(57)【要約】  本発明は、脊椎手術用補助ロボットに関し、手術器具が貫通して結合される回転体が備えられる手術器具支持台と、前記手術器具支持台の一側に設けられるハンドルと、前記回転体を回転させる駆動部材と、前記手術器具支持台の他側に設けられて前記手術器具を前後に動作させるリニアガイドとを含んで構成される。これにより、手術器具が前後に移動するとき、振動なしに滑らかに移動でき、一定の力で自動回転させることができるため、精巧な手術が可能である。
2017516629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術器具をガイドする脊椎手術用補助ロボットであって、
前記手術器具が貫通して結合される回転体が備えられる手術器具支持台と、
前記手術器具支持台の一側に設けられるハンドルと、
前記回転体を回転させる駆動部材と、
前記手術器具支持台の他側に設けられて前記手術器具を前後に動作させるリニアガイドと、
を含んで構成されることを特徴とする脊椎手術用補助ロボット。
【請求項２】
前記駆動部材は、モータ及び前記モータに連結される駆動ギアからなり、前記回転体は外周面に前記駆動ギアと噛合される従動ギアと一側にホルダーガイドが備えられる第１パイプ、及び前記ホルダーガイドに結合されるホルダーが備えられ、内部に前記手術器具が結合されて前記第１パイプと共に回転する第２パイプからなることを特徴とする、請求項１に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【請求項３】
前記ホルダーガイドは、リング状であって周りに挿入溝が形成され、前記ホルダーは、リング状であって前記挿入溝に挿入される結合突起が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【請求項４】
前記結合突起及び前記挿入溝は、Ｌ状に形成されることを特徴とする、請求項３に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【請求項５】
前記駆動部材は、
前記モータに連結されて第１ギアが設けられる第１軸と、
前記第１ギアに対応する第２ギアと前記駆動ギアが設けられて前記第１軸と並んで配置される第２軸と、
前記第１ギア及び前記第２ギアを連結するベルトと
を含むことを特徴とする、請求項２に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【請求項６】
前記リニアガイドは、上面にガイドレールが形成されるベースプレート、前記ガイドレールに沿ってスライドするように結合されるスライディングブロック、及び前記スライディングブロックに結合されて前記手術器具支持台を支持するガイドバーからなることを特徴とする、請求項１に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【請求項７】
前記スライディングブロックに係止突起が備えられ、前記ベースプレートには前記係止突起に弾性的に締結されるフックが備えられることを特徴とする、請求項６に記載の脊椎手術用補助ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脊椎手術用補助ロボットに関し、詳しくは、手術器具の方向をガイドし、自然な移動と自動回転が可能な脊椎手術用補助ロボットに関するものである。
【０００２】
本発明は、知識経済部の産業基幹技術開発事業の一環として行われた研究から導出されたものである［課題固有番号：10040097、課題名：医療手術ロボット映像基盤の耳鼻咽喉科及び神経外科手術用の最小侵襲多自由度手術ロボットシステムの技術開発］。
【背景技術】
【０００３】
人体の脊椎は、大人を基準に２６個の骨、すなわち、７個の頸椎、１２個の胸椎、５個の腰椎、１個の仙椎及び１個の尾椎からなる。また、それぞれの骨の間には通常ヘルニアと呼ばれる２３個の椎間板が存在して骨をつなぎ、弾力的に支える。よって、脊椎は身体を支持し、平衡を維持して、脊髄を保護する役割をする。
【０００４】
このように身体をなす核心的な要素である脊椎は、重要度の分、関連疾病の発生頻度が高く、腰の痛みを誘発させる代表的な疾患として椎間板ヘルニアがある。椎間板ヘルニアとは、脊椎骨の間の椎間板が突出して周辺の神経を刺激することにより疼痛を誘発するものであり、正しくない姿勢、老化または外部からの強い衝撃などによって発生する。
【０００５】
通常、椎間板ヘルニアが発生した場合、その治療方法として保存的治療方法と手術的治療方法がある。前者は相対的に疼痛がそれほど激しくない場合に施行される方法で、薬品治療と運動を併行し、必要に応じて補助器具などを用いる。これに対して、後者は症状が相当進展して疼痛を耐え難い場合に施行される方法で、損傷した部位の椎間板を除去して、その間に人工補助物(ケージ)や自家骨を挿入する。また、損傷したヘルニアの上下部位の脊椎骨に椎弓根スクリューを挿入及び固定した後、椎弓根スクリューにロッドを連結して脊椎骨の間の距離を確保することにより脊椎癒合(FUSION)が正常に行われるようにする方式が用いられている。また、上記のような椎間板ヘルニア以外に、脊椎管、神経根管または椎間孔が狭くなる脊椎管狭窄症、退行性脊椎疾患、脊椎骨折、脊椎奇形などの多様な脊椎に関連する疾病があり、ほとんどの脊椎疾患に脊椎癒合術が用いられる。
【０００６】
一方、脊椎癒合術のように椎弓根スクリューを脊椎骨に結合させる手術をするためには、手術器具の位置を正確に維持させるガイド装置が必要であり、このような脊椎手術用ガイド装置は「大韓民国登録実用新案公報20-0198708 Y1(2000.10.2.公開)」に開示されている。図１は、従来の脊椎手術用ガイド装置を示す平面図であり、固定部１、前記固定部１に固定されるポジション部２、前記ポジション部２と連結されるガイド部３からなり、手術器具４がガイド部３を貫通する。これにより、直線移動を除いた手術器具４の位置を制限する役割をする。
【０００７】
しかし、従来の脊椎手術用ガイド装置は、手術器具４の方向をガイドすること以外には特別な機能がない。よって、椎弓根スクリューを脊椎に植える場合のように手術器具４を操作するとき、手術者が手術器具４を直接回転させなければならないので、精巧であると共に一定の回転力の伝達が難しい問題点がある。
【０００８】
また、手術器具４が直線移動時にガイド部３との摩擦により振動が発生する問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明で解決しようとする課題は、手術器具の方向をガイドするだけでなく、自然な移動と自動回転をさせることができる脊椎手術用補助ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような課題を解決するための本発明による脊椎手術用補助ロボットは、手術器具をガイドする脊椎手術用補助ロボットであって、前記手術器具が貫通して結合される回転体が備えられる手術器具支持台と、前記手術器具支持台の一側に設けられるハンドルと、前記回転体を回転させる駆動部材と、前記手術器具支持台の他側に設けられて前記手術器具を前後に動作させるリニアガイドとを含んで構成されることを技術的な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による脊椎手術用補助ロボットは、手術器具が前後に移動するときに振動なしに滑らかに移動でき、一定の力で自動回転させることができるため、精巧な脊椎手術が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の脊椎手術用ガイド装置を示す平面図である。
【図２】本発明による脊椎手術用補助ロボットを示す斜視図である。
【図３】図２のＡ部分を拡大して示す斜視図である。
【図４】回転体の側断面図である。
【図５ａ】ホルダー及びホルダーガイドが締結される過程を示す回転体の側面図である。
【図５ｂ】ホルダー及びホルダーガイドが締結される過程を示す回転体の側面図である。
【図６】ホルダー及びホルダーガイドが締結されたことを示す回転体の側面図である。
【図７】図２のＢ部分を拡大して示す斜視図である。
【図８】本発明による脊椎手術用補助ロボットがロボットアームに適用されたことを示す斜視図である。
【発明の具体的な説明】
【００１３】
以下では本発明による脊椎手術用補助ロボットを、添付の図面を通じてさらに詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、脊椎手術用補助ロボットに関し、図２は本発明による脊椎手術用補助ロボットを示す斜視図、図３は図２のＡ部分を拡大して示す斜視図、図４は回転体の側断面図、図５ａ及び図５ｂはホルダー及びホルダーガイドが締結される過程を示す回転体の側面図、及び図６はホルダー及びホルダーガイドが締結されたことを示す回転体の側面図である。
【００１５】
本発明による脊椎手術用補助ロボットは、手術器具Ｔが貫通して結合される回転体１２が備えられる手術器具支持台１０と、手術器具支持台１０の一側に設けられるハンドル２０と、回転体１２を回転させる駆動部材３０と、手術器具支持台１０の他側に設けられて手術器具Ｔを前後に動作させるリニアガイド４０とで構成される。
【００１６】
以下では、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
手術器具支持台１０は、挿入された手術器具Ｔを支持する構成要素であって、内部に回転体１２が位置する。
【００１８】
回転体１２は、外周面に後述する駆動ギア３６と噛合する従動ギア１５と一側にホルダーガイド１６が備えられる第１パイプ１４、及びホルダーガイド１６に結合されるホルダー１９が備えられ、内部に手術器具Ｔが結合されて、第１パイプ１４と共に回転する第２パイプ１８からなり、手術器具Ｔを固定させて、回転できるようにする。
【００１９】
第１パイプ１４は、中空型のパイプ状である。
【００２０】
従動ギア１５は、図３に示すように第１パイプ１４の外周面に固定される。よって、後述する駆動ギア３６から従動ギア１５に回転力が伝達されて従動ギア１５が回転すれば、第１パイプ１４が共に回転する。
【００２１】
ホルダーガイド１６はリング状で形成され、第１パイプ１４の一側端に固定され、周りに挿入溝１６ａが形成される。
【００２２】
第２パイプ１８は、第１パイプ１４のように中空型のパイプ状であり、図４に示すように第１パイプ１４の内部に位置して第１パイプ１４と共に回転する。第２パイプ１８の内部には、手術器具Ｔが挿入されてボルト結合により堅固に固定される。
【００２３】
ホルダー１９は、第２パイプ１８の一側端、好ましくはホルダーガイド１６と対応する部分に形成される。ホルダー１９は、ホルダーガイド１６に結合されて係合し、このためにホルダー１９の周方向に沿って挿入溝１６ａと対応する結合突起１９ａが形成される。これにより、ホルダー１９の結合突起１９ａがホルダーガイド１６の挿入溝１６ａに結合されて第２パイプ１８が第１パイプ１４の回転に連動する。
【００２４】
また、必要に応じて第２パイプ１８なしに、ホルダー１９の内部に手術器具Ｔが固定されることもできる。
【００２５】
一方、挿入溝１６ａ及び結合突起１９ａは、図５ａ、図５ｂ及び図６に示すように「Ｌ」状に形成され得、これは、第２パイプ１８が第１パイプ１４に締結された後、直線方向に移動しないようにするためである。すなわち、図５ａの状態で、図５ｂに示すように結合突起１９ａが挿入溝１６ａに挿入された後、ホルダー１９が所定の角度に回転すれば、図６に示すように結合突起１９ａの折曲部分１９ｂが挿入溝１６ａの曲げ部分１６ｂに挿入されて手術器具Ｔが後側に離脱しない。
【００２６】
ハンドル２０は、手術器具支持台１０の一側に設けられて手術者(OPERATOR)が本発明による脊椎手術用補助ロボットを任意に移動させるための構成要素である。ハンドル２０は、手術器具Ｔが位置した内側空間を広く確保するために外側に折り曲がって形成されるのが望ましい。
【００２７】
駆動部材３０は、手術器具支持台１０と連結されて回転体１２を回転させる構成要素であって、モータ３１、及びモータ３１に連結される駆動ギア３６からなる。
【００２８】
モータ３１は、手術器具支持台１０と連結されて手術器具Ｔに回転力を供給する駆動源である。必要に応じてモータ３１は、ハンドル２０の内部に設けられたり、図２に示すように後述するガイドバー４８の内部に設けられて空間の効率性を増大させることができる。
【００２９】
駆動ギア３６は、手術器具支持台１０の従動ギア１５と噛合してモータ３１の回転力を手術器具Ｔに伝達する。
【００３０】
一方、本発明による脊椎手術用補助ロボットは、手術器具Ｔの回転を精巧に調節するために、モータ３１と駆動ギア３６との間に減速機をさらに具備することができ、前記減速機はモータ３１と連結されて、第１ギア３３が設けられる第１軸３２、第１ギア３３と対応する第２ギア３５と前記駆動ギア３６が設けられ、第１軸３２と並んで配置される第２軸３４、及び第１ギア３３及び第２ギア３５を連結するベルト３８からなる。
【００３１】
第１軸３２は、モータ３１と連結されてモータ３１の作動により回転する。また、第１軸３２には、第１ギア３３が固定されて第１軸３２と共に回転する。
【００３２】
第２軸３４は、図３に示すように第１軸３２と並んで配置され、第２軸３４の第１ギア３３と対向する位置に第２ギア３５が固設される。また、第１ギア３３と第２ギア３５には、ベルト３８が連結されて、第１ギア３３の回転力が第２ギア３５に伝達される。ここで、ベルト３８は、第１軸３２と第２軸３４との間の距離を効率的に広げる役割をする。すなわち、ベルト３８なしに同一の効果を導出するためには、中間にギアをさらに設ける必要があり、これにより構造が複雑になり、動力の損失が発生する問題が生じる。本発明は、第１ギア３３と第２ギア３５との間にベルト３８を設けて上記のような問題を最小化させる。
【００３３】
また、必要に応じてベルト３８の内側にラック(RACK)のように鋸歯が形成されたり、ベルト３８の中間にアイドラ(図示せず)を設けてギアとの密着力を高めることができる。
【００３４】
駆動ギア３６は、第２軸３４において従動ギア１５と噛合される位置に固設されてモータ３１から伝達された回転力を従動ギア１５に伝達する。また、従動ギア１５及び駆動ギア３６は、ヘリカルギアとして形成され、手術中、ギアの摩擦音を最小化させることができ、コントロールを精巧にすることができる。
【００３５】
一方、本発明による脊椎手術用補助ロボットは、駆動部材３０により手術器具Ｔが自動で回転することもできるが、必要に応じて手術者が直接手術器具ＴのハンドルＴ１を用いて手動で回転させることもできることは勿論である。
【００３６】
図７は、図２のＢ部分を拡大して示す斜視図である。
【００３７】
リニアガイド４０は、手術器具支持台１０に設けられて手術器具支持台１０に１自由度を付加する構成要素であって、具体的には手術器具支持台１０を前後に動作させる。
【００３８】
リニアガイド４０は、上面にガイドレール４３が形成されるベースプレート４２、ガイドレール４３に沿ってスライドするように結合されるスライディングブロック４５、及びスライディングブロック４５に結合されて前記手術器具支持台１０を支持するガイドバー４８からなる。
【００３９】
ベースプレート４２は、リニアガイド４０の基礎となる底である。ベースプレート４２の前方端部４２ａは、上部に突出して形成されて、後述するスライディングブロック４５が離脱しないようにする。
【００４０】
ガイドレール４３は、ベースプレート４２の上面に設けられるが、ベースプレート４２の長手方向に沿って形成される。ガイドレール４３は、単一の数よりは一対が備えられるのが安定性の側面で有利である。また、ガイドレール４３の両側面には、溝４３ａが形成される。
【００４１】
フック４４は、ベースプレート４２の上部の後方に設けられる。図７を参照すると、フック４４はレバーと共にベースプレート４２に軸結合され、前記軸にトーションスプリングのような弾性部材が結合されてフック４４が弾性的に作動する。また、フック４４は、終端に傾斜面４４ａが形成される。
【００４２】
スライディングブロック４５は、ガイドレール４３の溝４３ａの形状に合わせて形成され、ガイドレール４３に結合され、ガイドレール４３に沿って直線運動する。
【００４３】
係止突起４７は、フック４４の形状に対応するように終端に傾斜面４７ａが形成され、スライディングブロック４５の後方に形成される。これにより、スライディングブロック４５がガイドレール４３に沿って前後に移動してガイドレール４３の後端に到達すると、係止突起４７の傾斜面４７ａがフック４４の傾斜面４４ａに当接しながらフック４４を持ち上げた後、フック４４に締結される。よって、本発明による脊椎手術用補助ロボットは、手術器具支持台１０、ハンドル２０及び駆動部材３０が自重によりガイドレール４３に沿って任意に移動することを防止することができる。
【００４４】
ガイドバー４８は、一端がスライディングブロック４５に連結され、他端が手術器具支持台１０に連結されて手術器具支持台１０とスライディングブロック４５が連動されるようにする。本発明の実施例として、ガイドバー４８の内部に駆動部材３０が内蔵される。
【００４５】
図８は、本発明による脊椎手術用補助ロボットがロボットアームに適用されたことを示す斜視図である。
【００４６】
本発明による脊椎手術用補助ロボット１００は、図８に示すように多自由度を有するロボットアーム２００に結合されて多様な位置に移動され得る。また、マーカーＭが設けられて脊椎手術用補助ロボット１００の位置を追跡することができる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｔ：手術器具                Ｔ１：手術器具のハンドル
１０：手術器具支持台        １２：回転体
１４：第１パイプ                   １５：従動ギア
１６：ホルダーガイド        １６ａ：挿入溝
１８：第２パイプ                   １９：ホルダー
１９ａ：結合突起                   ２０：ハンドル
３０：駆動部材                     ３１：モータ
３２：第１軸                ３３：第１ギア
３４：第２軸                ３５：第２ギア
３６：駆動ギア                     ３８：ベルト
４０：リニアガイド          ４２：ベースプレート
４３：ガイドレール          ４４：フック
４４ａ、４７ａ：傾斜面             ４５：スライディングブロック
４７：係止突起                     ４８：ガイドバー
１００：脊椎手術用補助ロボット     ２００：ロボットアーム
【図１】
2017516629.tif 000003
【図２】
2017516629.tif 000004
【図３】
2017516629.tif 000005
【図４】
2017516629.tif 000006
【図５ａ】
2017516629.tif 000007
【図５ｂ】
2017516629.tif 000008
【図６】
2017516629.tif 000009
【図７】
2017516629.tif 000010
【図８】
2017516629.tif 000011
【国際調査報告】
2017516629.tif 000012
2017516629.tif 000013
2017516629.tif 000014
2017516629.tif 000015