KR101126071B1 - 다자유도 하중 인가 장치 및 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 생체 조직 또는 유기 조직 등의 대상조직에 다자유도의 기계적인 하중 가해줌으로써, 대상조직에서 발생되는 기계적인 거동을 측정하는 장치 및 측정된 대상조직의 기계적 거동을 바탕으로 대상조직의 기계적인 물성을 규명하여 그 결과를 의료 진단에 사용할 수 있는 방법들에 관한 것이다.

Description

다자유도 하중 인가 장치 및 진단 방법 {Multi-dimensional mechanical loading apparatus and medical diagnosis method}

본 발명은 생체조직 또는 유기조직 등의 대상조직의 물성을 규명하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하 본 발명의 기술분야와 관련하여 일반적으로 사용되는 기술에 대하여 간략히 설명한다.

일반적으로 생체 조직을 진단하는 장치로써, 영상 기법을 이용한 자기공명 단층 촬영장치(MRI: magnetic resonance imager) 또는 컴퓨터 단층 촬영장치 (CT: computerized tomography)가 있다. MRI 및 CT는 생체 조직에 대한 영상 정보를 얻어내고, 이를 분석하여 조직의 병 유무를 진단하는 장치이다.

CT는 스캐너를 이용한 컴퓨터 단층 촬영(斷層撮影)법이다. CT는 엑스선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고, 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는 것이다. 일반 X선 사진은 인체의 3차원적인 모습이 2차원의 필름에 나타나지만, CT는 선택한 단면의 모든 모습을 보여주기 때문에 일반 X선 사진으로는 알아내기 힘든 여러 가지 사실들을 정확하게 진단할 수 있다.

MRI는 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 임의의 단층상을 얻을 수 있는 첨단의학기계, 또는 그 기계로 만든 영상법을 의미한다.

MRI는 X-ray처럼 이온화 방사선이 아니므로 인체에 무해하고, 3 차원(the third Dimension) 영사화가 가능하며 컴퓨터단층촬영(CT)에 비해 대조도와 해상도가 좋다. 또한, 횡단면 촬영만이 가능한 CT와는 달리 관상면과 시상면도 촬영할 수 있으며, 필요한 각도의 영상을 검사자가 선택하여 촬영할 수 있다.

CT나 MRI는 상기와 같은 장점으로 인해 널리 쓰이고 있지만, 검사료가 비싸며 촬영시간이 오래 걸린다. 또한, 검사공간이 협소하여 검사에 많은 문제점이 있다.

CT나 MRI를 이용한 진단방법 외에, 미세도구를 이용하여 대상 조직을 직접 검사하는 방법이 있다. 이는 대상 조직을 떼어내어 진단하는 방법이다.

영상 기법이나 조직 검사를 통한 진단법은 대상 조직의 병 유무를 진단하는데 있어서 과정이 복잡하고 많은 비용과 시간을 필요로 한다. 따라서, 조직의 진단을 보다 쉽고 빠르게 수행할 수 있는 조직 진단 시스템이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 진단 대상조직 및/또는 여러 가지 물체의 조직의 물성을 용이하게 획득하는 방법과 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생체조직의 질병 진단 시 적은 비용과 빠른 검사를 수행하는 방법 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 생체 조직에 다양한 자유도의 외부 자극(예를 들어, 회전하중 및/또는 병진하중)을 인가했을 때, 생체조직에서 발생하는 생체 조직의 기계적 거동을 이용하여 생체 조직의 기계적 물성을 규명하고, 이를 통해 대상 조직의 질병 유무의 여부를 판단할 수 있는 진단 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 목적들은 이상에서 언급한 사항들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 이하 설명할 본 발명의 실시예들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 고려될 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 대상 물체에 다자유도의 인가 하중을 통해 대상 물체의 기계적 거동을 발생시키고 동시에 발생된 거동을 측정할 수 있는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 실시예로서 대상조직을 진단하기 위한 다자유도 진단장치는, 대상조직에 회전 하중을 가하기 위한 동력을 생성하는 회전 구동기와 회전 구동기의 일측에 구비되어 대상조직에 회전 하중을 가하고, 회전 하중에 의해 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 측정부와 회전 구동기를 조작하기 위한 다자유도 작동기를 포함할 수 있다.

이때, 진단장치는 다자유도 작동기, 회전 구동기 및 힘 측정부를 제어하고, 힘 측정부에서 측정한 반력을 이용하여 대상조직의 물성을 진단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제 1 실시예에서 힘 측정부는 대상조직에 회전 하중을 인가하기 위한 프로브와 대상조직에 회전하중을 인가 시 상기 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 센서를 포함할 수 있다. 이때, 회전 구동기는 전기적 에너지를 회전 하중을 가하기 위한 동력인 역학적 에너지로 전환하기 위한 전동기와 전동기에서 생성된 역학적 에너지를 힘 측정부로 전달하기 위한 동력 전달부를 포함할 수 있다. 또한, 동력 전달부는 전동기의 일측에 구비되는 기어와 전동기에서 생성된 역학적 에너지를 상기 프로브에 회전운동으로 전달해 주기 위해 기어의 일측에 구비되는 구동 와이어를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예로서 대상조직을 진단하기 위한 다자유도 진단장치는, 대상조직에 다자유도의 기계적 외부 하중을 인가하기 위한 동력을 생성하는 전동기 및 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 회전 구동기와 대상조직에 다자유도의 기계적 외부 하중을 인가하는 프로브 및 외부 하중으로 인해 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하기 위한 제 1 힘 센서를 포함하는 힘측정부와 회전 구동기를 구동하고, 프로브가 대상조직에 가하는 외부 하중을 측정하기 위한 제 2 힘센서를 포함하는 다자유도 작동기를 포함할 수 있다.

상기 제 2 실시예에서 진단장치는, 대상조직에 외부 하중을 인가하기 위해 회전 구동기, 힘측정부 및 다자유도 작동기를 제어하는 제어부와 제 1 힘센서를 통해 획득한 반력에 대한 정보 및 제 2 힘센서를 통해 획득한 외부 하중에 대한 정보를 이용하여 대상조직의 기계적 물성을 분석하는 분석부를 포함할 수 있다.

이때, 동력 전달부는 전동기의 일측에 구비되는 기어와 전동기에서 생성된 동력을 프로브에 전달해 주기 위해 기어의 일측에 구비되는 구동 와이어를 포함할 수 있다.

상기 제 2 실시예에서 다자유도의 기계적 외부 하중은 프로브의 회전운동 또는 병진운동에 의해 발생할 수 있다.

본 발명의 제 3 실시예로서, 대상조직을 진단하기 위한 다자유도 진단장치는, 대상조직에 병진 하중을 가하기 위한 동력을 생성하는 회전 구동기와 회전 구동기의 일측에 구비되어 대상조직에 병진 하중을 가하고, 병진 하중에 의해 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 측정부와 회전 구동기를 조작하기 위한 다자유도 작동기와 다자유도 작동기, 회전 구동기 및 힘 측정부를 제어하고, 힘 측정부에서 측정한 반력을 이용하여 대상조직의 물성을 진단하는 제어부를 포함할 수 있다.

이때, 힘 측정부는 대상조직에 병진 하중을 인가하기 위한 프로브와 대상조직에 병진 하중을 인가 시 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 센서를 포함할 수 있다.

상기 제 3 실시예에서 회전 구동기는 전기적 에너지를 회전 하중을 가하기 위한 동력인 역학적 에너지로 전환하기 위한 전동기와 전동기에서 생성된 역학적 에너지를 힘 측정부로 전달하기 위한 동력 전달부를 포함할 수 있다.

본 발명의 제 4 실시예로서 대상조직의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법은, 대상조직에 다자유도의 기계적 회전 하중을 인가하는 단계와 대상조직의 외부에 회전 하중을 인가할 때 대상조직에서 발생하는 반력을 측정하는 단계와 측정한 반력을 이용하여 대상조직의 기계적 물성을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 4 실시예에서 진단 단계는, 측정한 반력에 따라 규명된 대상조직의 물성과 미리 저장된 생체조직의 물성을 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 미리 저장된 물성 정보는 하나 이상의 정상 생체조직 또는 하나 이상의 질병이 있는 생체조직의 물성에 대한 정보일 수 있다.

본 발명의 제 5 실시예로서 대상조직의 기계적 물성을 진단하기 위한 진단방법은, 대상조직에 다자유도의 회전 하중을 인가하기 위해 다자유도 작동기, 힘 측정부 및 회전 구동기를 포함하는 진단장치를 제어 단계와 힘 측정장치에 포함된 프로브를 이용하여 대상조직에 다자유도의 회전 하중을 인가하는 단계와 다자유도의 회전 하중에 의해 발생한 반력을 힘 측정부에 포함된 힘센서를 이용하여 측정하는 단계와 측정한 반력을 이용하여 대상조직의 물성을 규명하고, 대상조직의 상태를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 5 실시예에서 회전 구동기는, 전기적 에너지를 다자유도의 회전 하중을 인가하기 위한 동력인 역학적 에너지로 전환하기 위한 전동기와 전동기에서 생성된 역학적 에너지를 힘 측정부의 프로브로 전달하기 위한 동력 전달부를 포함할 수 있다. 이때, 동력 전달부는, 전동기의 일측에 구비되는 기어와 전동기에서 생성된 역학적 에너지를 프로브에 회전운동으로 전달해 주기 위해 기어의 일측에 구비되는 구동 와이어를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에서, 홀 바디의 기어와 구동 와이어의 체결은 공지의 방법을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 기어와 구동 와이어의 체결관계에 대해서 설명을 하였으나, 기어와 피봇의 체결관계로서 상기 실시예들을 설명할 수 있다.

상기 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 5 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하다. 이하 상술하는 본 발명의 상세한 설명을 기반으로, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명을 이용하면 진단 대상조직의 여러 가지 기계적 물성을 용이하게 획득할 수 있다.

둘째, 대상조직의 질병 진단 시 적은 비용으로 신속하고 정확하게 검사를 수행할 수 있다.

셋째, 대상조직인 생체 조직에 다자유도의 외부 하중을 인가했을 때 발생하는 조직의 기계적 거동을 측정하고, 이를 통해 생체 조직의 기계적 물성을 규명함으로써 의료분야에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들을 통해 측정한 진단 조직의 상태가 정상인지 질병이 있는지 여부를 판단할 수 있다. 대표적인 적용 예로서, 암 조직은 정상조직보다 더 딱딱한 기계적인 성질을 지니고 있다는 것을 이용하여 임의의 조직에 대해서 암이 발생했는지 진단하는데 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 발명의 실시예들에 대한 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 발명을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 발명의 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예로서, 대상물체의 기계적 거동을 기반으로 대상물체를 진단하는 진단장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에서 사용될 수 있는 힘측정부 및 회전 구동기의 일례를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 프로브의 동작 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 블록도를 구현한 모습 중 하나를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 조직에 외부 자극을 인가하여 조직의 물성을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 반력을 이용하여 생체조직을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하에서는, 진단대상물체에 다자유도의 외부하중을 가했을 때 진단대상물체에서 발생하는 기계적 거동을 측정하여 진단대상물체의 기계적 물성을 규명하고, 이를 통해 진단대상물체가 정상인지 여부를 판단할 수 있는 진단장치 및 진단방법들을 개시한다.

이하의 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성할 수도 있다.

본 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에서 사용될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에서 각 구성 요소의 형태를 직관적으로 나타내기 위해 단순화하여 표현하였다. 즉, 본원 발명의 구성 요소들은 각 동작 및 기능을 수행하도록 최적화하여 형성될 수 있으며, 본원 발명의 기술적 특징을 공유하는 한 다른 형태를 가지더라도 동일 구성을 나타낸다. 따라서, 각 도면에서 본 발명의 요지를 나타내는데 필요한 단계 또는 구성요소를 위주로 표시하였고, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 단계 또는 구성요소는 표시하지 않았다. 또한, 도면에서 도시되지 않은 부분이라도 자연법칙을 위반하지 않는 범위 및 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 고안할 수 있는 부분은 도시하지 아니하였다.

이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

예를 들어, 본원 발명의 실시예들에서, ‘프로브(probe)’는 대상조직에 직접 접촉하여 자극을 가하는 것으로서, 인덴터 또는 탐침 등의 다른 용어로 사용될 수 있다.

또한, ‘자유도(DOF: Degree Of Freedom)’는 어느 순간의 공간상에서 그 시스템, 장치 등의 동작을 제어하는 데 필요한 독립변수를 의미한다.

본원 발명에서 진단이란 병리 상태의 존재 또는 특징을 확인하는 것으로서, 대상조직의 정상인지 여부 및/또는 질병이 있는지 여부를 파악하는 행위를 말한다.

본 발명의 실시예들에서, ‘대상조직’은 사용자가 진단을 할 대상을 말하는 것으로서, 인간 또는 동물의 생체조직을 주 진단 대상조직으로 하나, 유기조직 또는 무기조직 또한 진단 대상조직이 될 수 있다.

또한, ‘기계적 하중(mechanical load)’이란 대상조직의 외부에서 인위적으로 가해지는 모든 힘을 의미한다. 또한, 대상조직에 기계적 하중을 가했을 때 대상조직에서 기계적 하중에 대응하여 기계적 거동(mechanical behavior)이 발생한다. 이때, 대상조직의 내부 및/또는 표면에서 발생하는 힘을 본 발명의 실시예에서는 ‘반력(反力)’ 또는 반작용력이라 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예로서, 대상물체의 기계적 거동을 기반으로 대상물체를 진단하는 진단장치의 일례를 나타내는 블록도이다.

본 발명의 실시예들에서, 진단장치는 생체조직에 다자유도 기계적 하중의 인가 시 발생하는 반력을 측정하고, 이를 이용하여 생체조직에 대한 물성을 규명함으로써 대상조직의 상태를 진단하는 장치를 의미한다. 도 1을 참조하면, 진단장치는 전원 공급부(100), 다자유도 작동기(200), 회전 구동기(300), 힘 측정부(400) 제어부(500) 및 분석부(600)를 포함할 수 있다.

다자유도 작동기(200)는 둘 이상의 관절을 갖춘 시스템으로서, 다양한 자유도의 움직임을 수행할 수 있다. 다자유도 작동기(200)는 회전 구동기(300)와 함께 작동함으로써 다양한 하중을 대상조직에 인가할 수 있다. 회전 구동기(300)는 다자유도 작동기(200)의 일 측에 설치될 수 있다. 따라서, 다자유도 작동기(200)의 말단 부분에 회전 구동기(300)가 연결되고, 회전 구동기의 일 측에는 힘 측정부(400)가 구비되는 형태를 취할 수 있다.

회전 구동기(300)의 일 측에는 힘 센서를 포함하는 힘 측정장치(400)가 구비될 수 있다. 회전 구동기(300)는 전동기의 회전운동을 이용하여 프로브의 회전운동 및/또는 병진운동을 유도할 수 있다.

프로브는 회전운동 및/또는 병진운동을 함으로써 대상조직에 하중을 인가할 수 있고, 대상 조직에 인가된 하중에 의해 생체조직의 내부 또는 표면에서 기계적 거동이 발생된다. 힘 측정부(400)는 대상조직의 내부 또는 표면에서 발생되는 반력을 측정하고, 반력에 대한 정보를 제어부 및/또는 분석부로 전달 할 수 있다. 이때, 프로브의 회전운동으로 인해 발생한 반력은 힘 측정부(400)에 구비된 힘센서를 통해 측정될 수 있다.

제어부(500)는 다자유도 작동기(200), 회전 구동기(300) 및 힘 측정부(400)를 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 제어부(500)는 전동기(모터)를 포함하는 회전 구동기(300)를 제어하여 대상 생체조직에 소정 크기의 다자유도의 기계적 하중을 가해 줄 수 있다. 본 발명에서 전동기(電動機)는 전력을 이용하여 회전운동의 힘을 얻을 수 있는 모든 기계 장치를 의미한다.

또한, 제어부(500)는 힘측정부(400)를 제어하여 대상조직에 인가된 하중에 의해 발생되는 대상조직의 기계적 거동을 힘측정 장치에 부착된 힘센서를 통해 측정할 수 있도록 제어한다.

분석부(600)는 측정된 대상조직의 기계적 거동을 통해 생체조직의 기계적 물성을 규명할 수 있다. 또한, 분석부(600)는 생체조직 등에 대한 기계적 물성에 대한 정보를 포함하고 있는 데이터베이스와 측정한 대상조직의 기계적 물성을 비교하여 대상조직이 정상인지 또는 질병이 있는지 여부를 판단할 정보를 제공해 줄 수 있다.

전원 입력부(100)는 상기 진단장치를 구동하는데 필요한 동력(또는, 전원)을 제공하는 부분이다.

도 2는 본 발명의 실시 예들에서 사용될 수 있는 힘측정부 및 회전 구동기의 일례를 나타내고 있다.

도 2를 참조하면, 회전 구동기(300)는 전기적 에너지를 회전 운동 에너지로 변환할 수 있는 전동기(310; 모터), 전동기(310)의 동력을 외부로 전달하기 위한 기어(미도시), 기어를 통해 전달받은 회전 운동을 프로브의 회전운동 및/또는 병진운동으로 전달해주기 위한 구동와이어(330) 및 프로브와 전동기(310)를 연결할 수 있는 홀바디(320)를 포함할 수 있다.

도 2에서는 ‘ㄴ’자 모양으로 전동기와 홀바디가 결합되어 있는 것을 나타내고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐이며 진단 대상조직의 특성에 따라 전동기와 홀바디의 체결 형태는 변형될 수 있다. 예를 들어, 전동기와 홀바디는 직선형으로 또는 2 이상의 다자유도의 관절을 갖는 형태로 결합될 수 있다.

또한, 본원 발명에서 동력을 전달하기 위한 매개채로써 기어와 구동와이어에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 본원 발명의 전동기의 회전운동을 프로브에 전달할 수 있는 모든 매개수단이 기어 및 구동와이어 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 구동와이어대신 피봇이 사용되어 프로브의 회전운동 및/또는 병진운동을 수행하도록 할 수 있다.

힘 측정부(400)는 회전 구동기의 일 측, 바람직하게는 홀바디(320)의 말단에 설치될 수 있다. 이때, 힘 측정부(400)는 홀바디(320)와 연결되어 측정 대상과 직접 접촉하여 자극을 인가하는 프로브(410) 및 프로부(410)의 내부 또는 외부에 설치되어 진단 대상조직에서 발생하는 기계적 거동(즉, 반력)을 측정하는 힘센서(420)를 포함할 수 있다.

도 2는 회전 구동기(300) 및 힘 측정부(400)의 체결 모습을 나타낸다. 또한, 회전구동기는 다자유도 작동기(200)의 일측에 설치되어 다자유도 작동기와 함께 진단동작을 수행할 수 있다.

회전 구동기(300)에 전원이 입력되어 전동기(310)가 회전하고, 전동기(310)에서 생성된 회전운동이 홀바디(320) 내부에 구비된 기어 및 구동와이어(330)를 통해 힘측정부로 전달된다. 즉, 전동기의 회전운동이 기어에 연결된 구동와이어(330)에 전달되고, 구동와이어(330)와 연결되어 있는 프로브(410)에 순차적으로 전달됨으로써, 프로브가 회전운동 및/또는 병진운동을 할 수 있다. 이러한 회전 구동기(300)의 움직임은 제어부(500)에서 제어할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 회전 구동기(300)의 동작 위치와 회전 속도를 제어할 수 있다. 힘 측정부(400)는 진단 대상조직에 외부 자극을 인가할 때, 대상조직의 외부 또는 내부에 발생하는 반력을 측정하는 역할을 수행한다. 도 2를 참조하면, 힘 측정부(400)는 대상조직에 자극을 인가하는 프로브(410) 및 힘센서(420) 를 포함할 수 있다. 힘센서(420)는 프로브(410)가 진단 대상조직에 접촉하여 외부 자극을 인가할 때 발생하는 반력을 측정할 수 있다.

프로브(410)는 진단 대상조직에 직접 접촉되는 부분이다. 프로브(410)는 다양한 크기와 모양을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 힘 측정부(400)는 하나 이상의 프로브(410)를 포함할 수 있다. 따라서, 사용자의 요구사항에 따라 하나의 프로브 또는 하나 이상의 프로브를 이용하여 동시에 진단 대상조직의 여러 부분을 자극할 수 있다.

비록 본원 발명의 도면들에서 힘센서(420)는 프로브(410)의 표면에 부착되는 형태를 위주로 설명하였지만, 힘센서는 프로브(410)의 내부에 구비되는 형태 또는 진단 대상조직에 발생하는 반력을 측정할 수 있는 최적의 위치에 부착될 수 있다.

힘센서는 힘 측정부(400)의 프로브 이외에 회전 구동기(300) 또는 다자유도 작동기(200)에 추가적으로 포함될 수 있다. 이때, 추가적으로 포함되는 힘 센서는 회전 구동기(300) 또는 다자유도 작동기(200)의 동작에 의해 인가되는 병진운동으로 인한 대상조직의 반력을 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 사용되는 프로브의 동작 형태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에서, 힘 측정부(400)의 동작은 다자유도 작동기(200) 및 회전 구동기(300)와 함께 수행된다. 예를 들어, 프로브(410)는 회전 구동기(300)의 홀바디의 끝단에 구동 와이어로서 연결될 수 있다. 구동 와이어는 프로브의 말단에 연결되어 프로브의 회전운동 및/또는 병진운동을 유도할 수 있다.

또한, 프로브(410)는 회전축(피봇)을 중심으로 회전운동을 수행하거나, 회전축을 중심으로 좌우의 병진운동을 수행할 수 있다.

프로브(410)는 기본적으로 다음의 네 가지로 동작을 수행할 수 있다.

(1) 진단 대상조직에 접촉하는 순간, 진단 대상조직의 표면에서 회전운동을 통한 외부자극을 가할 수 있다.

(2) 진단 대상조직에 접촉하는 순간, 진단 대상조직의 표면에서 병진운동을 통한 외부자극을 가할 수 있다.

(3) 프로브가 진단 대상조직에 접촉하는 경우, 다자유도 작동기(200) 또는 회전 구동기(300)를 조작하여 진단 대상조직에 입사방향으로 일정한 힘을 가할 수 있다. 이때, 진단 대상조직에 일정한 힘이 가해진 상태에서 (1) 또는 (2) 동작으로서 프로브의 회전운동 또는 병진운동을 통해 진단 대상조직에 외부자극을 가할 수 있다. 따라서, 본원 발명의 진단장치는 대상조직에 다양한 크기의 힘을 가하고, 외부적 자극에 의해 발생하는 대상조직의 기계적 거동을 토대로 진단 대상조직의 상태를 진단할 수 있다.

도 3을 참조하면, 도 3(a)는 프로브를 대상조직의 입사 방향으로 일정한 힘을 가하도록 프로브, 다자유도 작동기 및/또는 회전 구동기를 제어한 후, 시계방향 또는 반시계 방향으로 프로브의 회전운동을 제어하는 모습을 나타낸다.

도 3(b)는 프로브를 대상조직의 입사 방향으로 일정한 힘을 가하도록 프로브, 다자유도 작동기 및/또는 회전 구동기를 제어한 후, 남북방향 또는 동서방향으로 프로브의 병진운동을 제어하는 모습을 나타낸다.

사용자는 (1) 내지 (3) 방법들의 조합을 통해 다양한 방법으로 프로브(410), 다자유도 작동기(200) 및/또는 회전 구동기(300)를 조작하여 진단 대상조직에 다양한 외부자극을 가할 수 있다.

도 4는 도 1의 블록도를 구현한 모습 중 하나를 나타내는 사시도이다.

본 발명에서 개시하는 진단장치는 전원 입력부(100), 하나 이상의 관절을 포함하는 다자유도 작동기(200), 제어부(500) 및 분석부(600)를 포함한다. 이때, 사용자는 회전 구동기(300) 및 힘 측정부(400)를 다자유도 작동기(200)와 연결하여 다자유도의 기계적 하중을 진단 대상조직에 가해줄 수 있다.

이때, 제어부(600)는 회전 구동기(300)와 힘측정부(400)를 이용하여 측정된 기계적 거동을 통해 조직의 물성을 규명할 수 있다.

또한, 분석부(600)는 제어부로부터 진단 대상조직의 기계적 거동에 대한 정보와 데이터베이스에 저장된 생체조직 등에 대한 정보를 비교하여 그 결과를 최종적으로 사용자에게 전달해줄 수 있다.

도 4에서 제어부(500)와 분석부(600)를 별개의 구성요소로 표현을 하였으나, 분석부(600)는 제어부(500)의 내부에 포함된 분석 모듈로서 동작할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 조직에 외부 자극을 인가하여 조직의 물성을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

사용자는 진단장치를 이용하여 힘 측정부(400)에 포함된 프로브(410)가 진단 대상조직에 접촉하는 순간을 인식하고, 접촉하는 순간에 임의의 크기의 기계적 하중을 진단 대상조직에 인가하는 동작을 수행할 수 있다(도 3 참조).

이러한 동작을 수행하기 위해, 진단장치는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 다자유도 작동기(200), 회전 구동기(300) 및 힘 측정부(400)를 제어하는 제어부(500), 측정된 대상조직의 기계적 거동을 통해 대상조직의 물성을 규명하고 데이터베이스와 비교함으로써 그 결과를 최종적으로 사용자에게 전달해줄 수 있는 분석부(600) 및 전원을 공급하는 전원 입력부(100)를 포함할 수 있다.

본원 발명의 다른 실시예에서는 이러한 진단장치를 통해 진단 대상 조직의 물성을 규명하는 진단방법을 수행할 수 있다.도 5를 참조하면, 사용자는 진단장치를 이용하여 진단 대상조직(예를 들어, 생체조직 또는 기타 여러 가지 물질)의 물성을 측정하기 위해 진단 대상조직 에 다자유도의 외부 기계적 하중을 인가할 수 있다(S510).

S510 단계에서, 외부 하중은 다양한 방법으로 진단조직에 인가될 수 있다. 예를 들어, 동일한 진단대상 개체의 동일한 부위에 여러 차례의 하중이 인가되거나, 또는 동일 개체의 다른 여러 부위에 한 번씩의 하중이 인가될 수 있다. 물론, 다른 여러 부위에 여러 번의 하중이 인가될 수 있다. 하중이 인가되는 횟수나 부위는 사용자의 요구사항에 따라 달라질 수 있다. 하중을 인가하는 방법은 도 3을 참조할 수 있다.

생체조직에 외부 하중이 인가되면 진단 대상조직에서 기계적 거동이 발생한다. 이때, 진단장치의 힘측정부에서 진단 대상조직의 기계적 거동을 측정할 수 있다. 이때 발생하는 기계적 거동은 대상조직의 특성에 따라 다양한 형태 및 크기를 가질 수 있다(S530).

본 발명에서 진단 대상조직의 기계적 거동의 일례로서 ‘반력’을 예로 들어 설명하고 있다. 반력은 대상조직에 가해지는 외부 하중에 대응하여 진단 대상조직에서 발생하는 모든 힘을 의미한다. 이때, 대상조직의 종류 및/또는 대상조직의 상태에 따라 다양한 크기의 반력이 발생할 수 있다. 따라서, 제어부는 힘 측정부를 이용하여 대상조직 등의 외부에 가해진 하중에 의해 발생된 다양한 크기의 반력을 측정하고, 측정된 반력을 기반으로 대상조직 등의 물성을 계산할 수 있다(S550).

사용자는 측정한 반력 정보를 이용해서 대상조직의 물성 정보를 규명할 수 있고, 이를 바탕으로 대상조직의 종류나 상태를 진단할 수 있다. 예를 들어, 해당 조직이 정상 조직인지 또는 질병이 있는 조직인지 여부를 진단할 수 있다.

대상조직의 상태를 진단할 때 다양한 방법이 적용될 수 있다. 바람직한 일례는 다음과 같다. 사용자는 먼저, 여러 종류의 대상조직이나 기타 다른 물질의 기계적 물성에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스를 만들어 둔다. 다음으로, S530, S550 단계에서 반력을 측정하여 계산한 물성 정보와 데이터 베이스를 비교한다(S570).

물론, S550 단계에서 규명한 물성 정보가 데이터 베이스에 저장되어 있지 않은 새로운 것이라면, 사용자는 미리 생성한 데이터 베이스에 새로운 물성 정보를 갱신할 수 있다.

이러한 일련의 과정을 통해, 사용자는 대상조직의 종류를 식별하거나 대상조직의 상태를 진단할 수 있다(S590).

사용자는 S590 단계에서 진단이 실패하면 다시 S510 단계로 돌아가 단계를 반복할 수 있다. 이때, 반복 횟수는 사용자의 요구사항 또는 대상조직의 특성에 따라 결정될 수 있다. 또, 원하는 정보를 획득하면 진단 절차를 종료한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 반력을 이용하여 생체조직을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 6은 도 5에서 설명한 방법들을 구체적으로 실제 의료 진단 방법으로써 사용하는 경우를 나타낸다. 사용자는 진단 대상인 생체조직을 진단장치에 위치시키고, 진단장치를 작동한다. 즉, 사용자는 진단장치를 조작하여 다자유도 작동기(200)를 작동시켜 회전 구동기(300) 및 힘 측정부(400)를 생체조직 근처에 위치시킨다. 또한, 진단장치는 회전 구동기(300)를 구동하여 힘 측정부(400)의 프로브(410)로 하여금 진단 대상인 생체조직에 다양한 외부 자극을 인가할 수 있다(S610).

진단장치의 힘 측정부(400)는 생체조직에서 발생하는 기계적 거동(예를 들어, 반력)을 측정한다(S630).

진단장치의 제어부(500)는 측정한 생체조직의 기계적 거동에 대한 정보를 이용하여 생체조직의 물성을 규명할 수 있다(S650).

또한, 제어부(S650)는 획득한 생체조직의 현재 물성과 데이터 베이스에 저장된 정상 생체조직의 물성의 특징을 비교하여 진단 대상인 생체조직의 상태 또는 종류를 알 수 있다. 이때, 데이터 베이스는 제어부에 포함될 수 있다. 만약, 진단 정보가 새로운 조직에 대한 물성 정보인 경우에는, 새로운 물성 정보를 데이터 베이스에 저장할 수 있다(S670).

진단장치는 생체조직에 가한 외력에 의해 발생한 반력을 이용하여 생체조직의 물리적 성질을 획득함으로써, 데이터 베이스에 포함된 물성 정보와 비교하여 정확하고 신속한 진단을 수행할 수 있다(S690).

또한, 본 발명에서 제시하는 장치를 이용하여 생체조직을 진단하는 또 다른 방법은 다음과 같다.

생체조직을 진단하는 방법은, 제어부에서 시스템의 시작을 알리는 제 1 단계; 힘 측정부의 프로부와 생체조직의 접촉을 알리는 제 2 단계; 임의의 외부 기계적 하중을 생체조직에 가하는 제 3 단계; 제 3 단계와 동시에 외부자극에 의해 발생되는 생체조직의 반력을 힘 측정부를 이용하여 측정하는 제 4 단계; 반력의 측정이 완료되면 생체조직에 가했던 외부 하중을 제거하는 제 5단계; 측정된 반력을 통해 생체조직의 물성을 규명하는 제 6단계; 정상 및/또는 질병이 있는 생체조직의 물성으로 정리된 데이터 베이스와 계산된 조직의 물성을 비교하여 진단하는 제 7단계; 및 제 7단계에서 검출한 정보를 알려주는 제 8단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에서 진단 대상 물체로서 생체조직을 주로 설명하였다. 다만, 본 발명은 생체조직에 한정되지 않고 다양한 유기적 또는 무기 조직을 물성을 검출하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

Claims (18)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 대상조직을 진단하기 위한 다자유도 진단장치에 있어서,
   상기 대상조직에 병진 하중 및 회전 하중 중 하나 이상을 인가하기 위한 동력을 생성하는 전동기 및 상기 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 회전 구동기;
   상기 대상조직에 직접 접촉하여 상기 병진 하중 및 상기 회전 하중 중 하나 이상을 인가하는 프로브 및 상기 병진 하중 및 상기 회전 하중 중 하나 이상으로 인해 상기 대상조직에서 발생하는 제 1 반력을 측정하기 위한 제 1 힘 센서를 포함하는 힘측정부; 및
   상기 회전 구동기를 구동하고, 상기 프로브를 상기 대상조직에 접촉하여 발생되는 제 2 반력을 측정하기 위한 제 2 힘센서를 포함하는 다자유도 작동기를 포함하되,
   상기 프로브의 말단부는 피봇 형태로 형성되고, 상기 프로브의 말단부의 피봇과 상기 다자유도 작동기가 결합하여 상기 프로브가 상기 피봇을 중심으로 회전운동 및 병진운동 중 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는, 진단장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 대상조직에 상기 병진 하중 및 상기 회전 하중 중 하나 이상을 인가하기 위해 상기 회전 구동기, 상기 힘측정부 및 상기 다자유도 작동기를 제어하는 제어부; 및
   상기 제 1 힘센서를 통해 획득한 상기 제 1 반력에 대한 정보 및 상기 제 2 힘센서를 통해 획득한 상기 제 2 반력에 대한 정보를 이용하여 상기 대상조직의 기계적 물성을 분석하는 분석부를 포함하는, 진단장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 동력 전달부는,
   상기 전동기의 일측에 구비되는 기어; 및
   상기 전동기에서 생성된 상기 동력을 상기 프로브에 전달해 주기 위해 상기 기어의 일측에 구비되는 구동 와이어를 포함하는, 진단장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 병진 하중 및 상기 회전 하중 중 하나 이상은 상기 프로브가 상기 피봇을 중심으로 회전운동 또는 병진운동을 수행함에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 진단장치.
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