동와이어를 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 상기 원판은 구동와이어가 통과할 수 있는 관통홀이 원주에 인접하여 복수 개 형성되고, 엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선이 통과할 수 있는 중공이 중앙에 형성되는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수술도구용 관절은 반복적인 관절의 움짐임에도 관절의 회전축이 변하지 않고 내구성이 높아서 수술도구에 적용시 수술도구의 안전성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태
도 2는 2가지 타입의 원판의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태의 일례
도 4는 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태의 측면도
도 5는 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제2 실시 형태의 단면도
도 6은 링크부의 사시도
도 7은 도 5에 도시된 수술도구용 관절이 휘어진 상태의 단면도

아래에서는 본 발명에 따른 수술도구용 관절을 실시 형태별로 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 수술도구용 관절은 복수 개의 원판(10), 수술도구용 관절의 길이방향을 기준으로 상기 복수 개의 원판(10) 사이에서 복수 개의 원판(10)이 서로 피칭 또는 요잉 가능하도록 하는 볼 조인트(20) 및 수술도구용 관절의 길이방향을 기준으로 상기 복수 개의 원판(10)을 피칭, 요잉 또는 롤링(이하 수술도구용 관절의 길이방향을 기준방향으로 하고, ‘피칭’, ‘요잉’, ‘롤링’으로 기재한다)시키는 구동력을 작용하는 구동와이어(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 원판(10)은 볼 조인트(20)에 의하여 원판(10)끼리 쉽게 연결될 수 있도록 원판 양쪽 면 각각에 대해 원의 지름 중 하나를 원주에 비하여 융기시켜 상기 융기된 원의 지름이 산의 능선과 같은 형상을 하는 융기부(11)을 형성할 수 있다. 상기 원판 양쪽 면에서 융기부(11)의 배치에 따라 상기 원판(10)은 2가지 타입으로 나누어질 수 있으며, 본 발명에 따른 수술도구용 관절은 상기 2가지 타입의 원판을 조합하여 구성될 수 있다.

도 2는 2가지 타입의 원판(10)의 사시도이다. 도 2(a)는 원판의 일면의 융기부(11)의 능선이 반대면의 융기부(11)의 능선과 90°의 각을 이루는 원판(이하 ‘제1 타입 원판(10-1)’이라 한다)을, 도 2(b)는 원판의 일면의 융기부(11)의 능선이 반대면의 융기부(11)의 능선과 평행한 원판(이하 ‘제2 타입 원판(10-2)’이라 한다)을 도시한 것이다. 제1 타입 원판(10-1)과 제2 타입 원판(10-2)은 수술도구에서 요구되는 곡률 반경을 만족시키기 위하여 선택적으로 채택될 수 있다.

먼저 제1 타입 원판과 제2 타입 원판에 대하여 설명한다. 제1 타입 원판(10-1)의 양쪽에서는 관절의 회전축이 90°의 각을 이루게 되므로, 제1 타입 원판(10-1)을 경계로 예를 들어 일면 측은 피칭을 타면 측은 요잉을 하게 된다. 반면, 제2 타입 원판(10-2)의 양쪽에서는 관절의 회전축이 평행하므로, 제2 타입 원판(10-2)을 경계로 일면 측과 타면 측 사이에 피칭과 요잉이 전환되지 않고, 피칭 또는 요잉이 유지된다. 따라서, 제2 타입 원판(10-2)을 이용하여 수술도구용 관절을 형성하는 경우 관절이 구부러지는 곡률 반경이 작아진다. 따라서, 제2 타입 원판(10-2)은 좁은 공간에서 작업을 해야 하는 수술도구에 특화되어 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태의 일례로, 제1 타입 원판(10-1) - 제1 타입 원판(10-1) - 제2 타입 원판(10-2) - 제1 타입 원판(10-1)이 순차적으로 볼 조인트에 의하여 결합된 수술도구용 관절을 도시한 것이다.

다시 도 1을 참조하여 설명하면, 원판(10)에는 원판을 피칭, 요잉 및 롤링할 수 있도록 구동력을 전달하는 구동와이어(30)가 통과하는 관통홀(12)이 원주에 인접하여 복수 개 형성되고, 원판의 중앙에는 엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선(40)이 통과할 수 있는 중공(13)이 뚫려있다. 여기서 상기 관통홀(12)은 적어도 3 개 이상이 형성되어야 하는데, 그 이유는 구동와이어(30)가 1 개 또는 2 개라면 원판(10)을 원하는 방향으로 피칭 또는 요잉할 수가 없기 때문이다. 따라서 수술도구의 정밀한 제어를 위해서는 각 원판(10)에는 관통홀(12)이 적어도 3 개 이상 형성되어야 하며, 원판(10)에 형성되는 관통홀(12)의 개수는 원판의 단면적, 관통홀의 단면적, 중공의 단면적, 제어의 용이성 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제1 실시 형태의 측면도이다. 원판의 중공(13)의 바깥 융기부(11)의 능선에는 2 개의 볼 수납홈(22)이 형성된다. 상기 볼 수납홈(22)에는 볼(21)이 빠지지 않도록 볼의 원주를 반 이상 감싸는 홀더(23)가 형성되어, 원판(10)의 어느 일면에 있는 볼 수납홈(22)에 볼(21)이 수납되어 홀더(23)에 의해 감싸지고, 다른 원판(10)의 어느 일면에 있는 볼 수납홈(22)의 홀더(23)가 상기 수납된 볼(21)을 감싸 안도록 하여 원판(10)과 원판(10) 사이에 볼 조인트(20)가 형성된다.

구동와이어(30)는 상기 원판(10)에 형성된 관통홀(12)을 통과하여 원판(10)이 피칭, 요잉 및 롤링할 수 있도록 구동력을 제공하는 동시에, 상기 볼 조인트(20)에 의해 결합되는 원판(10)들이 서로 분리되지 않도록 힘을 작용하는 역할도 한다. 이것은 구동와이어(30)가 수술도구의 단부에 있는 엔드이펙터를 당겨 엔드이펙터, 원판, 볼 조인트가 구동와이어(30)에 의한 인장력을 받음으로써 가능해진다.

구동와이어(30)는 구동와이어의 끝단에 연결된 원판에 특정 방향으로 인장력을 작용함으로써 복수 개의 원판(10)에 피칭 또는 요잉하는 구동력을 제공할 수 있으며, 원판(10)에 형성된 구동와이어(30)가 전체적으로 회전하면 복수 개의 원판(10)이 따라서 회전함으로써 수술도구용 관절을 롤링하는 구동력이 전달된다.

구동와이어(30)가 외부에서 어떻게 제어되는지에 대한 구성은 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 기술범위를 벗어나므로 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제2 실시 형태의 단면도이다.

본 발명에 따른 또 다른 수술도구용 관절은 복수 개의 원판(51), 상기 복수 개의 원판 사이에서 복수 개의 원판(51)이 서로 피칭 또는 요잉 가능하도록 하는 볼 조인트(59) 및 상기 복수 개의 원판(51)을 피칭, 요잉 또는 롤링시키는 구동력을 작용하는 구동와이어(30)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 수술도구용 관절의 제2 실시 형태에서는 볼(53)을 상기 원판(51)에 일체형으로 형성하여 수술도구용 관절의 제작을 용이하도록 할 수 있다. 상기 일체형으로 형성되는 원판(51) 및 볼(53)을 링크부(50)라 하고, 상기 링크부(50)는 원판(51)과 볼(53)의 거리를 조정하기 위하여 원판(51)과 볼(53) 사이에 폴(55, pole)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 원판(51) 사이에는 상기 원판(51)들이 서로 당기는 힘을 받도록 하는 탄성부재(60)가 구비되며 원판(51)에는 원주에 인접하여 구동와이어(30)가 통과하는 관통홀(52) 및 상기 탄성부재가 고정되는 고정부(54)가 형성되고, 상기 원판(51)의 중심에는 다른 원판(51)의 볼이 수납될 수 있는 볼 수납부(57)가 형성된다.

도 6은 링크부(50)의 사시도이다. 상기 링크부(50)는 원판(51), 볼(53) 및 원판과 볼을 연결하는 폴(55)로 구성되고, 상기 원판(51)의 원주에 인접하여 관통홀(52) 및 고정부(54)가 형성된다. 또한, 상기 원판(51)의 상면 중앙에는 다른 원판(51)의 볼(53)이 수납되어 볼 조인트(59)를 형성할 수 있도록 볼 수납홈(57)이 형성되고, 상기 볼(53) 및 폴(55)에는 엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선(40)이 통과하는 중공(53-1, 55-1)이 형성된다. 이때 볼(53)에 형성되는 중공(53-1)을 볼의 중심에서 원주방향으로 원뿔형상으로 형성하여 볼(53)이 볼 수납홈(57) 내에서 회전하더라도 전원선 또는 제어선(40)이 볼(53)에 걸리지 않도록 하는 것이 바람직하다. 상기 폴(55)은 수술도구용 관절에 요구되는 곡률 반경에 따라 길이를 조절하여 형성할 수 있다.

다시 도 5를 참조하여 설명하면, 링크부의 볼(53)이 다른 링크부의 원판에 형성된 볼 수납홈(57)에 수납되어 볼 조인트(59)가 형성된다. 탄성부재(60)는 링크부의 원판(51)과 다른 링크부의 원판(51)에 형성되는 고정부(54)에 결합되어 상기 형성된 볼 조인트(59)가 빠지지 않도록 인장력을 작용하는 동시에, 구동와이어(30)에 의해 복수 개의 원판(51)이 서로 피칭 또는 요잉할 때 원판(51)들에 형성되는 볼 조인트(59)들이 균일하게 회전하도록 함으로써 수술도구용 관절이 전체적으로 부드러운 곡선형태로 휘어지도록 한다. 탄성부재의 일례로는 인장스프링을 들 수 있으나, 원판(51)들 사이에서 볼 조인트(59)가 빠지지 않도록 인장력을 작용하면서 볼 조인트(59)들이 균일하게 회전하도록 하는 것이라면 종류에 상관없이 채택되어 사용될 수 있다.

도 7은 도 5에 도시된 수술도구용 관절이 휘어진 상태의 단면도이다. 탄성부재(60)의 작용으로 볼 조인트가 균일하게 회전함으로써 수술도구용 관절이 전체적으로 부드러운 곡선형으로 휘어질 수 있다. 또한, 엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선(40)이 볼의 중공(53-1) 및 폴의 중공(55-1)을 통과하여 외부에서 엔드이펙터까지 걸림없이 연결될 수 있다.

10, 51 원판 10-1 제1 타입 원판
10-2 제2 타입 원판 11 융기부
12, 52 관통홀 13, 53-1, 55-1 중공
20, 59 볼 조인트 21, 53 볼
22, 57 볼 수납홈 23 홀더
30 구동와이어
40 엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선
50 링크부 54 고정부
55 폴 60 탄성부재

Claims

복수 개의 원판;
수술도구용 관절의 길이방향을 기준으로 상기 복수 개의 원판 사이에서 복수 개의 원판이 서로 피칭 또는 요잉 가능하도록 하는 볼 조인트 및
상기 복수 개의 원판을 피칭, 요잉 또는 롤링시키는 구동력을 작용하는 구동와이어를 포함하여 구성되는 수술도구용 관절에 있어서,
상기 복수 개의 원판 사이에 상기 원판들이 서로 당기는 힘을 받도록 하는 탄성부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 1에 있어서,
상기 원판은 원판 양쪽 면 각각에 원의 지름 중 하나가 원주에 비하여 융기되어 상기 융기된 원의 지름이 산의 능선과 같은 형상을 하는 융기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 2에 있어서,
상기 복수 개의 원판은 원판의 일면의 융기부의 능선이 반대면의 융기부의 능선과 90°의 각을 이루는 제1 타입 원판 및
원판의 일면의 융기부의 능선이 반대면의 융기부의 능선과 평행한 제2 타입 원판의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 1에 있어서,
상기 원판은 구동와이어가 통과할 수 있는 관통홀이 원주에 인접하여 복수 개 형성되고,
엔트이펙터의 구동 및 제어에 필요한 전원선 또는 제어선이 통과할 수 있는 중공이 중앙에 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 4에 있어서,
상기 중공의 바깥 융기부의 능선에는 2 개의 볼 수납홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 5에 있어서,
상기 볼 수납홈에는 볼이 빠지지 않도록 볼의 원주를 반 이상 감싸는 홀더가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 4에 있어서,
상기 관통홀은 적어도 3 개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 1에 있어서,
상기 원판에는,
다른 원판의 볼 수납부에 수납되어 볼 조인트를 형성하는 볼 및
상기 볼과 원판 사이의 거리를 조절할 수 있도록 볼과 원판 사이에 구비되는 폴이 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 원판에는 원주에 인접하여 구동와이어가 통과하는 관통홀 및 상기 탄성부재가 고정되는 고정부가 형성되고,
상기 원판의 중심에는 다른 원판의 볼이 수납될 수 있는 볼 수납부가 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 8에 있어서,
상기 볼 및 폴에는 중공이 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.
청구항 11에 있어서,
상기 볼에 형성되는 중공은 볼의 중심에서 원주방향으로 원뿔형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술도구용 관절.