KR100990992B1 - Angle and curvature of terminal adjustable micro endoscope - Google Patents
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Abstract
본 발명은 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 대한 것으로서, 특히 용도에 따라 삽입 튜브의 말단 각도를 180도로 절곡시킬 수 있으며 삽입 튜브의 말단 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 관한 것이다. 본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도로 절곡시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다. 본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.The present invention relates to a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end, and in particular, the end angle of the insertion tube can be bent by 180 degrees according to the use, and the end angle and curvature of the distal end that can adjust the end curvature of the insertion tube can be adjusted. Relates to a microscopic endoscope. The present invention can provide a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end to bend the end of the insertion tube at a desired angle by using a spring module, a cylinder and a wire. The present invention can be fixed in a bent state after bending the end of the insertion tube using a fixing device such as a worm gear, so that the user can easily and accurately observe the internal part of the human body to observe the end angle and curvature adjustment Possible microscopic endoscopes can be provided.
내시경, 삽입 튜브, 180도, 절곡, 스프링, 실린더 Endoscope, Insertion Tube, 180 Degree, Bending, Spring, Cylinder
Description
본 발명은 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 대한 것으로서, 특히 용도에 따라 삽입 튜브의 말단 각도를 180도로 절곡시킬 수 있으며 삽입 튜브의 말단 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 관한 것이다.The present invention relates to a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end, and in particular, the end angle of the insertion tube can be bent by 180 degrees according to the use, and the end angle and curvature of the distal end that can adjust the end curvature of the insertion tube can be adjusted. Relates to a microscopic endoscope.
내시경은 내장장기 또는 체강 내부를 직접 볼 수 있게 만든 의료기구로서, 수술을 하거나 부검을 하지 않고서는 직접 병변을 볼 수 없는 장기에 대하여 기계를 삽입하여 관찰하도록 고안된 기구이다. 이러한 내시경은 일반적으로 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경, 흉강경, 종격경, 심장경 등이 있다.Endoscopy is a medical device that allows the internal organs or the body cavity to be seen directly. The endoscope is a device designed to insert and observe a machine for organs that cannot be seen directly without surgery or autopsy. Such endoscopes generally include bronchoscopy, esophagus, gastroscopy, duodenum, rectal, bladder, laparoscopic, thoracoscopic, mediastinal, cardiac, etc.
이러한 내시경은 통상적으로 인체의 내부의 굴곡에 따라 휘어질 수 있도록 삽입 튜브가 유연성을 가지도록 제작되지만, 그 유연성에는 한계가 있다. 즉, 기존의 내시경은 사용자가 삽입 튜브의 절곡을 조절하는 것이 아니라, 인체 내부의 굴곡에 따라 삽입 튜브가 자연적으로 절곡되도록 제작되었다. 따라서, 기존의 내시경 은 환자의 인체 내부에 삽입되더라도 삽입 튜브를 사용자의 의도대로 절곡시킬 수 없으므로, 삽입 튜브의 말단에 구비된 카메라를 사용자가 원하는 방향으로 전환할 수 없는 문제점이 있었다.Such endoscopes are typically manufactured so that the insertion tube is flexible to bend according to the curvature of the inside of the human body, but its flexibility is limited. In other words, the conventional endoscope is manufactured so that the insertion tube is naturally bent according to the bending inside the human body, rather than the user controls the bending of the insertion tube. Therefore, the conventional endoscope cannot bend the insertion tube according to the user's intention even when inserted into the human body of the patient, there is a problem that the user can not switch the camera provided at the end of the insertion tube in the desired direction.
이러한 문제점을 해결하기 위해 일부 절곡이 가능한 내시경이 개발되었으나, 이 또한 절곡되는 각도 및 곡률에 제한이 있으며, 제한된 각도 내에서 절곡이 되더라도 그 상태로 고정시킬 수 없는 문제점이 있다.In order to solve this problem, an endoscope capable of some bending has been developed, but this also has a limitation in bending angle and curvature, and there is a problem in that it cannot be fixed in that state even when bending within a limited angle.
본 발명의 목적은 삽입 튜브의 말단 각도 및 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a micro endoscope capable of adjusting the end angle and curvature of the end tube, which can adjust the end angle and curvature of the insertion tube.
또한, 본 발명의 다른 목적은 삽입 튜브의 말단 각도를 조절한 후 고정시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end that can be fixed after adjusting the end angle of the insertion tube.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유연한 재질의 스프링 모듈과, 상기 스프링 모듈의 일단에 서로 이격되어 삽입된 적어도 하나 이상의 실린더와, 상기 스프링 모듈의 일단에 마련된 카메라와, 상기 스프링 모듈의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 둘레에 배치되는 적어도 하나 이상의 와이어를 포함하는 삽입 튜브; 및, 상기 와이어의 일단에 연결되어 상기 와이어를 긴장 또는 이완시키는 구동기를 포함하고, 상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도와 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경과 상기 삽입 튜브의 반지름 및 전체 노드의 수에 따라 상기 스프링 모듈의 자유장과 상기 실린더의 길이를 설정하며, 상기 노드는 하나의 실린더와 상기 하나의 실린더에 인접한 하나의 스프링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a spring module of a flexible material, at least one cylinder inserted into one end of the spring module spaced apart from each other, a camera provided at one end of the spring module, the longitudinal direction of the spring module An insertion tube comprising at least one wire disposed around the body along the perimeter; And a driver connected to one end of the wire to tension or relax the wire, the angle at which the end node of the insertion tube is bent, the radius of curvature at the time of bending of the insertion tube, the radius of the insertion tube, and the entire node. The free length of the spring module and the length of the cylinder are set according to the number, and the node includes one cylinder and one spring module adjacent to the one cylinder. Provide a micro endoscope.
상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도 θ1는 에 의해 구해지며, 상기 는 각 노드 말단의 절곡각 도이고, 상기 i는 노드의 번호이되 1부터 N까지의 값을 가지며, 상기 N은 전체 노드의 개수이다. 또한, 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경은 이며, 상기 X는 상기 삽입 튜브의 절곡 방향이고, 상기 D는 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률지름이며, 상기 Z는 상기 삽입 튜브의 길이 방향이다. The angle θ 1 at which the final node of the insertion tube is bent Obtained by the above Is the bending angle of the end of each node, i is the number of nodes, and has a value from 1 to N, where N is the total number of nodes. In addition, the bending radius of the insertion tube is X is the bending direction of the insertion tube, D is the bending radius of the insertion tube when bending, Z is the longitudinal direction of the insertion tube.
상기 스프링 모듈의 자유장 L은 이며, 상기 N은 전체 노드의 개수이고, 상기 r은 삽입 튜브의 반지름이며, 상기 은 상기 삽입 튜브 말단의 각도이다. 상기 실린더의 길이 P는 에 의해 구해지며, 상기 a는 이고, 상기 D는 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률지름이다.The free field L of the spring module N is the total number of nodes, r is the radius of the insertion tube, Is the angle of the insertion tube end. The length P of the cylinder Obtained by the above a D is a curvature diameter when the insertion tube is bent.
또한, 상기 구동기는 상기 삽입 튜브의 절곡 각도를 고정하는 고정 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 구동기는 양방향 모터와, 상기 양방향 모터의 동력을 와이어에 전달하는 롤러 및 절곡축을 포함하고, 상기 고정 장치는 상기 절곡축과 연결된다. 상기 고정 장치는 웜기어를 포함할 수 있다.In addition, the driver may further include a fixing device for fixing the bending angle of the insertion tube. The driver includes a bidirectional motor, a roller and a bending shaft for transmitting power of the bidirectional motor to a wire, and the fixing device is connected to the bending shaft. The fixing device may include a worm gear.
또한, 상기 와이어는 짝수개가 구비되어 서로 등간격으로 배치된다.In addition, the wires are provided with an even number and are arranged at equal intervals from each other.
본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도로 절곡시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.The present invention can provide a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end to bend the end of the insertion tube at a desired angle by using a spring module, a cylinder and a wire.
본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.The present invention can be fixed in a bent state after bending the end of the insertion tube using a fixing device such as a worm gear, so that the user can easily and accurately observe the internal part of the human body to observe the end angle and curvature adjustment Possible microscopic endoscopes can be provided.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. Like reference numerals in the drawings refer to like elements.
도 1은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 및 이의 동작 제어시스템을 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 몸체와 실린더와 와이어 간의 결합관계를 도시한 사시도이다.1 is a view illustrating a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end and an operation control system thereof according to the present invention. Figure 2 is a perspective view showing a coupling relationship between the body and the cylinder of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the terminal according to the present invention.
본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경은 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브 형태로 길게 형성되며 굽힘 가능하게 제작된 삽입 튜브(1000)와, 삽입 튜브(1000)를 조절하는 제어부(2000)를 포함한다. 이때, 삽입 튜 브(1000)는 인체 내부에 삽입되어 절곡될 수 있는 부분으로서, 절곡이 가능한 몸체(100)와, 몸체(100)에 끼워져 일정 간격으로 배치되는 실린더(200)와, 몸체(100)를 절곡시키기 위한 와이어(300)와, 카메라(150)를 포함한다. 또한, 제어부(2000)는 삽입 튜브(1000)의 절곡, 즉, 절곡을 조절하기 위한 것으로서, 구동기(400)와, 조작기(500) 및 고정 장치(미도시)를 포함한다.Micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end according to the present invention, as shown in Figure 1, the tube is formed long and bendable insertion tube 1000 and the control unit for adjusting the insertion tube 1000 (2000). At this time, the insertion tube 1000 is a portion that can be inserted and bent inside the human body, the
몸체(100)는 삽입 튜브(1000)가 유연성을 가지며 절곡이 가능하도록 하기 위한 것으로서, 이를 위해 본 실시예는 몸체(100)로 삽입 튜브(1000)의 형상에 대응되는 소정 길이를 갖는 스프링 형상의 탄성체, 즉, 스프링 모듈을 예시한다. 스프링 모듈은 스프링의 기본 성질에 의해 상하와 좌우로 탄력있게 절곡될 수 있으며, 자체적으로 원래 형상으로 돌아가려는 복원력을 가지게 된다. 또한, 이에 따라 삽입 튜브(1000)를 절곡시킨 후 다시 원래 형상으로 복원시킬 때 몸체(100)의 복원력에 의해 삽입 튜브(1000)는 원래의 형상으로 복원될 수 있다.The
실린더(200)는 와이어를 수납하여 몸체(100)의 절곡 및 복원을 보조하기 위한 것으로서, 몸체(100)가 삽입될 수 있도록 개구부(211)가 형성된 실린더몸체(210)와, 실린더몸체(210)를 관통하여 형성된 와이어홀(212)을 포함한다.The
실린더몸체(210)는 몸체(100)와 직접적으로 접하여 몸체(100)가 삽입되는 것으로서, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 합금 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 물론, 실린더몸체(210)는 알루미늄(Al)에만 한정되는 것은 아니며, 실린더몸체(210)가 갖는 목적에 부합된다면, 알루미늄(Al) 이외의 금속 또는 비금속으로 형성될 수 있다.The
와이어홀(212)은 실린더몸체(210)에 형성되어 와이어를 수납하기 위한 것으로서, 실린더몸체(210)의 개구부(211)의 개구방향과 동일한 방향으로 개구되도록 실린더몸체(210)를 관통하여 형성될 수 있다. 또한, 이러한 와이어홀(212)은 와이어의 개수에 대응되도록 형성되는 것이 효과적이나, 필요에 따라서 와이어홀(212)은 와이어 개수보다 많을 수도 있다.The
이와 같은 구조를 갖는 실린더는 몸체(100)의 길이 방향으로 삽입되되, 인체의 내부에 삽입되어 절곡 기능을 수행할 삽입 튜브(1000)의 말단에 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 실린더(200)는 삽입 튜브(1000)의 말단에 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 이격되어 삽입되며, 실린더 사이의 스프링 모듈이 절곡될 수 있도록 한다.The cylinder having such a structure is inserted in the longitudinal direction of the
한편, 본 발명은 내시경의 용도에 따라 설정되는 삽입 튜브(1000) 말단의 절곡각도와, 삽입 튜브(1000) 말단의 절곡 시 곡률반경과, 삽입 튜브(1000)의 반지름과, 삽입 튜브(1000)에 구비된 전체 노드의 수에 따라 실린더의 길이와 스프링 모듈의 길이를 결정할 수 있다. 하기에서는 이에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.On the other hand, the present invention is the bending angle of the end of the insertion tube 1000 is set according to the purpose of the endoscope, the radius of curvature when bending the end of the insertion tube 1000, the radius of the insertion tube 1000, and the insertion tube 1000 The length of the cylinder and the length of the spring module can be determined according to the total number of nodes provided in the. This will be described below with reference to the drawings.
도 3은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 스프링 모듈 휨을 나타낸 개념도이다. 이때, 도 3에서 F는 스프링 모듈에 가해지는 힘을 의미하며, L은 스프링 모듈의 자유장을 의미한다.Figure 3 is a conceptual diagram showing the insertion tube spring module bending of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end according to the present invention. At this time, in Figure 3 F means the force applied to the spring module, L means the free field of the spring module.
본 발명에 따른 스프링 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링 모듈의 일 측에 구비된 일 와이어를 당겼을 때 해당 부분의 스프링 모듈은 수축하며, 이에 따라 스프링 모듈의 일 와이어가 구비된 반대편은 인장된다. 또한, 이러한 구동에 의해 스프링 모듈이 일측으로 절곡된 형상을 구현할 수 있다. 여기서 스프링 모듈의 대칭성으로 인해 중심선인 자유장(L)의 길이는 항상 일정하다고 가정한다.As shown in FIG. 3, when the spring module according to the present invention pulls a wire provided on one side of the spring module, the spring module of the corresponding portion contracts, and thus, the opposite side of the spring module is provided. Is tensioned. In addition, the spring module may be bent to one side by this driving. Here, it is assumed that the length of the free field L, which is the center line, is always constant due to the symmetry of the spring module.
도 4는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최종 노드를 나타낸 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최초 노드를 나타낸 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브가 180도 절곡된 상태를 나타낸 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단 각도와 스프링 모듈의 한계 각도 사이의 관계를 도시한 개념도이며, 도 8은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 내부와 외부 한계 길이를 도시한 개념도이다. 여기서 P는 실린더의 길이, L은 스프링 모듈의 자유장, i는 노드의 번호, N은 전체 노드의 수, β는 삽입 튜브 말단의 절곡각도(=), 그리고 는 각 노드의 절곡각도를 나타낸다. 이때, 노드는 절곡이 가능한 구조의 기본 단위를 의미하며, 이는 하나의 실린더와 하나의 스프링 모듈을 포함한다.Figure 4 is a conceptual diagram showing the end node of the end of the insertion tube of the micro-endoscope adjustable angle and curvature according to the present invention, Figure 5 is the end of the insertion tube end of the micro-endoscope adjustable angle and curvature according to the present invention 6 is a conceptual diagram showing an initial node of FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a state in which an insertion tube of a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end according to the present invention is bent by 180 degrees, and FIG. 7 is an angle of the distal end according to the present invention and Conceptual view showing the relationship between the end angle of the insertion tube end of the micro-endoscope curvature adjustable and the limit angle of the spring module, Figure 8 is the inner and outer limits of the insertion tube of the micro endoscope capable of adjusting the end angle and curvature according to the present invention It is a conceptual diagram showing the length. Where P is the length of the cylinder, L is the free length of the spring module, i is the number of nodes, N is the total number of nodes, and β is the bending angle at the end of the insertion tube (= ), And Denotes the bending angle of each node. In this case, the node means a basic unit of the structure that can be bent, which includes one cylinder and one spring module.
도 4와 도 5를 참조하면, 삽입 튜브 각 노드의 절곡각도()는 기하학적 관계로부터 수식1과 같이 구해질 수 있다.4 and 5, the bending angle of each node of the insertion tube ( ) Can be obtained from Equation 1 as shown in Equation 1.
[수식 1][Equation 1]
수식 1과 같이 주어진 삽입 튜브 최종 노드의 각도()와, 삽입 튜브의 절곡 시 곡률반경(D/2)과, 삽입 튜브의 반지름(r) 및 전체 노드의 수(N)에 대하여 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)의 값을 결정하기 위해서 우선 삽입 튜브(1000)의 말단 위치를 구한다. 이는 도 4와 도 5의 기하학으로부터 삽입 튜브(1000)의 말단 노드와 내시경 최초 노드의 위치함수를 구할 수 있다. 이때, 내시경 말단 노드에서의 위치함수는 수식 2와 같다.The angle of the insertion tube end node given by Equation 1 ( ), The radius of curvature (D / 2) of the insertion tube, the radius (r) of the insertion tube and the total length (N) of the cylinder length (P) and the free length (L) of the spring module. To determine the value, first find the distal position of the insertion tube 1000. This can obtain the position function of the end node and the endoscope first node of the insertion tube (1000) from the geometry of Figs. At this time, the position function at the endoscope end node is shown in Equation 2.
[수식 2][Equation 2]
이때, Hi는 삽입 튜브(100)의 길이 방향(Z)에 대한 위치 함수이며, Wi는 삽입 튜브(1000)의 절곡 방향(X)에 대한 위치 함수를 나타낸다. 또한, 최초 노드에서의 위치함수는 수식 3과 같이 표현할 수 있다.In this case, H i is a position function in the longitudinal direction Z of the
[수식 3][Equation 3]
이때, 최초 노드에서의 위치함수(수식 3)에서 매개 변수 는 수식 4와 같다.In this case, the parameter in the position function at the first node (Equation 3) Is the same as Equation 4.
[수식 4][Equation 4]
따라서, 전체 삽입 튜브(1000) 메커니즘의 말단 위치는 수식 5와 같이 정리될 수 있다.Therefore, the distal position of the entire insertion tube 1000 mechanism can be arranged as shown in Equation 5.
[수식 5][Equation 5]
여기서, 전체 노드의 개수(N)와 삽입 튜브 최종 노드의 각도()는 내시경의 용도에 따라 설정되는, 즉, 주어지는 값이므로 도 4 및 도 5를 참조하면, 삽입 튜브의 길이 방향(Z)과 삽입 튜브의 절곡 방향(X)은 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)의 함수이다. 이때, 내시경의 삽입 튜브(1000)가 주어진 조건 곡률반경(D/2)로 절곡하기 위해서는 수식 6을 만족해야 한다.Where the total number of nodes (N) and the angle of the insertion tube end node ( ) Is set according to the purpose of the endoscope, i.e., given values, referring to FIGS. 4 and 5, the length direction Z of the insertion tube and the bending direction X of the insertion tube are the length of the cylinder P and the spring. It is a function of the free field (L) of a module. At this time, in order to bend the insertion tube 1000 of the endoscope to a given condition curvature radius (D / 2) must satisfy the formula (6).
[수식 6][Equation 6]
여기서, 본 발명은 내시경의 삽입 튜브(1000)의 말단이 180도의 각도로 절곡될 수 있어야 하므로, 삽입 튜브 최종 노드의 각도()는 180도로 주어진다. 또한, 이에 따라 수식 6은 수식 7과 같이 다시 정리할 수 있다.Here, since the end of the insertion tube 1000 of the endoscope should be able to be bent at an angle of 180 degrees, the angle of the insertion tube final node ( ) Is given 180 degrees. In addition, Equation 6 may be rearranged as in Equation 7 accordingly.
[수식 7][Formula 7]
도 7로부터 삽입 튜브 최종 노드의 각도()와 스프링 모듈의 한계 각도()의 관계식은 수식 8과 같이 정의될 수 있다. 이때, 스프링 모듈의 한계 각도()는 최대로 수축된 스프링 모듈의 일측 법선에 대해서 최대로 인장된 스프링 모듈의 타측과의 사이각, 즉, 스프링 모듈의 수축과 인장에 대한 최대 각도를 의미한다.The angle of insertion tube end node from FIG. ) And the limit angle of the spring module ( ) Can be defined as in Equation 8. At this time, the limit angle of the spring module ( ) Denotes an angle between the other side of the spring module that is maximum tension with respect to one normal of the spring module that is fully contracted, that is, the maximum angle with respect to the contraction and tension of the spring module.
[수식 8][Equation 8]
즉, 스프링 모듈의 한계 각도()와 삽입 튜브 최종 노드의 각도()는 서로 비례관계에 있으며, 노드 수가 증가할수록 스프링 모듈의 한계 각도()의 값은 감소한다. 도 8의 스프링 모듈 일측의 수축된 길이(k)는 수식 9와 같이 구할 수 있다.That is, the limit angle of the spring module ( ) And the angle of insertion tube end node ( ) Are proportional to each other, and the limit angle ( ) Decreases. The contracted length k of one side of the spring module of FIG. 8 may be obtained as shown in Equation 9.
[수식 9][Equation 9]
도 8의 수축된 영역의 삽입 튜브(1000)의 길이(Ls)는 스프링 모듈의 자유장(L)에서 스프링 모듈 양측의 수축된 길이(2k)를 뺀 값에 실린더의 길이(P)를 더하여 하나의 노드 길이를 구하고, 이를 전체 노드의 개수(N)로 곱하여 구할 수 있다. 또한, 자유장 영역의 삽입 튜브(1000)의 길이(Lc)는 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 더한 값에 전체 노드의 개수(N)를 곱하여 구할 수 있다. 또한, 이는 수식 10 및 수식 11과 같이 정리할 수 있다.The length L s of the insertion tube 1000 of the constricted region of FIG. 8 is The length of one node can be obtained by subtracting the contracted length (2k) of both sides of the spring module from the free field (L) of the spring module and adding the length of the cylinder (P) to multiply it by the total number of nodes (N). have. In addition, the length L c of the insertion tube 1000 of the free field region may be obtained by multiplying the length N of the total nodes by the length P of the cylinder and the free field L of the spring module. In addition, this can be summarized as in Equation 10 and Equation 11.
[수식 10][Equation 10]
[수식 11][Equation 11]
또한, 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 결정하기 위해서는 한가지 조건, 즉, 한 개의 스프링 모듈이 수축해야 하는 길이에 대한 정보가 더 필요하다. 이는 수식 10과 수식 11로부터 스프링 모듈 전체의 수축 길이를 구할 수 있고 이 값을 전체 노드의 개수(N)로 나누어서 구할 수 있다. 이것으로 스프링 모듈의 자유장(L)에 대한 한가지 조건, 즉, 한 개의 스프링 모듈이 수축해야 하는 길이에 대한 정보가 추가되고 그 조건은 수식 12와 같다.In addition, in order to determine the length (P) of the cylinder and the free field (L) of the spring module, more information is needed about one condition, that is, the length that one spring module should contract. This can be obtained by dividing the total length of the spring module from Equation 10 and Equation 11 by dividing this value by the total number of nodes (N). This adds information on one condition for the free field L of the spring module, that is, the length of one spring module to be shrunk, and the condition is expressed by Equation 12.
[수식 12]Equation 12
마지막으로 수식 7과 수식 12를 이용하여 스프링 모듈의 자유장(L)과 실린더의 길이(P)를 결정할 수 있다.Finally, the free field (L) and the length (P) of the spring module can be determined using Equations 7 and 12.
이와 같이 내시경의 용도에 따라 설정되는 삽입 튜브 최종 노드의 절곡각도()와, 삽입 튜브 말단의 절곡 시 곡률반경(D/2)과, 삽입 튜브의 반지름(r)과, 삽입 튜브에 구비된 전체 노드의 개수(N)가 주어질 때 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 결정할 수 있다.Thus, the bending angle of the end tube of the insertion tube set according to the purpose of the endoscope ( ), The length of the cylinder (P) and the spring when the radius of curvature (D / 2) at the end of the insertion tube, the radius of the insertion tube (r), and the total number of nodes (N) provided in the insertion tube are given. The free field L of the module can be determined.
한편, 와이어(300)는 사용자의 조작에 의해 몸체(100)를 절곡시키기 위한 것으로서, 적어도 하나 이상이 구비되어 각각이 몸체(100)의 길이 방향을 따라 실린더몸체(210)의 와이어홀(212)에 삽입된다. 즉, 도 2에서는 4개의 와이어(300), 즉, 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 내시경의 용도에 따라 와이어(300)의 개수는 가감될 수 있다. 이때, 제 1 와이어(310)는 제 4 와이어(340)와 대향되도록 배치되며, 제 2 와이어(320)는 제 3 와이어(330)와 대향되도록 배치되는 것을 예시한다.On the other hand, the
카메라(150)의 외부는 가시정보를 취득하기 위한 것으로서, 절곡되는 몸체(100)의 말단에 설치되는 것이 바람직하다.The outside of the
구동기(400)는 와이어(300)와 물리적으로 와이어(300)를 긴장 또는 이완시키기 위한 것으로서, 하나의 구동기(400) 당 두 개의 와이어(300)가 연결될 수 있다. 본 실시예는 네 개의 와이어가 구비되므로 구동기(400)는 두 개의 구동기, 즉, 제 1 및 제 2 구동기(410, 420)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 구동기(410)는 제 1 양방향 모터(411)와 제 1 절곡축(412) 및 제 1 롤러(413)를 포함하고, 제 2 구동기(420)는 제 2 양방향 모터(421)와 제 2 절곡축(422) 및 제 2 롤러(423)를 포함한다. 이러한 구동기(400)는 외부로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있으며, 제 1 및 제 2 구동기(410, 420)는 독립적으로 장력을 조절하기 위한 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동력을 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)과 제 1 및 제 2 롤러(413, 423)에 통해 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)에 전달할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작에 의해 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)는 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)에 감기거나 풀어져 몸체(100)를 절곡시키거나 원상태로 복귀시킬 수 있다.The
또한, 본 발명의 구동기(400)는 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 유지시키기 위해 고정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 고정 장치는 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 유지하기 위해 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)을 고정시키며, 웜기어 등과 같은 구성을 포함할 수 있다. 물론, 고정 장치는 사용자에 의해 온/오프 될 수 있으며, 이에 따라 삽입 튜브(1000)의 자유로운 상태 고정이 가능하다.In addition, the
조작기(500)는 구동기(400)를 제어하기 위한 것으로서, 이를 위해 구동기(400)와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 조작기(500)는 조이스틱 및 버튼 등과 같은 조작장치를 포함하여 사용자가 이를 이용해 몸체의 절곡방향을 제어할 수 있다. 물론, 조작기(500)에는 몸체의 절곡방향 정보에 따라 구동기(400)의 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작 정보가 미리 설정될 수도 있다.The
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 동작을 도 1을 참조하여 살펴보면, A 방향 또는 B 또는 C 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 미리 설정된 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작 정보에 따라 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 일부 또는 모두를 동작시킬 수 있다. 이때, 삽입 튜브(1000)의 말단을 B 방향으로의 절곡은 제 1 양방향 모터(411)를 일 방향으로 동작시켜 제 1 와이어(310)를 제 1 롤러(413)에 감아 제 1 와이어(310)를 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작에 의해 제 1 와이어(310)와 대향되게 마련된 제 4 와이어(340)가 제 1 와이어(310)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 스프링 모듈의 일측은 수축되고 타측은 인장되어 삽입 튜브(1000)의 말단이 B 방향으로 절곡될 수 있다.Looking at the operation of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the terminal according to the present invention having the above-described structure with reference to Figure 1, when bending the end of the insertion tube 1000 in the A direction or B or C direction, the manipulator The 500 may operate some or all of the first and second
또한, A 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 제 2 양방향 모터(432)를 타 방향으로 동작시켜 제 1 와이어(310)를 제 1 롤러(431)에 감아 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작에 의해 제 1 와이어(310)와 대향되게 마련된 제 4 와이어(340)가 제 1 와이어(310)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 스프링 모듈의 일측은 인장되고 타측은 수축되어 삽입 튜브(1000)의 말단이 A 방향으로 절곡될 수 있다.In addition, when the end of the insertion tube 1000 is bent in the A direction, the
또한, A 방향과 B 방향의 수직 방향인 C 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 제 2 양방향 모터(421)를 일 방향으로 동작시켜 제 2 와이어(320)를 제 2 롤러(423)에 감아 제 2 와이어(320)를 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작과 함께 제 2 와이어(320)와 대향되게 마련된 제 3 와이어(330)가 제 2 와이어(320)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 삽입 튜브(1000)의 말단이 C 방향으로 절곡될 수 있다.In addition, when the end of the insertion tube 1000 is bent in the C direction, which is the vertical direction of the A direction and the B direction, the
물론, 이와 같은 동작 외에 A 방향과 C 방향 사이와 같이 대각선 방향으로 삽입 튜브(1000)를 절곡시킬 경우 역시 조작기(500)를 이용해 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421) 중 적어도 어느 하나를 동작시켜 구현할 수 있다. 또한, 이러한 절곡동작 중 사용자가 필요할 경우, 예를 들어 사용자가 비강과 같은 부분을 내시경으로 관찰 할 때 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 고정시킨 후 자유롭게 관찰할 수 있다.Of course, in addition to this operation, when bending the insertion tube 1000 in a diagonal direction such as between the A direction and the C direction, at least one of the first and second
즉, 와이어(300)가 네 개일 경우 하나의 구동기의 동작에 의해 두 개의 와이어가 작동되어 삽입 튜브(1000)가 양방향으로 절곡될 수 있다. 또한, 두 개의 구동기의 동작에 의해 네 개의 와이어가 작동되어 삽입 튜브(1000)가 모든 방향으로 절곡될 수 있다.That is, when four
상술한 바와 같이, 본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도, 예를 들어, 180도로 절곡시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있다.As described above, the present invention can bend the end of the insertion tube using the spring module, the cylinder and the wire at an angle desired by the user, for example, 180 degrees. In addition, the present invention can be fixed in a bent state after bending the end of the insertion tube using a fixing device such as a worm gear, so that the user can easily and accurately observe the internal part of the human body to be observed.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙 련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit of the invention described in the claims below. I can understand.
예를 들어, 본 실시예는 삽입 튜브의 말단을 180도로 절곡하는 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 180도 이상 또는 그 이하로 삽입 튜브의 말단을 절곡시키고 이를 고정할 수 있다.For example, the present embodiment illustrates the bending of the end of the insertion tube by 180 degrees, but the present invention is not limited thereto, and the end of the insertion tube may be bent and fixed by 180 degrees or more.
도 1은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 및 이의 동작 제어시스템을 도시한 도면.1 is a view showing a micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end and an operation control system thereof according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 몸체와 실린더와 와이어 간의 결합관계를 도시한 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a coupling relationship between the body and the cylinder of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the terminal according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 스프링 모듈 휨을 나타낸 개념도.Figure 3 is a conceptual view showing the insertion tube spring module bending of the micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최종 노드를 나타낸 개념도.Figure 4 is a conceptual diagram showing the end node of the end of the insertion tube of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최초 노드를 나타낸 개념도.Figure 5 is a conceptual diagram showing the first node of the end of the insertion tube of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브가 180도 절곡된 상태를 나타낸 개념도.6 is a conceptual view showing a state in which the insertion tube of the micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end according to the present invention is bent 180 degrees.
도 7은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단 각도와 스프링 모듈의 한계 각도 사이의 관계를 도시한 개념도.Figure 7 is a conceptual diagram showing the relationship between the end angle of the insertion tube end of the micro endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the end according to the present invention and the limit angle of the spring module.
도 8은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 내부와 외부 한계 길이를 도시한 개념도.8 is a conceptual diagram showing the inner and outer limit length of the insertion tube of the micro-endoscope capable of adjusting the angle and curvature of the distal end according to the present invention.
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