KR101707924B1

KR101707924B1 - 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구

Info

Publication number: KR101707924B1
Application number: KR1020157037074A
Authority: KR
Inventors: 제이 구루사미; 카슨 제이 쉘렌베르거; 크리스토퍼 에이 줄리안; 조슈아 오엔
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2008-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2017-02-17
Also published as: KR101583246B1; KR20160008247A; US10952594B2; EP2249690A4; US20110295065A1; WO2009100368A1; US10512392B2; US20200093352A1; EP2249690B1; EP2249690A1; KR20100138898A

Abstract

본 발명의 한 실시예는 복수의 링크 및 이 복수의 링크에서 한 쌍의 인접한 링크를 연결하는 힌지를 가지고 있는 기다란 몸체를 포함하고 있는 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구이다. 한 쌍의 인접한 링크에서 각각의 링크에 결합되어 있으며 한 쌍의 인접한 링크 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있는 브레이크 조립체도 있다. 본 발명의 다른 실시예는 복수의 링크 및 이 복수의 링크에서 한 쌍의 인접한 링크를 연결시키도록 위치되어 있는 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트를 가지고 있는 체절식 기구이다. 부가적으로, 상기 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트는 상기 한 쌍의 인접한 링크 사이에서 이용될 수 있는 마찰 표면의 갯수를 증가시키도록 조정되고 또한 구성되어 있다.

Description

제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구{A SEGMENTED INSTRUMENT HAVING BRAKING CAPABILITIES}

본 발명의 실시예들은 신체에 외과 수술을 시행하는데 유용한 관절연결식이며 고정가능한 체절식 기구를 제공한다. 본 명세서에 기술되어 있는 상기 기구는 관절식으로 연결될 수 있으며 원하는 형태로 고정될 수 있다. 부가적으로, 결합되지 않은 경우에는 관절식 연결 능력을 제공하고 결합되는 경우에는 고정 능력을 제공하는 브레이크 조립체의 실시예들도 제공된다.

가이드 튜브는, 가이드 튜브 내에 배치된 기구를 지지하기 위해서 사용될 수 있다. 많은 종래의 가이드 튜브는 고정 능력의 몇 가지 형태를 제공한다. 그러나, 종래의 가이드 튜브는 고정할 때에 단일의 표면 고정 결합을 제공한다. 이러한 고정 형태는 어느 정도까지는 고정력을 제공할 수 있지만 발생될 수 있는 고정력의 크기가 대체로 제한된다. 몇 가지 최신 형태의 외과수술은 개선된 관절식 이음 및 컨트롤 뿐만 아니라 증가된 고정력을 제공하는 고정 능력 또는 제동 능력을 가진 가이드 튜브 또는 컨트롤가능한 기구로부터 혜택을 받을 수 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는, 새로운 관절연결식 고정가능한 체절식 기구 및 이 체절식 기구를 컨트롤하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예는 환자에게 자연 개구부 내시경 수술(natural orifice transluminal endoscopic surgical procedure)과 같은 수술을 시행하는 동안, 수술을 시행하는 안정적인 컨트롤가능한 및/또는 반강성(semi-rigid)의 플랫폼을 제공하는데 유용할 수 있다. 종래의 고정 방식에 비하여, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 부가적인 마찰 표면을 제공하거나 몇 가지 실시예에서는 관절식으로 연결하는 구성요소들 사이에 복수의 마찰 표면을 제공한다. 부가적인 마찰력은 상기 기구에 가해지는 제동력 또는 고정력을 증가시킨다. 본 발명의 다양한 실시예는 사용자가 관절식으로 연결된 체절들 또는 개별 링크들 또는 척추골 사이에 배치된 복수의 표면의 사용을 통하여 선택적으로 기다란 몸체의 전부 또는 일부분을 강성화할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 브레이크 조립체가 복수의 마찰력 및 고정력을 제공하지만, 상기 브레이크 조립체는 결합되지 않은 경우에는 관절식 연결상태를 유지시킬 수 있다. 몇 가지 실시예에서는, 상기 브레이크 조립체가 체절식 기구의 관절식 연결에 사용되는 힌지나 힌지 또는 조인트의 일부분을 포함하고 있다.

한 가지 실시형태로서, 복수의 링크 및 상기 복수의 링크에 있는 한 쌍의 인접한 링크를 연결시키도록 위치되어 있는 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트를 가지고 있는 체절식 기구가 제공된다. 부가적으로, 상기 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트는 상기 한 쌍의 인접한 링크 사이에서 사용할 수 있는 마찰 표면의 갯수의 갯수를 증가시키도록 구성되어 있다. 상기한 바와 같이, 케이블 및 코일 파이프는 기다란 몸체를 따라서 큰 공간을 차지한다. 한 가지 실시형태에 있어서, 브레이크 조립체는 상기 체절식 기구의 내측 부분을 자유롭게 유지하기 위해서 체절, 힌지 또는 척추골 상에 또는 체절, 힌지 또는 척추골의 외측 표면에 놓인다.

본 발명의 하나의 실시예로서, 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구가 제공된다. 상기 체절식 기구는 복수의 링크를 가지고 있는 기다란 몸체를 포함하고 있다. 상기 체절식 기구는 다양한 수술 장치로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 체절식 기구는 상기한 바와 같은 내시경 또는 다른 컨트롤가능한 기구로 되거나 다른 체절식 기구를 포함하는 다른 기구의 이동 또는 배치를 안내하도록 사용되는 가이드로 될 수 있다. 힌지는 복수의 링크에서 한 쌍의 인접한 링크를 연결시킨다. 상기 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크에 결합되어 있는 브레이크 조립체가 있다. 상기 브레이크 조립체는 상기 한 쌍의 인접한 링크 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있다.

다양한 상이한 재료가 브레이크 조립체의 구성요소를 만드는데 사용될 수 있다. 브레이크 조립체에 사용되는 재료의 바람직한 특성은, 브레이크가 작동되지 않는 경우(예를 들면, 제동력이 가해지지 않거나 진공이 형성되지 않는 경우)에 레이어들 사이의 윤활성 및 브레이크가 작동되는 경우(예를 들면, 제동력이 가해지거나 진공이 형성되는 경우)에 상기 구성요소 또는 브레이크 조립체를 결합시키는 충분한 마찰을 포함한다. 브레이크 조립체가 가지고 있는 다른 유용한 특성은 조인트가 관절식으로 연결될 때 만곡되는 유연성이다. 브레이크 조립체 구성요소에 사용되는 대표적인 재료는, 제한사항이 없다면, 알루미늄, 탄소 섬유 및 테플론(Teflon^®)과 같은 다양한 플라스틱을 포함한다.

상기 브레이크 조립체는 기구의 모든 링크, 척추골 또는 체절에 설치되거나 또는 링크, 척추골 또는 체절의 몇 개에만 설치될 수 있다. 상기 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체는 격리된 상태로 배치되거나 기구의 특정 부분에만 배치될 수 있다. 다수의 작동 메카니즘이 상기 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체를 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 브레이크 조립체는 기구를 통과하여 뻗어 있거나 기구를 따라서 뻗어 있는 케이블을 잡아당기는 것에 의해 작동된다. 작동의 다른 대체 형태에서는, 관찰장치의 내부(통상적으로 밀봉된 환경)가 진공상태에 있도록(부압을 받도록) 관찰장치의 내부가 압력이 낮아지게 펌프질된다. 진공에 의해 당겨지는 기구의 외피의 작용은 제동 메카니즘을 작동시키도록 사용될 수 있다. 부가적으로, 상기 브레이크 조립체는 순차적으로 또는 동시에 또는 사용하는 상황에 따라 임의의 순서대로 작동될 수 있다. 상기 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체는 복수의 링크에서 링크의 원위부에만 설치될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 브레이크 조립체는 복수의 링크에서 링크의 근위부에만 설치될 수 있다. 또 다른 대체 실시형태로서, 상기 브레이크 조립체는 복수의 링크에서 링크의 중간 부분에만 설치될 수 있다.

브레이크 조립체가 결합되어 있을 때 힌지 둘레로의 한 쌍의 인접한 링크의 이동은 방지된다. 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 브레이크 조립체는 복수의 링크에서 링크의 일부분 사이에만 설치되어 있다. 하나 이상이 배치된 브레이크 조립체의 구성이 있고, 이 경우 브레이크 조립체의 작동은 상기 체절식 기구의 일부분으로부터 1개의 자유도를 제거한다. 다른 실시형태에 있어서, 복수의 브레이크 조립체가 상기 체절식 기구에 결합되어 있다. 본 실시예에서는, 복수의 브레이크 조립체의 작동이, 상기 체절식 기구 내의 복수의 링크 모두를 실질적으로 고정시키는 것에 의해 상기 체절식 기구의 형상을 실질적으로 고정시킨다. 대체 실시형태의 구성에 있어서, 상기 복수의 브레이크 조립체는 상기 체절식 기구에 결합되어 있고, 이 경우 복수의 브레이크 조립체의 작동은 상기 체절식 기구의 움직임에서 실질적으로 1개의 자유도를 제거한다.

부가적으로, 상기 브레이크 조립체는, 브레이크 조립체가 작동되지 않거나 결합되지 않은 경우에 힌지가 관절식으로 연결될 수 있게 유지되도록 힌지의 작동을 보조하도록 조정되어 있으며 구성되어 있다. 상기 브레이크 조립체는, 한 쌍의 인접한 링크 사이의 마찰 표면의 갯수를 증가시키도록 조정되어 있으며 구성되어 있다. 몇 가지 실시예에서는, 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크의 표면에 오목한 부분이 있고, 이 오목한 부분은 상기 브레이크 조립체의 한 구성요소의 일부분의 사이즈 및 형상과 일치하는 사이즈 및 형상을 가지고 있다. 상기 오목한 부분의 사이즈 및 형상은 실행된 특정 브레이크 조립체 설계에 따라 변한다. 하나의 예로서, 상기 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크의 표면에 있는 오목한 부분은 대체로 직사각형 형상을 하고 있거나, 대체 실시형태로서, 대체로 아치 형상을 하고 있다.

상기 브레이크 조립체는 적어도 하나의 힌지로부터 이격되어 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 브레이크 조립체는 적어도 하나의 힌지로부터 링크의 외주 둘레로 약 90도 이격되어 있다. 특정 기구의 실제 설계의 실질적인 제한사항은 제동 메카니즘의 배치를 바꿀 수 있다. 이격 거리는 힌지 위치로부터 90도까지 근접하게 될 수 있다.

몇 가지 실시예에서, 상기 브레이크 조립체는 복수의 상보적인 형상의 구성요소를 포함할 수도 있다. 상기 상보적인 형상의 구성요소는 링크가 힌지 둘레로 이동할 때 미끄럼 이동을 제공하도록 조정되어 있으며 구성된 표면을 가질 수 있다. 상기 상보적인 형상의 구성요소는 상대적인 미끄럼 이동을 가능하게 하는 사실상 임의의 형상 및 배치형태로 될 수 있다. 하나의 예에 있어서, 복수의 상보적인 형상의 구성요소가 복수의 짜여진(interwoven) 슬랫에 의해 제공될 수 있다. 이것은 상기 상보적인 표면이 대체로 평평한 예이다. 또 다른 예에서는, 상기 상보적인 표면이 대체로 아치형상이다. 또 다른 실시형태에 있어서, 한 쌍의 링크의 한 링크에 인접하게 위치되어 있는 상보적인 형상의 구성요소는 상기 한 쌍의 링크의 다른 링크의 이동과 함께 이동한다.

본 발명의 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 체절식 기구에 가해진 진공은 기다란 몸체를 고정시키거나 강성화하는데 사용된다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 체절식 기구를 통하여 뻗어 있거나 상기 체절식 기구를 따라서 뻗어 있는 케이블이 브레이크 조립체를 결합시키는데 사용된다.

본 발명의 실시예는 환자에게 자연 개구부 내시경 수술(natural orifice transluminal endoscopic surgical procedure)과 같은 수술을 시행하는 동안, 수술을 시행하는 안정적인 컨트롤가능한 및/또는 반강성(semi-rigid)의 플랫폼을 제공하는데 유용할 수 있다. 종래의 고정 방식에 비하여, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 부가적인 마찰 표면을 제공하거나 몇 가지 실시예에서는 관절식으로 연결하는 구성요소들 사이에 복수의 마찰 표면을 제공한다. 부가적인 마찰력은 상기 기구에 가해지는 제동력 또는 고정력을 증가시킨다. 본 발명의 다양한 실시예는 사용자가 관절식으로 연결된 체절들 또는 개별 링크들 또는 척추골 사이에 배치된 복수의 표면의 사용을 통하여 선택적으로 기다란 몸체의 전부 또는 일부분을 강성화할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 브레이크 조립체가 복수의 마찰력 및 고정력을 제공하지만, 상기 브레이크 조립체는 결합되지 않은 경우에는 관절식 연결상태를 유지시킬 수 있다.

본 발명의 새로운 특징은 아래의 청구항에 자세하게 표현되어 있다. 본 발명의 기술사상이 이용된 예시적인 실시예를 개시하는 아래의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참고하면 본 발명의 특징 및 장점을 보다 잘 이해할 수 있다.
도 1은 바람직한 예의 컨트롤가능한 체절식 기구 그리고 컨트롤 및 인터페이스 시스템의 관련 구성요소를 나타내고 있고;
도 2는 힌지에 의해 연결된 다수의 링크를 가지고 있는 체절를 나타내는 그림이고;
도 3A, 도 3B 및 도 3C는 체절에 연결된 3개의 작동 케이블의 사용을 통하여 바람직한 예의 체절의 운동을 나타내고 있고;
도 4A, 도 4B, 도 4C 및 도 4D는 척추골 형태의 컨트롤 링의 다양한 그림을 나타내고 있고;
도 5는 체절 및 관련 컨트롤 케이블 또는 힘줄 및 체절의 운동을 컨트롤하기 위해 힘줄들 중의 하나를 구동시키도록 사용된 구동 모터를 나타내고 있고;
도 6, 도 7 및 도 8은 진공 브레이크 조립체의 한 실시예를 가지고 있는 체절식 기구의 다양한 실시예를 나타내고 있고;
도 9, 도 10, 도 11 및 도 12는 제동 능력을 가지고 있는 컨트롤가능한 기구의 한 실시예의 다양한 모습을 나타내고 있고;
도 13, 도 14, 도 15A, 도 15B 및 도 16은 제동 능력을 가지고 있는 컨트롤가능한 기구의 다른 실시예의 다양한 모습을 나타내고 있고;
도 17은 제동 능력을 가지고 있는 컨트롤가능한 기구의 다른 실시예의 등각 투영도를 나타내고 있고;
도 18은 식도 및 위 내에 위치된 컨트롤가능한 기구의 한 실시예를 나타내고 있으며; 그리고
도 19는 관절식으로 연결될 수 있으며 고정가능한 체절를 가진 원위 섹션을 가지고 있는 컨트롤가능한 기구의 한 실시예를 다른 방향에서 나타내고 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 플렉시블 내시경(10)을 나타내고 있다. 이 내시경(10)은 조향가능한 원위부(distal portion)(14), 자동적으로 컨트롤되는 근위부(proximal portion)(16) 및 유연하고 수동적으로 조작되는 근위부(18)를 가진 기다란 몸체(12)를 가지고 있다. 당업자는 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)를 제공하는 것이 바람직하지만, 이 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)가 유연하고 수동적으로 조작될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 당업자는 또한 기다란 몸체(12)가 조향가능한 원위부(14) 및 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)만 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 촬상용 광섬유 다발(20) 및 조명 섬유(22)가 기다란 몸체(12)를 통하여 조향가능한 원위부(14)까지 뻗어 있거나, 당업자에게 알려진 바와 같이, 비디오 카메라(24)(예를 들면, CCD 또는 CMOS 카메라)가 조향가능한 원위부(14)의 원위 단부에 위치될 수 있다. 당업자가 알고 있는 바와 같이, 사용자는 비디오 케이블(예를 들면, 와이어 또는 광섬유, 도시되어 있지 않음)을 통하거나 비디오 신호의 무선 전송을 통하여 비디오 카메라(24)로부터 공급된 실시간 또는 지연된 화상 자료를 관찰한다. 일반적으로, 당업자가 알고 있는 바와 같이, 내시경(10)은 하나 이상의 엑세스 루우멘(acess lumen), 작업 채널, 조명 채널, 공기 및 물 채널, 진공 채널 그리고 의료용 및 산업용 내시경에 유용한 다수의 다른 잘 알려진 보완물을 포함한다. 이러한 채널 및 다른 편의장치는 통째로 참고 번호 26으로 표시되어 있다. 특히 상기 편의장치는 자연 개구부 내시경 수술(natural orifice transluminal(or transgastric) endoscopic surgery: NOTES)에서와 같이, 수술 대상 부위에 근접한 자연 개구부를 통하여 내시경을 통과시킴으써 공구가 수술 부위로 접근할 수 있게 하기 위해 복수의 공구 채널을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)는 컴퓨터 및/또는 전자 컨트롤러(30)를 통하여 컨트롤되는 복수의 체절(28)을 포함하고 있다. 이러한 자동적으로 컨트롤되는 내시경은 미국 특허 출원 제10/229,577호(즉, 미국 특허 제6,858,005호) 및 제11/750,988호에 보다 상세하게 설명되어 있다. 바람직하게는, 힘줄(tendon)(아래에 보다 상세하게 설명되어 있음)의 원위 단부는 각각의 체절(28) 또는 조향가능한 원위부(14)에 기계적으로 연결되어 있고, 힘줄의 근위 단부는 액추에이터에 기계적으로 연결되어 체절(28) 또는 조향가능한 원위부(14)를 관절식으로 연결하고 있는데, 이에 대해서는 아래에 그리고 미국 특허 출원 제10/229,577호(즉, 미국 특허 제6,858,005호) 및 제11/750,988호에 보다 상세하게 설명되어 있다. 힘줄을 구동시키는 액추에이터는 힘줄에 힘을 가할 수 있는 다양한 상이한 타입의 메카니즘, 예를 들면, 전기기계식 모터, 공압 실린더 및 유압 실린더, 공압 모터 및 유압 모터, 솔레노이드, 형상 기억 합금 와이어, 전자식 로터리 액추에이터 또는 다른 장치 또는 당해 기술분야에 알려져 있는 다른 장치 또는 방법을 포함할 수 있다. 형상 기억 합금 와이어가 사용되는 경우, 이 형상 기억 합금 와이어는 컨트롤러 내에서 각각의 힘줄의 근위 단부에 부착된 몇 개의 와이어 다발로 구성되는 것이 바람직하다. 체절의 관절식 연결은, 와이어 다발에 선형 운동(linear motion)을 일으키고 이에 따라 힘줄 운동을 일으키도록 에너지, 예를 들면, 전류, 전압, 열 등을 상기 와이어 다발의 각각에 가함으로써 이루어질 수 있다. 컨트롤러 내에서 액추에이터의 선형 이동은 원하는 정도의 체절 운동 및 관절식 연결에 따라 효과적인 관절식 연결을 달성하기 위해서 비교적 짧은 거리에 걸쳐서 이동하도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 당업자는 또한, 래크와 피니언 기어장치에 부착된 노브(knob)가 조향가능한 원위부(14)에 부착된 힘줄을 작동시키기 위해서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 축방향 운동 트랜스듀서(32)(깊이 기준 장치(depth referencing device) 또는 데이터라고도 함)는 기다란 몸체(12)가 전진하거나 후퇴할 때에 기다란 몸체(12)의 축방향 운동, 다시 말해서, 깊이 변화를 측정하기 위해 설치될 수 있다. 내시경(10)의 기다란 몸체(12)가 축방향 운동 트랜스듀서(32)를 통과하여 미끄럼이동할 때, 축방향 운동 트랜스듀서(32)는 고정된 기준 지점에 대하여 기다란 몸체(12)의 축방향의 위치를 표시한다. 축방향 운동 트랜스듀서(32)는 미국 특허 출원 제10/229,577호 및 제11/522,305호에 보다 상세하게 설명되어 있다. 부가적으로, 광학 센서가 단독으로 또는 광학 형상 센서(optical shape sensor)와 함께 내시경의 축방향의 위치를 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 특허, 특허 출원 및 아래에 인용된 다른 정기간행물 및 다른 참고문헌에 부가하여, 네오가이드 시스템즈(NeoGuide Systems)는 완전히 체절식으로 된 컨트롤가능한 기구를 설계하였다. 대표적인 기구는 힘줄 구동식 내시경(Tendon Driven Endoscope)이라는 발명의 명칭으로 미국 특허 제6,858,005호에 개시되어 있다. 깊이 측정 시스템의 추가적인 상세한 내용은 미국 특허 출원 제10/988,212호 및 제10/384,252호에 기술되어 있다.

도 1에 도시된 실시예에서는, 핸들(34)이, 조명 섬유(22)에 연결되거나 조명 섬유(22)와 연속되어 있는 조명 케이블(38)에 의해 조명 소스(36)에 연결되어 있다. 핸들(34)은 컨트롤러 케이블(40)에 의해 전자 컨트롤러(30)에 연결되어 있다. 조향 컨트롤러(42)(예를 들면, 조이 스틱)는 제 2 케이블(44)을 통하여 전자 컨트롤러(30)에 연결되거나 핸들(34)에 직접 연결되어 있다. 전자 컨트롤러(30)는 체절로 된 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)의 운동을 컨트롤한다.

도 2를 참고하면, 조향가능한 원위부(14) 및 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)의 체절(28)은 복수의 링크(46)로 구성되는 것이 바람직하다. 당업자는 단 하나의 링크를 포함하여 임의의 갯수의 링크가 사용될 수 있고, 최종적인 갯수는 주로 체절(28) 또는 조향가능한 원위부(14)가 사용되는 목적에 의해 한정된다는 것을 알 수 있지만, 본 실시예에서는 명료함을 기하기 위해 5개의 링크(46)가 도시되어 있다. 각각의 조인트(47)는 하나의 링크(예를 들면, 46)를 인접한 링크(예를 들면, 46)에 연결시킨다. 본 실시예에서는, 각각의 링크(46)가 인접한 링크에 대하여 1개의 자유도로 이동할 수 있고, 서로 힌지로 연결된 2개 이상의 링크는 2개의 자유도를 제공한다.

도 3A 내지 도 3C를 참고하면, 조향가능한 원위부(14) 또는 체절(28)을 관절식으로 연결하는 바람직한 시스템 및 방법을 설명하고 논의할 목적으로 조향가능한 원위부(14) 또는 체절(28)의 개략도가 제공되어 있다. 당업자는 조향가능한 원위부(14) 및 자동적으로 컨트롤되는 근위부(16)의 체절(28)의 양자에 대해서 관절식으로 연결하는 시스템 및 방법이 동일하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 관절식으로 연결하는 시스템 및 방법은 체절(28)에 대해서만 설명할 것이며, 이 설명은 조향가능한 원위부(14)에도 동일하게 적용된다. 링크(46), 조인트(47) 및 링크의 상호연결에 관한 상세한 사항은 명료함을 기하기 위해 상기 도면에서 생략되어 있다는 사실에 주의해야 한다.

도 3A는 체절(28)이 대체로 직선 형태로 있는 체절(28)의 3차원 도면을 나타내고 있다. 최원위 링크(46A) 및 최근위 링크(46B)는 원형으로 도시되어 있다. 보우덴 케이블(Bowden cable)이 기다란 몸체(12)(도 3A 내지 도 3C에 도시되어 있지 않음)의 길이 아래쪽으로 뻗어 있으며 코일 파이프(48) 및 힘줄(50)을 포함하고 있다. 보우덴 타입 케이블의 근위 단부는 액추에이터(도시되어 있지 않음)에 결합되어 있고 보우덴 타입 케이블의 원위 단부는 이 원위 단부가 관절식 연결을 컨트롤하는 체절에 결합되어 있다. 코일 파이프(48)는 기다란 몸체(12)(도 3A 내지 도 3C에 도시되어 있지 않음)의 길이를 따라서 놓인 힘줄(50)(다시 말해서, 보우덴 타입 케이블)을 수용하고 있고 코일 파이프(48)는 체절(28)의 근위 단부에 부착되어 있다. 힘줄(50)은 체절(28)의 근위 단부에서 체절(28)의 길이를 따라서 코일 파이프(48)로부터 뻗어 있으며, 체절(28)의 원위부에 기계적으로 부착되어 있다. 힘줄(50)의 원위 단부는, 관절식 연결을 이루기 위해 체절에 작동력을 전달하도록 요구된 장소에서 힘줄(50)에 의해 관절식으로 연결되는 체절(또는, 체절이 단 하나의 링크로 이루어진 경우에는 링크)에만 부착될 필요가 있고, 체절의 원위부는 설명과 예시를 위해 제공되어 있으며, 이에 제한되는 것은 아니라는 점을 알 수 있다. 도 3A 내지 도 3C에 도시된 예에서는 체절(28)을 관절식으로 연결하기 위해서 4개의 힘줄(50)이 도시되어 있지만, 더 많거나 더 작은 수의 힘줄이 사용될 수 있다. 코일 파이프/힘줄 조합, 또는 보우덴 케이블은 체절(28)을 관절식으로 연결하기 위해서 힘을 가하도록 사용될 수 있고 또한 체절(28)을 관절식으로 연결하기 위해 원하는 대로 힘을 전달하도록 원격으로 작동될 수 있다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 힘줄(50)을 작동시키면 체절(28)이 관절식으로 연결된다. 도시된 실시예에서는, 링크(46)가 90도로 번갈아 형성된 조인트(47)를 가지고 있다(도 2 및 도 4 참고). 따라서, 복수의 링크(46)의 조립체는 작동되는 조인트의 갯수에 의해서만 제한되는 여러 방향으로 이동할 수 있다. 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 힘줄(50)은 다양한 재료로 만들어질 수 있고, 이 재료는 주로 내시경이 사용되는 목적에 의해 좌우된다. 제한사항이 없다면, 힘줄(50)은 스테인레스 강, 티타늄, 니티놀(nitinol), 초고분자량 폴리엔틸렌(ultra high molecular weight polyethylene) 또는 당업자에게 알려져 있는 임의의 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있는데, 초고분자량 폴리엔틸렌이 바람직하다.

당업자가 알 수 있는 바와 같이, 4개 보다 더 많거나 작은 수의 힘줄이 사용될 수 있지만, 도 3A 내지 도 3C에 도시된 예에서는, 체절(28)을 관절식으로 연결하기 위해서 4개의 힘줄(50)이 사용되어 있다. 4개의 힘줄은 체절(28)을 여러 방향으로 안정되게 관절식으로 연결할 수 있다. 힘줄(50)은 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향으로 균등하게 이격된 에지부에 근접하여 최원위 링크(46A)에 부착되어 있는데, 이는 상기 구성에 대한 논의를 위한 것이며 이러한 구성으로 제한되는 것은 아니다. 상기 도면에는 동일 각도 근사가 행해졌는데, 다시 말해서 만곡량이 체절의 조인트 각각에 대해 균등하게 배분되어 있다.

도 3B 내지 도 3C는 4개의 힘줄(50)을 각각 독립적으로 당기거나 느슨하게 함으로써 관절식으로 연결된 체절(28)을 나타내고 있다. 예를 들어, 도 3B를 참고하면, 12시 위치에서 힘줄(50)을 당기고 6시 위치에서 힘줄(50)에 가해진 장력을 약하게 하면 조향가능한 원위부(28)가 z-y-x 기준 프레임(52)에 대하여 양의 y-축 방향으로 관절식으로 연결된다. 최원위(most distal) z-y-x 좌표 프레임(52_distal)은 z-y-x 기준 프레임(52)에 대하여 회전하고 β는 체절(28)의 전체적인 관절식 연결의 각도이다. 이러한 상황에서는, 6시 위치에 있는 힘줄(50)에는 장력을 약화시키거나 느슨하게 하면서 12시 위치에 있는 힘줄(50)만 당겨지기 때문에 β가 양의 y-축 방향을 따라서 위로 형성된다. 이 예에서는 3시 위치 및 9시 위치에 있는 힘줄(50)은 실질적으로 움직임이 없는 상태로 있고, 따라서, 체절(28)의 관절식 연결에 대체적으로 전혀 영향을 미치지 않거나 거의 영향을 미치지 않는다. 반대 상황(도시되어 있지 않음)에서는, 즉 6시 위치에 있는 힘줄(50)을 당기고 12시 위치에 있는 힘줄(50)을 느슨하게 하거나 작용하는 장력을 약하게 하면 음의 y-축 방향, 또는 아래쪽으로 체절(28)의 관절식 연결이 이루어진다. 도 3C를 참고하면, 동일한 논리가 양의 x-축 방향(오른쪽) 또는 음의 x-축 방향(왼쪽, 도시되어 있지 않음)으로 체절(28)을 관절식으로 연결하는 것에 적용된다. 체절(28)은 힘줄에 대해 변화하는 장력을 가함으로써 임의의 방향으로 관절식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 12시 위치 및 3시 위치에서 힘줄에 장력을 가하면 왼쪽 상방으로 관절식 연결이 이루어진다.

도 4를 참고하면, 링크(46)가 조향가능한 원위부(14) 및 체절(28)을 만드는데 필요한 구조를 제공하기 위해 컨트롤 링으로 될 수 있다. 척추골 타입의 컨트롤 링(54)은 2쌍의 조인트 또는 힌지(58A, 58B)를 가지고 있는데, 제 1 쌍의 힌지(58A)는 척추골의 제 1 면으로부터 수직으로 돌출되어 있고 제 1 쌍의 힌지(58A)로부터 원주 둘레로 90도 이격되어 배치된 제 2 쌍의 힌지(58B)는 척추골의 제 1 면에 대해 반대쪽인 척추골의 제 2 면으로부터 수직으로 돌출되어 있다. 상기 힌지(58A, 58B)는 태브(tab) 형상으로 되어있지만, 다른 형상이 사용될 수도 있다.

도 4C 내지 도 4D는 척추골 타입의 컨트롤 링(54)을 단면도와 사시도로 나타내고 있다. 컨트롤 링(54)은 조인트(59)에서 내측 크로스바 부재(57)에 힌지식으로 결합되어 있는 몸체(66)를 포함하고 있다. 조인트(59)는 링크(54)에 인접해 있는 제 2 링크(도시되어 있지 않음)가 링크(54)에 힌지식으로 결합되는 조인트와 동일한 조인트이다. 따라서 내측 크로스바 부재(57)는 조인트(59)에서 2개의 링크에 힌지식으로 결합되어 있으며, 상기 2개의 링크 사이에서 축방향으로 배치되어 있는 것으로 생각될 수 있다. 내측 크로스바 부재(57)는 인접한 링크들 중의 하나 또는 양자 모두에 대해 부착될 수도 있다. 바람직한 예의 내측 크로스바 부재(57)는, 작동력/장력이 힘줄(50)에 가해질 때 관절식으로 연결될 수 있는 체절에 가해진 힘의 크기를 증가시키도록 힘줄(50)(도 4D 및 4E에는 도시되어 있지 않음)과 각각 상호작용하는 힘 조정 요소(104) 또는 지레를 포함하고 있다. 바(105)는 상기 지레로부터 체절로 되돌아오는 힘줄을 위한 타이-앵커(tie-anchor)로서 설치되어 있다.

당업자는 사분면(quadrant)(68)을 경유하여 척추골을 우회하는 코일 파이프(48)가 척추골 타입의 컨트롤 링(64)의 외경에 의해 대체로 한정된 대략적으로 원통형인 코일 파이프 격납 공간을 한정할 것이라는 사실을 알 수 있다. 코일 파이프의 관리에 대해서는 미국 특허 출원 제11/871,104호에 보다 상세하게 개시되어 있다. 상기 공간은 다수의 코일 파이프가 척추골들 사이를 통과할 때 다수의 코일 파이프에 의해 대략적으로 한정된다. 아래에 보다 상세하게 설명되어 있는 바와 같이, 코일 파이프 우회 공간이 없는 따라서 크로스바(57)가 없는 중간(intermediate) 척추골 타입의 컨트롤 링을 가질 수 있으며 이러한 중간 척추골 타입의 컨트롤 링을 가지는 것이 바람직하다. 어느 하나의 구성에 있어서, 컨트롤 링의 중심 구멍(56 또는 56')은 공동으로 루우멘(도시되어 있지 않음)을 형성하고, 상기 루우멘을 통하여 내시경 기능에 필수적이거나 요구되는 채널 및 케이블이 통과하고, 코일 파이프 및 힘줄이 특정 체절을 우회한다.

도 5를 참고하면, 코일 파이프(48)는, 액추에이터(60)에 의한 컨트롤하에서 코일 파이프(48)의 원위 단부 및 근위 단부가 액추에이터(60)와 체절(28)의 근위 단부에 부착되어 있다. 도 5는 단 하나의 체절(28)(이것은, 논의에 따라, 조향가능한 원위부(14)로 될 수 있음)을 나타내고 있으며, 명료함을 기하기 위해, 전체 내시경의 다른 부분은 도 5에서 생략되어 있다. 힘줄(50)이 장력을 받은 상태로 배치되면, 이 힘은 체절(28)의 길이를 따라서 전달되고, 코일 파이프(48)는 관절식 연결을 만들기 위해 관절식으로 연결되는 체절의 근위 단부에 반대의 힘을 제공한다. 이 힘은, 주로, 코일 파이프가 액추에이터(60)와 관절식으로 연결되는 체절의 근위 단부 사이에 부착되는 경우에 코일 파이프의 길이를 따라서 전달되는 축방향의 부하이다. 상기한 바와 같이, 명료함을 기하기 위해 단 하나의 액추에이터(60)만 도시되어 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예는 하나의 힘줄마다 하나의 액추에이터를 사용하고, 하나의 체절마다 4개의 힘줄을 사용한다. 액추에이터(60) 및 이 액추에이터(60)를 힘줄(50)에 연결시키는 것에 관한 상세한 내용은 미국 특허 출원 제10/988,212호에 개시되어 있다.

당업자는 기다란 몸체(12)의 길이를 따라 복수 체절(28)을 관절식 연결하기 위해서는 많은 수의 코일 파이프(50)가 기다란 몸체(12)의 길이를 따라서 그리고 코일 파이프 우회 공간을 통하여 뻗어 있어야 하고, 각각의 체절의 근위 단부에서는 4개의 코일 파이프(본 실시예의 경우)만큼 코일 파이프의 갯수가 감소되어야 할 것을 요한다는 사실을 알 수 있다. 따라서, 17개의 체절로 된 기다란 몸체(16개의 체절(28)과 1개의 조향가능한 원위부(14) 끝부분)는 기다란 몸체(12)의 근위 단부로 이어지는 68개의 코일 파이프를 필요로 하고, 각각의 원위부에 인접한 체절(28)에 대해서는 4개의 코일 파이프만큼 코일 파이프가 감소한다(본 실시예에서는 하나의 체절당 4개의 힘줄/코일 파이프 조합체를 사용한다고 가정함). 상기 기다란 몸체는 또한 4개의 힘줄이 각각의 체절의 원위 단부에서 종결되는 상태에서, 68개의 힘줄의 작동 또는 장력작용을 요한다. 이로 인해 본 실시예에서는 하나의 힘줄(50)당 하나의 액추에이터, 즉 68개의 액추에이터를 필요로 한다.

당업자는 체절(28)을 관절식으로 연결하기 위해서 힘줄(50)의 근위 단부에 있는 액추에이터(60)에 의해 가해진 힘과 힘줄(50)의 원위 단부에서 실현된 힘 사이에는 일대일 대응이 이루어지지 않는다는 사실도 알 수 있다. 힘줄(50)과 코일 파이프(48) 사이의 마찰은 체절 또는 상기 끝부분을 관절식으로 연결하기 위해 장력을 가하면서 코일 파이프의 길이를 따라서 마찰 손실을 초래한다. 체절(28)과 조향가능한 원위부(14)의 관절식 연결은 여러가지 이유로 추가적인 손실 및 비효율성을 초래한다. 예를 들어, 제한사항이 없다면, 기다란 몸체(12)가 관절식으로 연결되는 경우(예를 들면, 결장경 수술(colonoscopy procedure)을 하는 동안 S자모양 결장(Sigmoid colon)에서 또는 자연 개구부 내시경 수술에서 위(stomach)를 빠져나올 때 레트로플렉싱(retroflexing) 또는 네비게이팅(navigating)하는 경우), 코일 파이프(48)는 코일 파이프(48)가 관절식 연결에 의해 발생된 만곡부의 내측 부분에 있는지 외측 부분에 있는지에 따라 길이를 늘리거나 줄이기 위해 기다란 몸체(12)를 따라서 길이방향으로 이동하여야 한다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예는 코일 파이프(48)가 자신들이 컨트롤하는 체절의 근위부에 도달할 때까지 코일 파이프(48)가 기다란 몸체(12)를 따라서 통과하는 것을 허용하는 사분면(quadrant)(68) 또는 코일 파이프 우회 공간(62)을 제공한다. 코일 파이프 길이를 늘리거나 줄이기 위해서는 코일 파이프(48)가 사분면(68) 또는 코일 파이프 우회 공간(62) 내에서 기다란 몸체(12)의 위쪽 또는 아래쪽으로 미끄럼이동하여 코일 파이프들 사이 및/또는 코일 파이프와 척추골 사이의 마찰에 의해서 추가적인 마찰 손실을 만들 필요가 있다. 상기 만곡부에 의해 코일 파이프와 힘줄 사이에서 발생된 부가적인 마찰도 있다. 부가적이지만, 관련된 것으로서, 기다란 몸체(12)는 동시에 2개 이상의 구불구불한 만곡부로 들어갈 수 있다. 이것은, 결장(colon)과 같은 구불구불한 경로를 통과하는 경우 또는 자연 개구부 내시경 수술을 시행하기 위해서 개방된 공간(예를 들면, 복강(peritoneal cavity) 내에서)에서 내시경을 내비게이팅하는 경우에 발생할 수 있다. 한 가지 작동 모드에서는, 미국 특허 출원 제11/019,963호에 보다 상세하게 기술되어 있는 바와 같이, 전자적인 모션 컨트롤러(30)가 인접한 체절이 그 바로 앞의 체절 또는 조향가능한 원위부의 형상을 취하게 한다. 상기한 바와 같이, 코일 파이프(48)는 기다란 몸체(12)의 관절식 연결에 의해 코일 파이프 길이가 늘어나거나 줄어드는 것을 조절하기 위해 기다란 몸체(12)를 따라서 미끄럼이동할 필요가 있다. 이러한 코일 파이프 길이의 연장 및 단축을 국소화하기 위해서, 코일 파이프는 나선형으로 되어 있다. 실제로, 코일 파이프를 나선형으로 하면 코일 파이프가 체절쪽으로 미끄럼이동하는 것을 국소화하여, 코일 파이프의 묶임(binding) 및 치명적인 고장(catastrophic failure)을 방지할 수 있다. 이에 대해서는 발명의 명칭이 "관절식연결 기구에서의 보우덴 케이블을 관리하는 시스템(System for Managing Bowden Cables in Articulating Instruments)" 인 미국 특허 출원 제11/871,104호에 보다 상세하게 기술되어 있다.

환자에게 자연 개구부 내시경 수술과 같은 수술을 시행하기 위해서는, 수술을 시행하는 안정적인, 반강성 플랫폼(semi-rigid platform)을 필요로 할 수 있다. 종래 기술의 고정가능한 튜브는 인접한 링의 표면과 접촉하는 하나의 링의 표면을 가지고 있다. 이러한 종래 기술의 고정가능한 튜브에서 인접한 링의 압축은 인접한 링들 사이에 마찰을 증가시켜서 인접한 링들이 서로에 대해 관절식으로 연결되는 것을 방해한다.

종래의 고정 방식에 비하여, 본 명세서에 기술된 본 발명의 실시예는 관절식으로 연결되는 구성요소들 사이에 부가적인 마찰 표면을 제공하거나 몇 가지 실시예에서는 복수의 마찰 표면을 제공한다. 상기 부가적인 표면이 상기 기구에 작용하는 마찰력을 증가시킨다. 이러한 부가적인 마찰력은 상기 기구에 가해지는 제동력 또는 고정력을 증가시시킨다. 본 발명의 다양한 실시예는 사용자가 관절식 연결 체절 또는 개별적인 링크 또는 척추골 사이에 배치된 복수의 표면의 사용을 통하여 기다란 몸체의 전부 또는 일부분을 선택적으로 강성화할 수 있는 메카니즘을 제공한다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 브레이크 조립체는 복수의 마찰력 또는 고정력을 제공하지만, 결합되지 않은 경우에는 브레이크 조립체가 관절식 연결을 할 수 있게 유지된다. 몇 가지 실시예에서, 브레이크 조립체는 체절식 기구의 관절식 연결을 위해 사용된 힌지나 힌지 또는 조인트의 일부분을 포함할 수 있다.

하나의 실시형태에 있어서, 복수의 링크 및 이 복수의 링크에서 한 쌍의 인접한 링크를 연결시키도록 위치된 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트를 가지고 있는 체절식 기구가 제공되어 있다. 부가적으로, 상기 적어도 하나의 고정가능하고 관절식으로 연결될 수 있는 조인트는, 한 쌍의 인접한 링크 사이에서 이용할 수 있는 마찰 표면의 갯수를 증가시키도록 조정되고 구성되어 있다. 상기한 바와 같이, 케이블 및 코일 파이프는 기다란 몸체를 따라서 많은 공간을 차지하고 있다. 하나의 실시형태에 있어서, 기구의 내측 부분을 자유롭게 유지하기 위해서, 브레이크 조립체는 체절, 힌지 또는 척추골의 외측 표면 상에 또는 상기 외측 표면 내에 놓여 있다.

본 발명의 한 실시예에는, 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구가 제공되어 있다. 이 체절식 기구는 복수의 링크를 가지고 있는 기다란 몸체를 포함하고 있다. 상기 체절식 기구는 임의의 광범위한 외과수술 장치로 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 체절식 기구는 내시경 또는 상기한 바와 같은 다른 컨트롤가능한 기구로 되거나 또는 다른 체절식 기구를 포함하는 다른 기구의 이동 또는 배치를 안내하도록 사용되는 가이드로 될 수 있다. 힌지는 복수의 링크에서 한 쌍의 인접한 링크를 연결시킨다. 한 쌍의 인접한 링크의 각 링크에 결합된 브레이크 조립체가 있다. 이 브레이크 조립체는 한 쌍의 인접한 링크 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있다.

당업자는 브레이크 조립체의 구성요소를 만드는 적절한 재료를 용이하게 알 수 있다. 브레이크 조립체에 사용되는 재료의 바람직한 특성은 브레이크가 작동하지 않는 경우(예를 들면, 제동력이 가해지지 않거나 진공이 형성되지 않는 경우)에 있어서의 레이어들 사이의 윤활성(lubricity) 및 브레이크가 작동하는 경우(예를 들면, 제동력이 가해지거나 진공이 형성되는 경우)에 있어서의 구성요소 또는 브레이크 조립체를 결속시키기에 충분한 마찰을 포함한다. 다른 유용한 특성은 조인트가 관절식으로 연결되는 경우에 브레이크 조립체가 구부러지는 유연성을 가지는 것이다. 브레이크 조립체 구성요소에 사용하기 위한 예시적인 재료는, 제한사항이 없다면, 알루미늄, 탄소 섬유, 및 테플론(Teflon^®)과 같은 다양한 플라스틱을 포함한다.

브레이크 조립체는 기구의 링크, 척추골 또는 체절의 모두 또는 몇 가지에만 있을 수 있다. 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체는 격리된 상태로 배치되거나 기구의 특정 부분에만 배치될 수 있다. 다수의 작동 메카니즘이 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체를 결합하는데 사용될 수 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 브레이크 조립체는 상기 기구를 통과하거나 상기 기구를 따라서 놓인 케이블을 당기는 것에 의해 작동된다. 작동의 다른 대체 형태에 있어서, 내시경의 내부(통상적으로 밀봉된 환경)가 진공(부압) 상태에 놓이도록 펌프작용을 받는다. 진공에 의해 당겨지는 기구의 외피는 제동 메카니즘을 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 브레이크 조립체는 순차적으로 또는 동시에 또는 사용 환경에 따른 임의의 순서대로 작동될 수 있다. 브레이크 조립체 또는 복수의 브레이크 조립체는 복수의 링크에서의 링크의 원위부에만 설치될 수 있다. 대체 실시형태로서, 브레이크 조립체는 복수의 링크에서의 링크의 근위부에만 설치될 수 있다. 또 다른 대체 실시형태로서, 브레이크 조립체는 복수의 링크에서의 링크의 중심부에만 설치될 수 있다.

브레이크 조립체가 결합되면 힌지를 중심으로 하는 한 쌍의 인접한 링크의 운동은 방지된다. 한 가지 실시형태에 있어서, 브레이크 조립체는 복수의 링크 내의 링크들의 일부분 사이에만 설치되어 있다. 하나 이상이 배치되어 있는 브레이크 조립체의 배치형태가 있고, 이 경우 브레이크 조립체의 작동은 기구의 일부분으로부터 1개의 자유도를 제거한다. 다른 실시형태에 있어서, 복수의 브레이크 조립체가 상기 기구에 결합되어 있다. 본 예에서, 복수의 브레이크 조립체의 작동은 기구 내의 복수의 링크 모두를 실질적으로 고정시킴으로써 기구의 형상을 실질적으로 고정시킨다. 대체 배치형태에서는, 복수의 브레이크 조립체가 기구에 결합되어 있고, 이 경우 복수의 브레이크 조립체의 작동은 체절식 기구의 운동으로부터 실질적으로 1개의 자유도를 제거한다.

부가적으로, 상기 브레이크 조립체는, 브레이크 조립체가 작동되지 않거나 결합되지 않은 경우에 힌지가 관절식으로 연결될 수 있게 유지되도록 힌지의 작동을 보완하게 조정되고 구성되어 있다. 상기 브레이크 조립체는 한 쌍의 인접한 링크 사이의 마찰 표면의 갯수를 증가시키도록 조정되고 구성되어 있다. 몇 가지 실시예에서, 브레이크 조립체의 한 구성요소의 일부분의 사이즈 및 형상과 일치하도록 사이즈와 형상이 정해진 한 쌍의 인접한 링크에서의 각 링크의 표면에 오목한 부분이 있다. 상기 오목한 부분의 사이즈 및 형상은 실시된 특정 브레이크 조립체 설계에 따라 변경된다. 하나의 예로서, 한 쌍의 인접한 링크에서의 각 링크의 표면에 있는 상기 오목한 부분은 대체로 직사각형 형상을 하고 있거나, 대체 실시형태로서, 대체로 아치 형상을 하고 있다.

브레이크 조립체는 적어도 하나의 힌지로부터 이격되어 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 브레이크 조립체는 적어도 하나의 힌지로부터 링크의 외주 둘레로 약 90도 이격되어 있다. 특정 기구의 실제 설계의 실질적인 제한사항이 제동 메카니즘의 배치를 바꿀 수 있다. 상기 이격 거리는 힌지 위치로부터 90도까지 실제로 근접할 수 있다.

몇 가지 실시예에 있어서, 상기 브레이크 조립체는 복수의 상보적인 형상의 구성요소를 포함할 수도 있다. 상기 상보적인 형상의 구성요소는, 링크가 힌지를 중심으로 이동할 때 미끄럼 운동(sliding motion)을 제공하도록 조정되고 구성된 표면을 가질 수 있다. 상기 상보적인 형상의 구성요소는 사실상 상대적인 미끄럼 운동을 가능하게 하는 임의의 형상으로 될 수 있다. 하나의 예로서, 복수의 상보적인 형상의 구성요소가 복수의 짜여진 슬랫(slat)에 의해 제공될 수 있다. 이것은 상기 상보적인 표면이 대체로 평평한 하나의 예이다. 또 다른 예에서는, 상기 상보적인 표면이 대체로 아치형상이다. 또 다른 실시형태에서는, 한 쌍의 링크에서 하나의 링크에 인접하게 위치된 상보적인 형상의 구성요소가 한 쌍의 링크에서 다른 링크의 운동에 따라 함께 이동한다.

본 발명의 한 실시예는 기다란 몸체를 고정시키거나 강성화하는 진공 메카니즘을 사용한다. 도 6, 도 7 및 도 8은 제동 또는 고정 능력을 가지고 있는 기구의 한 실시예의 작동을 설명하는데 사용된다. 도 6은 한 실시예의 브레이크 조립체(700)를 가진 기구의 등각 투영도이다. 도 7은 도 6의 브레이크 조립체(700)의 확대 단면도이다. 도 8은 2개의 링크의 단면도 및 기구 외피(600)에 의해 브레이크 조립체에 가해지는 힘을 나타내고 있다.

도 7 및 도 8에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 기구의 기다란 몸체(12)는 외측부 위에 외피(600)를 가지고 있다. 외피(600)는, 기다란 몸체(12)가 환자 내부에서 이리저리 이동하기 때문에 환자에게 외상을 입히는 것을 방지하기 위해서 매끄럽고, 탄성이 있으며 내구성이 있는 재료로 만들어지는 것이 바람직하다.

도 6은 6개의 링크(46)를 가지고 있는 기구의 일부분의 등각 투영도이다. 이 도면은 힌지(47)와 관련하여 브레이크 조립체(700)의 위치를 볼 수 있도록 외피(600)가 없는 상태의 기구를 보여주고 있다. 본 실시예에서, 브레이크 조립체(700)는 인접한 링크(46) 사이에 부착되어 있다. 도 6에 도시된 실시예에서는, 브레이크 조립체(700)가 조인트(47)로부터 링크(46)의 외주 둘레로 대략 90도에 배치되어 있다. 브레이크 조립체(700)는, 결합되어 있는 경우, 링크(46)의 조인트(47) 둘레로의 관절식 연결을 실질적으로 방지한다. 따라서, 브레이크 조립체(700)가 결합되면 각각의 링크에 제공된 자유도는 실질적으로 제거된다. 복수의 브레이크 조립체가 함께 작용하는 경우, 복수의 브레이크 조립체는 하나의 브레이크 조립체가 작동될 때 존재하는 형상으로 기다란 몸체(12)를 실질적으로 강성화하거나 고정시킨다.

도 7은 도 6에 도시된 브레이크 조립체(700)의 한 실시예의 부분 단면도를 나타내고 있다. 도 7을 살펴보면, 브레이크 조립체(700)는, 하나의 실시예에서, 짜여진(interwoven) 슬랫 또는 레이어(800)를 포함하고 있다. 짜여진 슬랫 또는 레이어(800)는 옆에 있는 슬랫 또는 레이어(800)로 미끄럼이동하여 서로의 사이에 놓이고 핀(802)에 의해 힌지식 링크(46)의 어느 한 쪽에 고정된다. 슬랫 또는 레이어(800A)는 핀(802A)을 이용하여 링크(46A)에 부착되어 있다. 슬랫 또는 레이어(800B)는 핀(802B)을 이용하여 링크(46B)에 부착되어 있다. 핀(802A, 802B)의 위치 및 슬랫 또는 레이어(800A, 800B)의 길이는, 겹치는 구역(800C)이 링크(46A, 46B)와 결합된 힌지(47)(도시되어 있지 않음)에 대한 이동 범위 전체에 걸쳐서 존재하도록 선택된다. 충분한 겹치는 구역(800C)을 가진 슬랫(800A, 800B)의 적절한 길이를 선택하는 것에 의해서, 브레이크 조립체(700)가 링크(46A, 46B)의 상대적인 위치에 관계없이 결합할 수 있다. 이러한 슬랫/레이어(800A, 800B)의 미끄럼이동 배치는 브레이크 조립체(700)가 결합되지 않은 경우에 조인트(47)의 관절식 연결을 가능하게 한다.

본 실시예에서는, 기다란 몸체(12) 내에 진공이 형성되고, 압력 차이로 인해 외피(600)가 도 8에 화살표로 표시되어 있는 바와 같이 링크(46) 및 브레이크 조립체(700)에 대해 힘을 작용하게 된다. 이 힘은 브레이크 조립체(700)에 작용하여 레이어(800A, 800B)를 서로에 대해서 뿐만 아니라 겹치는 구역(800C)에서 함께 가압하고 또한 링크(46A, 46B)의 표면을 가압함으로써 짜여진 슬랫 또는 레이어(800A, 800B)가 결합되게 한다. 이 힘이 작용할 때 레이어(800A, 800B) 사이의 마찰력의 증가는 브레이크 조립체(700)를 결합되게 하여, 브레이크 조립체가 가로질러서 놓여 있는 조인트이 관절식으로 연결되지 못하게 한다. 진공상태를 해제하면 외피(600)에 의해 브레이크 조립체(700)에 가해진 힘이 제거되어, 슬랫(800A, 800B) 사이에서 다시 미끄럼이동이 가능하게 되고 조인트와 기다란 몸체의 관절식 연결이 가능하게 된다.

오목한 부분(809)이 도 8에도 도시되어 있다. 이 오목한 부분(809)은 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크(47)의 표면에 위치되어 있다. 오목한 부분(809)의 사이즈 및 형상은, 브레이크 조립체의 한 구성요소의 일부분의 사이즈 및 형상과 일치하도록 되어 있다. 이 도시 예에서는, 오목한 부분(809)의 사이즈 및 형상은 슬랫(800A, 800B)의 사이즈와 일치하고 슬랫(800A, 800B)과 유사하게 대체로 직사각형 형상이다. 오목한 부분(809)의 사이즈 및 형상은 특정 브레이크 조립체 또는 사용되는 기술에 따라 변하다. 대체 실시예에서는, 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크(47)의 표면에 있는 오목한 부분이 대체로 아치 형상, 만곡 형상, 불규칙적인 형상 또는 복합적인 형상을 할 수 있다.

본 발명의 대체 실시예에서는, 하나 이상의 케이블(작동 힘줄과는 상이한 것이 바람직함)이 기다란 몸체(12)의 링크(46)의 가장자리부를 따라서 뻗어 있거나 상기 가장자리부를 통과하여 뻗어 있다. 각각의 척추골 또는 링크(46)의 각 조인트는 브레이크 조립체 또는 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같은 관절식으로 연결되는 고정가능한 브레이크 조립체를 가지고 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 다양한 대체 브레이크 조립체가 복수의 표면을 가지고 있는데, 이 복수의 표면은 힘이 가해지지 않아서, 링크의 관절식 연결이 가능한 경우에는 피벗 포인트를 중심으로 옆에 있는 표면으로 서로에 대해 미끄럼이동한다. 본 명세서에 기술된 브레이크 조립체의 실시예들 중에서 상기 표면이 조인트에서의 마찰을 효과적으로 증대시킬 수 있게 하는 실시예는 링과 링 사이에서 미끄럼이동하는 플레이트가 링의 중심축을 따라서 각각 자유롭게 이동할 수 있지만, 상기 플레이트와 인접해 있는 링이 상부 링과 하부 링 중 어떤 링인지에 따라 상부 링이나 하부 링에 대해 회전할 수 없는 것이다. 다시 말해서, 조인트로부터 부하가 제거되면, 상기 구성요소들은 분리될 수 있어서, 관절식 연결이 용이하게 된다. 조인트에 부하가 가해지면, 표면들이 눌러지고 마찰이 경계면에서 발생되어, 관절식 연결을 방해한다. 이러한 설계는 본 명세서에 기술된 몇 가지 실시예에 도시되어 있는 것과 같이 단 3개의 경계면으로 국한되는 것은 아니다. 주어진 부하에 대해서, 마찰 경계면의 갯수를 증가시키는 것에 의해서 관절 연결에 대한 저항을 증가시킨다.

본 실시예에서 케이블에 장력을 가함으로써 링크에 부하가 가해지면 브레이크 조립체의 복수의 표면이 결속된다. 가해진 장력은 링크들을 함께 가압하고, 이어서 복수의 표면을 함께 가압하여 링크가 관절식으로 연결되는 것을 방지하고, 결과적으로 기다란 몸체(12)를 강성화시킨다. 이러한 설계는 도시된 경계면의 갯수로만 국한되는 것은 아니다. 주어진 부하에 대해서, 마찰 경계면의 갯수를 증가시키는 것에 의해서 관절 연결에 대한 저항을 증가시킨다.

몇 가지 실시형태에 있어서, 하나 이상의 브레이크 조립체 구성요소는 링크 구조의 일부분으로서 링크 구조와 인접해 있을 수 있다. 다른 구성에서는, 하나 이상의 브레이크 조립체 구성요소가 링크 구조에 대해 길이방향으로 상방 및 하방으로 제한된 이동을 할 수 있도록 상기 하나 이상의 브레이크 조립체 구성요소가 링크 구조 속으로 미끄럼이동식으로 끼어들어갈 수 있다. 이와 관련하여, 상기 하나 이상의 브레이크 조립체 구성요소가 실제로 링크 구조의 일부분으로 될 수도 있다. 다른 브레이크 조립체 구성요소는 피벗 아암에 의해 그리고 상기 표면이 링크 구조(46)의 상부 아치형 표면 또는 다른 상보적인 표면을 따라서 관절식으로 연결될 수 있도록 링크 구조(46)에 부착될 수 있다. 몇 가지 실시예에 있어서, 각각의 조인트를 위한 총 3개의 접촉면에 대해서, 각각의 링크 구조(46)가 2개의 표면을 브레이크 조립체의 어느 한 측면에 제공한다는 사실을 알 수 있다. 부가적으로 그리고 필요한 경우, 복수의 표면을 가압하여 링크 구조를 서로에 대해 고정시키도록 링크와 다른 케이블을 관절식으로 연결하는데 사용되는 케이블(900)의 통로용으로 링크 구조(46) 내에 구멍이 형성되어 있다. 상기한 다양한 브레이크 조립체 실시예에 있어서 상기 표면이 가압되지 않는 경우, 상기 표면은 서로에 대해 미끄럼이동하여 링 구조 및 브레이크 조립체로 만들어진 컨트롤가능한 기구(예를 들면, 가이드 튜브 또는 체절식 컨트롤가능한 기구)의 만곡 또는 관절식 연결을 가능하게 한다.

상기한 바와 같이, 브레이크 조립체(900)의 구성요소는 링크(46)를 통하여 뻗어 있는 케이블에 의해 가압된다. 케이블에 작용하는 장력은 조인트들 사이에 균등하게 부하를 분배시키기 위해서 밸런스 바(balance bar)를 가진 리드 스크루(lead screw)를 이용하여 발생된다. 부하가 조인트를 관절식으로 연결시키도록 작용하는 것이 아니라, 조인트를 가압하도록 작용하기만 하면 압축성 부하를 발생시키는 임의의 방법이 용인될 수 있다. 압축성 부하는 가능하면 조인트의 피벗 포인트를 통하여 직접 작용하여야 한다.

상기한 바와 같이, 각각의 링크의 관절식 연결은 1개의 자유도를 가지고 있다는 사실을 주의해야 한다. 바람직하게는, 상기 자유도의 방향은 인접한 링크에 대해서 교호하며 인접한 링크에 대해서 직교한다. 이러한 방식으로 복수의 링크로 만들어진 체절은 상기한 바와 같이 힘줄 및 액추에이터를 이용하여 여러 방향으로 관절식으로 연결될 수 있다. 본 실시예에 있어서 관절식으로 연결된 기다란 몸체는 케이블을 작동시키는 것에 의해서 선택적으로 강성화될 수 있다. 대체 실시예에 있어서, 표면을 증대시키는 것은 기구를 가이드하기 위해 사용되는 튜브를 선택적으로 강성화하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 기구는 올림푸스(Olympus)사에 의해서 만들어진 것과 같은 수동형(passive) 내시경이나 네오 가이드 시스템즈(NeoGuide Systems)사에 의해 개발된 상기한 것과 같은 충분히 컨트롤되는 관절식 연결 내시경으로 될 수 있다.

도 9 내지 도 12를 참고하면, 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구의 다른 실시예의 다양한 도면을 나타내고 있다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 링크(46)를 가지고 있는 기다란 몸체의 한 예가 있다. 복수의 링크에서의 한 쌍의 인접한 링크를 연결하는 힌지 및 한 쌍의 인접한 링크의 각 링크에 결합된 브레이크 조립체(900)가 있다. 브레이크 조립체(900)는 한 쌍의 인접한 링크(46) 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있다. 케이블(92)은 복수의 브레이크 조립체(900)를 통하여 원위 단부에 있는 스토퍼(93)로 뻗어 있다. 케이블(92)이 사용자에 의해 수동으로 또는 컴퓨터 컨트롤러의 컨트롤하에서 모터 또는 다른 구동 시스템에 의해 근위부로 당겨지면, 스토퍼(93)가 브레이크 조립체(900)의 결합될 구성요소와 결합되어 체절식 기구의 위치를 고정시킨다.

브레이크 조립체(900)의 내부 구성요소는 도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 그림에 가장 잘 나타나 있다. 도 10 및 도 11은 각각 브레이크 조립체(900)에 의해 함께 결합된 적어도 2개의 링크의 측면도 및 등각 투영도를 나타내고 있다. 브레이크 조립체의 특정 구성요소는 도 12의 분해도를 참고하여 이하에서 설명한다.

도 12는 예시적인 브레이크 조립체(900)의 구성요소의 분해도를 나타내고 있다. 링크(46)는 상보적인 형상의 상부 표면(910)과 상보적인 형상의 하부 표면(915)을 가지고 있는 브레이크 조립체 베이스(905)를 포함하고 있다. 상기 베이스에 형성되어 있는 구멍(918U, 918L)은 아암(920)에 의해 제공된 공통 핀(925)을 수용하도록 사이즈 및 위치가 정해져 있다. 구멍(955)은 링크 슬라이더(940)의 핀(950)을 수용하도록 사이즈 및 위치가 정해져 있다. 아암(920)은 한 단부에 있는 공통 핀(925T) 및 다른 단부에 있는 핀(925B)을 포함하고 있다. 핀(925T)은 구멍(918L)과 결합되고 핀(925B)은 구멍(918U)과 결합된다. 상기 공통 핀 및 아암은 링크들 사이에 힌지를 제공하여 인접한 링크 사이의 상대적인 운동을 가능하게 한다. 도 12에 도시된 아암(920)은 도면에 도시된 링크(46)의 구멍(918U)속의 핀(925B)과 구멍(918L)속의 핀(925T) 사이의 연결을 제공한다.

또한 아암(920)은 아암 슬라이더(930) 및 링크 슬라이더(940)를 통과한다. 아암 슬라이더(930)는 아암(920)을 위한 구멍(935)을 포함하고 있다. 링크 슬라이더(940)는 아암(920)을 위한 구멍(945)을 포함하고 있다. 아암 슬라이더(930)는 한 쪽에서는 베이스 상부 표면(910)에 대해 상보적인 표면을 제공하고 다른 쪽에서는 베이스 하부 표면(915)에 대해 상보적인 표면을 제공하는 형상으로 되어 있다. 도 10 및 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 브레이크 조립체(900)가 사용중에 있는 경우, 아암 슬라이더(930)는 미끄럼이동하는 관계로 있으며 링크 상부 표면(910)과 하부 표면(915) 사이에서 미끄럼이동하는 상보적인 형상을 가지고 있다. 아암 슬라이더(930)는 링크(46)와 독립하여 움직이며 부가적인 마찰 표면을 제공하여 링크(46)의 상대적인 위치를 고정시킨다. 링크 슬라이더(940)도 부가적인 마찰 고정 표면을 제공한다. 아암 슬라이더(930)와 대비하여, 링크 슬라이더(940)는 핀(950) 및 구멍(955)을 이용하여 링크에 고정된다. 따라서, 링크 슬라이더(940)는 링크(46)와 함께 움직인다. 링크 슬라이더(940)는, 베이스 하부 표면(915)과 아암 슬라이더(930)와 베이스 상부 표면(910) 사이에 증가된 갯수의 마찰 표면을 제공하는 상보적인 형상의 표면을 가지고 있다.

도 10 및 도 11의 조립된 상태의 도면에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 아암 슬라이더(930) 및 링크 슬라이더(940)는 아암(920) 둘레에 끼워맞추어지고 아암(920)이 통과할 수 있게 맞추어져서 구성되어 있는 구멍을 가지고 있다. 본 실시예의 브레이크 조립체(900)에서는, 상보적인 표면 및 증가된 마찰 고정 표면은 상부 링크(46)의 베이스 하부 표면(915)으로부터 제공되고, 하부 베이스 표면(915)은 아암 슬라이더(930)의 상부 표면과 접촉하고, 아암 슬라이더(930)의 하부 표면은 링크 슬라이더(940)의 상부 표면과 접촉하고 링크 슬라이더(940)의 하부 표면은 하부 링크(46)의 상부 베이스 표면(910)과 접촉한다. 상기 표면은 각각, 브레이크 조립체(900)가 결합되지 않은 경우 링크(46)의 미끄럼 이동 및 관절식 연결을 가능하게 하는 상보적인 형상을 가지고 있다. 브레이크 조립체(900)가 결합되는 경우에는, 상기 표면 및 구성요소는 모두 링크(46)의 상대적인 위치를 고정시키도록 작용한다.

도 13 내지 도 16은 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구의 다른 대체 실시예를 나타내고 있다. 브레이크 조립체(1400)가 복수의 링크(46)를 가지고 있는 기다란 몸체 상에서 사용되고 있는 상태로 도시되어 있다. 본 실시예의 브레이크 조립체(1400) 내에는 도 13, 도 14 및 도 15B에 도시되어 있는 바와 같이 한 쌍의 인접한 링크(46)를 연결시키는 힌지가 설치되어 있다. 브레이크 조립체(1400)는 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크(46)에 결합되어 있으며 한 쌍의 인접한 링크 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있다. 브레이크 조립체(900)와 마찬가지로, 브레이크 조립체(1400)도 브레이크 조립체(1400)가 결합되지 않는 경우에는 상대적인 이동을 제공하고 브레이크 조립체(1400)가 결합되는 경우에는 마찰 표면의 갯수를 증대시키는 상보적인 형상을 가지는 구성요소를 포함하고 있다. 브레이크 조립체(1400)의 개별 구성요소는 도 15A 및 도 16에 가장 잘 나타나 있다. 브레이크 조립체(1400)는 캐리어 플레이트(1410), 중심의 슬라이딩 블록(1405) 및 아암 슬라이더(1430)를 가지고 있는 아암(1425)을 포함하고 있다. 고정 플레이트(1440)(도 14에 도시되어 있음)는 구성요소를 캐리어 플레이트(1410)에 고정시키기 위해서 사용된다. 도 15A 및 도 16을 참고하면, 아암(1425)이, 도 15A에 가장 잘 나타나 있는, 공통 피벗 핀(1420)을 위한 구멍(1435)을 포함하고 있다. 도 15A를 계속 살펴보면, 케이블(92)을 당기면 중심의 슬라이딩 블록(1405)와 아암 슬라이더(1430)와 베이스 슬라이더(1415) 사이의 간격이 감소되어 상기 구성요소들의 상보적인 표면이 고정상태로 접촉하게 된다. 브레이크 조립체(900)와 마찬가지로, 부가된 마찰 표면은 브레이크 조립체(1400)에 의해 제공되는 고정 능력을 증대시키도록 작용한다. 아암 슬라이더(1403)의 양 측면은, 아암 슬라이더(1430)가 중심의 슬라이딩 블록(1405)과 베이스 슬라이더(1415) 사이에서 가압될 때 중심의 슬라이딩 블록(1405) 및 베이스 슬라이더(1415)와 결합된다.

도 14 및 도 15는 다수의 브레이크 조립체(1400)에 의해 함께 연결된 복수의 링크(46)의 부가적인 도면을 제공한다. 도 14는 브레이크 조립체(1400)를 작동시키기 위해서 독립적으로 또는 함께 사용될 수 있는 케이블(92A, 92B)을 나타내고 있다. 도 13은 링크(46)와 관련하여 중심의 루우멘(1470)을 나타내고 있다. 상기 중심의 루우멘(1470)은, 도시된 복수의 링크(46)가 가이드 튜브로서 작용하도록 구성되는 경우와 같이 다른 기구로 될 수 있다. 대체 실시형태로서, 중심의 루우멘(1470)는, 복수의 링크가 컨트롤가능한 체절식 기구의 일부분으로 구성되는 경우에 있어서의 기구의 내부 구성요소(예를 들면, 내시경 시술에 일반적으로 제공되는 작업 채널, 빛, 공기, 물을 제공하기 위한 설비 및 비디오 화면 제공을 위한 설비)로 될 수 있다. 부가적으로, 링크(46)에 의해 형성된 기구의 조향 컨트롤을 제공하기 위해서 컨트롤 케이블 및 상기한 것과 본 출원 명세서의 다른 부분에 있는 다른 구성요소가 제공될 수도 있다.

도 17은 본 발명에 따른 브레이크 조립체의 또 다른 대체 실시예를 나타내고 있다. 도 17은 브레이크 조립체(1800)에 의해 제공된 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구의 등각 투영도이다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 링크(46A, 46B, 46C)를 가지고 있는 기다란 몸체가 있다. 브레이크 조립체(1800)에 의해 제공된 복수의 링크에서의 한 쌍의 인접한 링크를 연결시키는 힌지가 있다. 부가적으로, 브레이크 조립체(1800)는 한 쌍의 인접한 링크의 각각의 링크에 결합되어 있으며 한 쌍의 인접한 링크 사이의 간격을 가로지르도록 위치되어 있다. 도시된 실시예에서는, 브레이크 조립체(1800)가 링크(46A)와 링크(46B) 사이의 간격을 가로질러서 놓여 있고 다른 브레이크 조립체가 링크(46B)와 링크(46C) 사이의 간격을 가로질러서 놓여 있다. 상기한 브레이크 조립체와 마찬가지로, 브레이크 조립체(1800)는 인접한 링크 사이에 관절식연결 능력 및 고정 능력을 제공한다. 게다가, 이전의 실시예와 유사하게 브레이크 조립체(1800)의 구성요소의 구성 및 상호운용성(interoperability)은 가해진 고정력을 증대시키고 확대시키도록 증가된 갯수의 마찰 고정 표면을 제공한다.

도 17에 도시된 실시예에서는, 브레이크 조립체(1800)가 중심의 슬라이딩 블록(1805)을 포함하고 있다. 베이스 슬라이더 플레이트(1810)는 중심의 슬라이딩 블록(1805)에 부착되어 있다. 중심 플레이트(1815)도 중심의 슬라이딩 블록(1805)에 부착되어 있으며 링크(46B)에 부착된 힌지 플레이트(1820)와 베이스 슬라이더 플레이트(1810) 사이에 위치되어 있다. 중심의 슬라이딩 블록(1805), 베이스 슬라이더(1810), 중심 플레이트(1815) 및 힌지 플레이트(1820)의 상보적인 표면은 브레이크 조립체(1800)가 결합되지 않은 경우에 상기 구성요소들과 인접한 링크(46) 사이의 상대적인 미끄럼이동을 가능하게 한다. 케이블(92)을 당김으로써 브레이크 조립체(1800)가 결합되면, 중심 플레이트(1815)는 베이스 슬라이더(1810)와 힌지 플레이트(1820) 사이에 결합된다. 부가적으로, 힌지 플레이트(1820)는 링크의 상보적인 표면(1825)과 결합된다. 베이스 슬라이더(1810)는 중심의 슬라이딩 블록(1805)의 상보적인 표면과 결합된다.

본 명세서에 기술된 다양한 브레이크 조립체는 다수의 상이한 형태로 작동하도록 조정되고 구성될 수 있다는 사실을 알 수 있다. 예를 들면, 링크 및 브레이크 조립체는 내시경 또는 컨트롤가능한 다른 체절식 기구로 작동하도록 구성될 수 있다. 또한, 링크 및 브레이크 조립체는 다른 기구가 링크(46)의 중심의 루우멘을 통과할 수 있도록 가이드 튜브로서 기능하도록 구성될 수 있다. 또 다른 대체 실시예에서는, 링크 및 브레이크 조립체가 고도로 컨트롤가능한 섹션 및 플렉시블하면서 고정가능한 섹션을 모두 가지고 있는 하이브리드 기구로 구성될 수 있다. 한 가지 바람직한 실시예에서는, 상기 기구의 한 섹션이 많은 자유도와 최적의 유연성 및 컨트롤성(controllability)를 가지는 상태로 고도로 관절식으로 연결되도록 체절식으로 구성되어 있다. 이러한 기구의 예는 도 1 내지 도 5와 관련하여 상기한 기구들이다. 컨트롤가능한 기구의 근위부는 플렉시블하게 구성될 수 있으며 고정 조립체를 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 상기 하이브리드 기구는, 원위 단부에 대한 베이스 또는 지지부로서 사용될 수 있는 근위 단부를 제공하면서 수술 부위에서 요구되는 관절식연결 및 컨트롤 능력을 가지고 있다.

도 18은 원위 단부(1810) 및 근위 단부(1805)를 가지고 있는 기구(1800)의 한 바람직한 실시예를 나타내고 있다. 원위 단부(1810)는 힌지(1815) 및 플렉시블한 체절(1820)을 포함하고 있다. 근위 단부(1805)는 플렉시블한 체절(1830) 및 관절식으로 연결된 브레이크 조립체(1825)를 포함하고 있다. 본 실시예에서는 원위 단부가 보다 우수한 관절식 연결 능력 및 컨트롤 능력을 가지도록 구성되어 있기 때문에 근위 단부 체절(1830)이 원위 단부 체절(1820)보다 더 크다. 부가적으로, 상기 기구의 체절의 사이즈 및 컨트롤 능력 또는 상기 기구의 기능에 있어서의 변화는 플렉시블한 베이스 전이부(1840)에서 바뀐다. 도 18의 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 기구(1800)는, 경위장(transgastric) 수술 또는 경관(transluminal) 수술 또는 다른 자연 개구부 내시경 수술을 진행시키기 위해서 원위 단부가 위(1890) 내에 개구부를 형성하기 직전의 위치에 있는 상태로 소화관(alimentary canal) 내에 위치되어 있다. 일단 개구부가 형성되고 원위 단부가 전진하면, 고도로 관절식으로 연결된 단부인 원위 단부는 상기 개구부를 통하여 전이부(1840) 지점까지 또는 전이부(1840) 지점을 넘어서도록 전진할 수 있다. 근위 단부가 경관 개구부(transluminal opening)를 통하여 전진할 수 있지만, 원위 섹션이 수술 부위에 있는 경우, 관절식으로 연결된 원위 단부(1810)의 작동을 위한 베이스를 제공하기 위해 근위 단부가 식도(1885) 및 위(1890) 내에 위치되어 고정되도록 근위 단부 및 원위 단부의 상대적인 길이가 선택되는 구성이 있다. 또 다른 실시예에서는, 힌지(1815)가, 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같은 컴퓨터로 컨트롤되는 관절식 연결을 포함하는, 원위 단부가 관절식으로 연결될 수 있도록 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같은 브레이크 조립체로 구성될 수도 있으며, 본 발명의 브레이크 조립체의 향상된 고정 능력을 가질 수도 있다.

도 19는 원위 단부(1905) 및 근위 단부(1823)를 가지고 있는 기구(1900)의 다른 바람직한 실시예를 나타내고 있다. 원위 단부(1905)는 힌지(1913) 및 플렉시블한 체절을 포함하고 있다. 원위 단부(1905)는, 힌지(1913)가 제 1 방향으로의 관절식 연결을 제공하기 위해 정렬되어 있는 원위 섹션(1910)과 힌지(1913)가 제 2 방향으로의 관절식 연결을 제공하기 위해 정렬되어 있는 근위 섹션(1920)으로 나누어진다. 전이 섹션(1915)은 원위 섹션(1910) 및 근위 섹션(1920)에서의 관절식 연결의 상이한 방향 사이의 전이부(transition)를 제공하도록 조정되고 구성되어 있다. 도 18의 실시예와 유사하게, 기구(1900)는 플렉시블한 체절(1830) 및 관절식으로 연결된 브레이크 조립체(1825)를 포함하는 근위 단부(1923)를 포함하고 있다. 이전 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에서는 원위 단부가 보다 우수한 관절식 연결 능력 및 컨트롤 능력을 가지도록 구성되어 있기 때문에 근위 단부 체절(1830)이 원위 단부 체절(1820)보다 더 크다. 부가적으로, 상기 기구의 체절의 사이즈 및 컨트롤 능력 또는 상기 기구의 기능에 있어서의 변화는 플렉시블한 베이스 전이부(1840)에서 바뀐다. 도 18의 실시예 및 다른 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 기구(1900)는, 경위장(transgastric) 수술 또는 경관(transluminal) 수술 또는 다른 자연 개구부 내시경 수술을 진행시키기 위해서 원위 단부가 위 내에 개구부를 형성하기 직전의 위치에 있는 상태로 소화관 내에 배치될 수 있다. 일단 개구부가 형성되고 원위 단부가 전진하면, 원위 단부(1905)는 상기 개구부를 통하여 전이부(1840) 지점까지 또는 전이부(1840) 지점을 넘어서도록 전진할 수 있다. 근위 단부(1923)가 경관 개구부(transluminal opening)를 통하여 전진할 수 있지만, 원위 섹션이 수술 부위에 있는 경우, 관절식으로 연결된 원위 단부(1905)의 작동을 위한 베이스를 제공하기 위해 근위 단부가 식도(1885) 및 위(1890) 내에 위치되어 고정되도록 근위 단부 및 원위 단부의 상대적인 길이가 선택되는 구성이 있다. 또 다른 실시예에서는, 힌지(1913, 1825)가, 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같은 컴퓨터로 컨트롤되는 관절식 연결을 포함하는, 원위 단부가 관절식으로 연결될 수 있도록 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같은 브레이크 조립체로 구성될 수도 있으며, 본 발명의 브레이크 조립체의 향상된 고정 능력을 가질 수도 있다. 원위 섹션(1910)과 근위 섹션(1920)의 방향은 특정 수술 또는 자연 개구부 내시경 수술 접근 부위에 맞게 변경되거나 조정될 수 있다.

본 명세서에 기술된 기구의 사용에 대해서는 위를 통하여 수술 부위에 접근하는 것으로서 관절식으로 연결된 형태나 고정가능한 형태로 언급하였지만, 본 발명의 사용형태는 상기한 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는, 인체의 구멍(예를 들면, 입, 항문/결장 또는 질(vagina) 또는 기구가 소화관에 접근하였을 때 형성된 다른 개구와 같은 구멍), 복강경시술용(laparoscopic) 개구 또는 단일 포트 접근 개구 또는 다른 경피적인(percutaneous) 개구를 포함하는 외과수술에 의해 생긴 개구를 통하여 수술 부위로 진입하고 접근하는 것을 용이하게 하기 위해서 필요에 따라 변경되고 조정될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 기술되어 있는 제동 능력을 가지고 있는 기구의 다른 실시예는 강성화될 수 있는 외부 작업 채널로서 뿐만 아니라 다른 관찰장치 또는 기구로부터 분리될 수 있는 강성화될 수 있는 외부 작업 채널로서 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서는, 제동 능력을 가진 체절식 기구가 외과 수술을 시행하는데 있어서 의사에게 도움을 주도록 사용될 수도 있다. 이러한 실시형태는 체절식 기구를 컨트롤하는 방법을 포함한다. 먼저, 인접한 링크들이 힌지에 의해 결합되어 있는 복수의 링크를 가지고 있는 체절식 기구를 환자 내부로 진입시키는 단계가 있다. 다음 단계로, 상기 체절식 기구를 환자 내부의 수술 부위로 접근하도록 이동시키기 위해서 힌지를 중심으로 링크를 조작하는 단계가 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 상기 조작하는 단계는 인접한 링크들 사이의 브레이크 조립체의 일부분 내에 있는 복수의 상보적인 형상의 구성요소들 사이에 미끄럼이동을 발생시킨다. 다음 단계로, 제동 메카니즘에 부착된 링크의 힌지 둘레로의 이동을 실질적으로 방지하기 위해서 브레이크 조립체를 작동시키는 단계가 있다.

상기한 내용으로부터 알 수 있는 바와 같이, 체절식 기구를 컨트롤하는 방법에 있어서 브레이크 조립체를 작동시키는 단계는 여러가지 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계는 체절식 기구의 내부에 진공을 작용시키는 것을 포함할 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계는 케이블을 당기는 것을 포함한다. 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계는 컨트롤가능한 기구의 일부분의 형상을 실질적으로 고정시키는 것이라는 사실을 알 수 있다.

상기 체절식 기구가 사용되는 특정 상황에 따라서, 체절식 기구를 컨트롤하는 방법은 체절식 기구내의 작업 채널을 통하여 수술 도구를 수술 부위로 전진시키는 단계를 포함할 수도 있다. 부가적으로 또는 대체 실시형태로서, 상기 전진시키는 단계는 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계 후에 수행된다. 또 다른 대체 실시형태의 방법에 있어서, 컨트롤가능한 외과적 기구가 체절식 기구를 통하여 전진된 상태로 수술 부위에 접근하는 단계도 있다. 또한, 상기 전진시키는 단계는 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계 전이나, 후에 또는 상기 브레이크 조립체를 작동시키는 단계 도중에 실행된다.

본 명세서에 기술된 본 발명의 브레이크 조립체는 가이드 튜브 및 컨트롤가능한 체절식 기구에 적용될 수 있으며 "경관 수술 및 다른 수술을 시행하는 방법 및 장치(METHODS AND APPARATUS FOR PERFORMING TRANSLUMINAL AND OTHER PROCEDURES)"라는 발명의 명칭으로 2006년 9월 14일자로 출원된 미국 특허 출원번호 제11/522,305호, 즉, 미국 특허 출원공개번호 제2007-0135803호(2007년 6월 14일 공개)에 기술된 다양한 방법에 사용될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서에 기술된 브레이크 조립체 및 다른 상세한 사항은 상기와 같은 체절식 기구로 구성되고 컨트롤될 수 있으며 "내시경을 자동적으로 컨트롤하는 장치 및 방법(APPARATUS AND METHODS FOR AUTOMATICALLY CONTROLLING AN ENDOSCOPE)"이라는 발명의 명칭으로 2009년 1월 29일자로 출원된 PCT/US2009/032481호에 기술된 외과 수술을 수행하기 위해 사용될 수도 있다.

Claims

체절식 기구에 있어서,
제1링크, 제2링크, 및 길이방향 축을 가지는 몸체로서, 상기 제1링크와 제2링크는 각각 서로 회전 가능하게 결합되어 있고 관절 축에 대하여 서로에 대해 관절식으로 연결되도록 구성되어 있는, 몸체; 및
상기 제1링크와 제2링크 사이에 길이방향으로 뻗어있는 복수의 슬랫들로서, 상기 슬랫들은 상기 길이방향 축에 대해 수직 방향으로 형성된 층들로 배치되어 있는, 복수의 슬랫들;을 포함하고,
상기 복수의 슬랫들은, 제1상태에서, 서로에 대해 미끄러지고, 상기 제1링크와 제2링크의 서로에 대한 관절식 연결을 허용하도록 구성되고,
상기 복수의 슬랫들은, 제2상태에서, 서로에 대한 미끄러짐 및 상기 제1링크와 제2링크의 서로에 대한 관절식 연결을 억제하기 위해, 서로에 대해 가압되도록 구성된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들의 위치에서 상기 몸체를 둘러싸는 외피를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제2항에 있어서,
상기 외피는 탄성이 있는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제2항에 있어서,
상기 외피는 외피 내부에 적용되는 진공에 대응하여 상기 관절 축에 수직인 방향으로 복수의 슬랫들에 대해 힘을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제4항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들은 상기 외피의 내부에 적용되는 진공에 대응하여 외피에 의해 가해지는 힘에 의해 서로에 대해 가압되도록 구성된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들이 서로에 대해 가압될 때 상기 체절식 기구의 형상의 적어도 일부분은 고정되는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 체절식 기구는 내시경인 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 체절식 기구는 가이드 튜브인 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들은, 제1슬랫 단부에서 상기 제1링크에 연결된 제1슬랫과, 제2슬랫 단부에서 상기 제2링크에 연결된 제2슬랫을 포함하고,
상기 연결된 제1슬랫 단부 및 제2슬랫 단부 맞은편의 상기 제1슬랫 및 제2슬랫의 각 단부들은 적어도 부분적으로 서로 겹치는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제9항에 있어서,
상기 제1슬랫 및 제2슬랫의 적어도 부분적으로 겹치는 단부들은 관절식 연결 동안 상기 제1링크와 제2링크의 이동 범위 전체에 걸쳐서 적어도 부분적으로 서로에 대해 겹치도록 구성된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제9항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들의 제2상태에서, 상기 적어도 부분적으로 겹치는 단부들에서 상기 제1슬랫의 표면과 제2슬랫의 표면 사이의 마찰력은 상기 관절 축에 대한 상기 제1링크와 제2링크 사이의 움직임을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들은 상기 제1링크와 제2링크가 서로 회전가능하게 결합되어 있는 위치로부터 상기 제1링크와 제2링크의 둘레로 90도 떨어져 배치된 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 제1링크와 제2링크의 표면상에 있는 오목한 부분들이 상기 복수의 슬랫들의 단부들을 수용하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제1항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들은, 상기 체절식 기구 둘레의 제1 각도의 위치에서 상기 제1링크와 제2링크 사이에 길이방향으로 뻗어 있는 제1 복수의 슬랫들과, 상기 제1 각도의 위치로부터 상기 체절식 기구 둘레로 180도 돌아간 제2 각도의 위치에서 상기 제1링크와 제2링크 사이에 길이방향으로 뻗어 있는 제2 복수의 슬랫들을 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
제14항에 있어서,
상기 제1 각도의 위치와 상기 제2 각도의 위치는 상기 관절 축으로부터 90도 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 체절식 기구.
관절 축을 따라서 회전 가능하게 결합되어 있는 제1링크와 제2링크를 포함하는 몸체를 가지는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법에 있어서,
상기 관절 축에 대해 상기 제1링크 및 제2링크를 조작하는 단계로서, 상기 제1링크와 제2링크 사이에서 길이방향으로 뻗어 있는 복수의 슬랫들을 서로에 대해 미끄러지게 하는 단계를 포함하는 상기 관절 축에 대해 상기 제1링크 및 제2링크를 조작하는 단계; 및
상기 복수의 슬랫들의 서로에 대한 미끄러짐을 억제하기에 충분한 힘으로 상기 복수의 슬랫들을 서로에 대해 가압하는 것에 의해 상기 제1링크와 제2링크 사이의 관절식 연결을 억제하는 단계;를 포함하는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들을 서로에 대해 가압하는 것은, 상기 복수의 슬랫들에 대하여 상기 관절 축에 대해 수직으로 향하는 힘을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 복수의 슬랫들에 대하여 상기 관절 축에 대해 수직으로 향하는 힘을 가하는 단계는, 상기 복수의 슬랫들의 위치에서 상기 몸체를 둘러싸는 외피로 힘을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 외피로 힘을 가하는 단계는, 상기 외피 내부에 진공을 적용시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1링크와 제2링크 사이의 관절식 연결을 억제하는 단계는, 체절식 기구의 형상의 적어도 일부분을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 체절식 기구의 움직임을 컨트롤하는 방법.