KR101170594B1 - 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로, 트로카와 단일통로 가이드 사이에 탈착형의 절연 센서 기구부를 장착하여 최소 침습 수술 도구의 끝단에서 발생하는 힘을 측정할 수 있도록 지원하며, 수술 작업 이후 해당 절연 센서 기구부를 분리 가능하도록 하고 절연 설계가 용이하도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 최소 침습 수술 도구는 관 형상의 몸체부, 몸체부의 끝단에서 상기 몸체부의 바깥쪽 방향으로 신장되는 플렌지, 몸체부 내측에 마련되어 몸체부 내에 배치되는 수술 도구 장치의 굽힘에 의한 힘 측정 정보에 해당하는 압력 센서 정보를 생성하는 적어도 하나의 압력 검출 센서로 구성되는 압력 센서, 및 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하기 위한 신호 라인을 포함한다.

Description

최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 이를 포함하는 시스템{Apparatus and System for measuring force operating tool in Minimally Invasive environment}

본 발명은 수술 도구에 관련된 것으로, 특히 복강경 수술 또는 기타 외과수술에서 최소 침습 목적으로 시행되는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 내시경(Endoscope)이라고 하는 것은, 위나 식도와 같이 그 내부가 비어있는 중공성장기의 내면이나, 흉강 또는 복강 등과 같은 신체의 내부를 직접 볼 수 있도록 한 의료 기구를 총칭하는 것으로서, 그 사용 용도에 따라 기관지경, 후두경, 식도경, 위카메라, 자궁경, 요도경, 관절경, 방광경, 직장경, 복강경, 심장경 등과 같은 매우 다양한 종류로 세분되어진다.

상기와 같은 내시경을 복강 수술에 이용할 경우, 복강 내부의 상태를 관찰함과 동시에 내장이나 종양 등을 채취하는 수술을 용이하게 수행할 수 있기 때문에 수술 부위의 진단과 그 치료에 있어 시술자에게 많은 도움을 주고 있다. 또한 상기 복강경 수술은 수술시 복벽 및 복강장기가 손상되는 부위를 최소화하여 합병증을 감소시킴과 동시에 환자의 회복 시기와 그 회복에 따른 고통 또한 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다.

상술한 복강경 수술은 트로카(Trocar)를 이용하여 환자의 복부에 작은 구멍을 다수 개 뚫고 삽입된 트로카를 통해 예컨대, 내시경 등의 수술기구를 복강의 수술부위로 삽입한 후 내시경을 통해 복강의 수술부위를 관찰하면서 수술하는 방식으로서, 담낭 절제술, 담도 결석 제거술, 간결석 제거술, 충수돌기 절제술, 일반 외과 수술 등에 까지 널리 이용되고 있다.

복강경 수술에 이용되고 있는 트로카는 수술부위로 삽입된 후 각종 수술 도구의 작업 공간을 제공하게 되는 투관(Trocar Sleeve)과, 상기 투관 내에 삽입되어 수술부위를 천공시키는 투침(Trocar Needle)으로 구성된다. 즉 투관에 체결된 상태의 투침을 이용하여 수술부위를 천공시킨 후 삽입된 투침을 투관에서 제거하게 되면, 투관이 피부에 삽입된 상태에서 수술 도구의 작업 공간을 제공하게 된다.

한편 종래 복강경 수술에는 수술 도구가 트로카를 통하여 복강 내부에 진입한 이후 필요한 시술이 행해지고 있다. 그런데 수술 도구가 복강 내부에 진입한 이후에는 복강 내부에 대한 확인이 수술 도구에 포함된 카메라가 수집한 이미지에 의존하기 때문에 수술 도구의 위치 확인이나 복강과의 충돌 현상 등을 정확히 인지하기 어려운 단점이 있다. 이에 따라 수술 도구에 의한 복강 내 충돌발생으로 인하여 원치 않는 손상부위가 발생하거나 기타 복강 내 주요 장기를 압박하는 등의 문제가 발생하여도 이를 정확히 인지하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있었다. 이와 같이 수술 도구에 가해지는 힘을 정확히 측정하는 것은 수술 과정에 있어서 매우 중요한 사항이다.

따라서 본 발명의 목적은 트로카와 단일통로 가이드 사이에 탈착형의 절연 센서 기구부를 장착하여 최소 침습 수술 도구의 끝단에서 발생하는 힘을 측정할 수 있도록 지원하며, 수술 작업 이후 해당 절연 센서 기구부를 분리 가능하도록 하고 절연 설계가 용이하도록 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치는 관 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 끝단에서 상기 몸체부의 바깥쪽 방향으로 신장되는 플렌지, 상기 몸체부 내측에 마련되어 상기 몸체부 내에 배치되는 수술 도구 장치의 굽힘에 의한 힘 측정 정보에 해당하는 압력 센서 정보를 생성하는 적어도 하나의 압력 센서, 상기 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하기 위한 신호 라인을 포함할 수 있다.

여기서 상기 힘 측정 장치는 상기 몸체부의 내부 및 외부에 마련되어 상기 수술 도구 장치의 유입 시 상기 압력 센서와 상기 수술 도구 장치와의 접촉에 의한 파손을 방지하고 상기 수술 도구 장치의 절연을 위한 절연 스페이서를 더 포함하며, 상기 절연 스페이서는 상기 압력 센서가 배치되는 지점을 중심으로 상하부 몸체부 내부 및 몸체부 외부에 각각 형성될 수 있다.

또한 상기 신호 라인은 상기 몸체부 내측에 마련된 압력 센서와 연결되며, 상기 몸체부의 외부에 배치되어 상기 플렌지의 일정 부위까지 프린팅되어 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 관 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 끝단에서 상기 몸체부의 바깥쪽 방향으로 신장되는 플렌지, 상기 몸체부 내측에 마련되어 상기 몸체부 내에 배치되는 수술 도구 장치의 굽힘에 의한 압력 센서 정보를 생성하는 적어도 하나의 압력 센서, 상기 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하기 위한 신호 라인을 포함하는 센서 기구부와, 상기 센서 기구부가 장착되는 트로카, 상기 센서 기구부 내측에 배치되는 수술 도구 장치를 포함하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템의 구성을 개시한다.

여기서 상기 힘 측정 시스템은 상기 플렌지 일측에 마련되어 상기 몸체부의 유동을 방지하기 위해 상기 트로카 일측과 체결되는 고정부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 센서 기구부는 상기 몸체부의 내부 및 외부에 마련되어 상기 수술 도구 장치의 유입 시 상기 압력 센서와 상기 수술 도구 장치와의 접촉에 의한 파손을 방지하고 상기 수술 도구 장치의 절연을 위한 절연 스페이서를 더 포함하며, 상기 절연 스페이서는 상기 압력 센서가 배치되는 지점을 중심으로 상하부 몸체부 내부 및 몸체부 외부에 각각 형성될 수 있다.

그리고 상기 신호 라인은 상기 몸체부 내측에 마련된 압력 센서와 연결되며, 상기 몸체부의 외부에 배치되어 상기 플렌지의 일정 부위까지 프린팅되어 형성될 수 있다.

한편 상기 수술 도구 장치는 카메라, 수술용 도구, 광원, 가스 주입부 중 적어도 하나를 포함하는 수술 작업 세트 및 상기 다수개의 수술 작업 세트가 장착될 수 있는 단일 통로 멀티채널 가이드를 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 제안하는 최소 침습의 수술 도구 힘 측정 장치 및 시스템에 따르면, 본 발명은 별도의 센서부를 마련하여 고가의 센서기구 비용을 저감할 수 있으며, 수술 도구와 분리됨으로써 수술 도구의 방향과 관련 없이 환자 몸이나 장기에 대한 힘 방향 검출이 용이하며, 수술 도구의 전기조작모드 등 고주파 전기 특성에 대한 효과적 절연이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 복강경 수술 도구 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 복강경 수술 도구 시스템 중 센서 기구부의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1의 복강경 수술 도구 시스템에서 센서 기구부와 수술 도구 장치 및 트로카들 간의 배치 상태를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 센서 기구부 내의 수술 도구 장치 움직임에 따른 센싱 과정을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치인 센서 기구부가 채용되는 복강경 수술 도구 시스템의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복강경 수술 도구 시스템(10)은 트로카(100), 센서 기구부(200), 수술 도구 장치(300)를 포함할 수 있다.

이와 같은 구성을 포함하는 본 발명의 복강경 수술 도구 시스템(10)은 트로카(100) 내부에 센서 기구부(200)를 배치한 후, 센서 기구부(200) 내측으로 수술 도구 장치(300)를 이입하여 배치한다. 이에 따라 본 발명의 복강경 수술 도구 시스템(10)은 수술 도구 장치(300)를 이용하여 복강경 수술을 진행하는 동안 수술 도구 장치(300)에 작용하는 힘에 의하여 수술 도구 장치(300) 상태가 물리적으로 변경되는 경우 예를 들면 일정 영역에 굽힘이 발생하는 경우 센서 기구부(200)를 통하여 수술 도구 장치(300)에 가해지는 힘의 변화를 감지할 수 있도록 지원한다. 이에 따라 본 발명은 수술 도구 장치(300)에 가해지는 힘 측정을 수행하여 정확한 수술이 수행될 수 있도록 지원하며, 도시된 바와 같이 수술 도구 장치(300)의 힘 측정을 수행하는 센서 기구부(200)를 독립된 구성으로서 제공함으로써, 수술 도구 장치(300)의 시술 이후 폐기와 관계없이 재사용이 가능하도록 지원할 수 있다. 이하 상기 복강경 수술 도구 시스템(10)의 각 구성들에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 트로카(100)는 일정 길이의 관 형상으로 구성되는 케뉼러(150), 케뉼러(150)의 끝단에 마련되는 트로카 하우징(120), 상기 트로카 하우징(120)을 관통하며 케뉼러(150)와 연결되는 하우징 홀(140)을 포함할 수 있다. 상기 케뉼러(150)는 외과용 메스와 같은 절단 기구로 절단된 부위의 피부를 관통하여 신체 내부로 삽입된다. 이러한 케뉼러(150)의 끝단은 피부 관통을 용이하게 하기 위하여 끝단 주변부 중 적어도 일부가 일측으로 돌출된 형태의 구조를 가질 수 있다. 상기 케뉼러(150)는 상술한 센서 기구부(200)의 일부가 내부에 배치되며, 수술 도구 장치(300)가 상기 하우징 홀(140) 및 상기 센서 기구부(200)의 내부를 관통하여 복강 내로 진입하도록 가이드한다. 한편 상기 케뉼러(150)에 연결된 트로카 하우징(120)에 형성된 하우징 홀(140)을 통해서 내시경과 같은 의료 기구 즉 수술 도구 장치(300)가 케뉼러(150)를 경유하여 신체 내부로 삽입된다. 이에 따라 하우징 홀(140)의 직경은 케뉼러(150)의 직경과 유사하게 형성될 수 있다. 상기 트로카 하우징(120)은 상기 센서 기구부(200)의 탑재 이후 센서 기구부(200)의 고정을 위하여 센서 기구부(200)에 마련되는 플렌지(220)와 결착된다. 그리고 상기 트로카 하우징(120)은 센서 기구부(200)의 고정을 위하여 후술하는 센서 기구부(200)의 고정부가 장착될 수 있는 고정 구조물이 더 마련될 수 있다. 여기서 상기 트로카 하우징(120)에 마련되는 고정 구조물은 상기 센서 기구부(200)의 고정부 형상에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면 상기 센서 기구부(200)의 고정부 형상이 후크 형태로 마련되는 경우 상기 트로카 하우징(120)의 고정 구조물은 상기 후크가 결합되는 홈이나 홀 형상으로 제작될 수 있다.

추가로 도시하지는 않았으나 상기 트로카(100)는 가스 배기를 위한 배기관을 더 포함할 수 있다. 신체에 전기수술 등을 시행하는 경우에 일산화탄소, 암모니아 등과 같은 발암성 독성 가스가 발생할 수 있다. 이러한 가스 배출을 위하여 상기 트로카(100)는 배기관을 마련하고 상기 가스를 인체 외부로 배출되도록 지원할 수 있다. 그리고 상기 트로카(100)는 상기 배기관을 통하여 가스 배출을 적절한 장소로 이동시키기 위하여 배기관과 연결되는 배기 연결관을 더 포함할 수 있으며, 또한 가스 배출이 적절한 시점에 이루어질 수 있도록 지원하기 위하여 배기관의 개폐를 지원하는 밸브를 더 마련할 수 있다. 그리고 상기 하우징 홀(140)은 그 내부의 외주부에 고무막 등과 같은 가스 흐름을 차단할 수 있는 막이 형성될 수 있다. 이에 따라 케뉼러(150)가 피부를 관통하여 신체 내로 삽입되고 내시경 또는 복강경과 같은 수술 도구 장치(300)가 하우징 홀(140)을 통해 케뉼러(150)에 삽입되는 경우 케뉼러(150)를 통해 배출되는 가스가 가스 흐름 차단막에 의해 하우징 홀(140)로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 인체 내의 가스는 케뉼러(150), 배기관 및 배기 연결관을 통해 미리 설정된 장소 예를 들면, 진공 흡입관 또는 의료실 환기구 등에 배출될 수 있다.

상기 수술 도구 장치(300)는 상기 트로카 하우징(120)에 마련된 하우징 홀(140), 상기 하우징 홀(140)을 통해 장착되는 센서 기구부(200)와, 상기 센서 기구부(200)가 장착되는 케뉼러(150)를 관통하여 케뉼러(150)가 배치된 복강 내로 진입한다. 이러한 수술 도구 장치(300)는 복강 내부를 관찰할 수 있도록 지원하는 내시경 카메라, 복강 내부 가스 주입을 위한 가스 주입부, 수술용 도구, 수술용 광원 등을 포함하는 수술 작업 세트(310)와 상기 수술 작업 세트(310)가 탈착 및 고정되는 가이드(320)를 포함할 수 있다. 상기 수술 작업 세트(310)는 복강 수술 특성에 따라 다양한 종류가 추가되거나 상술한 구성들 중 일부 구성들이 제외될 수 있다. 이에 따라 상기 가이드(320)는 하나의 수술 작업 세트(310)만을 지지하는 단일통로 단일채널 가이드, 다양한 종류의 도구들을 포함하는 수술 작업 세트(310)를 지지하는 단일통로 멀티채널 가이드 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 가이드(320)는 줄 형태로 마련되는 수술 작업 세트(310)들이 안착될 수 있는 길이 홈을 적어도 하나 이상 마련할 수 있으며, 상기 길이 홈에 상기 수술 작업 세트(310)들을 고정 및 탈착시킬 수 있다. 한편 상기 가이드(320)는 상술한 센서 기구부(200) 내에 마련되어 수술 작업 세트(310)에 가해진 힘에 의해 그 형태가 일시적으로 변형 예를 들면 일부가 일정 방향으로 굽혀져 센서 기구부(200)에 마련된 압력 센서들을 가압할 수 있다. 이를 위하여 상기 가이드(320)는 센서 기구부(200) 내에 배치되어 수술 작업 세트(310)들을 고정하면서도 수술 작업 세트(310)들에 전달된 힘에 의하여 일시적인 변형이 가능한 재질 예를 들면 강화 실리콘, 연성 플라스틱, 고무, 은막 코팅된 연성 재질 등 다양한 재질로 구성될 수 있다. 상술한 수술 도구 장치(300)는 상기 트로카(100)의 하우징 홀(140)에 장착된 센서 기구부(200) 내측으로 배치되면서 센서 기구부(200) 내측에 마련된 절연 스페이서와 접촉될 수 있다.

상기 센서 기구부(200)는 상기 트로카(100)의 하우징 홀(140)을 관통하여 배치되며 내측이 빈 관 형상으로 마련될 수 있으며, 하우징 홀(140) 내측으로 일정 깊이 이상 진입되는 것을 방지하기 위한 구조로 마련될 수 있다. 그리고 센서 기구부(200)는 내측에 압력 센서를 마련하여, 관 내에 배치되는 수술 도구 장치(300)의 움직임에 의한 압력을 센싱하고, 센싱된 압력 센서 정보를 외부 기타 장치 예를 들면 컴퓨팅 장치에 전달할 수 있다. 이에 따라 의료진은 압력 센서 정보의 변경에 따라 수술 도구 장치(300)의 현재 상태를 보다 정확히 확인할 수 있으며, 수술 도구 장치(300)의 과도한 움직임 발생을 방지함으로써 수술 도구 장치(300)에 의한 조직 손상 발생을 억제할 수 있다. 이러한 센서 기구부(200)는 상기 트로카(100) 내부에 장착되는 몸체부(210), 상기 몸체부(210) 끝단에 마련되어 상기 트로카(100)의 하우징 홀(140) 안으로 일정 깊이 이상 진입되는 것을 억제하기 위해 마련된 플렌지(220), 몸체부(210) 일측에 배치되어 수술 도구 장치(300)의 힘을 측정하는 압력 센서 등을 포함할 수 있다. 상기 센서 기구부(200)의 세부 구조와 트로카(100) 내의 장착 상태에 대해서 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치인 센서 기구부(200)가 포함되는 복강경 수술 도구 시스템(10)은 센서 기구부(200)를 트로카(100)나 수술 도구 장치(300)와는 독립적으로 제작하고, 트로카(100)에 장착 및 탈착할 수 있도록 마련함으로써, 수술 도구 장치(300)에 관계없이 센서 기구부(200)를 설치 및 운용할 수 있다. 이하, 상기 센서 기구부(200)의 형태와 트로카(100)의 장착 형태에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 기구부(200)를 별도로 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 센서 기구부(200)가 채용되는 복강경 수술 도구 시스템(10)의 일단면을 나타낸 도면이다.

상기 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 센서 기구부(200)는 앞서 개략적으로 설명한 바와 같이 상기 트로카(100) 내부에 장착되는 몸체부(210), 상기 몸체부(210) 끝단에 마련되어 상기 트로카(100)의 하우징 홀(140) 안으로 일정 깊이 이상 진입되는 것을 억제하기 위해 마련된 플렌지(220), 몸체부(210) 일측에 배치되어 수술 도구 장치(300)의 힘을 측정하는 압력 센서(230) 등을 포함할 수 있으며, 추가로 수술 도구 장치(300)의 절연성 지원을 위한 절연 스페이서(260)가 포함될 수 있다. 그리고 상기 센서 기구부(200)는 상기 압력 센서(230)들과 연결되어 외부 컴퓨팅 장치와 연결되는 신호 라인(240)을 더 포함할 수 있다.

상기 몸체부(210)는 내부가 빈 일정 길이의 관 형상으로 제작된다. 이때 상기 몸체부(210)의 길이는 상기 트로카(100)의 복강 진입과 수술 공간 확보 등을 고려하여 상기 트로카(100)의 전체 길이보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 몸체부(210)는 상기 트로카(100)의 하우징 홀(140)을 통하여 내부 장착되기 때문에 상기 하우징 홀(140)의 직경보다 작은 직경을 가지는 관 형상으로 제작될 수 있다. 이러한 몸체부(210)는 상기 트로카(100)와 유사한 재질로 구성될 수 있다. 상기 몸체부(210) 일측에는 상기 압력 센서(230)와 연결되는 신호 라인(240)이 형성될 수 있다.

상기 플렌지(220)는 상기 몸체부(210)의 끝단에서 상기 몸체부(210)의 바깥쪽 방향으로 일정 넓이를 가지는 형성된다. 이러한 플렌지(220)는 몸체부(210)의 끝단과 연결된 환형 고리 형태가 될 수 있다. 상기 플렌지(220)는 상기 트로카 하우징(120)의 상부면과 대면되어 상기 센서 기구부(200)의 몸체부(210)가 상기 트로카(100) 내부로 일정 깊이 이상 진입되지 않도록 하는 지지 역할을 수행한다. 도시된 도면들에서는 상기 플렌지(220)의 크기를 상기 트로카 하우징(120)의 상부면 넓이와 유사한 크기로 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 플렌지(220)는 상기 트로카(100) 내부로 일정 깊이 이상의 몸체부(210) 진입을 방지할 수 있는 형태라면 어떠한 넓이나 형상이라도 채용 가능할 것이다. 한편 상기 플렌지(220)의 끝단부는 상기 센서 기구부(200)의 유동을 방지하기 위하여 트로카(100) 일측에 센서 기구부(200)를 고정하는 고정부(250)가 마련될 수 있다.

상기 고정부(250)는 상기 플렌지(220) 일측에 마련된 후, 플렌지(220)가 상기 트로카(100)의 상면과 대면되도록 장착된 이후 트로카(100) 일측에 마련된 고정 구조물과 체결될 수 있다. 이러한 고정부(250)는 후크 타입, 볼트/너트 타입, 삽입 고정핀 타입, 걸쇠 타입, 요철 타입, 스크류 캡 타입 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 고정부(250)의 형상이 결정되면 상기 트로카(100)의 고정 구조물의 형상이 고정부(250) 형성에 대응하여 제작될 수 있을 것이다.

상기 압력 센서(230)는 적어도 하나의 압력 검출 센서들로 구성될 수 있다. 상기 압력 센서(230)는 상기 몸체부(210) 내측의 적어도 한 곳에 상술한 압력 검출 센서들을 마련하여 수술 도구 장치(300)의 휘어짐에 의한 힘 방향 및 크기를 압력으로 검출하는 센서이다. 이러한 압력 센서(230)는 수술 도구 장치(300)의 다양한 방향에 대한 측정을 위하여 몸체부(210)의 내부 전체에 배치될 수 있다. 또는 상기 압력 센서(230)는 도시된 바와 같이 몸체부(210) 내부에서 4개의 방위에 적절히 배치되어 수술 도구 장치(300)의 휘어짐에 따른 방향을 측정할 수 있다. 상기 압력 센서(230)와 수술 도구 장치(300) 사이에는 높은 선형성의 탄성 절연 물질이 배치되어 수술 도구 장치(300)의 굽힘 변위량을 상기 압력 센서(230)에 힘으로 전달할 수 있다. 이러한 탄성 절연 물질은 상기 수술 도구 장치(300)의 움직임에 따라 그 형태가 변화될 수 있다. 상기 압력 센서(230)의 위치는 절연 스페이서(260)들의 중앙에 위치하는 것으로 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 상기 압력 센서(230)의 위치는 몸체부(210) 내에서 상기 수술 도구 장치(300)의 굽힘이 가장 크게 발생할 수 있는 위치 즉 수술 도구 장치(300)의 힘을 가장 적절하게 측정할 수 있는 위치가 될 수 있다. 이러한 위치는 실질적으로 상기 수술 도구 장치(300)의 길이와 상기 몸체부(210)의 길이 등에 따라 달라질 수 있으며, 절적한 실험을 통하여 통계적으로 결정될 수 있을 것이다.

상기 절연 스페이서(260)는 상기 몸체부(210) 내외부에 각각 마련되어 상기 센서 기구부(200)를 상기 트로카(100) 내부에 고정 지지함으로써 센서 기구부(200)의 유동을 방지하고, 내측에 배치되는 수술 도구 장치(300)를 절연 및 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 특히 상기 절연 스페이서(260)는 상기 수술 도구 장치(300)가 상기 몸체부(210) 내측을 관통하면서 상기 압력 센서(230)를 가압하지 않도록 하는 기능을 제공할 수 있다. 이러한 절연 스페이서(260)는 도시된 바와 같이 플렌지(220)가 배치되는 곳에 인접한 몸체부(210) 상단 내부 및 외부에 각각 띠 형태로 마련될 수 있고, 또한 몸체부(210) 하단 일정 영역 내부 및 외부에 각각 띠 형태로 마련될 수 있다. 상기 절연 스페이서(260)는 일정한 탄성을 제공함으로써 수술 도구 장치(300)의 움직임에 따라 그 형태가 변화될 수 있다. 상기 절연 스페이서(260)는 상기 트로카(100)와 상기 센서 기구부(200) 사이에 발생하는 틈을 패킹함과 아울러, 상기 수술 도구 장치(300)와 상기 몸체부(210) 사이에 발생하는 틈을 패킹할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 수술 도구 장치(300)에서 트로카 하우징(120)은 가스 누수를 위한 별도의 고무 패킹이 제거된 형태로 마련될 수 도 있을 것이다.

상기 신호 라인(240)은 상기 압력 센서(230)와 연결되어 압력 센서(230)가 검출하는 수술 도구 장치(300)에서 발생한 힘에 대응하는 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하는 구성이다. 그리고 상기 신호 라인(240)은 상기 압력 센서(230)의 구동을 위한 전원을 전달하는 구성이 될 수 있다. 이러한 신호 라인(240)은 상기 몸체부(210) 내측에 마련된 압력 센서(230)와 연결되며 외부 컴퓨팅 장치와의 연결을 위하여 트로카(100)에 삽입되지 않는 플렌지(220)의 일측까지 형성될 수 있다. 추가로 상기 플렌지(220) 일측에 신호 라인(240)이 마련되는 경우 상기 신호 라인(240)과 외부 컴퓨팅 장치와 연결을 위한 점퍼가 추가로 더 마련될 수 있으며 점퍼와의 접속을 위하여 플렌지(220) 일측에 마련되는 상기 신호 라인(240)의 끝은 단자 형태로 구성될 수 있다. 여기서 점퍼는 신호 라인(240)으로 통하여 전달되는 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하는 역할과 외부 전원을 상기 신호 라인(240)을 통하여 상기 압력 센서(230)에 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 한편 상기 신호 라인(240)은 별도로 마련하여 몸체부(210)에 부착되는 형태로 구성될 수 있으며, 또한 상기 몸체부(210)에 프린팅하는 방법에 의하여 실장될 수 있다. 특히 상기 신호 라인(240)과 상기 몸체부(210) 내측에 마련되는 압력 센서(230)와의 연결을 위하여 상기 몸체부(210)의 외부에서 내부를 관통하는 홀을 마련될 수 있다. 상기 홀은 상기 압력 센서(230)가 배치되는 영역에 마련되는 것이 바람직하다. 그리고 신호 라인(240)은 센서 기구부(200) 장착 과정과 탈착 과정을 고려하여 몸체부(210)에서 외부로 노출되지 않도록 피막 처리될 수 있으며, 플렌지(220)에서도 점퍼와의 접촉부위를 제외하고 피막 처리될 수 있다. 또한 상기 신호 라인(240)은 도면에서 플렌지(220)의 다양한 위치에 배치되는 것으로 설명하였으나, 외부 컴퓨팅 장치와의 용이한 접속을 위하여 일정 영역 내로 군집되는 형태로 프린팅되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 센서 기구부(200)는 수술 도구 장치(300)와는 별개로 제작될 수 있으며, 대형 생산이 가능하며, 또한 다양한 수술 도구 장치(300) 및 트로카(100)의 크기에 따라 다양한 형태로 생산할 수 도 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복강경 수술 도구 시스템(10)에서 힘 측정 형태를 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 먼저 본 발명의 복강경 수술 도구 시스템(10) 이용에 따라 센서 기구부(200)가 장착된 트로카(100)가 복강 내에 진입하여 고정되고, 상기 센서 기구부(200) 내측으로 수술 도구 장치(300)가 진입한 상태가 마련될 수 있다.

이와 같은 상태에서 상기 수술 도구 장치(300)에 일정 방향 예를 들면 첨부된 도면을 기준으로 상기 수술 도구 장치(300) 끝단에 하단 방향으로 힘이 가해지는 경우 상기 압력 센서(230) 중 상단 방향에 배치된 센서가 수술 도구 장치(300)의 휘어짐에 의해 특정 압력 발생을 검출할 수 있다. 이러한 압력이 발생하면 상기 압력 센서(230) 중 상단 방향에 배치된 센서는 연결된 신호 라인(240)을 통하여 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달할 수 있다. 그러면 외부 컴퓨팅 장치는 사전 등록된 해당 센서의 위치 정보와 전달된 압력 센서 정보를 기반으로 수술 도구 장치(300)가 현재 어떠한 상태의 힘에 의하여 굽힘이 발생했는지를 모니터링할 수 있도록 정보 출력을 지원할 수 있다.

한편, 상기 수술 도구 장치(300)에 대하여 이전과 다른 방향으로 힘이 가해지는 경우, 상기 수술 도구 장치(300)는 이전과 다른 방향으로의 굽힘을 발생시키게 된다. 그러면 이전 수술 도구 장치(300) 상태에 따라 압력을 검출하던 센서 예를 들면 상단 방향에 배치된 압력 센서(230)의 압력 센서 정보가 변경이 발생하며 해당 센서는 변경된 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달할 수 있다. 또한 수술 도구 장치(300)의 새로운 굽힘 방향에 배치된 새로운 센서는 수술 도구 장치(300)의 굽힘에 따라 발생한 압력 센서 정보를 수집하고 이를 외부 컴퓨팅 장치에 전달할 수 있다. 이에 따라 외부 컴퓨팅 장치는 변경된 압력 센서 정보와 새로 수집된 압력 센서 정보를 기반으로 수술 도구 장치(300)가 어떠한 방향에서 다른 방향으로 이동하는지를 모니터링할 수 있도록 정보 출력할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치 및 시스템은 복강경 수술 등 외과적으로 시행되는 수술 중 최소 침습 로봇시스템에서 수술 도구의 사용 시 현재 제공되지 않는 햅틱정보를 제공하며, 수술 도구 장치(300)와 센서 기구부(200)를 분리하여 수술 도구 장치(300)의 회전 및 절연 문제로부터 자유로운 특징이 있다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

10 : 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템
100 : 트로카 120 : 트로카 하우징
140 : 하우징 홀 150 : 케뉼러
200 : 센서 기구부 210 : 몸체부
220 : 플렌지 230 : 압력 센서
240 : 신호 라인 250 : 고정부
260 : 절연 스페이서 300 : 수술 도구 장치
310 : 수술 작업 세트 320 : 가이드

Claims (8)

1. 관 형상의 몸체부;
   상기 몸체부의 끝단에서 상기 몸체부의 바깥쪽 방향으로 신장되는 플렌지;
   상기 몸체부 내측에 마련되어 상기 몸체부 내에 배치되는 수술 도구 장치의 굽힘에 의한 힘 측정 정보에 해당하는 압력 센서 정보를 생성하는 적어도 하나의 압력 검출 센서로 구성된 압력 센서;
   상기 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하기 위한 신호 라인;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체부의 내부 및 외부에 마련되어 상기 수술 도구 장치의 유입 시 상기 압력 센서와 상기 수술 도구 장치와의 접촉에 의한 파손을 방지하고 상기 수술 도구 장치의 절연을 위한 절연 스페이서;를 더 포함하며,
   상기 절연 스페이서는
   상기 압력 센서가 배치되는 지점을 중심으로 상기 몸체부 상측의 내부 및 외부와, 상기 몸체부 하측의 내부 및 외부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 신호 라인은
   상기 몸체부 내측에 마련된 압력 센서와 연결되며, 상기 몸체부의 외부에 배치되어 상기 플렌지의 일정 부위까지 프린팅되어 형성되며,
   상기 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치는
   상기 플렌지에 마련된 신호 라인과 상기 외부 컴퓨팅 장치와의 연결을 위한 점퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 장치.
4. 관 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 끝단에서 상기 몸체부의 바깥쪽 방향으로 신장되는 플렌지, 상기 몸체부 내측에 마련되어 상기 몸체부 내에 배치되는 수술 도구 장치의 굽힘에 의한 압력 센서 정보를 생성하는 적어도 하나의 압력 검출 센서로 구성되는 압력 센서, 상기 압력 센서 정보를 외부 컴퓨팅 장치에 전달하기 위한 신호 라인을 포함하는 센서 기구부;
   상기 센서 기구부가 장착되는 트로카;
   상기 센서 기구부 내측에 배치되는 수술 도구 장치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 센서 기구부는
   상기 플렌지 일측에 마련되어 상기 몸체부의 유동을 방지하기 위해 상기 트로카 일측과 체결되는 고정부;를 더 포함하며,
   상기 트로카는
   상기 고정부와 체결되는 고정 구조물;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 센서 기구부는
   상기 몸체부의 내부 및 외부에 마련되어 상기 수술 도구 장치의 유입 시 상기 압력 센서와 상기 수술 도구 장치와의 접촉에 의한 파손을 방지하고 상기 수술 도구 장치의 절연을 위한 절연 스페이서;를 더 포함하며,
   상기 절연 스페이서는
   상기 압력 센서가 배치되는 지점을 중심으로 상기 몸체부 상측의 내부 및 외부와, 상기 몸체부 하측의 내부 및 외부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템.
7. 제4항에 있어서,
   상기 신호 라인은
   상기 몸체부 내측에 마련된 압력 센서와 연결되며, 상기 몸체부의 외부에 배치되어 상기 플렌지의 일정 부위까지 프린팅되어 형성되며,
   상기 센서 기구부는
   상기 플렌지에 마련된 신호 라인과 상기 외부 컴퓨팅 장치와의 연결을 위한 점퍼;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템.
8. 제4항에 있어서,
   상기 수술 도구 장치는
   카메라, 수술용 도구, 광원, 가스 주입부 중 적어도 하나를 포함하는 수술 작업 세트;
   상기 다수개의 수술 작업 세트가 장착될 수 있는 단일 통로 멀티채널 가이드;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술 도구의 힘 측정 시스템.

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