KR101171025B1 - 자연개구부 내시경수술을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내시경을 이용한 NOTES 수술방법 및 장치를 개시한다. 본 발명의 제 1 실시예로서 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 위한 내시경은, 인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 제공하는 카메라부와 수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부와 내시경이 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입시 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 힘정보를 측정하는 힘센서와 내시경이 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함할 수 있다.

Description

자연개구부 내시경수술을 위한 장치 및 방법{Method and Apparatus for Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery}

본 발명은 내시경을 이용한 수술방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본원 발명은 수술장에서 수술도구의 위치와 수술도구에 걸리는 힘을 실시간으로 추적 및 측정하여 수술의 정확도를 향상시키고자하는 방법 및 장치들을 개시한다.

본 발명은 자연개구부 내시경수술(NOTES: Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery)에서 사용되는 장치 및 방법에 관한 것이다. 자연개구부 내시경수술(NOTES)은 신체 외부에 흉터를 남기지 않기 위해 입이나 항문, 질, 또는 요도 등의 자연개구부를 통해 시술하는 수술 방법을 의미한다.

NOTES에서는 삽입된 수술 도구가 섬세한 작업을 수행하여야 하지만, 상용화된 내시경 도구들은 복잡한 작업을 수행하기에 부적절하다. 따라서, 이에 적절한 NOTES용 수술 시스템이 필요하다. 수술도구는 오버튜브의 채널을 통해 삽입되기 위해서 길고 유연한 줄기를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 연결된 여러 개의 짧은 링크에 의해 내시경의 매니퓰레이터 줄기가 충분한 유연성을 가지고, 외부에서 제공하는 병진 및 회전 운동을 긴 줄기를 통해 효율적으로 전달하는 것이 바람직하다.

NOTES의 경우 복부에 상처가 없어 통증이나 합병증을 줄일 수 있고, 이에 따라 입원기간이 줄어들어 비용절감의 효과를 얻을 수 있으며 미용상 완벽하게 흉터를 남기지 않는다는 장점이 있다.

그러나, 현재까지 개발되어 사용되어 온 기존의 내시경 장비만으로 NOTES 시술에 사용하기에는 여러 가지 어려움이 있다. 예를 들어, 내시경이 환부까지 진입하기가 어렵고, 수술 도구의 힘이 충분하지 않거나 환부 주위에 내시경을 고정하지 못해 수술 작업을 수행하는 데에도 어려움이 있으며, 의사가 내시경을 자유자재로 조종하는 것도 쉽지 않다.

기술적인 측면에서 살펴볼 때에는 다음과 같이 문제점들을 분석하여 볼 수 있다.

첫 번째로, 내시경의 지나친 유연성(flexibility) 문제이다. 위나 대장과 같은 인체의 개구부를 통해 복강 내로 내시경 또는 수술도구가 접근하기 위해서는 앞서 밝힌 바와 같이 내시경 또는 수술도구가 유연해야만 환자에게 압박을 주지 않고 구불구불한 내장 기관을 지나갈 수 있다.

그러나 각종 장치들이 환부에 도착하여 실제 수술을 수행할 경우에는 내시경 또는 수술도구의 유연성으로 인해, 수술도구를 원하는 위치에 정확히 도달시켜 고정된 상태에서 수술 동작을 수행할 수 없다. 왜냐하면, 내시경은 환부를 흔들림 없이 지속적으로 비추고 있어야 하며 수술 도구도 힘없이 처지는 것이 아니라 의사가 원하는 위치에서 적정한 동작을 취할 수 있어야 어려움 없이 수술을 집도할 수 있는 것이다. 즉, 현재까지는 의사 개인의 숙련도에 의지하여 수행하는 내시경 수술을 그와 상관없이 내시경 장치로서 일정 수준 이상으로 끌어올릴 필요가 있다.

또한, 수술시 의사에게 환부, 내장 기관, 수술 위치에서 수술도구에 가해지는 힘의 반력이 1:1로 전해지지 않는 문제점이 있어 수술을 더 어렵게 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 내시경 및/또는 수술도구가 유연하면서도 동시에 견고한 특성을 가질 필요가 있다.

두 번째로 수술도구의 유연성 문제나 크기의 한계로 인해 수술도구에 전달되는 힘의 부족 문제이다. 위에서 언급한 이유와 마찬가지로 수술도구는 유연성을 가지고 있어야 한다.

또한 내시경과 수술도구가 함께 복강 내로 삽입되므로, 수술도구는 매우 작은 크기를 가져야 하는 등의 구조적인 한계로 인해 수술도구의 끝단까지 충분한 힘을 전달하기 힘든 문제점을 안고 있다. 수술 시 충분한 힘을 낼 수 없는 도구를 사용하면 대상 물질의 절개나 잡기 등의 동작을 원활히 수행할 수 없게 되어, 그에 따라 수술 시간이 길어지고 수술 중 감염 등의 위험성이 커지게 된다.

즉, 기존의 수술 도구를 사용하여 NOTES를 시행하였을 때 간단한 시술의 경우에도 복강경을 이용한 수술이나 개복수술에 비해 시간이 많이 걸리는 단점이 생길 수 있다. 따라서, 이러한 구조적인 한계를 극복하고 수술에 충분한 힘을 전달할 수 있는 새로운 수술도구 혹은 매니퓰레이터(manipulator)의 개발이 시급하다. 수술도구의 개발을 위해서는 수술도구에 걸리는 적절한 힘과 자유도를 정해줄 수 있어야 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 NOTES를 수행하기 위한 내시경 장치, 위치추적장치, 이를 이용한 수술방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자력 기반의 위치추적장치를 이용하여 수술도구의 위치를 실시간으로 파악하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내시경의 힘 센서와 위치추적장치를 이용하여, 내시경에 걸리는 힘과 수술 공간을 측정함으로써 효율적인 수술을 수행하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수술 중에 수술도구에 걸리는 힘을 사용자에게 피드백하는 방법을 제공함으로써 수술의 정밀성을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본원 발명에서 개시하는 장치들을 이용하여 수술 중 수행되는 일련의 시술 과정을 분류하고, 수술 시뮬레이션 제작에 필요한 중요 변수들을 측정 및 제공하는 것이다. 또한, 수술도구를 이용하여 목적 기관의 손상시에 가해지는 힘을 측정함으로써, 수술시의 안전 지수를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 목적 기관의 손상시에 가해지는 힘과 수술도구에 가해지는 힘을 비교함으로써, 수술시의 수술도구에 그 이상의 힘이 걸릴 시에 위험상황을 사전에 경고하는 방안을 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 도출될 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 내시경을 이용한 수술방법 및 장치를 개시한다. 또한, 본원 발명은 수술장에서 수술도구의 위치와 수술도구에 걸리는 힘을 실시간으로 추적 및 측정하여 수술의 정확도를 향상시키고자하는 방법 및 장치들을 개시한다.

본 발명의 제 1 실시예로서 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 위한 내시경은, 인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 제공하는 카메라부와 수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부와 내시경이 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입시 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 힘정보를 측정하는 힘센서와 내시경이 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함할 수 있다.

상기 제 1 실시예에서 내시경은 카메라부, 수술도구부, 힘센서 및 위치추적센서의 동작을 제어하고, 힘정보 및 위치정보를 사용자에 피드백하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 수술도구부는 인체 또는 동물체의 내부에서 NOTES를 수행하기 위한 수술도구와 NOTES 수행시 공기를 공급하는 공기 공급장치와 NOTES 수행시 발생하는 공기 및 액체를 흡입하기 위한 흡입장치를 포함할 수 있다. 또한, 위치정보는 위치추적센서의 자체 전원 또는 외부 전원을 통해 발생된 자기장을 토대로 생성될 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예로서 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 위한 내시경은,인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 제공하는 카메라부와 내시경이 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입 후, 내부 기관에 의해 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 제 1 힘정보를 측정하는 제 1 힘센서와 수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부와 NOTES 시술을 수행시 수술도구부에 포함된 수술도구에 의해 수술 목적 대상에서 발생하는 반력에 대한 제 2 힘정보를 측정하는 제 2 힘센서와 내시경이 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함할 수 있다.

상기 제 2 실시예에서 내시경은 카메라부, 수술도구부, 제 1 힘센서, 제 2 힘센서 및 위치추적센서의 동작을 제어하고, 제 1 힘정보, 제 2 힘정보 및 위치정보를 사용자에 피드백하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 수술도구부는 NOTES 수행시 공기를 공급하는 공기 공급장치와 NOTES 수행시 발생하는 공기 및 액체를 흡입하기 위한 흡입장치를 더 포함할 수 있다. 또한, 제 2 힘센서는 수술도구의 일측에 부착되는 것이 바람직하다.

상기 제 2 실시예에서 위치정보는 위치추적센서의 자체 전원 또는 외부 전원을 통해 발생된 자기장을 토대로 생성될 수 있다.

상기 제 2 실시예에서 내시경은 수술도구부를 제어하는 조작 구동부를 더 포함하고, 제 1 힘정보 및 제 2 힘정보는 조작 구동부에 사용자가 촉각적으로 느낄 수 있는 형태 또는 영상표시장치에 표시되어 시각적으로 확인할 수 있는 형태로 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3 실시예로서 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 지원하기 위한 위치추적장치는, 내시경에 포함된 하나 이상의 위치추적센서를 탐지하고 내시경의 동작을 제어하는 프로세서와 NOTES 네비게이션용 소프트웨어가 내장된 컴퓨터와 내시경으로부터 획득한 힘정보, 위치정보 및 영상정보를 저장하는 메모리와 힘정보, 위치정보 및 영상정보 중 하나 이상을 표시하는 영상표시부를 포함할 수 있다.

상기 제 3 실시예에서 내시경은 인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 상기 영상정보를 제공하는 카메라부와 수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부와 내시경이 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입시 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 힘정보를 측정하는 힘센서와 내시경이 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함할 수 있다.

이때, 위치추척장치는 위치정보를 영상표시부를 통해 사용자에게 제공함으로써, NOTES 시술시 내시경의 위치를 사용자에게 알려줄 수 있다.

본 발명의 제 4 실시예로서 상기 제 1 실시예의 내시경을 이용하여 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 지원하는 방법은, NOTES 시술 이전에 동물체 또는 유기체에 내시경을 삽입하는 단계와 힘센서를 통해 동물체 또는 유기체로부터 제 1 힘정보 및 위치추적센서를 통해 제 1 위치정보를 획득하는 단계와 제 1 힘정보 및 제 1 위치정보를 기반으로 NOTES 시술시 인체 또는 동물체의 내부 기관이 손상되는지 여부를 판단할 수 있는 안전계수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 안전계수는 NOTES 시술시 내시경을 통해 획득하는 제 2 힘정보 및 제 2 위치정보와 비교되어 NOTES 시술시 내부 기관의 손상 여부를 판단하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 제 5 실시예로서 상기 제 2 실시예의 내시경을 이용하여 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 수행하는 방법은, 내시경을 인체 또는 동물체의 내부에 삽입하는 단계와 제 1 힘센서로부터 내시경 자체에 걸리는 제 1 힘정보를 획득하는 단계와 위치추적센서로부터 내시경의 현재 위치정보를 획득하는 단계와 제 1 힘정보 및 현재 위치정보를 기반으로 내시경을 제어하여 내시경을 수술 목적 대상에 접근시키는 단계와 제 2 힘센서로부터 NOTES 시술시 수술도구로 인해 수술 목적 대상에서 발생하는 제 2 힘정보를 획득하는 단계와 제 2 힘정보를 기반으로 NOTES 시술을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 5 실시예에서 내시경은 카메라부, 수술도구부, 제 1 힘센서, 제 2 힘센서 및 위치추적센서의 동작을 제어하고, 제 1 힘정보, 제 2 힘정보 및 위치정보를 사용자에 피드백하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제 5 실시예에서 현재 위치정보는 위치추적센서의 자체 전원 또는 외부 전원을 통해 발생된 자기장을 토대로 생성될 수 있다. 또한, 내시경은 수술도구부를 제어하는 조작 구동부를 더 포함하고, 제 1 힘정보 및 제 2 힘정보는 조작 구동부에 사용자가 촉각적으로 느낄 수 있는 형태로 제공되는 것이 바람직하다.

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

본 발명의 실시예들에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 자력 기반의 추적장치와 수술도구에 장착된 힘 센서를 사용하여 수술도구의 위치를 실시간으로 파악할 수 있고, 수술 중 일어나는 일련의 시술 과정을 분류할 수 있는 효과가 있다.

또한, 힘센서와 위치추적센서를 이용하여, 수술도구에 걸리는 힘과 수술 공간을 측정함으로써 수술도구의 제작의 기준을 제시하는 효과가 있다.

또한, 수술도구에 걸리는 힘을 사용자에게 피드백함으로써, 수술의 정밀성을 높이는 효과가 있다.

또한, 내시경의 힘센서와 위치추적장치를 이용하여, 수술도구에 걸리는 힘과 수술공간을 측정함으로써, 수술 시뮬레이션 제작에 중요한 변수들을 제공하는 효과가 있다.

또한, 장기의 손상 시에 가해지는 힘을 측정함으로써, 수술시의 안전 지수를 제공하는 효과가 있다.

또한, 장기의 손상 시에 가해지는 힘과 비교하여 도구에 가해지는 힘을 비교함으로써, 수술시의 수술도구에 그 이상의 힘이 걸릴 시에 위험상황을 예지하는 효과가 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 실시예로서, NOTES에서 사용되는 내시경 구조의 개략도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 내시경의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 내시경의 다른 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3에서 개시한 내시경의 장기 압력부(320) 및 내시경 보디의 설계도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 도 2 또는 도 3에서 개시한 내시경을 이용하여 NOTES 수술을 수행시 내시경의 위치를 추적하는 위치추적장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예로서 내시경 및 위치추적장치를 이용하여 NOTES 수술을 수행하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로서 내시경을 통해 수신한 위치정보 및 힘정보를 이용하여 NOTES 수술을 수행하기 위해 필요한 정보들을 수집하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서, NOTES 수술을 수행하는 동작 과정을 나타내는 도면이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 내시경을 이용한 수술방법 및 장치를 개시한다. 또한, 본원 발명은 수술장에서 수술도구의 위치와 수술도구에 걸리는 힘을 실시간으로 추적 및 측정하여 수술의 정확도를 향상시키고자하는 방법 및 장치들을 개시한다.

이하의 실시예들은 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 실시예를 구성할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 즉, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에 대한 설명에서, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 부분, 장치, 절차 또는 단계 등은 기술하지 않았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 수준에서 이해할 수 있을 정도의 기술적 내용은 모두 기술하지 아니하였다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서, NOTES에서 사용되는 내시경 구조의 개략도를 나타내는 도면이다.

내시경은 인체 기관 및 장기 또는 동물체 기관 및 장기(이하, 인체 등)의 내부를 들여다 보는 기구를 의미한다. 본 발명의 실시예에서는 내시경은 일종의 카메라뿐 아니라 인체 등의 내부를 들여다보고 진단 및 수술 동작을 수행하는 장치를 의미한다.

도 1을 참조하면, 내시경은 인체 내부를 촬영하고 이에 대한 영상정보를 사용자에 제공하는 카메라부(100), 목적 대상에 대한 수술을 수행하기 위한 수술도구를 포함하는 수술도구부(120), 내시경이 인체 내부에서 움직일 때 내시경에 가해지는 외부힘 및 내부 장기들과 접촉시 발생하는 힘에 대한 힘정보를 측정하기 위한 힘센서(130) 및 내시경이 인체 내부 또는 유기체 내부에서 이동시 내시경의 위치에 대한 위치정보를 측정하기 위한 위치추적센서(140)를 포함할 수 있다.

또한, 내시경은 카메라부(100) 및 수술도구부(120)를 제어하는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 제어부(150)는 힘센서(130) 및 위치추적센서(140)에서 측정된 힘정보 및 위치정보를 사용자에 피드백할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 내시경 내부에 포함되거나 또는 내시경 외부의 장치에 구비되어 내시경을 제어할 수 있다.

카메라부(100)는 인체 등을 촬영하기 위한 카메라 및 인체 내부를 비추기 위한 광원으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에서 카메라는 보통 사용되는 전하결합소자(CCD: Charge Coupled Device) 카메라를 이용할 수 있다. 카메라부는 카메라를 이용하여 촬영한 영상을 저장하기 위한 필름 또는 전자 이미지를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.

수술도구부(120)는 인체 등의 수술을 수행하기 위한 수술도구, 공기 공급장치, 공기 및/또는 액체흡입 장치 등을 포함할 수 있다. 수술도구는 조직이나 기관을 집어서 누르거나 고정시 사용되는 겸자, 조직이나 기관을 자르거나 떼어내기 위한 메스 등의 외과 수술 기구를 포함할 수 있다. 또한, 수술도구부의 일측에는 수술도구가 목적 기관이나 장기에 힘을 가할 때 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘센서를 더 포함할 수 있다.

위치추적센서(140)는 내시경 내부에 포함되어 자기장을 발생시켜 자력 기반으로 내시경의 위치를 실시간으로 사용자에 알려줄 수 있다. 이때, 위치추적센서(140)는 자체 전원을 이용하여 자기장을 발생하거나 (도 2) 또는 외부 전원을 이용하여 자기장을 발생할 수 있다 (도 3).

도 2는 본 발명의 일 실시예로서 내시경의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2(a)를 참조하면, 내시경(200)은 카메라가 구비되거나 카메라가 이동하는 카메라 채널(210), 수술도구가 구비되거나 수술도구가 이동하는 수술도구 채널(220), 내시경(200)이 인체 등의 내부를 지날 때, 인체 내부 기관에서 내시경 자체에 가해지는 외부 힘에 대한 정보를 측정하는 제 1 힘센서(230), 수술도구 채널을 통해 이동하여 목적 대상부(즉, 환부나 인체 등의 내부기관)에서 소정의 수술을 수행하는 수술도구(240), 수술도구의 일측에 부착되어 수술도구가 목적 대상에 가하는 힘에 대한 반력을 측정하는 제 2 힘센서(250) 및 내시경의 현재 진행 위치 및 방향을 나타내는 위치정보를 측정하는 위치추적센서(260)를 포함할 수 있다.

또한, 내시경(200)은 상기 내시경의 동작을 제어하는 부분인 조작 구동부(270)를 포함할 수 있다. 조작 구동부는 내시경의 말단부에 구비되어 내시경이 인체 내부에 삽입되어 수행하는 수술동작을 제어할 수 있다.

조작 구동부에서는 수술시 제 2 힘센서로부터 제공받은 힘정보가 적용될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 조작 구동부를 조작하여 NOTES 시술을 시행시 사용자는 조작 구동부를 통해 사용자가 가한 힘에 대해서 내장 기관 등으로부터 발생한 반력을 전달받을 수 있다. 즉, 사용자는 조작 구동부를 통해 실제 내장 기관에 수술을 집행하는 것과 같은 촉각적 느낌을 받을 수 있다. 물론, 제 2 힘센서로부터 발생한 힘정보는 영상장치를 통해 수치화 또는 도식화되어 사용자에 제공될 수 있다.

도 2(b) 및 도 2(c)는 내시경에 구비된 채널들을 나타낸다. 도 2(b)는 하나의 CCD 카메라가 구비되고 두 개의 수술도구가 사용되는 경우의 내시경 채널을 나타내고, 도 2(c)는 하나의 CCD 카메라 또는 두 개의 CCD 카메라가 구비되고, 둘 또는 세 개의 수술도구가 구비되는 내시경 채널 구조를 나타낸다.

내시경(200)은 인체 내부의 복잡한 장기를 이동할 수 있도록 충분히 유연성을 가지는 소재로 제작되는 것이 바람직하다. 사용자는 조작 구동부를 조작하여 내시경의 동작을 제어할 수 있다.

내시경의 초기 상태는 수술도구(240)가 수술도구 채널(220)의 내부에 완전히 들어가 있는 형태이며, 도 2(a)는 사용자가 조작 구동부(270)를 조작하여 수술도구(240)를 수술도구채널(220) 외부로 사출한 모습을 나타낸다.

내시경은 초기 상태로 인체 등의 내부에 삽입된다. 이때, 제 1 힘센서는 내시경이 인체 등의 내부 장기에 닿거나 내부 장기에 가하는 힘(또는, 내부 장기에서 가해지는 힘)을 측정할 수 있다. 만약, 내시경을 인체 내부에 삽입시 내시경이 인체 내부의 장기 등에 내시경이 닿은 경우에도 계속하여 내시경에 힘을 주게 되면 내장 기관에 예기치 않은 손상을 입힐 수 있다. 따라서, 제 1 힘센서는 내시경 자체에 걸리는 외부힘(e.g. 반력)을 측정하여 힘정보를 사용자에 피드백할 수 있다.

또한, 내시경의 외부 표면 또는 내부의 소정 부분에 내시경의 현재 위치에 대한 정보를 발생하는 위치추적센서(260)가 구비될 수 있다. 위치추적센서(260)는 자기장을 발생하여 사용자에게 현재 내시경의 위치를 실시간으로 알려줄 수 있다.

사용자가 제 1 힘센서 및 위치추적센서를 통해 피드백 받은 힘정보 및 위치정보를 이용하여 내시경(200)을 효율적으로 조작할 수 있다. 만약, 내시경이 환부에 도달한 경우에는, 사용자는 조작 구동부를 조작하여 수술도구(240)를 내시경 외부로 사출하고, 수술도구를 조작하여 NOTES 수술을 수행할 수 있다.

이때, 제 2 힘센서(250)는 수술도구(240)의 일측에 구비되어 수술시 수술도구가 환부나 내장 기관과 같은 목적 대상에 가하는 힘을 측정할 수 있다. 또한, 제 2 힘센서(250)는 측정한 힘 정보를 사용자에게 실시간으로 피드백할 수 있다.

사용자는 도 2에서 개시된 내시경을 이용하여 효율적인 NOTES 수술을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예로서 내시경의 다른 일례를 나타내는 도면이다.

도 3(a) 및 도 3(b)는 내시경(300)의 모습을 다양한 각도에서 나타내는 사시도이다. 도 3에서 개시하는 내시경(300)은 인체 내부를 촬영하기 위한 CCD 카메라(310), 소정의 내장 기관에 압력을 가하기 위한 장기 압력부(320), 내시경에 가해지는 외부 힘을 측정하기 위한 힘센서(330), 인체 등의 내부에서 내시경의 위치를 실시간으로 알려주는 위치추적센서(340) 및 위치추적센서에 외부 전원을 전달하는 전원모듈(350)을 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 3에서 개시한 내시경의 장기 압력부(320) 및 내시경 보디의 설계도이다.

도 4를 참조하면, 내시경 보디의 내부에 위치추적센서가 포함된 것을 확인할 수 있다. 위치추적센서(340)는 전원모듈로부터 소정의 전원을 입력받아 자기장을 형성하거나 소정의 자기 신호를 발생하여 현재 내시경의 위치에 대한 위치정보를 사용자에 알려줄 수 있다.

도 5를 참조하면, 힘센서(330)는 장기 압력부(320)의 일측에 부착되어 장기 압력부를 구비한 내시경이 인체 내부를 이동할 때 인체 내부의 기관들로부터 받는 압력을 측정할 수 있다. 예를 들어, 장기 압력부(320)가 소정의 장기에 닿은 후 사용자가 지속적인 압력을 인가하면, 힘센서(330)는 장기 압력부(320)가 외부 힘에 의해 변형되는 정도를 측정함으로써, 소정의 장기에서 장기 압력부가 누르는 힘에 대해서 발생하는 반력을 나타내는 힘정보를 사용자에 피드백할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 도 2 또는 도 3에서 개시한 내시경을 이용하여 NOTES 수술을 수행시 내시경의 위치를 추적하는 위치추적장치의 일례를 나타내는 도면이다.

위치추적장치는 NOTES를 이용한 외과수술을 수행시, 의사를 보조하도록 개발된 것이다. 위치추적장치(600)는 위치추적센서들을 탐지하고 내시경의 동작을 제어하기 위한 프로세서(610), 수술 네비게이션용 소프트웨어가 내장된 컴퓨터(620), 내시경으로부터 획득한 힘정보, 위치정보 및/또는 영상정보를 저장하는 메모리(630), 수술 네비게이션 정보, 피드백 받은 힘정보 및 내시경의 위치정보를 사용자에게 표시하는 영상표시부(640)를 포함할 수 있다.

프로세서의 일측은 내시경(650)에 부착된 위치추적센서(655)와 연결되어 있을 수 있다. 즉, 프로세서는 위치추적센서(655)에서 생성한 위치정보 또는 위치추적센서(655)에서 발생하는 자기장을 측정하여 현재 내시경(650)의 위치를 추적할 수 있다. 도 6의 프로세서는 도 1에서 개시한 내시경의 프로세서와 동일한 개체일 수 있다. 또한, 위치추적장치에만 고유하게 포함된 프로세서로서 위치추적장치를 제어할 수 있다.

도 6에서는 도시하지 않았으나, 위치추적장치는 내시경 및 위치추적장치의 동작을 제어하기 위한 발 페달 및 사용자가 위치추적장치에 원하는 정보를 입력하는 키보드를 더 포함할 수 있다.

위치추적장치(600)에서 프로세서(610)는 컴퓨터(620)의 데이터 처리장치에 접속되며, 상기 데이터 처리장치는 위치추적센서들의 공간 포인트들을 기록하고 위치추적센서가 부착된 내시경의 위치 대한 기준좌표를 설정한다. 참고로, 부가적인 위치추적센서들이 내시경에 포함된 수술도구들과 내시경의 여러 부분에 부착될 수 있다.

위치추적센서들이 부착된 내시경 및 수술도구들이 내장 기관들의 특정 목표 지점을 지나는 경우, 위치추적장치는 위치추적센서들에서 나타내는 위치 포인트들을 기록할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예로서 내시경 및 위치추적장치를 이용하여 NOTES 수술을 수행하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 7에서 사용자는 수술 용도에 따라 도 2 또는 도 3에서 설명한 내시경을 이용하여 NOTES 수술을 수행할 수 있다. 즉, 사용자는 초기 상태의 내시경을 사람의 개구부를 통해 수술을 수행할 수 있다. 도 7에서는 사람의 입을 통해 내시경을 삽입하고, 내시경의 수술도구를 이용하여 사람의 위의 소정 부분을 절개하고 환부에 도달하여 NOTES 수술을 수행하는 방법을 나타낸다.

예를 들어, 도 2의 내시경(200)을 이용하는 경우에, 사용자는 환자의 입을 통해 내시경을 삽입한다. 사용자는 CCD 카메라(210)를 통해 획득한 영상정보를 통해 환자의 장기상태를 확인할 수 있다.

사용자는 CCD 카메라를 통해 획득하는 영상정보와 더불어 위치추적센서(260)로부터 획득하는 내시경의 위치정보를 이용하여 정확하고 신속하게 수술을 수행하고자하는 목표지점에 내시경을 위치시킬 수 있다. 즉, 위치정보가 영상표시부에 표시됨으로써 사용자는 실제 내시경의 위치를 쉽게 확인할 수 있다.

사용자는 제 1 힘센서(230)로부터 측정되는 내시경 자체에 걸리는 힘에 대한 힘정보를 실시간으로 확인할 수 있다. 이때, 힘정보는 도 6의 위치추적장치의 영상표시부를 통해 사용자에게 제공되거나, 도 2의 조작 구동부(270)에 피드백될 수 있다. 조작 구동부에 힘정보가 피드백되는 경우에는 사용자는 해당 부분에 얼마만큼의 힘이 가해지는지를 손으로 느낄 수 있다.

사용자는 표시되는 또는 촉각적으로 느껴지는 힘정보를 확인하면서 내시경을 이용하여 위 내벽을 뚫을 수 있다. 위 내벽을 뚫고 진행된 내시경은 인체 내부 및 위 외벽에 발생한 환부에 도달할 수 있다. 사용자는 수술도구(240)를 이용하여 환부에 외과적 수술을 수행할 수 있다. 이때, 사용자는 제 2 힘센서(250)를 통해 제공되는 힘정보를 이용하여 정밀한 수술을 수행할 수 있다.

사용자는 수술도구(240)에 부착된 제 2 힘센서(250)를 통해 제공되는 힘정보를 획득할 수 있다. 사용자는 제 2 힘센서를 통해 측정된 힘정보를 영상표시부 또는 조작 구동부를 통해 피드백 받을 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예로서 내시경을 통해 수신한 위치정보 및 힘정보를 이용하여 NOTES 수술을 수행하기 위해 필요한 정보들을 수집하는 방법을 나타내는 도면이다.

사용자는 사람에게 NOTES 수술을 수행하기 이전에 동물이나 기타 사람의 장기와 유사한 특성이 있는 유기체를 이용하여 NOTES 수술에 필요한 여러 가지 정보를 미리 획득할 수 있다.

도 8을 참조하면, 사용자는 도 2 및 도 3에서 개시한 내시경을 이용하여 내시경 자체에 걸리는 힘정보와 수술도구에 걸리는 힘정보를 획득할 수 있다. 즉, 사용자는 어느 정도의 힘이 장기에 가해질 때 장기가 손상되는지에 대한 힘정보를 획득할 수 있다. 또한, 사용자는 어느 정도의 힘이 장기에 가해질 때 장기가 손상되지 않고 특정 수술 동작을 수행할 수 있는지에 대한 안전계수를 획득할 수 있다.

또한, 사용자는 도 2 및 도 3에서 개시한 내시경을 이용하여 내시경의 위치에 대한 위치정보를 획득할 수 있다. 즉, 내시경이 어느 정도 삽입되었을 때 내시경이 인체의 어느 부분에 위치할지에 대한 예비적인 위치정보를 획득할 수 있다.

사용자는 이러한 안전계수에 관한 정보를 내시경의 프로세서 또는 위치추적장치(600)의 프로세서 또는 컴퓨터에 입력할 수 있다. 따라서, 사용자가 내시경으로부터 힘정보 및 위치정보를 피드백 받는 경우, 해당 힘정보가 안전계수를 넘는 경우에는 사용자는 내시경 및/또는 위치추적장치로부터 경고를 받을 수 있다. 이를 통해, 사용자는 내시경 또는 수술도구가 내장 기관에 가하는 예기하지 못한 손상을 방지할 수 있다.

또한, 사용자는 힘정보 및 위치정보로부터 NOTES 수술용 시물레이션을 위한 객관적인 자료와 수술도구를 제작하기 위한 변수를 획득할 수 있다.

사용자는 내시경을 인체 내부에 삽입시 힘정보를 피드백 받을 수 있다. 또한, 사용자는 수술도구를 이용한 NOTES 시술시 수술도구에 걸리는 힘을 실시간으로 피드백 받을 수 있다. 따라서, 사용자는 피드백 받은 힘정보를 이용하여 정밀한 외과수술을 수행할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예로서, NOTES 수술을 수행하는 동작 과정을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 사용자는 도 8에서 설명한 방법을 이용하여 수술전 NOTES 시술을 위한 다양한 안전계수를 획득할 수 있다. 즉, 각 장기 또는 유기물질에 대한 안전계수를 획득함으로써, 내시경 삽입시 예기치못한 장기의 손상을 방지할 수 있다(S910).

사용자는 도 2 및 도 3에서 설명한 내시경을 인체의 개구부를 통해 삽입할 수 있다. 이때, 사용자는 내시경으로부터 힘정보 및 내시경의 위치정보를 획득할 수 있다(S920).

사용자는 획득한 힘정보 및 내시경의 위치정보를 이용하여 각 수술과정에서 필요한 수술도구의 제작에 필요한 다양한 조건들 및 수술 시뮬레이션 제작에 필요한 중요 변수들에 대한 정보를 실시간으로 획득할 수 있다. 이는 이후 수행될 수술과정 및 차후에 수행될 다른 수술시 참고 자료로서 사용될 수 있다(S925).

또한, 내시경의 프로세서는 내시경에 가해지는 힘정보 및/또는 내시경의 위치정보를 이용하여 수술과정을 분류할 수 있다(S930).

즉, 프로세서는 현재 수술과정이 내시경을 환부에 위치시키기 위한 사전 동작인지 또는 환부에 도달한 후에 수술을 수행하는 단계인지 여부를 분류할 수 있다.

프로세서는 S920 단계에서 획득한 힘정보 및 위치정보를 이용하여 분류된 수술과정에 따라 현재 내장 기관 또는 내시경에 가해지는 힘과 안전계수를 비교할 수 있다(S940).

따라서, 프로세서는 현재 가해지는 힘이 안전계수 범위 이내인 경우에는 사용자가 정밀한 수술을 수행할 수 있도록 해당 사용자에 피드백할 수 있다(S950).

그러나, 현재 가해지는 힘이 안전계수를 벗어나는 경우에는 사용자에 위험을 경고할 수 있다(S960).

S930 단계에서 현재 수술과정이 환부에 도달하기 이전인 내시경을 환부에 위치시키는 과정인 경우에는, 내시경의 프로세서는 내시경 자체에 걸리는 제 1 힘정보와 내시경의 위치정보를 사용자에 알려줄 수 있다.

만약, S930 단계에서 수술과정이 실제 NOTES 시술 과정인 경우에는, 사용자는 내시경의 카메라로부터 획득한 영상정보와 내시경의 위치정보를 이용하여 NOTES 수술을 수행할 수 있다.

이때, 사용자는 수술도구에 걸리는 제 2 힘정보 및 내시경의 위치정보를 피드백받을 수 있다. 따라서, 사용자는 제 2 힘정보 및 위치정보를 이용하여 정밀한 수술을 수행할 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.

본 발명의 실시예들은 사람 또는 동물에 대한 NOTES 시술시 사용될 수 있다.

Claims (19)

1. 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 위한 내시경에 있어서,
   인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 제공하는 카메라부;
   수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부;
   상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입시 상기 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 힘정보를 측정하는 힘센서; 및
   상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 상기 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함하는 내시경.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 내시경은,
   상기 카메라부, 상기 수술도구부, 상기 힘센서 및 상기 위치추적센서의 동작을 제어하고, 상기 힘정보 및 상기 위치정보를 사용자에 피드백하는 제어부를 더 포함하는, 내시경
3. 제 1항에 있어서,
   상기 수술도구부는,
   상기 인체 또는 동물체의 내부에서 상기 NOTES를 수행하기 위한 수술도구;
   상기 NOTES 수행시 공기를 공급하는 공기 공급장치; 및
   상기 NOTES 수행시 발생하는 공기 및 액체를 흡입하기 위한 흡입장치를 포함하는, 내시경.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 위치정보는,
   상기 위치추적센서의 자체 전원 또는 외부 전원을 통해 발생된 자기장을 토대로 생성된 것을 특징으로 하는, 내시경.
5. 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 위한 내시경에 있어서,
   인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 제공하는 카메라부;
   상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입 후, 상기 내부 기관에 의해 상기 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 제 1 힘정보를 측정하는 제 1 힘센서;
   수술 목적 대상에 대한 상기 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부;
   상기 NOTES 시술을 수행시 상기 수술도구부에 포함된 수술도구에 의해 상기 수술 목적 대상에서 발생하는 반력에 대한 제 2 힘정보를 측정하는 제 2 힘센서; 및
   상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 상기 내시경의 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함하는 내시경.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 내시경은,
   상기 카메라부, 상기 수술도구부, 상기 제 1 힘센서, 상기 제 2 힘센서 및 상기 위치추적센서의 동작을 제어하고, 상기 제 1 힘정보, 제 2 힘정보 및 상기 위치정보를 사용자에 피드백하는 제어부를 더 포함하는, 내시경
7. 제 6항에 있어서,
   상기 수술도구부는,
   상기 NOTES 수행시 공기를 공급하는 공기 공급장치; 및
   상기 NOTES 수행시 발생하는 공기 및 액체를 흡입하기 위한 흡입장치를 더 포함하는, 내시경.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제 2 힘센서는 상기 수술도구에 부착되는 것을 특징으로 하는, 내시경.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 위치정보는,
   상기 위치추적센서의 자체 전원 또는 외부 전원을 통해 발생된 자기장을 토대로 생성된 것을 특징으로 하는, 내시경.
10. 제 5항에 있어서,
    상기 내시경은,
    상기 수술도구부를 제어하는 조작 구동부를 더 포함하고,
    상기 제 1 힘정보 및 상기 제 2 힘정보는 상기 조작 구동부에 사용자가 촉각적으로 느낄 수 있는 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는, 내시경.
11. 자연개구부 내시경수술(NOTES)을 지원하기 위한 위치추적장치에 있어서,
    내시경에 포함된 하나 이상의 위치추적센서를 탐지하고 상기 내시경의 동작을 제어하는 프로세서;
    상기 NOTES 네비게이션용 소프트웨어가 내장된 컴퓨터;
    상기 내시경으로부터 획득한 힘정보, 위치정보 및 영상정보를 저장하는 메모리; 및
    상기 힘정보, 위치정보 및 영상정보 중 하나 이상을 표시하는 영상표시부를 포함하는 위치추적장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 내시경은,
    인체 또는 동물체의 내부를 촬영하고, 촬영한 상기 영상정보를 제공하는 카메라부;
    수술 목적 대상에 대한 NOTES 시술을 수행하기 위한 수술도구부;
    상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 개구부를 통해 내부에 삽입시 상기 내시경에 가해지는 외부힘에 대한 상기 힘정보를 측정하는 힘센서; 및
    상기 내시경이 상기 인체 또는 동물체의 내부에 삽입된 후, 상기 내시경의 상기 위치정보를 측정하는 위치추적센서를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위치추적장치.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 위치추척장치는,
    상기 위치정보를 상기 영상표시부를 통해 사용자에게 제공함으로써, 상기 NOTES 시술시 상기 내시경의 위치를 상기 사용자에게 알려주는 것을 특징으로 하는, 위치추적장치.
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