KR101058449B1 - Robot endoscopy device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로봇 내시경용 시술장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절제과정 확인과 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능과 매니플레이팅 기능을 가지며, 올가미형 절제방식을 도입함으로써 기존의 돌출형 날을 이용한 절제과정에서 발생하는 국소변위나 반발력을 상쇄시킬 수 있도록 한 로봇 내시경용 시술장치에 관한 것이다.The present invention relates to a robotic endoscopy device, and more particularly, has a monitoring function and a manipulating function for checking the ablation process and precisely targeting the ablation process, and by using a snare ablation method, an ablation process using an existing protruding blade. The present invention relates to a robotic endoscopy device capable of offsetting local displacement and repulsive force occurring in.
이를 위해, 본 발명은 하부에 절개부가 형성되고 내부공간을 갖는 하우징; 상기 절개부를 통해 절제과정 확인과 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능을 수행하도록 하우징의 상부에 설치된 영상모듈; 일측에 커터날부가 형성되고, 상기 하우징의 내부에 회전축을 통해 회전가능하게 설치된 내부회전체; 상기 내부회전체를 회전시키기 위해 하우징 내부에 설치된 회전수단을 포함하고, 상기 절개부를 통해 돌출형 병변조직이 삽입될 때 회전수단에 의해 내부회전체의 커터날부가 회전하여 절개부와 교차하면서 병변조직이 절제되는 것을 특징으로 하는 로봇 내시경용 시술장치를 제공한다.To this end, the present invention is a cut-out portion is formed in the lower housing having an inner space; An imaging module installed on an upper portion of the housing to perform a monitoring function for checking the ablation process and precise targeting through the incision; A cutter blade portion formed at one side thereof, the inner rotating body being rotatably installed through a rotating shaft inside the housing; Rotating means is provided inside the housing for rotating the internal rotating body, the cutter blade of the internal rotating body rotates by the rotating means when the projecting lesion tissue is inserted through the incision to intersect the incision and lesion tissue It provides a robot endoscope surgical apparatus characterized in that the ablation.
대장내시경, 절개부, 영상모듈, 내부회전체, 커터날부, 태엽스프링, 자석 Colonoscopy, incision, imaging module, internal rotating body, cutter blade, spring, magnet
Description
본 발명은 로봇 내시경용 시술장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절제과정 확인과 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능과 매니플레이팅 기능을 가지며, 올가미형 절제방식을 도입함으로써 기존의 돌출형 날을 이용한 절제과정에서 발생하는 국소변위나 반발력을 상쇄시킬 수 있도록 한 로봇 내시경용 시술장치에 관한 것이다.The present invention relates to a robotic endoscopy device, and more particularly, has a monitoring function and a manipulating function for checking the ablation process and precisely targeting the ablation process, and by using a snare ablation method, an ablation process using an existing protruding blade. The present invention relates to a robotic endoscopy device capable of offsetting local displacement and repulsive force occurring in.
현재까지 발전된 영상모듈 제작기술과 통신기술은 캡슐내시경을 상용화시켜 기존 유선형 방식으로만 관측이 가능했던 위장관 진단기술에 획기적인 발전을 가져왔다([1] ~[3]). The imaging module manufacturing technology and communication technology developed to date have made significant breakthroughs in the gastrointestinal diagnostic technology, which could only be observed by the streamlined method by commercializing the capsule endoscope ([1] ~ [3]).
최근에는 식도, 대장과 같이 적용기관을 특화하고([4],[5]) 자율주행기능([6]~[9])을 부여하여 실시간 진단도구로 전환하려는 연구가 진행되고 있다[10].In recent years, researches have been conducted to specialize the applied organs such as the esophagus and the large intestine ([4], [5]) and to give them autonomous driving functions ([6] ~ [9]) to convert them into real-time diagnostic tools [10]. .
특히 소장과 달리 생체적인 진입조건이 없고 길이가 짧은 대장은 질환의 종류가 다양하고, 내시경 경험자들의 약 30%가 용종을 가지고 있을 정도로 병발생 빈 도가 높은 기관이다[11]. In particular, unlike the small intestine, there is no biological entry condition and the short intestine is a highly diseased organ with various types of diseases and about 30% of the endoscopists have polyps [11].
기구구성에 있어서도 관장형태는 경구형태에 비해 크기적인 제약이 적기 때문에 여러 가지 부가기능이 통합된 로봇형태의 제작이 가능하다. 대표적으로 현재 유선형 대장내시경에서 가능한 조직채취나 용종절제술을 담당할 시술도구를, 모듈형태로 설계하여 로봇 대장내시경에 통합시키려는 연구가 진행되고 있다.In the structure of the enema, the enema type has less size constraints than the oral type, and thus, it is possible to manufacture a robot type incorporating various additional functions. Representatively, researches are currently underway to integrate the surgical tools that can handle tissue collection or polypectomy in the streamlined colonoscopy into a robotic colonoscopy.
현재까지 로봇 대장내시경의 시술도구는 제시된 적이 없으며, 경구용 캡슐내시경의 조직채취모듈만 제시되었다. 본 발명자는 돌출형날이 장내표면을 할퀴어 조직을 채취하는 방식을 제안하였으며[12], 서울대학교의 조동일 교수는 마이크로스파이크를 슬라이더-크랭크 메커니즘으로 구동시켜 채취하는 기구를 제안하였다[13],[14]. To date, no instrument for robotic colonoscopy has been presented, only tissue collection modules for oral capsule endoscopy have been presented. The present inventors proposed a method of extracting tissue from the intestinal surface by squeezing the intestinal surface [12], and Professor Dong-il Cho of Seoul National University proposed a mechanism for collecting microspikes by driving the slider-crank mechanism [13], [ 14].
그러나, 이들이 체외 동물실험을 통해 기구의 성능을 입증했음에도 불구하고, 이러한 형태를 대장에 적용하기에는 한계가 있다. 이는 영상기반의 병변타깃팅이나 병변 접근과정 등을 고려하지 않았으며, 조직채취과정에서 발생하는 국소변위와 반발력에 대해서 취약한 구조이기 때문이다. 즉, 기존의 것은 돌출형 날이기 때문에, 장조직이 밀린다거나 반발력에 의하여 기구가 튕겨져 나가게 되는 문제점이 있다.However, although they have demonstrated the performance of the apparatus through in vitro animal testing, there is a limit to applying this form to the large intestine. This is because the image-based lesion targeting or lesion approach process is not considered, and the structure is vulnerable to local displacement and repulsive force generated during tissue collection. That is, because the conventional one is a protruding blade, there is a problem that the instrument is pushed out by the intestinal tissue is pushed or repulsive force.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 하우징의 절개부와 내부회전체의 커터날부를 교차시켜 조직을 절제하는 ‘올가미형 절제방식’을 이용하여 시술공간과 영상공간을 효율적으로 통합함으로써, 용종과 같은 돌출형 병변조직을 절제하거나 일부를 절제하여 조직검사에 활용할 수 있도록 한 로봇 내시경용 시술장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above point, and efficiently integrates the treatment space and the image space by using the 'noose type ablation method' that cuts tissue by intersecting the incision portion of the housing and the cutter blade of the internal rotating body. It is an object of the present invention to provide a robot endoscopic surgical apparatus that can be used for histological examination by excision or excision of protruding lesion tissue such as polyps.
또한, 본 발명은 구멍형 날(절개부)에 의한 올가미형 절제방식을 도입함으로써 절제과정에서 발생하는 생체조직의 높은부하를 극복하고 반발력을 상쇄시켜 측면조직까지 완전히 절제할 수 있도록 한 로봇 내시경용 시술장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is to introduce a snare-type ablation method by a hole type (incision) for robot endoscope to overcome the high load of the biological tissue generated in the ablation process and offset the repulsive force to completely ablate to the side tissue Another purpose is to provide a treatment device.
또한, 본 발명은 ‘칩저항 용융방식’의 트리거링 메카니즘을 개발하여 내부회전체의 커터날부와 절개부를 통해 병변조직의 절제시 안정적인 동작이 가능하고, 모듈 내에 통합된 자석을 이용하여 장내 전방향에 대해서 타겟팅이 가능한 로봇 내시경용 시술장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention has developed a triggering mechanism of the 'chip resistance melting method' to enable stable operation when cutting the lesion tissue through the cutter blade and the incision of the internal rotating body, using the magnet integrated in the module in all directions in the intestine Another object of the present invention is to provide a robotic endoscopy device capable of targeting.
상기한 목적은 하부에 절개부가 형성되고 내부공간을 갖는 하우징; 상기 절개부를 통해 절제과정 확인과 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능을 수행하도록 하우징의 상부에 설치된 영상모듈; 일측에 커터날부가 형성되고, 상기 하우징의 내부 에 회전축을 통해 회전가능하게 설치된 내부회전체; 상기 내부회전체를 회전시키기 위해 하우징 내부에 설치된 회전수단을 포함하고, 상기 절개부를 통해 돌출형 병변조직이 삽입될 때 회전수단에 의해 내부회전체의 커터날부가 회전하여 절개부와 교차하면서 병변조직이 절제되는 것을 특징으로 하는 로봇 내시경용 시술장치에 의해 달성된다.The above object is a housing having a cutout portion and an inner space at the bottom; An imaging module installed on an upper portion of the housing to perform a monitoring function for checking the ablation process and precise targeting through the incision; A cutter blade portion formed at one side thereof, the inner rotating body rotatably installed through a rotating shaft inside the housing; Rotating means is provided inside the housing for rotating the internal rotating body, the cutter blade of the internal rotating body rotates by the rotating means when the projecting lesion tissue is inserted through the incision to intersect the incision and lesion tissue This is achieved by a robotic endoscope surgical apparatus characterized in that it is excised.
바람직하게는, 상기 회전수단은 중심부가 내부회전체의 회전축과 연결되도록 하우징의 내부에 설치된 태엽스프링이다.Preferably, the rotating means is a spring spring installed inside the housing so that the center portion is connected to the rotating shaft of the inner rotor.
상기 내부회전체의 전면과 후면에는 회전가이드가 평행하게 설치되고, 상기 회전가이드에 의해 내부회전체가 하우징 안에서 속박되어 회전한다.Rotating guides are installed in parallel on the front and rear surfaces of the inner rotating body, and the inner rotating body is bound and rotated in the housing by the rotating guide.
특히, 상기 절개부가 개방된 상태를 유지하도록 내부회전체의 커터날부의 회전을 정지시키기 위한 칩저항이 실장된 PCB와, 상기 내부회전체의 전면부에 돌출된 돌기를 포함하고, 상기 칩저항은 내부회전체의 회전경로를 막기 위해 돌기와 접촉되며, 상기 절개부를 통해 병변조직이 삽입되면 PCB에 과전압이 인가되고, 칩저항이 자체발열로 용융되어 내부회전체의 돌기에 의해 밀쳐저서 내부회전체가 회전한다.In particular, the chip resistor includes a PCB mounted with a chip resistor for stopping the rotation of the cutter blade of the inner rotor to maintain the open state, and a protrusion protruding from the front portion of the inner rotor; Contact with the projection to prevent the rotation path of the inner rotor, when the lesion tissue is inserted through the incision overvoltage is applied to the PCB, the chip resistance is melted by the self-heating and pushed by the projection of the inner rotor to the inner rotor Rotate
상기 영상모듈은 절개부를 향하도록 설치된 카메라모듈이고, 상기 절개부를 통해 시야를 확보한다.The imaging module is a camera module installed to face the incision, and secures a view through the incision.
더욱 바람직하게는, 상기 카메라모듈의 전류신호를 수신기를 통해 실시간으로 수신하여 영상을 확인하는 PC를 포함한다.More preferably, it comprises a PC for checking the image by receiving the current signal of the camera module in real time through the receiver.
상기 하우징의 내부에 장착된 내부자석과, 상기 내부자석을 조작하기 위해 하우징의 외부에 배치된 외부자석을 포함하고, 상기 내부자석과 외부자석의 상호작용에 의해 장 내 전방향의 병변조직에 대해 타깃팅이 가능하도록 절개부가 조향되고, 상기 자석간의 거리조절로 절개부를 통해 관찰되는 병변조직의 크기가 조절가능하다.An inner magnet mounted inside the housing, and an outer magnet disposed outside the housing for manipulating the inner magnet, and with respect to lesion tissue in all directions of the intestine by interaction between the inner magnet and the outer magnet. The incision is steered to allow targeting, and the size of the lesion tissue observed through the incision is adjustable by controlling the distance between the magnets.
또한, 상기 절개부는 타원형이고, 상기 절개부가 올가미 작용을 하여 커터날부와 생체조직간의 반발력을 상쇄시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the incision is oval, characterized in that the incision to the lasso function to cancel the repulsive force between the cutter blade and the biological tissue.
이에 따라 본 발명에 따른 로봇 내시경용 시술장치에 의하면, 하우징의 절개부와 내부회전체의 커터날부를 교차시켜 조직을 절제하는 ‘올가미형 절제방식’을 이용하여 시술공간과 영상공간을 효율적으로 통합함으로써, 용종과 같은 돌출형 병변조직을 절제하거나 일부를 절제하여 조직검사에 활용할 수 있다.Accordingly, according to the apparatus for robotic endoscope according to the present invention, the treatment space and the image space are efficiently integrated by using the 'noose type ablation method' in which the tissue is cut by crossing the incision of the housing and the cutter blade of the internal rotating body. As a result, extruded lesion tissue such as polyps may be excised or partially excised to be used for histology.
또한, 구멍형 날(절개부)에 의한 올가미형 절제방식을 도입함으로써 절제과정에서 발생하는 생체조직의 높은부하를 극복하고 반발력을 상쇄시켜 측면조직까지 완전히 절제할 수 있다.In addition, by introducing a snare-type ablation method by a hole-shaped blade (incision), it is possible to overcome the high load of the biological tissue generated in the ablation process and offset the repulsive force to completely ablate to the side tissue.
또한 ‘칩저항 용융방식’의 트리거링 메카니즘을 개발하여 내부회전체의 커터날부와 절개부를 통해 병변조직의 절제시 안정적인 동작이 가능하고, 모듈 내에 통합된 자석을 이용하여 장내 전방향에 대해서 타겟팅이 가능하다. In addition, by developing a 'chip resistance melting method' triggering mechanism, the cutter blade and the incision of the internal rotating body can be used for stable operation during ablation of the tissue, and the magnets integrated in the module can be used to target all directions in the intestine. Do.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 용종 절제과정 확인과 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능과 매니플레이팅 기능을 갖는 로봇 내시경용 시술장치를 제공한다. 상기 시술장치는 하우징(12) 하부의 절개부(12a)와 내부회전체(13)를 교차시켜 조직을 절제하는‘올가미형 절제방식’을 이용하며, 이 동작은 초소형 칩저항(11a)을 스토퍼로 사용하는‘칩저항(11a) 용융 메카니즘’에 의하여 트리거링 된다. The present invention provides a robot endoscope surgical apparatus having a monitoring function and a maniplating function for polyp ablation process confirmation and precise targeting. The treatment apparatus uses a 'nose cutting method' for cutting tissue by intersecting the
또한 하우징(12) 내부에 내장된 내부자석(16)과 외부자석의 상호작용에 의하여 회전이 가능하여 장내 전방향의 병변조직(18)에 대해 타깃팅이 가능하다. 이 모든 과정을 모니터링 할 수 있는 영상모듈(14)을 시술공간과 간섭이 발생하지 않는 형태로 통합한다.In addition, rotation is possible by the interaction of the
도 1은 본 발명에 따른 내시경용 시술장치의 순차적인 동작을 개괄적으로 나타내며, 통합되는 여타기능(자율주행기능, 영상모듈(14)[15], 통신모듈, 무선 전력발생부[16])등을 보여준다.Figure 1 schematically shows the sequential operation of the endoscope surgical apparatus according to the present invention, other functions (autonomous driving function, image module 14 [15], communication module, wireless power generation unit [16]) to be integrated, etc. Shows.
본 발명은 병변조직(18)의 절제원리와 트리거링 메카니즘, 모듈 매니플레이팅을 설명하고 이를 이론적으로 분석, 실험적으로 검증한다. 그리고 채취 전 과정에 대한 실험을 통해 모듈의 기능성을 최종 검증한다.The present invention describes the principles of ablation, triggering mechanism, and module manifolding of
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대장내시경용 시술장치의 구성을 나타내는 분해도이다.Figure 2 is an exploded view showing the configuration of the colonoscopy apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 대장내시경용 시술장치는 영상모듈(14)과 내부회전체(13), 태엽스프링(15), 절개부(12a)가 형성된 하우징(12), 칩저항(11a)이 실장되어 있는 PCB(11), 매니플레이팅을 위한 2극 내부자석(16), 그리고 모듈연결부(18) 등으로 구성된다. The colonoscopy apparatus of the present invention is a PCB on which an
도시한 바와 같이, 영상모듈(14)은 하우징(12)의 상부에 하우징(12)의 내부공간(시술공간)과 간섭이 발생하지 않는 형태로 돌출되도록 설치되고, 하우징(12)의 하부에는 절개부(12a)가 형성되고, 상기 절개부(12a)를 통해 절제과정을 확인하고 정밀 타깃팅을 위한 모니터링 기능을 수행하게 된다.As shown, the
상기 내부회전체(13)는 하우징(12)의 내부에 속박되어 회전되는 구조로 설치되고, 내부회전체(13)의 전면부와 후면부에는 회전가이드가 설치되어 하우징(12) 내부에서 회전이 용이하게 된다.The inner
또한 내부회전체(13)의 양면에 형성된 회전가이드를 연결하는 중간부에는 커터날부(13b)가 오목하게 형성되어 있으며, 내부회전체(13)의 후면에 있는 회전가이드에는 축방향으로 회전축(13c)이 형성되며, 회전축(13c)에는 태엽스프링(15)이 장착된다. 이때, 태엽스프링(15)은 내부회전체(13)의 커터날부(13b)가 회전하여 절개부(12a)와 교차됨으로 용종을 절개할 수 있도록 내부회전체(13)에 회전력을 제공한다.In addition, the
내부회전체(13)의 전면 회전가이드에는 돌기(13a)가 형성되어 PCB(11)의 칩저항(11a)에 의해 내부회전체(13)의 회전을 정지시킬 수 있는 구조로 이루어지며, 상기 돌기(13a)와 접촉되는 칩저항(11a)이 실장된 PCB(11)는 전면 회전가이드 앞쪽에 설치된다. PCB(11)의 앞쪽에는 캡(10)이 장착되어 PCB(11)가 하우징(12) 밖으로 빠지는 것을 방지한다.A
내부자석(16)은 하우징(12)의 내부에 하우징(12) 바깥쪽에 있는 외부자석의 조작으로 장 내의 전방향에 대해 회전가능한 구조로 설치된다.The
도 3은 내부회전체(13)와 절개부(12a)를 이용하여 조직을 절제하는 ‘올가미형 절제방식’의 원리를 보여준다. 도 3(a)와 같이 투입 전 내부회전체(13)를 태엽스프링(15)에 의하여 장전시킨 후, 도 3(b)와 같이 돌출형 병변을 절개부(12a) 안에 삽입한다. Figure 3 shows the principle of the 'nose type ablation method' to ablate tissue using the internal rotating
트리거링 메카니즘에 의해 내부회전체(13)의 고정이 해제되면 도 3(c)와 같이 내부회전체(13)의 커터날부(13b)와 절개부(12a)를 서로 교차시켜 조직을 절제해낸다. 절제가 완료되면 병변조직(18)은 도 3(d)와 같이 모듈공간에 저장된다. When the fixing of the inner rotating
도 4는 하우징(12)에 형성된 절개부(12a)를 보여준다. 절개부(12a)는 기하학적으로 타원형상(가로6mm×세로4mm)을 가지게 되며, 모든 테두리에 날이 형성된다. 도 5는 내부회전체(13)의 모습을 보여주며, 태엽스프링(15)과의 연결에 필요한 회전축(13c)과 커터날부(13b), 칩저항(11a)에 의해 고정되는 돌기(13a) 등의 모습을 보여준다. 4 shows an
‘올가미형 절제방식’은 유선형 대장내시경의 용종절제 시 사용하는 올가미와 소장조직채취용으로 사용되었던 ‘크로스비 캡슐’ 방식이 응용된 형태이다[17]. 이러한 절제방식의 가장 큰 장점은 절개부(12a)에 병변조직(18)을 삽입하고 둘러싼 상태에서 절제가 진행되므로 타겟팅 및 절제과정이 안정적이라는데 있다.'Lasso-type ablation method' is a form of 'Crowsby capsule' method, which was used for snare and small intestine tissue collection, used to remove polyps in streamlined colonoscopy [17]. The greatest advantage of this ablation method is that the targeting and ablation process is stable because the ablation proceeds in a state in which the
또한 생체조직 절제 시 발생하는 기구와 조직간의 반발력을 절개부(12a)가 올가미 작용을 함으로써 기구내부에서 상쇄시킬 수 있다. 또 점탄성조직 절제과정에서 발생하는 높은 부하를 극복하는 과정이 매우 안정적이다. 기구적으로 양단의 회전가이드가 있는 내부날이 하우징(12) 안에서 속박되어 회전하면 적절한 공차가 유지되며, 태엽스프링(15)의 강력한 회전력을 높은 전단력으로 환산시켜준다.In addition, the repulsive force between the instrument and the tissue generated during the ablation of the biological tissue can be canceled in the instrument by the snare function of the
한편, 내부회전체(13)의 회전을 개시하는 트리거링 메카니즘은 초소형 칩저항(11a)을 스토퍼로 이용하는 ‘칩저항 용융방식’을 이용한다. 본 연구진은 이전 연구에서 파라핀블록과 솔레노이드를 이용한 트리거방식을 제안하였다[12]. On the other hand, the triggering mechanism for starting the rotation of the
그러나 50mNm의 강한 초기토크를 견딜 수 없었으며 트리거링 부 구성이 수작업으로 이루어져 장전과정이 복잡했다.However, it could not withstand the strong initial torque of 50mNm, and the loading process was complicated by the manual configuration of the triggering part.
‘칩저항(11a) 용융방식’은 PCB(11)에서 일어나는 부작용중 하나인 발열현상을 기계적으로 역이용한다. 작동원리는 도 6에서 제시하고 있다. 내부회전체(13)의 전단부에 돌기(13a)를 형성하고, 이 부분의 회전경로를 초소형 칩저항(11a)으로 막는다(도 6a). 'Chip resistance (11a) melting method' mechanically utilizes the heat generation phenomenon, which is one of the side effects of the PCB (11). The principle of operation is shown in FIG. A
동작개시신호(과전압)를 인가하면 칩저항(11a)의 자체발열에 의하여 초소형 저항과 패널의 연결부(Pb)가 용융된다(도 6b). 고정부가 용융된 칩저항(11a)은 내부회전체(13)의 돌기(13a)에 의해 밀쳐지고 내부회전체(13)가 회전한다(도 6c). 밀어진 저항체에 의해 회로가 오픈되면 자동적으로 연결부의 온도가 하강한다. When the operation start signal (overvoltage) is applied, the micro resistor and the connection part Pb of the panel are melted by self-heating of the
이는 비가역 기계시스템을 효율적으로 트리거링 하는 메커니즘이다. 무엇보다 트리거링에 관련된 부품을 기판형태로 일체화시켜 장전과정이 간편하고, 초소형화제작이 가능하면서도 안정적인 초기상태를 유지할 수 있다. 또한 2-3개의 칩저 항(11a)을 순차적으로 스토퍼로 사용해 다단계 트리거링 방식으로의 응용이 가능하다. This is a mechanism that effectively triggers an irreversible mechanical system. Most of all, the parts related to triggering are integrated in the form of a board, so that the loading process is simple, and the miniaturization can be made, while maintaining a stable initial state. In addition, it is possible to apply the multi-stage triggering method by using 2-3
도 7a는 결합 전 내부회전체(13)의 돌기(13a) 모습을 보여주며, 도 7b는 칩저항(11a)이 실장된 PCB(11)와 시술장치가 결합된 모습을 보여준다.FIG. 7A shows the
한편, 본 발명은 영상(카메라)모듈(14)이 절개부(12a)를 향하도록 배치하고 이를 관통하여 시야를 확보하게 한다. 도 8은 영상모듈(14)이 통합된 시제품의 모습을 보여주며, 도 9는 기반 소프트웨어가 설치된 PC(20)에 수신기(19)로 영상모듈(14)의 전류신호를 실시간으로 수신하여 영상을 확인하는 모습을 보여준다.On the other hand, the present invention is arranged so that the image (camera)
영상모듈(14)은 자기력을 이용하여 병변조직(18)에 접근하는 과정 중 절개부(12a)를 통해 관찰되는 타깃조직의 크기를 확인하고, 장내 전 방향에 대해서 자기력을 이용한 접근이 가능하다. 이를 확인하기 위하여 도 10과 같이 중앙에 다른 표기, 즉 삼각형, 사각형, 십자가를 한 원형과녁을 비닐파이프의 0도, 90도, 180도, 270도 위치에 부착시켰으며, 과녁의 외경이 2mm 증가할 때마다 다른 색으로 표시하였다. The
영상모듈(14)이 통합된 시제품을 파이프에 삽입하고 모듈내부의 자석을 외부자력으로 조작함으로써 영상의 방향, 즉 절개부(12a)의 방향을 타깃에 맞추도록 조절하였다. 외부자석은 직경 50mm 길이 100mm의 네오디움 자석을 이용하였다. By inserting the prototype integrated with the
회전방향(θ)으로의 조절은 시술장치의 롤링 동작을 이용하였으며, 장벽방향(R)으로의 압착은 자석간의 거리를 조절하여 구현하였다[20]. The rotation direction (θ) was controlled by the rolling operation of the treatment device, and the crimping in the barrier direction (R) was implemented by adjusting the distance between the magnets [20].
도 11은 실험을 통해 촬영된 과녁의 모습을 보여준다. 예를 들어 (a)열은 도 10과 같이 270도 위치에 부착된 십자타깃을 향해 조향된 모습이며, (a)-1은 근거리에서 (a)-2는 원거리에서 촬영된 모습이다. Figure 11 shows the appearance of the target photographed through the experiment. For example, column (a) is steered toward a cross target attached to a 270 degree position as shown in FIG. 10, and (a) -1 is a near-field shot (a) -2.
원거리인 경우 하늘색 원의 외부까지 관찰되므로 약 14mm이상의 병변조직(18)이 확인가능하며, 압착된 경우 황색 원까지 관찰되므로 직경 8mm의 병변조직(18)까지는 근거리 촬영 및 삽입이 가능하다는 것을 알 수 있다. (b),(c)는 90도와 180도 위치에서 관찰한 타깃의 모습을 보여준다.In the case of a long distance, it is observed to the outside of the light blue circle, so that the
캡슐내시경에 내부자석(16)을 삽입하고 외부자력을 이용하여 주행이나 방향제어에 이용하는 연구는 여러 사례가 있으며 현재도 진행 중이다([4],[21]-[23]). 이들은 체내에서의 안정성을 높이고 정밀하게 위치시키기 위해서 홀센서 등을 이용한 지속적인 피드백제어를 사용하며, 또한 신속하게 자력을 변화시키고 충분한 자력을 발생시키는 대형 외부자력 시스템을 필요로 한다. There are several cases of research into inserting the
이러한 단점에도 불구하고 기구 내 소형자석을 삽입함으로써 캡슐의 다자유도를 원격으로 구현할 수 있다는 것은 매우 큰 장점이다. 특히 복강과 달리 활동공간이 제한적인 대장에서의 시술은 자기력만으로 접근 및 압착이 가능하여 자기력을 이용하기에 유리한 환경이다.Despite these drawbacks, it is a great advantage to be able to remotely realize the multiple degrees of freedom of the capsule by inserting a small magnet in the instrument. In particular, unlike the abdominal cavity, the procedure in the large intestine with limited activity space is advantageous for the magnetic force because it can be accessed and compressed using only the magnetic force.
실험예Experimental Example
최종실험은 삽입후의 전 과정(방향전환, 압착, 트리거링, 절제)을 돼지대장에서 검증하였다. 여기서, 최종실험은 체내동물실험이 아니라, 돼지의 장기를 적출해서 테이블 상에서 실험을 한 체외동물실험이다.The final experiment validated the whole process after the insertion (direction, compression, triggering, ablation) in the swine colon. Here, the final experiment is not an in vitro animal experiment but an in vitro animal experiment in which an organ of a pig is extracted and tested on a table.
먼저, 트리거링 전압을 입력하기 위한 전력공급기를 트리거링 PCB(11)에 연 결하고 수신기(19)를 통하여 영상모듈(14)의 영상정보를 수신하였다. 시제품은 절개되지 않은 대장조직 안에 삽입되었으며, 블랙 박스(black box)로 대장조직을 가린 상태에서 실험을 수행하였다. First, a power supply for inputting a triggering voltage is connected to the triggering
동물실험에서는 장벽이 함몰되어 있기 때문에 절개부(12a)가 장벽과 근접한 상태에서 움직인다. 본 발명에서는 가상병변으로 지방질 조직(흰색)을 정하였다.In the animal experiment, since the barrier is recessed, the
도 12a~도 12c는 타깃조직에 접근하는 과정을 나타낸다. 절개부(12a)를 타깃조직에 근접시킨 후에는 압착에 의한 삽입 과정이 진행된다. 대장조직은 매우 유연하여 자기인력으로 장벽에 충분하게 압착되면 절개부(12a)보다 큰 병변조직(18)의 삽입이 가능하다(도 12d~도 12f). 12A to 12C show a process of approaching the target tissue. After the
트리거링 신호를 입력하면 지연시간이 지난 후 조직절제가 시작되었다(도 12g~도 12i). 절제된 조직은 가로 4mm×세로 4mm의 이상의 조직으로 초기 용종과 비슷한 크기였으며, 도 13은 절제된 조직의 판독결과를 보여준다.When the triggering signal is input, tissue resection was started after a delay time (FIG. 12G ~ FIG. 12I). The resected tissue was more than 4 mm long by 4 mm long, similar in size to the initial polyp, and FIG. 13 shows the readout of the resected tissue.
본 발명은 로봇 대장내시경에 통합되어 용종과 같은 돌출형 병변조직(18)을 절제하거나 일부를 절제하여 조직검사에 활용할 수 있는 시술장치를 제시하였다. 제시된 도구는‘올가미형 절제방식’을 이용하여 시술공간과 영상공간을 효율적으로 통합한다. 또한 이를 위한‘칩저항(11a) 용융방식’의 트리거링 메카니즘을 개발하여 안정적인 동작이 가능하게 하였다. The present invention proposes a surgical device that is integrated into the robot colonoscopy and can be used for histology by cutting off or excision of a protrusion-
모듈 내에 통합된 자석을 이용하여 장내 전방향에 대해서 타겟팅이 가능하게 하였으며 가능성을 실험으로서 검증하였다. 최종적으로는 유사환경의 동물실험을 통하여 기능성을 검증하였다. The magnet integrated in the module was used to target the intestinal omnidirectional and the feasibility was verified as an experiment. Finally, functionality was verified through animal experiments of similar environment.
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그리고, 본 발명에 따른 로봇 내시경용 시술장치는 대장 뿐만 아니라, 소장 및 위(胃)와 같은 부분까지 적용가능하다.In addition, the robot endoscope treatment apparatus according to the present invention is applicable to not only the large intestine but also the small intestine and the stomach.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시술방법의 순서를 나타내는 블럭도,1 is a block diagram showing the procedure of the procedure according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 내시경용 시술장치를 나타내는 분해도,Figure 2 is an exploded view showing a robot endoscope treatment apparatus according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 올가미형 절제 메카니즘을 나타내는 상태도,3 is a state diagram showing a snare-type ablation mechanism according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 절개부가 형성된 하우징을 나타내는 이미지,4 is an image showing a housing formed with a cutout according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 내부회전체를 나타내는 이미지,5 is an image showing an internal rotating body according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 칩저항 용융방식의 작동원리를 나타내는 상태도,6 is a state diagram showing the operating principle of the chip resistance melting method according to the present invention,
도 7은 본 발명에 따른 PCB 결합전후 상태를 나타내는 이미지,Figure 7 is an image showing the state before and after the PCB coupling according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따른 영상모듈이 통합된 시제품을 나타내는 사진, 8 is a photograph showing a prototype incorporating an imaging module according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 카메라모듈로부터 전류신호를 실시간으로 수신하여 영상을 확인하는 모습을 나타내는 이미지,9 is an image showing a state of receiving a current signal from the camera module in accordance with the present invention in real time to check the image,
도 10은 본 발명에 따른 모듈의 매니플레이팅 실험환경을 설명하기 위한 도면,10 is a view for explaining a maniplating experiment environment of the module according to the present invention;
도 11은 본 발명에 따른 절개부를 통해 관찰된 타깃사진,11 is a target photograph observed through the incision according to the invention,
도 12는 본 발명에 따른 전용영상모듈에서 관찰된 조직절제과정을 나타내는 사진,12 is a photograph showing a tissue ablation process observed in the dedicated image module according to the present invention;
도 13은 본 발명에 따른 채취조직의 판독결과를 나타내는 사진이다.13 is a photograph showing a reading result of the collecting tissue according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 캡 11 : PCB10: Cap 11: PCB
11a : 칩저항 12 : 하우징11a: chip resistance 12: housing
12a : 절개부 13 : 내부회전체12a: incision 13: internal rotating body
13a : 돌기 13b : 커터날부13a:
13c : 회전축 14 : 영상모듈13c: axis of rotation 14: image module
15 : 태엽스프링 16 : 내부자석15: Manual spring 16: Internal magnet
17 : 모듈연결부 18 : 병변조직17: module connection 18: lesion tissue
19 : 수신기 20 : PC19: receiver 20: PC
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