KR101207130B1 - 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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박종태
허경석
김형준
차정열
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Abstract

본 발명은 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하되, 턱뼈 뼈신장장치는 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이동이 가능하며, 모니터부를 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동상태를 확인하면서, 리모콘을 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동을 제어하도록 이루어진 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템은, 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며, 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어, 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 턱뼈 신장 장치; 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 상기 뼈 신장 장치로 무선 전송하는 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템에 있어서, 상기 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 리모콘을 더 구비하며, 상기 모니터부는 상기 리모콘으로 부터 수신된 순방향이동키 신호와 역방향이동키 신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 엑츄에이터 제어부는, 상기 연산처리부로부터 수신된 엑츄에이터 제어신호를 무선 수신하는 엑츄에이터 마이크로콘트롤러; 상기 엑츄에이터 마이크로콘트롤러에 의해 수신된 엑츄에이터 제어신호에 의해 마이크로 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부; 마이크로 엑츄에이터와 직렬 연결된 소자의 전압이나, 마이크로 엑츄에이터의 입력단의 전류 신호를 상태검출신호로 검출하는 엑츄에이터 상태검출부;를 포함한다.

Description

턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법{System and control for jaw bone distraction}
본 발명은 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하되, 턱뼈 뼈신장장치는 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이틀뼈의 이동을 할 수 있고, 정밀하게 무선 제어가 가능하도록 이루어지며, 모니터부를 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동상태를 확인하면서, 리모콘을 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동을 제어하도록 이루어진 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
턱얼굴기형 환자에서 이틀뼈(치조골)에 의해 기형을 유발하는 경우가 상당히 많다. 그예로, 입술 입천장 갈림증(구순구개열)(cleft lip & palate) 및 주걱턱 환자, 기형환자 및 외상으로 인한 무치악환자 등을 들 수 있다.
입술 입천장 갈림증(구순구개열)을 가진 아이의 경우 조기에 수술하면서 반흔이 생기게 되고 이로 인하여 골 성장에 지장이 생기게 되어 악골의 변형이 생기게 된다. 위턱이 정상적으로 성장하지 못함에도 불구하고 아래턱은 정상적으로 성장함으로 말미암아 코 주위가 쑥 들어간 형태(상악골의 발육 저하)가 되거나, 아래턱이 튀어나온 형태(하악골의 과다성장)등이 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 보통 위턱의 성장이 끝나는 시기(사춘기)에 위턱 및 아래턱의 교정수술을 하게 되며, 이는 발육부전 되어있는 위턱을 앞으로 끌어내어 얼굴의 중간부분의 볼륨을 살려준다든지, 하악골을 뒤로 밀어서 턱이 작게 보이도록 한다든지 하는 과정을 말하며 이러한 턱 수술을 할 때 치아교정 치료를 동반하여 위아래 치열이 잘 맞도록 해 준다.
주걱턱인 경우, 치아의 맞물림이 좋지 않은 경우와 치아의 맞물림은 문제가 없는 경우의 두 가지로 생각할 수 있는데, 후자의 경우엔 단순한 수술로 교정이 가능하지만 전자의 경우에만 반드시 수술과 교정이 필요하다. 주걱턱이 너무 심하여 교정만으로는 교합을 만족할 만큼 개선 시킬 수 없는 경우에는, 치아와 치조골이 있는 턱 전체를 뒤로 밀어주는 수술이 필요하며, 이는 주걱턱이라 불리는 경우 중에 가장 큰 수술이다. 물론 이 수술만으로는 부족하여 수술 전, 후에 반드시 치과적인 교정치료도 필요하다.
즉, 입술 입천장 갈림증 및 주걱턱은 이틀뼈의 연속성 단절로 고전적인 방식의 교정치료를 이용한 치아 이동이 불가능하며, 수술 후 반흔 조직으로 인한 위턱의 횡적 부조화가 동반된 부정교합 발생하며, 수술 후 위턱뼈의 전방성장 저하로 인한 중간얼굴 성장 장애 발생이 일어난다.
기형환자 및 외상으로 인한 무치악환자의 얼굴 및 치열 재건을 위한 치료법으로서, 치아의 횡적, 전후방적인 치아의 이동을 위해 이틀뼈신장술 또는 확장술과 같은 수술 또는 보철 수복을 위한 교정치료가 요구된다.
상술한 턱얼굴기형 환자 특징 및 결손 환자의 외과적 치료법으로서, 선천성 및 후천성 기형이 있는 아래턱에서 아래턱뼈의 길이를 증가시키는 목적으로, 골절단 위치나 각도 등에 의하여 신장 방향을 조절함으로써 적절한 얼굴과 교합을 얻을 수 있다. 이를위해서는 턱뼈신장장치 (Jaw bone distractor)가 필요한데, 턱뼈신장장치는 구강외 신장장치와 구강내 신장장치로 대별할 수 있다.
구강외 신장장치는 턱뼈신장장치가 구강외에 장착되어 피부밖에서 조절하도록 이루어진 장치로, 장착의 간단함, 조작의 용이성, 신장 방향 조절 가능 등의 장점이 있으나, 사회생활을 하는데 불편하고 영구적인 얼굴의 흉터를 남길 가능성 등의 단점이 있다.
구강내 신장장치는 턱뼈신장장치가 구강내에 장착되는 장치로, 최근 구강외 장치의 단점 때문에 많이 이용되고 있다. 그러나 구강내 신장장치도 조절부분이 외부에 있기 때문에 심미적인 부분, 생활에 불편한 부분, 합병증 등 여러가지 문제점이 야기되다.
의료기기와 외과 술식의 발전에 따라, 턱얼굴 부위에서의 수술을 통한 교정치료 방법이 다양해졌으며, 이러한 방법 중 뼈신장술은 위턱뼈나 아래턱뼈의 수평적· 수직적 길이를 신장하거나 악궁을 넓히는데 사용해 오고 있다. 그러나, 이틀뼈에서는 주로 수직적인 뼈신장장치의 개발이 이루어져 왔으며, 수평적인 뼈신장은 뼈신장장치의 구조적인 특성으로 인하여 임상적 응용에 제약이 되어 왔다.
최근들어 뼈신장술 시행시, 뼈신장 방식이 주위 조직에 미치는 영향에 관한 연구들이 보고되고 있으며, 특히, 지속적인 힘 (continuos force), 단속적이면서 지속적인 힘 (interrupted-continuous force), 간헐적인 힘 (intermittent) 등이 뼈신장에 미치는 영향에 대해 다양한 분석이 보고되고 있으나, 신장장치의 기계적인 한계성으로 정밀한 힘에 대한 제어가 어려워 객관적인 자료가 부족하다. 그리고, 뼈신장술 시행시, 외부제어가 필요한 뼈신장장치의 특성상 외부 돌출부위의 감염으로 인해 염증 및 피부반흔이 생기는 등 합병증이 발생한다. 그러므로 보다 정밀하게 제어되며, 외부 돌출되지 않아 합병증을 일으킬 염려가 없는 턱뼈 신장기가 요망된다.
일반적으로 현재 제품화되고 있는 뼈신장장치는 대부분 수직적으로 손실된 뼈의 회복을 위한 수직적인 뼈신장술과 관련된 것으로, 교정치료 영역에서 사용가능성이 높은 수평적인 이틀뼈의 이동장치는 거의 전무한 상태에 있다. 따라서 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이틀뼈의 이동이 가능한 장치가 요망된다.
현재의 뼈신장술에 있어서, 재생 조직에 부적절한 신장력이 가해짐으로 인해 기형적 신생뼈 형성되며, 잘못된 치료 계획 수립, 수술 과정에서의 잘못, 장치의 잘못된사용에 기인하여 잘못된 신장 방향을 설정할 수 있으며, 과도한 연조직 신장으로 인한 주위 연조직의 손상이 일어나는 등 현재의 뼈신장술의 한계 및 합병증을 동반하고 있다.
따라서, 본 발명은 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이틀뼈의 이동을 할 수 있으며, 정밀하게 제어되되, 외부 돌출되지 않아 합병증을 일으킬 염려가 없으며, 무선제어가 가능한 턱뼈 뼈신장 시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 턱뼈 뼈신장장치는 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이틀뼈의 이동을 할 수 있고, 정밀하게 무선 제어가 가능하도록 이루어지며, 모니터부를 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동상태를 확인하면서, 리모콘을 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동을 제어하도록 이루어진 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기위해 본 발명은, 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 턱뼈 신장 장치와, 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 상기 뼈 신장 장치로 무선 전송하는 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템에 있어서, 상기 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 리모콘을 더 구비하며, 상기 모니터부는 상기 리모콘으로 부터 수신된 순방향이동키 신호와 역방향이동키 신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 뼈 신장 장치와, 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 상기 뼈 신장 장치로 무선 전송하는 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템에 있어서, 상기 모니터부는, 상기 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 키입력부; 상기 키입력부로 수신된 순방향이동키 신호와 역방향이동키 신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 연산처리부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 엑츄에이터 제어부는, 상기 연산처리부로부터 수신된 엑츄에이터 제어신호를 무선 수신하는 엑츄에이터 마이크로콘트롤러; 상기 엑츄에이터 마이크로콘트롤러에 의해 수신된 엑츄에이터 제어신호에 의해 마이크로 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부; 마이크로 엑츄에이터와 직렬 연결된 소자의 전압이나, 마이크로 엑츄에이터의 입력단의 전류 신호를 상태검출신호로 검출하는 엑츄에이터 상태검출부; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며, 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어, 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 턱뼈 신장 장치를 포함하는 턱뼈 신장 시스템에 있어서, 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 리모콘을 더 구비하며, 상기 엑츄에이터 제어부는, 상기 리모콘으로부터 수신된 순방향이동키와 역방향이동키 신호에 의해 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 엑츄에이터 마이크로콘트롤러; 상기 엑츄에이터 마이크로콘트롤러에 의해 수신된 엑츄에이터 제어신호에 의해 마이크로 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
엑츄에이터 제어부는, 턱뼈 신장 장치의 하부골 지지체의 이동거리를 검출하는 이동검출센서를 더 구비한다.
모니터부는, 기 저장된 엑스레이 영상에서, 엑츄에이터 제어부로부터 무선 수신한 이동거리 검출신호에 따라, 상기 엑스레이 영상 내의 턱뼈 신장 장치의 하지지지체를 이동시킨 영상을 디스플레이하도록 이루어진다.
엑츄에이터 제어부와 모니터부의 인터페이스는 RS-232C를 이용하며, 마이크로 엑츄에이터는 압전 세라믹을 이용한 초음파 모터이고, 마이크로 엑츄에이터는 PWM 방식에 의해 제어된다.
상기 뼈 신장 장치는, 중앙부에 마이크로 엑츄에이터를 고정 장착하고 있는 엑츄에이터 장착부를 구비하며, 하부골에 장착되는 하부골 지지체; 상기 하부골과 연접되는 상부골에 장착되되, 상기 마이크로 엑츄에이터의 수나사부를 가지는 일축이 삽입되는 암나사부를 중앙에 구비하는 상부골 지지체; 상기 상부골 지지체의 좌우 양측에 고정되며, 상기 하부골 지지체의 좌우 양측을 관통하는 지지봉을 구비한다.
상부골 지지체는 상부골에 장착되게 하기위한 고정홀을 구비하는 상부골 접속부를 구비하며,하부골 지지체는 하부골에 장착되게 하기위한 고정홀을 구비하는 하부골 접속부를 구비하며, 하부골 지지체의 지지봉 통과홀을 통과한 지지봉이 하부골 지지체의 끝부분에 위치된 지지봉 고정부의 좌우 양측 홀을 통과하도록 이루어진다.
마이크로 엑츄에이터는 축이 나사산을 구비하며, 상기 축이 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어지며, 엑츄에이터 제어부는, 하부골 지지체의 엑츄에이터 장착부의 아래이면서, 지지봉 고정부의 위에 위치된다.
마이크로 엑츄에이터는 압전 세락믹 기둥과 축으로 이루어지며, 상기 축은 상기 압전 세락믹 기둥의 중앙부에 위치되며, 상기 축에는 나사산이 구비되며, 상기 축은 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어지며, 상기 압전 세락믹 기둥은 그 외부를 둘러싸는 커버부를 구비하며, 상기 커버부 외측의 일측에는 신호전송선이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템의 구동방법에 있어서, 모니터부에서 모터 스텝, 이동거리 간격, 이동시간 기간을 설정하고, 카운터를 리셋하는, 초기화단계; 파워팩터를 '0 '으로 하는, 파워팩터 클리어단계; 턱뼈 신장장치의 마이크로 컨틀로러의 인터럽트 플래그를 인에이블(enable) 상태로 되게 하는 인터럽트, 인에이블단계; 키입력부에 키가 입력되었는지 여부를 판단하는, 키입력 여부 판단단계; 상기 키입력 여부 판단단계에서, 키입력부에 키가 입력되었다면, 인터럽트가 걸려 인터럽트 플레그가 디저블(disable)되었는지를 판단하여, 디저블되었다면 상기 인터럽트 인에이블단계로 되돌아가는, 인터럽트 플레그의 디저블여부 판단단계; 상기 인터럽트 플레그의 디저블여부 판단단계에서 인터럽트 플레그가 디저블되지 않았다면, 펄스 온(on)시간이 '0'인가 여부를 판단하여, 펄스 온(on) 시간이 '0'인 경우 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 펄스 온시간 '0'여부판단단계; 상기 펄스 온시간 '0'여부판단단계에서, 펄스 온(on) 시간이 '0'이 아니면, 카운터값을 읽어들여 카운터 값을 펄스 온(on)시간 및 1주기(total time)와 비교하는, 카운터값 판단단계; 상기 카운터값 판단단계에서 카운터 값이 펄스on시간보다 크나 1주기(total time)보다는 작으면, 정지모드(stop mode)인가 여부를 판단하고, 정지모드가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 하고, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 정지하고, 저장된 파워팩터값을 하나 감소시키고, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 펄스on시간<카운터값≤1주기인 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 턱뼈 신장 시스템의 구동방법은, 상기 키입력 여부 판단단계에서, 키입력부에 키가 입력되지 않았다면, 카운터를 리셋하고, 정지모드인가 여부를 판단하고, 정지모드가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 저장하고, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 정지하고, 저장된 파워팩터값을 하나 감소시키는, 키의 무입력시의 처리단계; 상기 키의 무입력시의 처리단계의 후에, 저장된 파워팩터값이 '0'인가여부를 판단하여, 파워팩터값이 '0'이면 종료하고, 아니면, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 파워팩터의 '0'여부 판단단계;를 더 포함하여 이루어진다.
상기 턱뼈 신장 시스템의 구동방법은, 상기 카운터값 판단단계에서 카운터 값이 1주기보다 크면, 카운터를 리셋하고, 시작모드(start mode)인지 여부를 판단하여, 시작모드 이라면, 파워팩터를 기설정된 최대 파워팩터값으로 저장하고, 저장된 파워팩터값을 하나 증가시키며, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 개시(on)하고, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 카운터값>1주기 또는 카운터값≤펄스on시간인 단계;를 더 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명은, 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템의 구동방법에 있어서, 모니터부의 연산처리부가 기 저장된 X레이 영상을 읽어들이는, X레이 영상 로드단계; 모니터부의 연산처리부에서 상기 X레이 영상 중, 하지지지체가 장착된 이동부를 설정하는, 이동부 설정단계; 모니터부의 연산처리부는 턱뼈신장장치로부터 수신된 엑츄에이터 상태검출 신호로부터 기 저장된 기준신호와 비교하여 정상인지를 판단하고, 정상상태가 아니면 비정상을 알리는 경고를 출력하며 종료하는, 정상동작여부 판단단계; 상기 정상동작여부 판단단계의 판단결과로서 정상이라면, 모니터부의 연산처리부는 턱뼈신장장치로부터 이동검출신호를 수신하는, 이동검출신호 수신단계; 모니터부는 X레이 영상에서 하지지지체가 장착된 이동부를 이동검출신호에 따라 이동시키는 영상을 출력하는, 이동부 이동단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 턱뼈 신장 시스템의 구동방법은, 모니터부의 연산처리부는, 모니터부의 연산처리부에서 생성한 엑츄에이터 제어신호, 또는 턱뼈신장장치로부터 수신한 엑츄에이터 상태검출 신호 또는 이동검출신호로부터 턱뼈신장장치의 종료여부를 판단하여, 턱뼈신장장치가 종료이면 모니터부의 연산처리부도 종료하며, 턱뼈신장장치가 종료가 아니면, 정상동작여부 판단단계로 되돌아가는, 턱뼈신장장치의 구동 종료여부 판단단계;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법에 따르면, 턱뼈 뼈신장장치는 수직적인 뼈신장술뿐만 아니라 수평적인 이틀뼈의 이동을 할 수 있고, 정밀하게 무선 제어가 가능하도록 이루어지며, 모니터부를 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동상태를 확인하면서, 리모콘을 통해 턱뼈 뼈신장장치의 구동을 제어하도록 이루어져, 정밀하게 제어되면서도, 외부 돌출되지 않아 합병증을 일으킬 염려가 없으며, 자동 및 무선제어가 가능하다.
기존의 뼈신장장치가 피부를 뚫고 밖으로 노출되도록 되어있지만, 본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서의 턱뼈 뼈신장장치, 즉, Micro-Actuator-Generated Distractor (MAGD)는, 완전한 구강내 장착이 가능하며, 턱뼈 뼈신장장치의 구동을 위해 재 수술이 필요없이, 리모콘으로 동작가능하여, 수술후에도 심미적인 장점을 가진다.
기존의 뼈신장장치가 하루에 1~2회씩 환자 보호자의 직접적인 장치 활성화에 의하여 뼈신장이 이루어졌다면, 본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서는 MAGD를 이용하여 원격조종을 행함으로 보다 쉽고 간편하게 행할 수 있어, 조작성 (manipulation) 및 편의성 (convenience)을 가진다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 턱뼈의 신장/ 압축의 반복이 가능하며, 순환 인장 변형 (cyclic tensile strain)이 가능하며, 간헐적인 힘뿐만 아니라 연속적인 힘(continuous force)을 부여할 수 있다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 마이크로미터 단위로의 뼈신장이 가능하여, 정밀성 (precision)이 뛰어나며, 기존의 턱뼈 신장기가 가지고 있는 외부로 노출되어있는 장치의 일부분이 사라지면서 외부 창상에 대한 감염 위험성, 즉 합병증이 줄어든다.
또한, 본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 무선으로 정밀한 제어가 가능하여, 한국인에게 적합한 구내 마이크로 엑츄에이터(Micro-Actuator) 구동형 뼈신장장치 개발을 위한 기초자료를 얻을 수 있다. 즉, 한국인을 대상으로 한 실제해부 및 방사선 사진을 분석하여 정확한 계측값을 제시하여, 마이크로 엑츄에이터를 이용한 뼈신장장치 개발의 외형 디자인 자료로 이용할 수 있으며, 이를 통해 한국인에게 적합한 턱뼈 신장기를 제작할 수 있게 한다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 임상 적용시, 시술후부작용 감소 및 수술 예후를 좋게 하며, 부작용에 의한 의학적, 법적 분쟁으로 인한 사회비용 감소 효과를 가져오며, 환자의 의료비 절감을 가져온다.
특히 본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 사용이 간편하면서, 정밀도와 정확도가 높은 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템을 개략적으로 설명하기위한 설명도이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 턱뼈 신장 장치의 외관을 설명하기위한 설명도이다.
도 2b은 도 2a의 턱뼈 신장 장치의 일예이다.
도 3본 발명의 일실시예에 의한 마이크로 엑츄에이터의 일예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 턱뼈 신장 시스템의 구동을 위한 구성을 개략적으로 설명하기위한 설명도이다.
도 5는 도 4의 엑츄에이터 구동부의 구동을 개략적으로 설명하기위한 설명도이다.
도 6은 Piezo Motor의 구동방법을 설명하기위한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서 턱뼈 신장 장치를 동작 시키기위한 모니터부(20)의 환경을 설명하기위한 설명도이다.
도 8은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템의 모니터부의 GUI의 일예이다.
도 9는 본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서 순방향키와 역방향키에 따른 마이크로 엑츄에이터의 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템의 모니터부에서 턱뼈신장장치의 이동영상을 출력하는 흐름도의 일예이다.
이하, 본 발명의 턱뼈 신장 시스템 및 그 제어방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템을 개략적으로 설명하기위한 설명도로, 턱뼈신장장치(10), 뼈신장 모니터부(20), 리모콘(30)을 구비하여 이루어지며, 경우에 따라서 리모콘(30)은 생략되어질 수 있다.
턱뼈신장장치(10)는 상부골 지지체(100)와 하부골 지지체(200)로 이루어져, 상부골 지지체(100)가 장착된 상부골과 하부골 지지체(200)가 장착된 하부골의 사이를 이격시키거나 결합시키기 위한 수단이다. 즉, 턱뼈신장장치(10)는 상악골의 귀밑에 상부골 지지체(100)를 장착하고, 상기 상악골과 연접된 하악골에 하부골 지지체(200)를 장착하며, 외부에 위치된 뼈신장 모니터부(20) 또는 리모콘(30)에 의해 전송된 엑츄에이터 제어신호를 엑츄에이터 제어부(350)는 수신하고 이에 따른 엑츄에이터 구동신호를 생성하여 마이크로 엑츄에이터(300)를 구동 제어한다. 이에 따라 마이크로 엑츄에이터(300)는 상부골 지지체(100)를 장착된 상악골과, 하부골 지지체(200)가 장착된 하악골 사이를 소정의 간격으로 이격시키거나 결합시킨다.
도 1에서는 상악골과 연접된 하악골의 사이에 턱뼈신장장치(10)를 장착한 예를 보여주고 있으나 본 발명을 이로써 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 턱뼈 신장 시스템은 이틀뼈 등 다양한 뼈신장시에 적용할 수 있음을 밝혀둔다.
뼈신장 모니터부(20)는 상부골과 하부골의 이격 정도로부터 연산처리하여 엑츄에이터 제어신호를 생성하고, 생성된 엑츄에이터 제어신호를 턱뼈신장장치(10)로 무선 전송한다.
경우에 따라서 뼈신장 모니터부(20)는 환자의 턱뼈신장장치(10)가 장착된 상태를 영상장치들로 부터 촬영하여 전송된 영상신호 (예를들어 초음파 영상신호, X-ray 영상신호)를 디스플레이할 수도 있다.
턱뼈신장장치(10)는 뼈신장 모니터부(20) 또는 무선 리모콘(30)에 의해 전송된 엑츄에이터 제어신호를 수신하고 이에 따른 엑츄에이터 구동신호를 생성하여 마이크로 엑츄에이터(300)를 구동 제어하여 상부골과 하부골을 소정의 이격상태를 유지하게 한다. 또한 턱뼈신장장치(10)는 마이크로 엑츄에이터(300)의 구동 상태, 상부골과 하부골의 이격상태 등을 뼈신장 모니터부(20)로 무선 전송한다.
리모콘(30)은 의사의 기동성을 높이기위한 리모콘으로, 뼈신장 모니터부(20)의 일부 기능을 구비하며, 경우에 따라서는 생략 가능하다. 리모콘(30)은 상부골과 하부골의 이격 정도로부터 연산처리하여 엑츄에이터 제어신호를 생성하고, 생성된 엑츄에이터 제어신호를 턱뼈신장장치(10) 및 뼈신장 모니터부(20)로 무선 전송한다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 턱뼈 신장 장치의 외관을 설명하기위한 설명도이고 도 2b은 도 2a의 턱뼈 신장 장치의 일예로서, 상부골 지지체(100), 하부골 지지체(200), 지지봉(130), 지지봉 고정부(190), 마이크로 엑츄에이터(300), 엑츄에이터 제어부(350)로 이루어진다.
상부골 지지체(100)는 상부골에 장착되는 지지체로, 엑츄에이터 삽입부(110)와 상부골 접속부(120)로 이루어진다.
엑츄에이터 삽입부(110)는 상부골 지지체(100)의 중앙부에 마이크로 엑츄에이터(300)가 삽입시키기위한 수단으로, 그 외측 좌우 양측에 상부골 접속부(120)를 구비한다. 엑츄에이터 삽입부(110)는 그 내측 좌우 양측에 지지봉(130)의 일단에 형성된 수나사와 지지봉 고정홀(135) 내의 암나사와 결합하여 고정 장착하고 있으며, 그 중앙부에 암나사부(160)를 구비한다. 암나사부(160)에는 마이크로 엑츄에이터(300)의 한 축의 수나사부(310)가 삽입되어진다.
상부골 접속부(120)는 상부골에 상부골 지지체(100)를 장착하기위한 수단으로, 나사 등의 고정구를 장착하기위한 고정홀(140)을 구비한다.
하부골 지지체(200)는 하부골에 장착되는 지지체로, 엑츄에이터 장착부(210)와 하부골 접속부(220)로 이루어진다.
엑츄에이터 장착부(210)는 하부골 지지체(200)의 중앙부에 마이크로 엑츄에이터(300)를 고정 장착하기위한 수단으로, 그 외측 좌우 양측에 하부골 접속부(220)를 구비한다. 엑츄에이터 장착부(210)는 그 내측의 좌우 양측에 구비된 지지봉 통과홀(280)에 지지봉(130)이 통과되며, 그 중앙부에 마이크로 엑츄에이터(300)를 고정 장착하고 있다.
하부골 접속부(220)는 하부골에 하부골 지지체(200)를 장착하기위한 수단으로, 나사 등의 고정구를 장착하기위한 고정홀(240)을 구비한다.
지지봉(130)은 마이크로 엑츄에이터(300)가 장착된 하부골 지지체(200)의 가이드 레일과 같은 역할을 하는 수단으로서, 지지봉(130)은 2개로 이루어지며, 상부골 지지체(100)의 엑츄에이터 삽입부(110)의 내측 좌우 양측에 고정 장착되어, 하부골 지지체(200)의 엑츄에이터 장착부(210)의 내측의 좌우 양측에 구비된 지지봉 통과홀(280)을 통과하며, 그 후에 지지봉 고정부(190)에 의해 2개의 지지봉(130)이 서로 이격되어 고정된다.
지지봉 고정부(190)는 지지봉(130)의 일단을 소정 구간 이격하여 고정하기위한 고정수단이다. 경우에 따라서는 지지봉 고정부(190)는 하부골 지지체(200)와 일체화되어 질 수 있다.
마이크로 엑츄에이터(300)는 나사산을 구비한 축이 회전을 하면서 상하로 움직이는 액츄에이터로, 하부골 지지체(200)의 엑츄에이터 장착부(210)에 장착되며, 그 축이 상부골 지지체(100)의 엑츄에이터 삽입부(110)의 암나사부(160)에 삽입된다. 마이크로 엑츄에이터(300)는 압전 세라믹을 이용한 초음파 모터로 이루어질 수 있다.
엑츄에이터 제어부(350)는 마이크로 엑츄에이터(300)를 제어하고 구동시키는 회로를 구비한 수단으로, 하부골 지지체(200)의 엑츄에이터 장착부(210)의 아래이면서, 지지봉 고정부(190)의 위에 위치되되, 마이크로 엑츄에이터(300)의 구동에 방해가 안되는 위치에 위치된다. 엑츄에이터 제어부(350)는 외부에 위치된 뼈신장 모니터부(20) 또는 무선 리모콘(30)에 의해 전송된 엑츄에이터 제어신호를 수신하고 이에 따른 엑츄에이터 구동신호를 생성하여 마이크로 엑츄에이터(300)를 구동 제어한다. 또한 현재 마이크로 엑츄에이터(300)의 구동 상태, 상부골과 하부골의 이격상태 등을 뼈신장 모니터부(20)로 무선 전송한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 마이크로 엑츄에이터의 일예를 나타낸다.
도 3의 마이크로 엑츄에이터(300)는 압전 세락믹 기둥과 축을 구비한다.
상기 축은 압전 세락믹 기둥의 중앙부에 위치되며, 상기 축에는 나사산이 구비되며, 상기 축은 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어진다. 또한, 압전 세락믹 기둥은 그 외부를 둘러싸는 커버부를 구비한다. 상기 커버부 외측의 일측에는 신호전송선(309)이 연결되어 있다.
마이크로 엑츄에이터(300)는 압전 세라믹을 이용한 초음파 모터를 사용할 수 있으며, 수나사산을 구비한 축이 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 턱뼈 신장 시스템의 구동을 위한 구성을 개략적으로 설명하기위한 설명도로, 턱뼈신장장치(10), 뼈신장 모니터부(20), 리모콘(30)을 포함하여 이루어진다.
턱뼈신장장치(10)는 엑츄에이터 제어부(350), 마이크로 엑츄에이터(300)을 포함하며, 엑츄에이터 제어부(350)는 송수신부(310), 마이크로콘트롤러(320), 엑츄에이터 구동부(330), 엑츄에이터 상태검출부(340), 이동검출센서(345)를 포함한다.
마이크로콘트롤러(320)는 모니터부(20) 또는 리모콘(30)로부터의 엑츄에이터 제어신호를 송수신부(310)를 통해 수신하여, 엑츄에이터 구동부(330)로 출력한다. 또한, 마이크로콘트롤러(320)는 엑츄에이터 상태검출부(340)로부터 수신된 엑츄에이터의 상태검출신호를 수신하여 송수신부(310)를 통해 모니터부(20)로 전송하고, 또한, 이동검출센서(345)로부터 수신된 이동검출신호를 송수신부(310)를 통해 모니터부(20)로 전송한다.
여기서 드라이버 IC, 즉 마이크로콘트롤러(320)의 제어를 위하여 I2C 인터페이스를 이용할 수 있으며, 마이크로콘트롤러(320)는 호스트, 즉 모니터부(20)와의 시리얼 인터페이스 RS-232C 와 I2C인터페이스가 가능한 임베디드 시스템 마이크로프로세서를 이용할 수 있다.
엑츄에이터 구동부(330)는 마이크로콘트롤러(320)로부터 수신된 엑츄에이터 제어신호에 따라 마이크로 엑츄에이터(300)를 구동시킨다.
본 발명에서 MAGD의 엑츄에이터(300)(예로, Piezo 모터)를 구동하기 위한 드라이버는 도 5에서와 같이 DC-DC Step-up 컨버터를 내장하고 있으며 Piezo 모터에서 요구되는 초음파 주파수를 phase shifte된 사각파(square wave)형태로 Half bridge 드라이버를 구동한다.
엑츄에이터 상태검출부(340)는 엑츄에이터의 동작을 확인하기위한 수단으로, 엑츄에이터 상태검출 신호는 마이크로 엑츄에이터(300)와 직렬 연결된 소자(저항 등)의 전압이나, 마이크로 엑츄에이터(300)의 신호입력단의 전류 등의 검출신호로 이루어질 수 있다.
이동검출센서(345)는 하부골 지지체(200)가 이동되어졌는지 여부(또는 이동거리)를 검출하고, 검출된 이동검출신호는 송수신부(310)를 통해 모니터부(20)로 전송한다. 이동검출센서(345)는 포토센서, 적외선센서, 저항센서 등일 수 있다. 경우에 따라서는 이동검출센서(345)는 생략될 수 있다.
마이크로 엑츄에이터(300)는 USM 모터, Piezoelectric motor를 이용할 수 있다. Piezoelectric motor의 작동 원리는 도 5와 같이, PWM(Pulse Width Modulation)신호에 의한 Duty비와 신호 주기를 이용하여 진행방향의 속도를 조절하고 plate에 연결되어지는 전기적인 신호의위상차를 이용하여 방향을 제어하는 회로로 구성되어 질 수 있다.
모니터부(20)는 턱뼈 뼈신장장치(10)의 구동상태를 모니터링하기 위한 수단으로, 송수신부(410), 연산처리부(420), 메모리(430), 키입력부(440), 표시부(450)를 포함하여 이루어진다.
연산처리부(420)는 송수신부(410)를 통해 턱뼈 뼈신장장치(10)로부터 수신된 엑츄에이터 상태검출 신호로 부터 마이크로 엑츄에이터(300)의 구동상태를 점검하며 표시부(450)로 출력한다.
연산처리부(420)는 키입력부(440)로 부터 수신된 순방향구동신호 또는 역방향 구동신호를 수신하여 이에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 송수신부(410)를 통해 턱뼈 뼈신장장치(10)로 전송할 수 있으며, 경우에 따라서 연산처리부(420)는 송수신부(410)를 통해 수신된 리모콘(30)의 순방향구동신호 또는 역방향 구동신호를 수신하고 이에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 송수신부(410)를 통해 턱뼈 뼈신장장치(10)로 전송할 수 있다. 경우에 따라서는 연산처리부(420)에서는 엑츄에이터 제어신호를 생성하기 않고 리모콘(30)에서 직접 생성할 수 있다.
또한, 연산처리부(420)는 턱뼈 뼈신장장치(10)로부터 송수신부(410)를 통해 이동검출신호를 수신하여, 마이크로 엑츄에이터(300)의 이동거리 등을 구하여 표시부(450)로 출력한다. 경우에 따라서, 연산처리부(420)는 기 저장된 영상(예로, X-레이영상 등)에 이동검출신호에 따른 하지지지체 연결부가 이동되는 것으로 나타내도록 표시부(450)로 출력할 수 있다. 경우에 따라서, 연산처리부(420)는 엑츄에이터 제어신호로 부터 모터의 회전수를 추정하고, 이 모터의 회전수로 마이크로 엑츄에이터(300)의 이동거리를 구할 수도 있다.
메모리(430)는 연산처리부(420)로 부터의 출력, 즉 마이크로 엑츄에이터(300)의 이동거리 등을 저장한다.
키입력부(440)는 이동시작키, 이동종료키, 순방향이동키, 역방향이동키 등등을 구비할 수 있다.
표시부(450)는 연산처리부(420)로 부터의 출력, 즉 마이크로 엑츄에이터(300)의 이동거리 등을 영상 또는 표 또는 그래프로 출력할 수 있다.
리모콘(30)은 마이크로 엑츄에이터(300)를 무선으로 제어하기 위한 수단으로, 송수신부(510), 마이크로콘트롤러(520), 키입력부(540)을 구비한다. 리모콘(30)은 직접적으로 마이크로 엑츄에이터(300)를 순방향 또는 역방향으로 이동시키거나, 모니터부(20)를 거쳐 마이크로 엑츄에이터(300)를 순방향 또는 역방향으로 이동시킬 수 있다.
키입력부(540)는 순방향이동키, 역방향이동키를 구비하여, 마이크로 엑츄에이터(300)를 순방향 또는 역방향으로 이동시키기위해 키가 입력된다.
마이크로콘트롤러(520)는 키입력부(540)로부터 수신된 순방향 이동신호, 또는 역방향 이동신호를 송수신부(510)를 거쳐 모니터부(20)로 전송하거나 또는 턱뼈신장장치(10)로 전송할 수 있다.
경우에 따라서는 마이크로콘트롤러(520)는 순방향구동신호 또는 역방향 구동신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 송수신부(510)를 통해 턱뼈 뼈신장장치(10)로 전송할 수 있다.
본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서 MAGD의 동작 제어 및 위치제어 명령을 유선으로 원격제어하기 위하여, 호스트용 응용 소프트웨어, 즉, 모니터부(20)의 제어프로그램은, 도 7과 같이, C/C++과 API를 이용하여 작성하여, RS-232C 시리얼 인터페이스를 통하여 제어 명령 및 파라메이터를 전송할 수 있다.
MAGD제어를 위한 호스트 컴퓨터의 GUI(Graphical User Interface)로서 모니터부(20)는 도 8과 같이 구성하여 MAGD의 제어를 간단히 마우스 입력장치와 키보드 입력으로 수치제어 할 수 있도록 구성할 수 있다. MAGD 제어관련하여 JOG Control, RUN Control, STEP Control의 3개 영역으로 나누어 각각의 파라메이터 제어가 가능하게 구성할 수 있다.
JOG Control은 Rev 혹은 Fwd를 클릭함으로써 역방향과 순방향으로 MAGD를 움직일 수 있게한다. 버튼이 눌러지는 동안만 MAGD는 이동한다.
RUN Control은 Rev 혹은 Fwd를 클릭함으로써 역방향 과 순방향으로 MAGD를 움직일 수 있게한다. Stop 버튼이 눌러져야만 MAGD 동작이 멈춘다.
STEP Control는 Mtr Steps(모터 스텝), Interval(이동거리 간격), Duration(이동시간 기간)을 설정한다.
Mtr Steps라는 박스안에 MAGD를 이동하기 위하여 step의 숫자를 입력한다. MAGD step은 버스트(burst)신호로 구동된다(65535까지).
Interval박스안에각각의 버스트 간격(104 ms)에 해당하는 ms의 숫자를 입력한다.
Duration박스안에 각각의 버스트(ms)의 주기를 입력한다. 이 숫자는 반드시 Interval이라는 숫자 보다 작아야 하며 1ms보다도 짧을 수 있다.
MAGD의 step 파라메이터가 설정되면 Rev혹은 Fwd를 클릭하여 역방향과 순방향으로 MAGD를 이동시킬 수 있다.
본 발명에서 엑츄에이터 제어부(350)의 마이크로콘트롤러(320)는 MAGD 제어를 위하여 PC호스트컴퓨터인 모니터부(20)로부터 제어 파라메이터 명령을 수신하게 되면, Micro Motor의 제어를 위해 구동소자에 내장되어있는 Half-Bridge 방식의 FET 스위칭소자를 스위칭하게 되는데, 이때 PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 스위칭속도제어를 수행하며, 스위칭속도제어에 따라 최대전력인가 시간이 결정되어지고, MIcro Motor의 rotor 속도및 Torque가 결정되어 진다.
도 9는 본 발명의 턱뼈 신장 시스템에서 순방향키와 역방향키에 따른 마이크로 엑츄에이터의 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9의 흐름도는 MAGD 구동 파라미터 제어알고리즘 중 키(Distraction Key)에 따라 PWM파형의 주기 및 간격단계를 설정하고 마이크로 컨틀로러의 내부 Counter와 인터럽트를 이용하여 PWM 제어를 수행한다.
초기화단계로, 순방향 키와 역방향키가 구동되기 시작하면 Mtr Steps(모터 스텝), Interval(이동거리 간격), Duration(이동시간 기간)을 설정하고, 카운터를 리셋한다(S110).
파워팩터 클리어단계로, 파워팩터를 '0 '으로 한다(S115).
인터럽트 인에이블단계로, 마이크로 컨틀로러의 인터럽트 플래그를 인에이블(enable) 상태로 되게 하여, 인터럽트가 언제나 걸릴 수 있게 한다(S120). 인터럽트 인에이블단계는 디저블(disable)된 인터럽트 플래그가 인에이블될 때까지 기다리거나, 강제적으로 인터럽트 플래그를 리셋할 수 있다.
키입력 여부 판단단계로, 키입력부에 키가 입력되었는지 여부를 판단한다(S125).
키의 무입력시의 처리단계로, 키입력 여부 판단단계(S125)에서, 키입력부에 키가 입력되지 않았다면, 카운터를 리셋하고(S130), 정지모드(stop mode)인가 여부를 판단하고(S135), 정지모드(stop mode)가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 저장하고(S140), 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어(PWM제어)를 정지(오프, off)하고(S145), 저장된 파워팩터값을 (하나) 감소시킨다(S150).
파워팩터의 '0'여부 판단단계로, 저장된 파워팩터값이 '0'인가여부를 판단하여(S155), 파워팩터값이 '0'이면 종료하고, 아니면, 파워팩터 클리어단계(S115)로 되돌아간다.
키입력 여부 판단단계(S125)에서, 키입력부에 키가 입력되었다면, 인터럽트가 걸려 인터럽트 플레그가 디저블(disable)되었는지를 판단하여(S170), 디저블되었다면 인터럽트 인에이블단계(S120)로 되돌아간다.
펄스 온시간 '0'여부판단단계로, 펄스 온(on) 시간이 '0'인가 여부를 판단하여(S175), 펄스 온(on) 시간이 '0'인 경우 파워팩터 클리어단계(S115)로 되돌아간다.
일반적으로 PWM 제어 신호는 펄스열의 형태의 신호로 펄스가 고(High)와 저(Low)를 반복하는 주기로 입력되는 데, 이 중에 펄스가 고(High)인 상태로 온(on)으로 저(Low)인 상태롤 오프(off)로 표현한다.
카운터값 판단단계로, 펄스 온시간 '0'여부판단단계(S175)에서, 펄스 온(on) 시간이 '0'이 아니면, 카운터값을 읽어들여 카운터 값을 펄스on시간 및 1주기(total time)과 비교한다(S180).
펄스on시간<카운터값≤1주기인 단계로, 카운터값 판단단계(S180)에서 카운터 값이 펄스on시간보다 크나 1주기(total time)보다는 작으면, 정지모드(stop mode)인가 여부를 판단하고(S185), 정지모드(stop mode)가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 하고(S190), 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어(PWM제어)를 정지(오프, off)하고(S195), 저장된 파워팩터값을 (하나) 감소시키고(S200), 파워팩터 클리어단계(S115)로 되돌아간다.
카운터값>1주기 또는 카운터값≤펄스on시간인 단계로, 카운터값 판단단계(S180)에서 카운터 값이 1주기(total time)보다 크면, 카운터를 리셋하고(S210), 시작모드(start mode)인지 여부를 판단하여(S215), 시작모드 이라면, 파워팩터를 기설정된 최대 파워팩터값으로 저장하고(S220), 저장된 파워팩터값을 (하나) 증가시키며(S225), 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어(PWM제어)를 개시(온, on)하고(S230), 파워팩터 클리어단계(S115)로 되돌아간다.
도 10은 본 발명의 턱뼈 신장 시스템의 모니터부에서 턱뼈신장장치의 이동영상을 출력하는 흐름도의 일예이다.
X레이 영상 로드단계로, 모니터부(20)의 연산처리부(420)은 기 저장된 X레이 영상을 읽어들인다(S510). 여기서 기 저장된 X레이 영상은 턱뼈신장장치의 장착자의 턱뼈신장장치의 장착 후의 X레이 영상이다.
이동부 설정단계로, 하지지지체가 장착된 이동부를 설정한다(S515). 영상을 통해 하지지지체가 장착된 이동부의 설정을 연산처리부(420)에서 자동적으로 계산할 수 있으며, 경우에 따라서는 GUI를 통해 사용자가 설정한 값을 연산처리부(420)로 로드하여 사용할 수 있다.
정상동작여부 판단단계로, 턱뼈신장장치(10)로부터 수신된 엑츄에이터 상태검출 신호로부터 기 저장된 기준신호와 비교하여 정상인지를 판단하고(S520), 정상상태가 아니면 비정상을 알리는 경고를 스피커(미도시) 또는 표시부(450) 등으로 출력하고(S525) 종료한다.
이동검출신호 수신단계로, 정상동작여부 판단단계(S520)에서 정상이라면, 턱뼈신장장치로부터 이동검출신호를 수신한다(S530).
이동부 이동단계로, X레이 영상에서 하지지지체가 장착된 이동부를 이동검출신호에 따라 이동시킨다(S540).
턱뼈신장장치의 구동 종료여부 판단단계로, 모니터부(20)의 연산처리부(420)에서 생성한 엑츄에이터 제어신호, 또는 턱뼈신장장치(10)로부터 수신한 엑츄에이터 상태검출 신호 또는 이동검출신호로부터 턱뼈신장장치(10)의 종료여부를 판단하여(S550), 턱뼈신장장치(10)가 종료이면 모니터부(20)의 연산처리부(420)도 종료하며, 턱뼈신장장치(10)가 종료가 아니면, 정상동작여부 판단단계(S520)로 되돌아간다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 턱뼈신장장치 20 : 뼈신장 모니터부
30 : 리모콘 100 : 상부골 지지체
110 : 엑츄에이터 삽입부 120 : 상부골 접속부
130 : 지지봉 135 : 지지봉 고정홀
140 : 상부골 접속부의 고정홀 160 : 암나사부
190 : 지지봉 고정부 200 : 하부골 지지체
210 : 엑츄에이터 장착부 220 : 하부골 접속부
240 : 하부골 접속부의 고정홀 280 : 지지봉 통과홀
300 : 마이크로 엑츄에이터 309 : 신호전송선
305 : 수나사부 310 : 턱뼈신장장치의 송수신부
320 : 마이크로콘트롤러 330 : 엑츄에이터 구동부
340 : 엑츄에이터 상태검출부 345 : 이동검출센서
350 : 엑츄에이터 제어부 410 : 모니터부 송수신부
420 : 연산처리부 430 : 메모리
440 : 키입력부 450 : 표시부
510 : 송수신부 520 : 마이크로콘트롤러
540 : 키입력부

Claims (22)

  1. 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며, 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어, 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 턱뼈 신장 장치,
    엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 상기 뼈 신장 장치로 무선 전송하는 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템에 있어서,
    상기 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 리모콘을 더 구비하며,
    상기 모니터부는 상기 리모콘으로 부터 수신된 순방향이동키 신호와 역방향이동키 신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  2. 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며, 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어, 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 뼈 신장 장치,
    엑츄에이터 제어신호를 생성하여, 상기 뼈 신장 장치로 무선 전송하는 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템에 있어서,
    상기 모니터부는
    상기 마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 키입력부;
    상기 키입력부로 수신된 순방향이동키 신호와 역방향이동키 신호에 따라 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 연산처리부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 엑츄에이터 제어부는
    상기 연산처리부로부터 수신된 엑츄에이터 제어신호를 무선 수신하는 엑츄에이터 마이크로콘트롤러;
    상기 엑츄에이터 마이크로콘트롤러에 의해 수신된 엑츄에이터 제어신호에 의해 마이크로 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부;
    마이크로 엑츄에이터와 직렬 연결된 소자의 전압이나, 마이크로 엑츄에이터의 입력단의 전류 신호를 상태검출신호로 검출하는 엑츄에이터 상태검출부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  4. 마이크로 엑츄에이터와 상기 마이크로 엑츄에이터를 제어하는 엑츄에이터 제어부를 구비하며, 상부골과 상기 상부골에 연접된 하부골에 장착되어, 상기 상부골과 하부골 사이의 간격을 조정하도록 이루어진 턱뼈 신장 장치를 포함하는 턱뼈 신장 시스템에 있어서,
    마이크로 엑츄에이터가 순방향, 역방향으로 각각 움직이도록 설정하는 순방향이동키와 역방향이동키를 포함하는 리모콘을 더 구비하며,
    상기 엑츄에이터 제어부는
    상기 리모콘으로부터 수신된 순방향이동키와 역방향이동키 신호에 의해 엑츄에이터 제어신호를 생성하는 엑츄에이터 마이크로콘트롤러;
    상기 엑츄에이터 마이크로콘트롤러에 의해 수신된 엑츄에이터 제어신호에 의해 마이크로 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엑츄에이터 제어부는 마이크로 엑츄에이터와 직렬 연결된 소자의 전압이나, 마이크로 엑츄에이터의 입력단의 전류 신호를 상태검출신호로 검출하는 엑츄에이터 상태검출부를 더 구비하며,
    상기 엑츄에이터 제어부로부터 무선 수신된 상태검출신호를 저장하고 디스플레이하는 모니터부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    엑츄에이터 제어부는, 턱뼈 신장 장치의 하부골 지지체의 이동거리를 검출하는 이동검출센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 모니터부는,
    기 저장된 엑스레이 영상에서, 엑츄에이터 제어부로부터 무선 수신한 이동거리 검출신호에 따라, 상기 엑스레이 영상 내의 턱뼈 신장 장치의 하지지지체를 이동시킨 영상을 디스플레이하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    엑츄에이터 제어부와 모니터부의 인터페이스는 RS-232C를 이용하는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로 엑츄에이터는 압전 세라믹을 이용한 초음파 모터인 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    마이크로 엑츄에이터는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  11. 제1항 또는 제2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뼈 신장 장치는,
    중앙부에 마이크로 엑츄에이터를 고정 장착하고 있는 엑츄에이터 장착부를 구비하며, 하부골에 장착되는 하부골 지지체;
    상기 하부골과 연접되는 상부골에 장착되되, 상기 마이크로 엑츄에이터의 수나사부를 가지는 일축이 삽입되는 암나사부를 중앙에 구비하는 상부골 지지체;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 뼈 신장 장치는, 상기 상부골 지지체의 좌우 양측에 고정되며, 상기 하부골 지지체의 좌우 양측을 관통하는 지지봉을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상부골 지지체는 상부골에 장착되게 하기위한 고정홀을 구비하는 상부골 접속부를 구비하며,
    하부골 지지체는 하부골에 장착되게 하기위한 고정홀을 구비하는 하부골 접속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    하부골 지지체의 지지봉 통과홀을 통과한 지지봉이 하부골 지지체의 끝부분에 위치된 지지봉 고정부의 좌우 양측 홀을 통과하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    마이크로 엑츄에이터는 축이 나사산을 구비하며, 상기 축이 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  16. 제11항에 있어서,
    엑츄에이터 제어부는, 하부골 지지체의 엑츄에이터 장착부의 아래이면서, 지지봉 고정부의 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    마이크로 엑츄에이터는 압전 세락믹 기둥과 축으로 이루어지며,
    상기 축은 상기 압전 세락믹 기둥의 중앙부에 위치되며, 상기 축에는 나사산이 구비되며, 상기 축은 회전을 하면서 상하로 움직이도록 이루어지며,
    상기 압전 세락믹 기둥은 그 외부를 둘러싸는 커버부를 구비하며, 상기 커버부 외측의 일측에는 신호전송선이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템.
  18. 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템의 구동방법에 있어서,
    모니터부에서 모터 스텝, 이동거리 간격, 이동시간 기간을 설정하고, 카운터를 리셋하는, 초기화단계;
    파워팩터를 '0 '으로 하는, 파워팩터 클리어단계;
    턱뼈 신장장치의 마이크로 컨틀로러의 인터럽트 플래그를 인에이블(enable) 상태로 되게 하는 인터럽트, 인에이블단계;
    키입력부에 키가 입력되었는지 여부를 판단하는, 키입력 여부 판단단계;
    상기 키입력 여부 판단단계에서, 키입력부에 키가 입력되었다면, 인터럽트가 걸려 인터럽트 플레그가 디저블(disable)되었는지를 판단하여, 디저블되었다면 상기 인터럽트 인에이블단계로 되돌아가는, 인터럽트 플레그의 디저블여부 판단단계;
    상기 인터럽트 플레그의 디저블여부 판단단계에서 인터럽트 플레그가 디저블되지 않았다면, 펄스 온(on)시간이 '0'인가 여부를 판단하여, 펄스 온(on) 시간이 '0'인 경우 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 펄스 온시간 '0'여부판단단계;
    상기 펄스 온시간 '0'여부판단단계에서, 펄스 온(on) 시간이 '0'이 아니면, 카운터값을 읽어들여 카운터 값을 펄스 온(on)시간 및 1주기(total time)와 비교하는, 카운터값 판단단계;
    상기 카운터값 판단단계에서 카운터 값이 펄스on시간보다 크나 1주기(total time)보다는 작으면, 정지모드(stop mode)인가 여부를 판단하고, 정지모드가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 하고, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 정지하고, 저장된 파워팩터값을 하나 감소시키고, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 펄스on시간<카운터값≤1주기인 단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템의 구동방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 키입력 여부 판단단계에서, 키입력부에 키가 입력되지 않았다면, 카운터를 리셋하고, 정지모드인가 여부를 판단하고, 정지모드가 아니라면, 파워팩터를 기 설정된 최소 파워팩터값으로 저장하고, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 정지하고, 저장된 파워팩터값을 하나 감소시키는, 키의 무입력시의 처리단계;
    상기 키의 무입력시의 처리단계의 후에, 저장된 파워팩터값이 '0'인가여부를 판단하여, 파워팩터값이 '0'이면 종료하고, 아니면, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 파워팩터의 '0'여부 판단단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템의 구동방법.
  20. 제18항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카운터값 판단단계에서 카운터 값이 1주기보다 크면, 카운터를 리셋하고, 시작모드(start mode)인지 여부를 판단하여, 시작모드 이라면, 파워팩터를 기설정된 최대 파워팩터값으로 저장하고, 저장된 파워팩터값을 하나 증가시키며, 엑츄에이터 제어부는 엑츄에이터 제어를 개시(on)하고, 파워팩터 클리어단계로 되돌아가는, 카운터값>1주기 또는 카운터값≤펄스on시간인 단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템의 구동방법.
  21. 턱뼈 뼈신장장치, 리모콘, 모니터부를 포함하여 이루어진 턱뼈 신장 시스템의 구동방법에 있어서,
    모니터부의 연산처리부가 기 저장된 X레이 영상을 읽어들이는, X레이 영상 로드단계;
    모니터부의 연산처리부에서 상기 X레이 영상 중, 하지지지체가 장착된 이동부를 설정하는, 이동부 설정단계;
    모니터부의 연산처리부는 턱뼈신장장치로부터 수신된 엑츄에이터 상태검출 신호로부터 기 저장된 기준신호와 비교하여 정상인지를 판단하고, 정상상태가 아니면 비정상을 알리는 경고를 출력하며 종료하는, 정상동작여부 판단단계;
    상기 정상동작여부 판단단계의 판단결과로서 정상이라면, 모니터부의 연산처리부는 턱뼈신장장치로부터 이동검출신호를 수신하는, 이동검출신호 수신단계;
    모니터부는 X레이 영상에서 하지지지체가 장착된 이동부를 이동검출신호에 따라 이동시키는 영상을 출력하는, 이동부 이동단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템의 구동방법.
  22. 제21항에 있어서,
    모니터부의 연산처리부는, 모니터부의 연산처리부에서 생성한 엑츄에이터 제어신호, 또는 턱뼈신장장치로부터 수신한 엑츄에이터 상태검출 신호 또는 이동검출신호로부터 턱뼈신장장치의 종료여부를 판단하여, 턱뼈신장장치가 종료이면 모니터부의 연산처리부도 종료하며, 턱뼈신장장치가 종료가 아니면, 정상동작여부 판단단계로 되돌아가는, 턱뼈신장장치의 구동 종료여부 판단단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 턱뼈 신장 시스템의 구동방법.
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