KR100995246B1 - 지방흡입 수술용 로봇 - Google Patents

Abstract

지방흡입 수술용 로봇이 개시된다. 제어부와, 제어부로부터 소정의 제어신호를 수신하여 구동되는 로봇 암과, 로봇 암에 장착되며 일방향으로 연장되는 캐뉼라(cannula)와, 캐뉼라의 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 지방을 흡입하는 흡입부를 포함하는 지방흡입 수술용 로봇은, 로봇 암에 지방흡입용 캐뉼라를 장착하고 로봇 암을 구동시켜 캐뉼라를 이동시킴으로서, 의사가 많은 힘을 들이지 않고 간편하게 지방흡입 수술을 수행할 수 있다. 또한, 촉각센서, 각도센서 등을 사용하여 수술용 로봇을 자동으로 제어하고, 비젼부로부터 획득된 영상정보를 분석하여 수술 범위를 자동으로 설정하며, 캐뉼라의 선단에 촬상 카메라를 장착하고 그로부터 획득된 영상정보를 분석하여 흡입부의 작동을 자동으로 제어함으로써, 보다 편리하고 정확하며 안전하게 지방흡입 수술을 수행할 수 있다.

지방흡입, 수술, 로봇

Description

지방흡입 수술용 로봇{Surgical robot for liposuction}

본 발명은 지방흡입 수술용 로봇에 관한 것이다.

최근, 생활수준의 향상과 함께 복부비만 등을 치료하기 위해 지방흡입 수술에 대한 관심이 급증하고 있다. 지방흡입 수술은, 대롱처럼 생긴 캐뉼라(cannula)를 피하 지방 속에 삽입하고 0.5 내지 1.0 기압의 음(-)압을 가함으로써 체내에서 비대해진 지방 세포를 흡입하는 수술을 지칭한다. 즉, 사람의 피부는 가장 외측의 피부층, 중간의 지방층, 그리고 그 내측의 근육층으로 이루어지는데, 지방흡입 수술은 피부층과 근육층 사이에 있는 지방층을 흡입하여 배출하는 수술이다.

이러한 지방흡입 수술은 복부를 비롯하여 허벅지, 엉덩이, 종아리, 발목, 팔뚝뿐만 아니라 얼굴과 목의 지방 조직까지도 제거할 수 있으며, 남자의 여성형 유방이나 지방종 등을 제거하는 데까지 광범위하게 이용되고 있다.

종래의 지방흡입 수술은, 도 1에 도시된 것처럼, 지방을 흡입하고자 하는 피부에 작은 구멍을 뚫고 캐뉼라(12)를 삽입한 후 화살표로 표시된 것과 같이 캐뉼라(10)를 움직이면서 지방을 흡입하는 과정으로 진행된다. 캐뉼라(12)는 내부가 비어있는 관(管)형상으로 되어 있고 석션(suction)을 통해 캐뉼라(12) 내부에 음(-) 압을 걸어 지방을 체외로 추출해내는 것이다.

통상 지방흡입 수술에는 두세 시간 정도가 소요되는데, 수술과정 내내 의사가 캐뉼라 몸체(14)를 손으로 잡고 지방을 흡입하고자 하는 부위로 캐뉼라 끝을 가져다 대면서 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 움직여야 하기 때문에 수술을 수행하는 의사 입장에서는 상당히 힘든 수술이 된다. 또한, 최근에는 의사의 팔 움직임을 줄이기 위해 전동식 캐뉼라가 출시되기는 하였으나, 오히려 캐뉼라 몸체는 더 무거워져 수술의 편의성은 향상되지 못하고 있는 실정이다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은, 지방흡입용 캐뉼라를 수술용 로봇에 장착하여, 의사가 많은 힘을 들이지 않고 간편하게 지방흡입 수술을 할 수 있는 수술용 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제어부와, 제어부로부터 소정의 제어신호를 수신하여 구동되는 로봇 암과, 로봇 암에 장착되며 일방향으로 연장되는 캐뉼 라(cannula)와, 캐뉼라의 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 지방을 흡입하는 흡입부를 포함하는 지방흡입 수술용 로봇이 제공된다.

캐뉼라는 수술 환자의 피부에 천공된 구멍을 통해 캐뉼라 상의 소정의 지점까지 삽입되며, 로봇 암은 캐뉼라 상의 소정의 지점이 RCM(remote center of motion)이 되도록 구동될 수 있다. 이 경우, 캐뉼라가 삽입된 각도를 측정하는 각도센서를 더 포함하며, 제어부는 각도센서로부터 신호를 수신하여, 캐뉼라가 소정의 각도 범위를 유지하도록 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성할 수 있다.

캐뉼라의 선단에 가해지는 반력을 측정하는 촉각(haptic)센서를 더 포함하고, 제어부는 촉각센서로부터 신호를 수신하여, 로봇 암의 구동 범위를 제한하는 제어신호를 생성할 수 있다. 이 경우 제어부는 사용자 조작부에 연결되며, 제어부는 촉각센서로부터 신호를 수신하여, 사용자 조작부에서 알람(alarm) 신호를 발하도록 제어신호를 생성할 수 있다. 또한, 제어부는, 촉각센서로부터 수신된 신호보다 사용자 조작에 의해 수신된 신호를 우선하는 오버라이드(override) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부는 촉각센서로부터 수신된 신호에 상응하여, 사용자 조작부의 조작에 반력을 가하는 포스 피드백(force feedback) 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제어부는, 촉각센서로부터 수신된 신호를 기초로 하여 설정된 작동영역 내에서 흡입부가 움직이도록 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성할 수 있다.

캐뉼라의 선단은 수술 부위를 손상시키지 않도록 완만한 면으로 처리될 수 있다.

수술 부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 비젼부를 더 포함하며, 제어부 는 영상정보를 기초로 하여 설정된 작동영역 내에서 흡입부가 움직이도록 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성할 수 있다. 이 경우 작동영역은 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 설정될 수 있다. 한편, 제어부는 사용자가 미리 설정한 작동영역 내에서 흡입부가 움직이도록 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성할 수도 있다.

캐뉼라의 선단에는 촬상 카메라가 장착되고, 흡입부는 촬상 카메라로부터 수신된 영상정보에 상응하여 작동될 수 있다. 이 경우, 캐뉼라의 단부에는 수술 부위에 물을 분사하는 워터젯(water jet)부가 결합되며, 워터젯부는 영상정보에 상응하여 작동될 수 있다. 또한, 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하는 연산부를 더 포함하며, 흡입부는 연산부의 판단결과에 상응하여 작동될 수 있다.

한편, 연산부는, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 물질을 촬영하는 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터, 또는 체외로 배출되는 물질의 화학 성분을 검출하는 케미칼 센서에 의해 획득된 데이터로부터 출혈 정도를 판단할 수도 있다.

캐뉼라의 단부에는 흡입부를 통해 흡입된 지방을 분쇄하는 분쇄부가 형성될 수 있으며, 분쇄부는 캐뉼라에 작용하는 흡입력에 의해 회전하도록 형성될 수 있다. 한편, 캐뉼라는 캐뉼라 상의 소정의 지점에서 굴곡되는 구조로 형성될 수 있다.

캐뉼라는, 흡입부의 흡입 효율이 향상되도록 소정의 진동수로 진동될 수 있 다. 한편, 수술 부위의 지방의 양에 관한 데이터를 저장하는 저장부와, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 지방의 양을 측정하는 체적 센서와, 저장부에 저장된 데이터와 체적 센서로에 의해 측정된 데이터를 비교하여 수술이 진행된 정도를 도출하는 산출부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일방향으로 연장되며 그 단부에 흡입부가 형성된 캐뉼라를 로봇 암에 장착하여 지방흡입 수술을 하는 수술용 로봇에서 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 수술용 로봇에 의해 판독될 수 있는 기록 매체로서, (a) 흡입부가 수술 부위에 삽입되도록 로봇 암을 구동시키는 제1 제어신호를 생성하는 단계, (b) 수술 부위의 지방을 흡입하도록 흡입부를 작동시키는 제2 제어신호를 생성하는 단계, 및 (c) 흡입부가 소정의 작동영역 내의 지방을 흡입하면서 이동하도록 로봇 암을 구동시키는 제3 제어신호를 생성하는 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체가 제공된다.

수술용 로봇은 수술 부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 비젼부를 더 포함하며, 작동영역은 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 설정될 수 있다. 또한, 수술용 로봇에는 캐뉼라의 선단에 가해지는 반력을 측정하는 촉각(haptic)센서가 더 포함되고, 작동영역은 촉각센서로부터 수신된 신호를 기초로 하여 설정될 수 있다. 캐뉼라의 선단에는 수술 부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 촬상 카메라가 장착되고, 수술용 로봇은 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하는 연산부를 더 포함하며, 제3 제어신호는 연산부의 판단결과에 상응하여 생성될 수 있다. 단계 (c)는, 수술 부위의 지 방의 양에 관하여 미리 저장된 데이터와, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 지방의 양을 측정하여 획득된 데이터를 비교하여 수술이 진행된 정도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 일방향으로 연장되며 그 단부에 흡입부가 형성된 캐뉼라를 로봇 암에 장착하여 지방흡입 수술을 하는 방법으로서, (a) 로봇 암을 구동시켜, 흡입부가 수술 부위에 삽입되도록 하는 단계, (b) 흡입부를 작동시켜 수술 부위의 지방이 흡입되도록 하는 단계, 및 (c) 로봇 암을 구동시켜, 흡입부가 소정의 작동영역 내의 지방을 흡입하면서 이동하도록 하는 단계를 포함하는 지방흡입 수술방법이 제공된다.

작동영역은, 수술 부위를 촬영하여 획득된 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 설정되거나, 캐뉼라의 선단에 가해지는 반력을 측정하여 도출된 데이터로부터 설정될 수 있으며, 단계 (c)는, 캐뉼라의 선단에 장착된 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하고, 그 판단 결과에 상응하여 수행될 수 있다. 단계 (c)는, 수술 부위의 지방의 양에 관하여 미리 저장된 데이터와, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 지방의 양을 측정하여 획득된 데이터를 비교하여 수술이 진행된 정도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 로봇 암에 지방흡입용 캐뉼라를 장착하고 로봇 암을 구동시켜 캐뉼라를 이동시킴으로서, 의사가 많은 힘을 들이지 않고 간편하게 지방흡입 수술을 수행할 수 있다. 또한, 촉각센서, 각도센서 등을 사용하여 수술용 로봇을 자동으로 제어하고, 비젼부로부터 획득된 영상정보를 분석하여 수술 범위를 자동으로 설정하며, 캐뉼라의 선단에 촬상 카메라를 장착하고 그로부터 획득된 영상정보를 분석하여 흡입부의 작동을 자동으로 제어함으로써, 보다 편리하고 정확하며 안전하게 지방흡입 수술을 수행할 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지방흡입 수술용 로봇을 나타낸 개요도이고, 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지방흡입 수술용 로봇을 나타낸 개요도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제어부(10), 로봇 암(20), 캐뉼라(30), 흡입부(32), 촉각센서(38)가 도시되어 있다.

본 실시예는, 지방흡입용 캐뉼라를 사람이 드는 대신 수술용 로봇의 암에 장착한 것으로, 수술용 로봇의 각종 자동 제어 기능을 활용하여 지방흡입 수술을 보다 간편하고 정확하며 안전하게 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 실시예에 따른 로봇은, 제어부(10)로부터 제어신호를 수신하여 구동되는 로봇 암(20)에 캐뉼라(cannula)(30)가 장착된 구조로 이루어지며, 캐뉼라(30)는 일방향으로 연장되며 그 단부에는 수술 부위에 삽입되어 지방을 흡입하는 흡입 부(32)가 형성되어 있다. 캐뉼라(30)는 관(管)형상의 부재로서, 4mm 이하의 직경을 갖는 관을 사용함으로써 피부에 삽입하는 과정에서 흉터가 남지 않도록 할 수 있다.

본 실시예에 따른 제어부(10)는 수술용 로봇을 구동시키기 위한 제어신호를 생성, 전송하는 부분으로서 마이크로프로세서를 장착한 로봇이나 컴퓨터 등의 형태로 구현될 수 있으며, 후술하는 것처럼 사용자에 의한 조작이나 각종 센서로부터 전송된 신호를 수신하여 로봇의 구동에 필요한 제어신호를 생성하는 역할을 할 수 있다.

또한, 후술하는 비젼부나 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보의 수신, 처리, 분석 및 캐뉼라(30)에 작용하는 석션의 작동 등을 제어하는 프로세서가 통합된 형태로 구현될 수도 있다.

수술용 로봇 암(20)에 캐뉼라(30)를 장착하여 수술을 수행할 경우, 캐뉼라(30)의 움직임에 의해 환자의 피부가 손상되거나, 역으로 환자의 피부에 간섭되어 캐뉼라(30)를 자유롭게 움직이지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 캐뉼라(30) 상의 소정 위치를 가상의 회동 중심점을 설정하고 이 점을 중심으로 캐뉼라(30)가 회동하도록 로봇 암(20)을 제어할 수 있는데, 이러한 가상의 중심점을 '원격중심' 또는 'RCM(remote center of motion)'이라 한다.

즉, 본 실시예에 따라 로봇 암(20)에 장착된 캐뉼라(30)는 수술 과정에서 환자의 피부에 천공된 구멍을 통해 캐뉼라(30) 상의 소정의 지점(도 2a의 'R')까지 삽입되는데, 이 점이 원격중심이 되도록 로봇 암(20)에 RCM 기능을 부여하여 구동 시킴으로써, 로봇 암(20)에 장착된 캐뉼라(30)를 자유롭게 회동시키면서 지방흡입 수술을 수행할 수 있는 것이다. 이 경우, 로봇 암(20)에 장착된 캐뉼라(30)는 로봇 암(20)의 구동에 따라 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 자유롭게 움직이면서 지방을 흡입해내게 된다. 예를 들어, 환자의 피부에 천공된 구멍을 중심으로, 캐뉼라(30)가 원뿔 형태의 궤적을 그리면서 360도 회전을 하는 등 RCM 포인트를 중심으로 회동하면서 지방을 흡입해낼 수 있다.

다만, 본 실시예에 따라 RCM이 구현된 로봇 암이 반드시 도 2a, 도 2b에 도시된 것과 같은 형상 및 구조로 구성되어야 하는 것은 아님은 물론이다.

한편, 캐뉼라(30)가 피부에 삽입된 각도가 일정 각도(예를 들면, 도 2a의 'A') 이상인 경우에는 캐뉼라(30)의 선단이 근육에 침습되는 사고가 발생할 수 있으므로, 캐뉼라(30)가 피부에 삽입된 각도를 검출할 수 있는 각도센서(미도시)를 설치하고, 각도센서로부터 신호를 수신하여 캐뉼라(30)가 일정 각도 이상으로는 동작하지 않도록, 즉 캐뉼라(30)가 미리 설정된 각도 범위 내에서만 작동되도록 로봇 암(20)을 구동시킬 수 있다.

한편, 지방흡입 과정에서 캐뉼라(30)를 무리하게 움직일 경우 지방층 외에 피부층이나 근육층이 손상될 우려가 있으며, 이를 방지하기 위해 캐뉼라(30)의 선단, 즉 끝부분을 뭉툭한 형상으로 제작하거나 완만한 면으로 처리함으로써, 어느 정도까지는 과도한 힘이 가해지더라도 피부층이나 근육층이 뚫리지 않는 등 수술 부위가 무리하게 손상되지 않도록 할 수 있다.

또한, 이를 방지하기 위해, 도 2b에 도시된 것처럼, 로봇 암(20)에 캐뉼 라(30)가 장착되는 부위 등 적절한 위치에 촉각(haptic)센서(38)를 설치하여, 캐뉼라(30)의 선단에 가해지는 반력을 센싱하도록 할 수 있다. 로봇 암(20)을 제어하는 제어부(10)는 촉각센서(38)로부터 센싱된 신호를 수신하여, 캐뉼라(30)의 끝부분에 정해진 것보다 큰 힘이 걸리는 경우, 예를 들어 캐뉼라(30)의 끝부분이 피부조직이나 근육조직에 닿은 경우에는, 더 이상 캐뉼라(30)를 전진시키지 않도록 로봇 암(20)의 구동 범위를 제한할 수 있다.

이는, 피부와 근육은 상당히 질긴 편인 반면 지방 조직은 상대적으로 부드러우므로 캐뉼라(30)의 끝부분이 닿는 부위에 따라 캐뉼라(30)에 가해지는 반력이 달라지는 특성을 이용한 것으로서, 촉각센서(38)는 캐뉼라(30) 끝단의 반력을 검출함으로써, 수술용 로봇이 자동으로 피부와 근육을 감지할 수 있도록 하며, 이에 따라 자동으로 로봇 암(20)이 캐뉼라(30)를 움직이면서 지방흡입 수술을 진행할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 수술용 로봇에는 사용자 조작부가 연결될 수 있는데, 이 경우 의사는 사용자 조작부에 설치된 3차원 조이스틱 등을 이용하여 로봇 암(20)이 전, 후, 좌, 우, 상, 하 동작을 하도록 제어할 수 있다. 이처럼 의사가 로봇을 조작하는 도중에 캐뉼라(30)의 선단부가 지방이 아닌 피부나 근육에 닿을 경우, 이는 촉각센서(38)에 의해 감지되며, 촉각센서(38)로부터의 신호에 따라 사용자 조작부에서 경고음 등 적절한 알람(alarm) 신호를 발하도록 하여 캐뉼라(30)가 더 이상 전진하지 않도록 할 수 있다.

이처럼, 자동으로 피부, 지방, 근육을 감지하여 흡입부(32)가 지방층에서만 움직이도록 제어할 수 있는데, 경우에 따라서는 의사가 판단하기에 흡입부(32)가 지방조직에 위치하고 있음에도 불구하고 촉각센서(38)는 이를 피부나 근육으로 인식하여 로봇 암(20)이 더 이상 전진하지 않도록 하는 오류가 발생할 수도 있다.

이에 대해 본 실시예에 따른 수술용 로봇은 촉각센서(38)로부터 수신된 신호보다 사용자 조작에 의해 수신된 신호를 우선하는, 즉 필요에 따라서는 의사가 로봇을 강제로 작동시킬 수 있도록 하는 '오버라이드(override)' 기능을 포함할 수도 있다.

나아가, 촉각센서(38)로부터 수신된 신호에 따라 사용자 조작부에 설치된 조이스틱 등의 조작에 대해 반력이 가해지도록 함으로써, 의사가 손으로 시술할 때의 느낌을 재현하도록 하는 '포스 피드백(force feedback)' 기능을 포함할 수도 있다. 즉, 캐뉼라(30)의 선단부가 지방이 아닌 피부나 근육에 닿을 경우, 촉각센서(38)가 이를 감지하여 조이스틱 등에 그 힘이 반향되도록 하는 기능을 탑재함으로써, 캐뉼라(30)의 끝단에서 느껴지는 반력을 조이스틱에서도 느낄 수 있도록 하여 마치 의사가 직접 손으로 시술하는 것과 같은 느낌이 재현되도록 할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 수술용 로봇은, 의사가 수동으로 3차원 조이스틱 등을 조작하여 구동할 수도 있고, 정해진 작동영역 내에서 흡입부(32)가 자동으로 지방층을 찾아 움직이도록 제어할 수도 있으며, 사전에 미리 작동영역을 지정하여 그 범위 내에서만 움직이도록 할 수도 있다.

이 때, 흡입부(32)가 움직이는 범위, 즉 작동영역을 지정하기 위해서는 다양한 제어방법이 적용될 수 있는데, 예를 들어, 수술 부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 카메라나 복강경 등의 비젼(vision)부를 설치하고, 비젼부로부터 획득된 영상정보를 기초로 작동영역을 설정함으로써 그 범위 내에서 흡입부(32)가 움직이도록 로봇 암(20)을 구동시킬 수 있다. 즉, 비젼부로부터 촬영된 이미지를 모니터 화면으로 보면서 마우스나 터치스크린 등의 입력수단으로 화면에 표시를 함으로써 작동영역을 지정할 수 있다.

또한, 비젼부로부터 획득된 영상정보를 이미지 프로세싱하여 자동으로 지방층이 분포하는 영역을 검출함으로써, 작동영역이 지정되도록 할 수도 있다.

나아가, 캐뉼라(30)를 체내에 삽입하기 전에 의사가 미리 로봇 암(20)을 구동시켜 소정의 범위를 입력시켜 놓고, 그 입력된 범위 내에서만 로봇 암(20)이 구동되도록 설정함으로써 흡입부(32)가 작동영역 내에서만 움직이도록 제어할 수도 있다.

즉, 수술 전에 미리 로봇에 캐뉼라(30)를 장착하고 이것을 수동으로 움직임으로써, 캐뉼라(30)가 움직일 수 있는 범위를 로봇에 미리 입력시키고, 수술시에 로봇 암(20)은 미리 입력된 범위 내에서만 동작하도록 할 수 있는데, 예를 들어, 캐뉼라(30)의 끝단에 펜을 묶어 놓고 지방흡입을 하고자 하는 부분의 범위를 펜으로 그리는 동작을 입력시켜 놓으면, 그 동작을 로봇이 인식하였다가 입력된 범위 내에서만 캐뉼라(30)가 작동되도록 할 수 있는 것이다.

또한, 전술한 촉각센서(38)로부터 피드백된 신호를 수신하여, 이를 기초로 흡입부(32)가 움직일 수 있는 작동영역을 설정할 수도 있다.

한편, 지방흡입 수술 과정에서, 의사는 오른손으로는 조이스틱 등을 잡고 로봇을 조작하고, 왼손으로는 캐뉼라(30)의 끝부분이 위치하는 지점의 피부를 만지면서 감촉을 통해 현재의 위치가 피부인지, 근육인지, 지방인지, 즉 로봇이 정확한 위치에서 수술을 하고 있는지를 확인할 수 있다.

이를 자동으로 제어하기 위해, 본 실시예에 따른 캐뉼라(30)의 선단에는 초소형 카메라 등을 장착하여 캐뉼라(30)의 끝단이 지방조직에 위치하고 있는지를 확인할 수 있다. 즉, 캐뉼라(30)의 선단에 장착된 촬상 카메라로부터 영상정보를 수신하고 그에 상응하여 흡입부(32)의 작동을 제어할 수 있는 것이다.

예를 들어, 캐뉼라(30)의 끝부분에 워터젯(water jet)부를 장착하여 물을 분사하면서 지방흡입을 하는 수술의 경우, 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보를 통해 현재 캐뉼라(30)의 선단이 위치하는 지점이 지방인지 아닌지를 분별해가면서, 필요한 경우 자동으로 물이 분사되도록 제어할 수 있다.

또한, 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보를 이미지 프로세싱하여 출혈이 있는지 또는 출혈의 정도를 판단할 수 있는데, 예를 들어 영상정보 화면을 분석하여 붉은색이 차지하는 비율이 어느 정도 이상이면 출혈로 판단하여 로봇의 동작이 멈추도록(및/또는 흡입부(32)의 작동이 정지되도록) 제어할 수 있다.

로봇의 동작을 멈추도록 하기 위해 출혈을 감지하는 방법으로는, 전술한 것처럼, 캐뉼라(30)의 끝단에 카메라를 장착하고 그로부터 획득된 영상을 분석하여 출혈을 감지하는 방법이외에, 흡입된 지방을 배출하는 출구 등에 카메라를 설치하여 빠져나가는 물질의 색상으로부터 출혈 유무를 감지하는 방법, 배출구 등에 화학적 센서를 장착하여 흡입한 지방조직 중에서 혈액의 비율이 특정 비율 이상인 경우 를 감지하는 방법 등이 사용될 수 있다.

즉, 출혈 여부나 출혈 정도는, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 물질을 촬영하는 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보에 대해 이미지 분석을 하여 도출되는 데이터, 또는 체외로 배출되는 물질의 화학 성분을 검출하는 케미칼 센서에 의해 획득된 데이터로부터 판단될 수 있다.

이처럼, 각종 데이터를 분석하여 출혈 정도를 판단하기 위한 연산부는 별도의 장치로 구성하거나, 로봇의 제어를 위한 마이크로프로세서에 통합하여 구성할 수도 있다.

도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐뉼라의 단부를 나타낸 확대도이고, 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐뉼라의 단부를 나타낸 확대도이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 캐뉼라(30), 흡입부(32), 분쇄부(34), 프로펠러(39)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 캐뉼라(30)의 끝단에 형성되는 흡입부(32)는 단순히 흡입 기능을 수행하도록 제작할 수 있으며, 나아가 흡입된 지방조직을 분쇄할 수 있도록 드릴 날 등의 분쇄부(34)를 추가로 형성할 수도 있다.

분쇄부(34)는, 도 3a에 도시된 것처럼, 흡입부(32)의 안쪽에 설치되는 드릴 날의 형태로 구현될 수 있는데, 드릴 날을 회전시킴으로써 흡입된 지방을 분쇄할 수 있다. 분쇄부(34)는 전동식으로 회전시킬 수 있다.

한편, 도 3b에 도시된 것처럼, 캐뉼라(30) 내에 드릴 날 등의 분쇄부(34)을 설치하고 이를 프로펠러(39) 등에 연결함으로써, 석션에 의한 압력차로 프로펠 러(39)를 회전시키고 그에 연동하여 캐뉼라(30) 내의 드릴 날이 회전하도록 할 수도 있다.

본 실시예에 따라 로봇 암(20)에 장착되는 캐뉼라(30)는, 기존의 지방흡입용 수동식 캐뉼라를 그대로 활용하여 로봇 암(20)에 장착시킬 수 있는 구조로 변형시키거나, 로봇 암(20)의 형상 및 구조에 대응하여 설계된 전용 캐뉼라의 형태로 제작할 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 캐뉼라(30)는 중간 지점에서 굴곡되는 구조로 구성할 수 있으며, 이 경우 직선 형상의 캐뉼라(30)에서처럼 RCM을 구현하지 않더라도, 피부에 천공된 구멍을 통해 삽입된 상태에서 굴곡된 캐뉼라(30)의 선단부를 자유롭게 회전시킬 수 있으므로, 보다 넓은 영역에서 지방을 흡입해낼 수 있다.

한편, 캐뉼라(30)가 일정 범위 내에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 진동하도록 함으로써 지방흡입 효율을 극대화할 수 있다. 캐뉼라(30)가 소정의 진동수로 진동하도록 하기 위해서는, 캐뉼라(30)에 진동 기구(機構)를 부가하는 방법, 캐뉼라(30)가 장착된 로봇 암(20)에 진동 기능을 구현하여 캐뉼라를 진동시키는 방법 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.

캐뉼라(30)를 체내에 삽입하여 석션으로 지방을 흡출하는 과정에서 흡출되는 지방의 양을 측정하는 부피 센서를 더 설치하면, 화면의 모니터 등을 통해 수술의 진행 상황이 어느 정도인지 보여줄 수 있다.

즉, 수술 부위의 지방의 양에 관한 데이터를 저장부에 미리 저장해 놓고, 흡출되는 지방의 양을 체적 센서로 측정하여, 저장된 데이터와 측정된 데이터를 실 시간으로 비교하여 수술 진행 정도를 파악해 가면서 수술을 진행할 수 있다. 수술의 진행율은 사용자 조작부에 설치된 모니터 등에 표시되도록 할 수 있다.

수술 부위의 지방의 양은 시술을 하려는 부위의 면적과 지방층을 두께로부터 3차원적인 부피로서 알 수 있으므로, 석션으로 뽑아내는 지방의 양을 수술 부위의 전체 지방의 양과 비교함으로써 현재 진행률을 알 수 있다. 이처럼 부피 센서를 사용하여 흡출되는 지방의 양을 측정하게 되면, 로봇이 움직인 궤적에 따라 어느 위치에서 얼마만큼의 지방이 흡출되는지도 파악할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지방흡입 수술방법을 나타낸 순서도이다.

본 실시예는 전술한 지방흡입용 수술용 로봇을 사용하여 수술을 수행하는 방법에 관한 것으로, 먼저 캐뉼라(30)가 장착된 로봇 암(20)을 구동시켜, 캐뉼라(30)의 단부, 즉 흡입부(32)가 원하는 수술 부위에 삽입되도록 한다(S10).

다음으로, 캐뉼라(30)에 음(-)압을 걸어 흡입부(32)를 통해 수술 부위의 지방을 흡입한다(S20). 이 과정에서 로봇 암(20)을 구동시켜 흡입부(32)가 지정된 작동영역 내에서 움직이면서 지방을 흡입하도록 하여(S30), 원하는 부위의 지방을 흡입, 제거한다.

흡입부(32)가 움직이는 범위, 즉 작동영역은 전술한 바와 같이 비젼부로 수술 부위를 촬영하여 영상정보를 획득하고 그 획득된 이미지를 분석하여 자동으로 설정되도록 할 수 있으며, 이에 따라 본 실시예에 따른 수술용 로봇은 자동으로 지방층을 검출하여 지방흡입 수술을 수행하게 된다.

다만, 작동영역을 설성하기 위해 반드시 비젼부로부터 획득된 영상정보를 이미지 분석해야 하는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 촉각센서(38)로부터 피드백된 신호를 수신하여, 이를 기초로 흡입부(32)가 움직일 수 있는 작동영역을 설정할 수도 있음은 물론이다.

나아가, 캐뉼라(30)의 선단에 촬상 카메라를 장착하여 지방흡입을 수행하고 있는 부위의 영상정보를 획득할 수 있으며, 그 획득된 이미지를 분석하여 출혈이 있는지 또는 출혈 정도는 어떠한지 등을 판단하고, 그 결과에 따라 흡입부(32)가 작동 또는 정지하도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 수술용 로봇은 자동으로 출혈여부를 감지하여 지방흡입 수술을 진행 또는 중지하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이, 수술 부위의 지방을 미리 파악해 놓고, 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 지방의 양을 실시간으로 측정하면, 측정된 데이터와 미리 파악된 데이터를 비교하여 수술이 진행된 정도를 실시간으로 산출, 표시해 가면서 수술을 진행할 수 있다.

한편, 전술한 지방흡입 수술방법은 수술용 로봇 자체에 내장된, 또는 로봇의 외부에 설치되어 로봇과 연결되는 마이크로프로세서 등의 디지털 처리 장치에 의해 판독되어 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 지방흡입 수술 과정을 나타낸 도면.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지방흡입 수술용 로봇을 나타낸 개요도.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지방흡입 수술용 로봇을 나타낸 개요도.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐뉼라의 단부를 나타낸 확대도.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐뉼라의 단부를 나타낸 확대도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지방흡입 수술방법을 나타낸 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제어부 20 : 로봇 암

30 : 캐뉼라 32 : 흡입부

34 : 분쇄부 38 : 촉각센서

39 : 프로펠러

Claims (32)

1. 수술용 로봇을 구동에 필요한 제어신호를 생성하는 제어부와;

   상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 구동되는 로봇 암과;

   상기 로봇 암에 장착되며 일방향으로 연장되어 수술 환자의 피부에 천공된 구멍을 통해 소정 지점까지 삽입되는 캐뉼라(cannula)와;

   상기 캐뉼라의 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 지방을 흡입하는 흡입부와;

   상기 캐뉼라의 선단에 가해지는 반력을 측정하는 촉각(haptic)센서를 포함하되,

   상기 로봇 암은, 상기 캐뉼라 상의 소정 지점이 RCM(remote center of motion)이 되도록 구동되고,

   상기 제어부는, 상기 촉각센서로부터 수신된 신호를 기초로 하여 설정된 작동영역 내에서 상기 흡입부가 움직이도록 상기 로봇 암의 구동 범위를 제한하는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 캐뉼라가 삽입된 각도를 측정하는 각도센서를 더 포함하며,

   상기 제어부는 상기 각도센서로부터 신호를 수신하여, 상기 캐뉼라가 소정의 각도 범위를 유지하도록 상기 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 사용자 조작부에 연결되며, 상기 제어부는 상기 촉각센서로부터 신호를 수신하여, 상기 사용자 조작부에서 알람(alarm) 신호를 발하도록 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 촉각센서로부터 수신된 신호보다 사용자 조작에 의해 수신된 신호를 우선하는 오버라이드(override) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 사용자 조작부에 연결되며, 상기 제어부는 상기 촉각센서로부터 수신된 신호에 상응하여, 상기 사용자 조작부의 조작에 반력을 가하는 포스 피드백(force feedback) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 캐뉼라의 선단은 수술 부위를 손상시키지 않도록 완만한 면으로 처리된 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
10. 수술용 로봇을 구동에 필요한 제어신호를 생성하는 제어부와;

    상기 제어부로부터 제어신호를 수신하여 구동되는 로봇 암과;

    상기 로봇 암에 장착되며, 일방향으로 연장되어 수술 환자의 피부에 천공된 구멍을 통해 소정 지점까지 삽입되는 캐뉼라(cannula)와;

    상기 캐뉼라의 단부에 형성되며, 수술 부위에 삽입되어 지방을 흡입하는 흡입부와;

    상기 캐뉼라의 선단에 장착되며, 수술 부위를 촬영하여 영상정보를 제공하는 비젼부를 포함하되,

    상기 로봇 암은, 상기 캐뉼라 상의 소정 지점이 RCM(remote center of motion)이 되도록 구동되고,

    상기 제어부는, 상기 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 설정된 작동영역 내에서 상기 흡입부가 움직이도록 상기 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성하며,

    상기 흡입부는 상기 영상정보로부터 상기 캐뉼라의 선단이 지방조직에 위치하는 것으로 확인되는 경우에 작동되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
11. 삭제
12. 제10항에 있어서,

    상기 제어부는 사용자가 미리 설정한 작동영역 내에서 상기 흡입부가 움직이도록 상기 로봇 암을 구동시키는 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
13. 삭제
14. 제10항에 있어서,

    상기 캐뉼라의 단부에는 수술 부위에 물을 분사하는 워터젯(water jet)부가 결합되며, 상기 워터젯부는 상기 영상정보에 상응하여 작동되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
15. 제10항에 있어서,

    상기 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하는 연산부를 더 포함하며,

    상기 흡입부는, 상기 연산부에 의해 미리 설정된 기준치 이상의 출혈이 있는 것으로 판단될 경우, 그 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
16. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 물질을 촬영하는 촬상 카메라와, 상기 촬상 카메라로부터 획득된 영상정보에 대한 이미지 분석을 통해 도출된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하는 연산부를 더 포함하되,

    상기 흡입부는, 상기 연산부에 의해 미리 설정된 기준치 이상의 출혈이 있는 것으로 판단될 경우, 그 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
17. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 물질의 화학 성분을 검출하는 케미칼 센서와, 상기 케미칼 센서에 의해 획득된 데이터로부터 출혈 정도를 판단하는 연산부를 더 포함하되,

    상기 흡입부는, 상기 연산부에 의해 미리 설정된 기준치 이상의 출혈이 있는 것으로 판단될 경우, 그 작동이 정지되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
18. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    수술 부위의 지방의 양에 관한 데이터를 저장하는 저장부와;

    상기 흡입부에 의해 흡입되어 체외로 배출되는 지방의 양을 측정하는 체적 센서와;

    상기 저장부에 저장된 데이터와 상기 체적 센서로에 의해 측정된 데이터를 비교하여 수술이 진행된 정도를 도출하는 산출부를 더 포함하되,

    상기 제어부는, 상기 산출부에 의해 미리 설정된 기준치 이상으로 수술이 진행된 것으로 판단될 경우, 상기 로봇 암 및 상기 흡입부의 작동이 정지되도록 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
19. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 캐뉼라의 단부에는, 상기 캐뉼라에 작용하는 흡입력에 의해 회전하여 상기 흡입부를 통해 흡입된 지방을 분쇄하는 분쇄부가 형성되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
20. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 캐뉼라는 상기 캐뉼라 상의 소정의 지점에서 굴곡되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
21. 제1항 또는 제10항에 있어서,

    상기 캐뉼라는, 상기 흡입부의 흡입 효율이 향상되도록 소정의 진동수로 진동하는 것을 특징으로 하는 지방흡입 수술용 로봇.
22. 삭제
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