KR101478732B1 - 뇌수술용 다자유도 구동장치 - Google Patents

뇌수술용 다자유도 구동장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101478732B1
KR101478732B1 KR1020130111327A KR20130111327A KR101478732B1 KR 101478732 B1 KR101478732 B1 KR 101478732B1 KR 1020130111327 A KR1020130111327 A KR 1020130111327A KR 20130111327 A KR20130111327 A KR 20130111327A KR 101478732 B1 KR101478732 B1 KR 101478732B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
actuator
brain surgery
arc frame
arc
Prior art date
Application number
KR1020130111327A
Other languages
English (en)
Inventor
김영수
김종윤
장종성
김형욱
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020130111327A priority Critical patent/KR101478732B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101478732B1 publication Critical patent/KR101478732B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B90/11—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B90/14—Fixators for body parts, e.g. skull clamps; Constructional details of fixators, e.g. pins
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/304—Surgical robots including a freely orientable platform, e.g. so called 'Stewart platforms'
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
    • A61B2090/103—Cranial plugs for access to brain

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Accommodation For Nursing Or Treatment Tables (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치는, 수술부위에 삽입되는 뇌수술용 전극을 제1 방향의 회동과, 상기 제1 방향의 회동에 교차되는 제2 방향 회동이 가능하도록 상기 뇌수술용 전극을 지지하고, 상기 아크프레임을 따라 이동 가능하도록 상기 아크프레임에 결합되는 경로 이동모듈을 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치는, 4개의 회전관절로 구성되어 정위 뇌수술의 수술부위마다 뇌수술용 전극을 정밀하게 위치 조절할 수 있어 수술과정이 수월하게 수행되고 전체 수술 시간도 감소될 있으며, 뇌수술용 전극의 방향과 위치 설정을 모터 제어로 수행하여 종래보다 정밀성이 확보되고 작업효율도 향상될 수 있다.

Description

뇌수술용 다자유도 구동장치{Driving apparatus having multi-degrees of freedom of electrodes for DBS}
본 발명은 뇌수술용 다자유도 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 뇌수술 과정이 수월하게 수행되고 뇌수술용 전극의 방향과 위치 설정을 모터 제어로 수행하여 종래보다 정밀성이 확보되는 다자유도 구동 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 여러 분야에 걸쳐 로봇(robot)의 이용이 증가하고 있다. 예를 들면, 산업 현장에서 사용되는 산업 로봇, 군대에서 사용되는 군용 로봇, 실제 가정에서 사용되는 가정 로봇, 그리고 정밀 수술 등에 사용되는 의료 로봇 또는 원격조종 로봇 등에 이르기까지 로봇은 현재 산업 전반과 생활 전반에 걸쳐 다방면으로 사용되고 있다.
그 중, 의료 로봇은 생명을 다루는 의료 분야에 사용되기 때문에, 로봇의 정밀성과 신뢰성은 필수적이라 할 수 있다. 어떤 수술인지에 따라 의료 로봇의 활용이나 정밀도의 수준이 달라져야 하며, 예를 들어 뇌수술과 같이 복잡하고 어려운 수술의 경우, 수술부위를 정확하게 파악하고 수술범위를 정밀하게 시술되어야 하는 것은 당연하다. 이에 따라, 의료 로봇은 기본적으로 신뢰성있게 제작되어야 하고 인체 수술부위에 대응하고 수술 유형에 맞게 설계되어야 한다. 특히, 다수의 다관절 또는 다자유도 회동이 가능한 아암(arm)이나 매니퓰레이터(manipulator)가 필수적으로 구비될 필요가 있다.
도 1은 종래 뇌수술용 전극 및 프레임을 도시한 도면이다.
정위 뇌수술(Deep Brain Stimulation, DBS)은, 파킨슨병과 같은 운동 이상증상의 치료를 위해서 많이 행해지는 수술방법이다. 통전되는 뇌수술용 전극을 이용하여, 뇌의 특정 부위에 전극을 삽입하고 전기적 자극을 가해 이상 증상을 완화 또는 완치시키는 시술법이다.
이러한 정위 뇌수술에는 수술 과정 동안 뇌수술용 전극을 지지하는 한편 환자 뇌의 수술부위에 정밀하게 접근하고 삽입할 수 있는 로봇이나 장치가 요구된다. 현재 일반적으로 정위 뇌수술용 프레임(1, leksell frame)이 주로 사용되는데, 정위 뇌수술용 프레임(1)은 전극(2)이 들어가는 정확한 위치와 방향을 가이드하는 역할을 한다. 이를 간단히 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드 클램프(3)를 이용하여 환자 머리(7)에 장착 후 MRI를 통해 수술부위를 측정 및 파악하는 과정을 수행하고, 수술 직전 헤드 클램프(3)를 침대에 고정한 다음 헤드 클램프(3)에 아크암 기구(4)를 조립하여 전극이 들어갈 수술부위에 맞게 조절한다. 이때, 아크암 기구(4)의 아크 경로 상에는 위치조절수단(5, 눈금)이 마련되어, 이를 통해 목표위치를 조절하게 된다.
그러나, 일반적으로 정위 뇌수술은 수술부위를 바꿔가며 뇌수술용 전극을 여러 번 삽입하는 과정이 빈번할 수 있는데, 종래의 정위 뇌수술용 프레임(1)은 뇌수술용 전극(2)의 수술부위가 변경되면 헤드 클램프(3)로부터 아크암 기구(4)를 분해하고 재조립한 다음 위치를 재조절하는 과정을 반복하여야 하고, 이에 따라 수술 과정이 번거롭게 되며 전체 수술 시간도 증가되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 정위 뇌수술용 프레임(1)은 헤드 클램프(3)로부터 아크암 기구(4)를 분해, 재조립 및 재조절하는 일련의 과정을 일일이 수작업으로 진행할 수 밖에 없어 정밀성이 떨어지며 작업효율도 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 4개의 회전관절로 구성되어 정위 뇌수술의 수술부위가 변경되는 경우에도 뇌수술용 전극을 용이하게 위치 조절할 수 있어 수술과정이 수월하게 수행되고 전체 수술 시간도 감소될 있으며, 뇌수술용 전극의 방향과 위치 설정을 모터 제어로 수행하여 종래보다 정밀성이 확보되고 작업효율도 향상될 수 있는 뇌수술용 다자유도 구동방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치는, 지지프레임; 상기 지지프레임에 상대회동 가능하게 결합되는 아크프레임; 및 수술부위에 삽입되는 뇌수술용 전극을 제1 방향의 회동과, 상기 제1 방향의 회동에 교차되는 제2 방향 회동이 가능하도록 상기 뇌수술용 전극을 지지하고, 상기 아크프레임을 따라 이동 가능하도록 상기 아크프레임에 결합되는 경로 이동모듈을 포함할 수 있다.
상기 아크프레임은, 일부 구간이 아크 형상으로 마련되어 원호 경로를 형성하며, 상기 원호 경로의 양단부를 연결하는 축심을 기준으로 상기 지지프레임에 대하여 상대회동 가능하게 결합될 수 있다.
상기 경로 이동모듈은, 이동몸체; 상기 이동몸체에 결합되어 상기 이동몸체를 상기 아크프레임의 경로를 따라 이동시키는 경로 이동부; 상기 이동몸체에 결합되어 상기 뇌수술용 전극을 제1 방향으로 회동시키는 제1 방향 회동부; 및 상기 제1 방향 회동부에 연결되어 상기 뇌수술용 전극을 상기 제2 방향으로 회동시키는 제2 방향 회동부를 포함할 수 있다.
상기 아크프레임의 양 단부에는, 상기 아크프레임을 상기 지지프레임에 대하여 상대적으로 회동시키는 제1 액추에이터가 더 마련될 수 있다.
상기 경로 이동부는, 상기 이동몸체에 마련되되, 상기 이동몸체를 상기 아크프레임이 형성하는 원호의 가상의 중심으로부터 상기 아크프레임의 반경만큼 이격된 채 원주방향을 따라 이동시키는 제2 액추에이터일 수 있다.
상기 제1 방향 회동부는, 상기 이동몸체의 저면에 결합된 제3 액추에이터; 및 상기 제3 액추에이터와 연결되는 연결몸체를 포함하며, 상기 제2 방향 회동부는, 상기 연결몸체에 결합되어 상기 뇌수술용 전극을 상기 연결몸체에 대하여 상기 제2 방향으로 회동시키는 제4 액추에이터일수 있다.
상기 제2 방향 회동부에 연결되어 상기 뇌수술용 전극을 전후 방향으로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 이동부를 더 포함하며, 상기 슬라이딩 이동부는, 상기 제4 액추에이터에 연결되며, 상기 뇌수술용 전극을 지지하는 전극 지지블록; 및 상기 뇌수술용 전극을 상기 전극 지지블록에 대하여 상대이동시키는 제5 액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 경로 이동부는, 상기 이동몸체에 마련되되, 상기 이동몸체를 상기 아크프레임이 형성하는 원호의 가상의 중심으로부터 상기 아크프레임의 반경(R)만큼 이격된 채 원주방향을 따라 이동시키는 제2 액추에이터이며, 상기 아크프레임의 양 단부에는, 상기 아크프레임을 상기 지지프레임에 대하여 상대적으로 회동시키는 제1 액추에이터가 더 마련되며, 상기 제1 액추에이터가 동작하여 상기 아크프레임을 회동시키고, 상기 제2 액추에이터는 상기 제1 액추에이터의 동작이 완료된 후에 동작하여 상기 경로 이동모듈을 상기 수술부위로 이동시키고, 상기 제3 및 제4 액추에이터가 순차적으로 동작하여 상기 수술부위의 방향을 설정하며, 상기 제5 액추에이터가 전진 동작하여 상기 뇌수술용 전극을 상기 수술부위의 좌표로 이동시킬 수 있다.
상기 지지프레임에는, 환자의 머리가 고정 지지되는 함몰 구간이 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동방법은, 4개의 회전관절로 구성되어 정위 뇌수술의 수술부위가 변경되는 경우에도 뇌수술용 전극을 용이하게 위치 조절할 수 있어 수술과정이 수월하게 수행되고 전체 수술 시간도 감소될 있으며, 뇌수술용 전극의 방향과 위치 설정을 모터 제어로 수행하여 종래보다 정밀성이 확보되고 작업효율도 향상될 수 있다.
도 1은 종래 뇌수술용 전극 및 프레임을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치의 정면 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치의 후면 사시도이다.
도 4는 도 2의 뇌수술용 다자유도 구동장치에 지지프레임이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 9는 각각 지지프레임, 회동프레임 및 경로 이동모듈 상에 제1 각도, 제2 각도, 제3 각도, 제4 각도 및 뇌수술용 전극의 전진 거리를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치의 실시예를 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명의 뇌수술용 다자유도 구동장치는 의료 분야의 다양한 수술을 대상으로 할 뿐 아니라 다양한 산업분야의 다양한 환경에 적용 가능하나, 본 실시예에 따른 뇌수술용 다자유도 구동장치의 경우 설명의 편의를 위해, 뇌 수술 특히, 정위 뇌수술(Deep Brain Stimulation)을 대상으로 하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치의 정면 사시도이고, 도 3은 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치의 후면 사시도이며, 도 4는 도 2의 뇌수술용 다자유도 구동장치에 지지프레임이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치(10)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와같이, 수술부위에 삽입되는 뇌수술용 전극(20)을 제1 방향의 회동과, 상기 제1 방향의 회동에 교차되는 제2 방향 회동이 가능하도록 상기 뇌수술용 전극(20)을 지지하고, 상기 아크프레임(200)을 따라 이동 가능하도록 상기 아크프레임(200)에 결합되는 경로 이동모듈(300)을 포함할 수 있다.
지지프레임(100)은 환자용 침대(60)의 일측에 마련된다. 지지프레임(100)의 양단부에 아크프레임(200)이 상대회동 가능하게 결합하며, 지지프레임(100)의 중앙부에는 환자의 머리를 고정하며 지지할 수 있는 함몰구간(110)이 형성되어 있다.
아크프레임(200)은 지지프레임(100)에 연결되되, 지지프레임(100)에 대하여 상대회동 가능하게 연결된다. 아크프레임(200)은 그 형상이 아크 형상으로 마련되어 원호 경로를 형성하게 된다. 원호 경로의 중심 즉 구심에는 뇌수술을 위한 환자의 머리가 배치될 수 있다. 아크프레임(200)은 상기 지지프레임(100)에 대하여 원호 경로의 양단부를 연결하는 축심을 기준으로 상대회동 가능하게 결합되게 된다. 여기서, 아크프레임(200)이 회동하여 지지프레임(100)과 아크프레임(200)이 형성하는 각도를 제1 각도(θ1)라 한다.
지지프레임(100)에 대하여 아크프레임(200)을 상대회동시키기 위하여, 아크프레임(200)의 양 단부에는, 상기 아크프레임(200)을 상기 지지프레임(100)에 대하여 상대적으로 회동시키는 제1 액추에이터(210)가 마련된다. 제1 액추에이터(210)는 지지프레임(100)이나 아크프레임(200) 어느 쪽에 결합되어도 무방하며, 본 실시예에서는 아크프레임(200) 상에 마련되어 지지프레임(100)과 연결되도록 구성된다. 이러한 제1 액추에이터(210)는 원호 경로의 양단부에 1개씩 2개가 마련되며, 각각 동기 제어됨으로써, 지지프레임(100)에 대한 아크프레임(200)의 제1 각도(θ1)를 형성하도록 한다.
한편, 아크프레임(200)의 일부 구간에는 원주 방향을 따라 톱니(201)가 마련될 수 있다. 이는, 후술할 경로 이동모듈(300)과 아크프레임(200)의 연결을 용이하게 하는 한편, 경로 이동모듈(300)이 아크프레임(200)을 따라 이동할 때 정밀하게 이동되도록 한다. 본 실시예에서는 톱니(201)에 맞물리는 랙앤 피니언 기어 방식 등이 이용될 수 있으며, 경로 이동모듈(300)이 아크프레임(200)의 원호 경로를 슬라이딩 이동하는 구성이라면 본 실시예의 톱니(201)가 아닌 다른 구성의 연결 구조라도 무방할 것이다.
경로 이동모듈(300)은 주로 도 2 및 도 3을 참조하면, 이동몸체(310)와, 상기 이동몸체(310)에 결합되어 상기 이동몸체(310)를 상기 아크프레임(200)의 원호 경로를 따라 이동시키는 경로 이동부(320)와, 상기 이동몸체(310)에 결합되어 상기 뇌수술용 전극(20)을 제1 방향으로 회동시키는 제1 방향 회동부(330)와, 상기 제1 방향 회동부(330)에 연결되어 상기 뇌수술용 전극(20)을 제2 방향으로 회동시키는 제2 방향 회동부(340)를 포함할 수 있다.
이동몸체(310)는, 아크프레임(200)에 연결되며 원호 경로를 따라 이동되도록 마련될 수 있다. 이동몸체(310)는 원호 경로에 대응되게끔 길이방향으로 일정한 곡률이 형성되어 있다. 이동몸체(310)는 후술할 제2, 제3, 제4 및 제5 액추에이터(320, 331, 340, 미도시)를 지지하는 한편 뇌수술용 전극(20)을 지지하며 이동시키는 역할을 한다. 뇌수술용 전극(20)은 이동몸체(310)의 길이방향에 수직하게 배치되며 이러한 배치가 디폴트(default)로 설정되어 있다. 이에 따라, 이동몸체(310)가 원호 경로를 따라 이동될 때, 뇌수술용 전극(20)은 아크프레임(200) 상의 원호 경로의 구심을 향하면서 상기 아크프레임(200) 상의 원호 경로를 따라 이동하며, 여기서 제2 각도(θ2)를 정의할 수 있다. 제2 각도(θ2)는, 뇌수술용 전극(20)이 상기 구심과 연결된 가상의 연장선과, 상기 원호 경로의 양단부를 연결하는 축심 사이의 사이각을 의미한다.
경로 이동부(320)는, 제2 액추에이터(320)가 담당하며, 제2 액추에이터(320)는 상기 이동몸체(310)에 마련될 수 있다. 제2 액추에이터(320)는, 상기 이동몸체(310)를 상기 아크프레임(200)이 형성하는 원호의 가상의 중심으로부터 상기 아크프레임(200)의 반경(R)만큼 이격된 채 원주방향을 따라 이동시킬 수 있다.
이동몸체(310)의 상부면에는 제1 방향 회동부(330)가 마련된다. 제1 방향 회동부(330)는, 상기 이동몸체(310)의 저면에 결합된 제3 액추에이터(331)와, 상기 제3 액추에이터(331)와 연결되는 연결몸체(332)를 포함할 수 있다. 제3 액추에이터(331)의 동작에 의해 후술할 제2 방향 회동부(340) 및 이에 연결된 뇌수술용 전극(20)이 이동몸체(310)에 대하여 상대회동될 수 있다. 제2 방향 회동부(340)가 회동하여 제3 각도(θ3)를 형성할 수 있으며, 제3 각도(θ3)는, 제1 액추에이터(210)의 축심을 기준으로 아크프레임(200)의 구심방향으로 설정된 뇌수술용 전극(20)이 회동된 각도를 말한다.
연결몸체(332)는 ??자 형상으로 마련되어 일단에는 제3 액추에이터(331)가 마련되고, 절곡된 타단에는 제4 액추에이터(340)가 마련될 수 있다. 이러한 연결몸체(332)의 형상 및 구조는, 제1 방향 회동부(330)와 제2 방향 회동부(340)를 연결시키되 제3 액추에이터(331)와 제4 액추에이터(340)를 수용될 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 형상이라도 무방할 수 있다. 따라서 본 실시예의 ??자 형상에 한정되지 아니한다.
제2 방향 회동부(340)는 제1 방향 회동부(330)의 상면에 연결되어 뇌수술용 전극(20)을 제2 방향으로 회동시키는 역할을 한다. 여기서, 제2 방향은 아크프레임(200)이 형성하는 판면의 수직방향을 의미하며, 제1 방향에 수직으로 교차되는 방향을 말한다. 이를 위해, 제2 방향 회동부(340)는, 상기 연결몸체(332)에 결합되어 상기 뇌수술용 전극(20)을 상기 연결몸체(332)에 대하여 제2 방향으로 회동시키는 제4 액추에이터(340)일 수 있다.
제4 액추에이터(340)의 동작에 의해 뇌수술용 전극(20)은 제4 액추에이터(340)의 회동축을 기준으로 아크프레임(200)의 판면의 위로 또는 아래로 회동될 수 있으며, 이러한 회동 각도를 제4 각도(θ4)라 한다. 제4 액추에이터(340)가 동작하여 소정 각도 이상 회동하게 되면 전극 지지블록(351)의 단부가 연결몸체(332)에 간섭될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 제4 액추에이터(340)는 연결몸체(332)의 절곡부로부터 전극 지지블록(351)의 장방향 길이보다 더 이격되어 배치될 수 있다.
이러한 제1 방향 회동부(330)와 제2 방향 회동부(340)는, 이동몸체(310)의 상면 상에 차례로 배치되어 적층되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 방향 회동부(330)의 동작에 누적되어 제2 방향 회동부(340)의 동작이 수행될 수 있다. 한편, 제2 방향 회동부(340)의 구성이 아래에 먼저 배치되고 제1 방향 회동부(330)의 구성이 후에 배치되어 적층되는 구조로 마련되어도 무방할 것이다.
경로 이동모듈(300)에는, 상기 제2 방향 회동부(340)에 연결되어 상기 뇌수술용 전극(20)을 전후 방향으로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 이동부(350)를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이딩 이동부(350)는, 상기 제4 액추에이터(340)에 연결되며 상기 뇌수술용 전극(20)을 지지하는 전극 지지블록(351)과, 상기 뇌수술용 전극(20)을 상기 전극 지지블록(351)에 대하여 상대이동시키는 제5 액추에이터(미도시)를 포함할 수 있다.
전극 지지블록(351)은 뇌수술용 전극(20)을 수용하며 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 전극 지지블록(351)에는 수용홈이 마련되며, 수용홈에 뇌수술용 전극(20)이 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 슬라이딩 결합을 위해, 전극 지지블록(351)에는 제5 액추에이터가 마련될 수 있다. 제5 액추에이터가 동작하면 뇌수술용 전극(20)이 전진한 전진 거리(d)를 형성할 수 있다. 이러한 전극 지지블록(351)은 제4 액추에이터(340)의 회동축과 맞물려 있어 제4 각도(θ4)를 형성함과 동시에 또는 순차적으로 전진 거리(d)를 형성할 수 있다.
한편, 본 실시예의 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 액추에이터는 각각 회전각과 회전각속도가 정밀하게 제어될 수 있는 모터로 마련될 수 있다.
도 5 내지 도 9는 각각 지지프레임(100), 회동프레임 및 경로 이동모듈(300) 상에 제1 각도(θ1), 제2 각도(θ2), 제3 각도(θ3), 제4 각도(θ4) 및 뇌수술용 전극(20)의 전진 거리(d)가 표시된 측면도이다.
이하, 본 실시예에 따른 뇌수술용 다자유도 구동방법의 회동 동작을 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
이러한 구성을 통해, 뇌수술용 다자유도 구동장치(10)가 뇌수술용 전극(20)이 임의의 목표 위치와 목표 방향을 설정할 수 있도록 다자유도 구동이 가능할 수 있다. 즉, 도 5와 도 6을 참조하면, 2개의 회전관절이 동작(θ1, θ2를 형성하는 제1, 제2 액추에이터(210, 320)의 동작)하여 뇌수술용 전극(20)이 환자 머리의 수술부위를 타겟팅하고, 도 7과 도 8의 2개의 회전관절이 동작(θ3, θ4를 형성하는 제3, 제4 액추에이터(331, 340)의 동작)하여 수술부위에서 뇌수술용 전극(20)의 진행 방향을 결정할 수 있다. 그리고, 제5 액추에이터가 동작하여 뇌수술용 전극(20)의 전진 거리(d)를 결정하여 최종적으로 뇌수술용 전극(20)이 뇌의 수술부위에 도달할 수 있게 한다. 결과적으로 5축 제어가 가능할 수 있는 것이다.
종래의 정위 뇌수술용 프레임은 3개의 직교관절과 2개의 회전관절을 구비하고, 뇌수술용 전극(20)의 수술부위가 변경되면 관절 부분을 일일이 분해하고 재조립한 다음 위치를 재조절하는 과정이 요구되었다.
이에 반해, 본 실시예에 따른 뇌수술용 다자유도 구동장치(10)는, 4개의 회전관절로 구성되어 정위 뇌수술의 수술부위가 변경되는 경우에도 입력값으로 뇌수술용 전극(20)의 단부가 위치할 수술부위와 뇌수술용 전극(20)의 진행 방향만 결정하면 뇌수술용 전극(20)을 용이하게 위치 조절할 수 있다. 이로써, 뇌수술용 전극(20)의 수술부위가 변경되면 관절 부분을 일일이 분해하고 재조립한 다음 위치를 재조절하는 과정이 생략될 수 있어 수술과정이 수월하게 수행되고 전체 수술 시간도 감소될 있게 된다.
또한, 뇌수술용 전극(20)이 4개의 회동운동과 1개의 직선운동을 수행할 수 있으며, 뇌수술용 전극(20)의 방향과 위치 설정을 모터 제어로 수행하여 종래보다 정밀성이 확보되고 작업효율도 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치(10)는, 회동부 또는 슬라이딩 이동부를 추가로 장착하여, 5자유도 이상의 동작 구현이 가능하도록 구성될 수도 있다. 본 발명에 의한 뇌수술용 다자유도 구동장치(10)는 자유도 추가가 용이할 수 있어 보다 많은 분야에서 널리 활용될 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10: 뇌수술용 다자유도 구동장치
100 : 지지프레임 110 : 함몰구간
200 : 아크프레임 210 : 제1 액추에이터
300 : 경로 이동모듈 310 : 이동몸체
320 : 경로 이동부 330 : 제1 방향 회동부
332: 연결몸체 340 : 제2 방향 회동부
350 : 슬라이딩 이동부 351 : 전극 지지블록

Claims (9)

  1. 지지프레임;
    상기 지지프레임에 상대회동 가능하게 결합되는 아크프레임; 및
    수술부위에 삽입되는 뇌수술용 전극을 제1 방향의 회동과, 상기 제1 방향의 회동에 교차되는 제2 방향 회동이 가능하도록 상기 뇌수술용 전극을 지지하고, 상기 아크프레임을 따라 이동 가능하도록 상기 아크프레임에 결합되는 경로 이동모듈을 포함하고,
    상기 경로 이동모듈은,
    이동몸체;
    상기 이동몸체에 결합되어 상기 이동몸체를 상기 아크프레임의 경로를 따라 이동시키는 경로 이동부;
    상기 이동몸체에 결합되어 상기 뇌수술용 전극을 상기 제1 방향으로 회동시키는 제1 방향 회동부; 및
    상기 제1 방향 회동부에 연결되어 상기 뇌수술용 전극을 상기 제2 방향으로 회동시키는 제2 방향 회동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크프레임은,
    일부 구간이 아크 형상으로 마련되어 원호 경로를 형성하며,
    상기 원호 경로의 양단부를 연결하는 축심을 기준으로 상기 지지프레임에 대하여 상대회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아크프레임의 양 단부에는, 상기 아크프레임을 상기 지지프레임에 대하여 상대적으로 회동시키는 제1 액추에이터가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경로 이동부는, 상기 이동몸체에 마련되되, 상기 이동몸체를 상기 아크프레임이 형성하는 원호의 가상의 중심으로부터 상기 아크프레임의 반경만큼 이격된 채 원주방향을 따라 이동시키는 제2 액추에이터인 것을 특징으로 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방향 회동부는,
    상기 이동몸체의 저면에 결합된 제3 액추에이터; 및
    상기 제3 액추에이터와 연결되는 연결몸체를 포함하며,
    상기 제2 방향 회동부는, 상기 연결몸체에 결합되어 상기 뇌수술용 전극을 상기 연결몸체에 대하여 상기 제2 방향으로 회동시키는 제4 액추에이터인 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 방향 회동부에 연결되어 상기 뇌수술용 전극을 전후 방향으로 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 이동부를 더 포함하며,
    상기 슬라이딩 이동부는,
    상기 제4 액추에이터에 연결되며, 상기 뇌수술용 전극을 지지하는 전극 지지블록; 및
    상기 뇌수술용 전극을 상기 전극 지지블록에 대하여 상대이동시키는 제5 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경로 이동부는, 상기 이동몸체에 마련되되, 상기 이동몸체를 상기 아크프레임이 형성하는 원호의 가상의 중심으로부터 상기 아크프레임의 반경만큼 이격된 채 원주방향을 따라 이동시키는 제2 액추에이터이며,
    상기 아크프레임의 양 단부에는, 상기 아크프레임을 상기 지지프레임에 대하여 상대적으로 회동시키는 제1 액추에이터가 더 마련되며,
    상기 제1 액추에이터가 동작하여 상기 아크프레임을 회동시키고,
    상기 제2 액추에이터는 상기 제1 액추에이터의 동작이 완료된 후에 동작하여 상기 경로 이동모듈을 상기 수술부위로 이동시키고,
    상기 제3 및 제4 액추에이터가 순차적으로 동작하여 상기 수술부위의 방향을 설정하며,
    상기 제5 액추에이터가 전진 동작하여 상기 뇌수술용 전극을 상기 수술부위의 좌표로 이동시키는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지프레임에는, 환자의 머리가 고정 지지되는 함몰구간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 뇌수술용 다자유도 구동장치.

KR1020130111327A 2013-09-16 2013-09-16 뇌수술용 다자유도 구동장치 KR101478732B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130111327A KR101478732B1 (ko) 2013-09-16 2013-09-16 뇌수술용 다자유도 구동장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130111327A KR101478732B1 (ko) 2013-09-16 2013-09-16 뇌수술용 다자유도 구동장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101478732B1 true KR101478732B1 (ko) 2015-01-05

Family

ID=52587721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130111327A KR101478732B1 (ko) 2013-09-16 2013-09-16 뇌수술용 다자유도 구동장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101478732B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115105169A (zh) * 2022-07-27 2022-09-27 郑州市大肠肛门病医院 一种用于半马蹄形肛痿的切开装置及方法
CN115645047A (zh) * 2022-10-20 2023-01-31 衡阳市大井医疗器械科技有限公司 一种手术导航定位探针架

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584309U (ja) * 1992-04-23 1993-11-16 株式会社東海理化電機製作所 定位脳手術装置用針ホルダ
JP2005137489A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Foundation For Biomedical Research & Innovation 脳手術用頭部固定装置
CN201759674U (zh) * 2010-08-10 2011-03-16 刘新疆 一种c型脑穿刺定位仪
KR101205891B1 (ko) * 2011-09-26 2012-11-28 한국과학기술연구원 뇌정위 수술을 위한 전극 삽입장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0584309U (ja) * 1992-04-23 1993-11-16 株式会社東海理化電機製作所 定位脳手術装置用針ホルダ
JP2005137489A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Foundation For Biomedical Research & Innovation 脳手術用頭部固定装置
CN201759674U (zh) * 2010-08-10 2011-03-16 刘新疆 一种c型脑穿刺定位仪
KR101205891B1 (ko) * 2011-09-26 2012-11-28 한국과학기술연구원 뇌정위 수술을 위한 전극 삽입장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115105169A (zh) * 2022-07-27 2022-09-27 郑州市大肠肛门病医院 一种用于半马蹄形肛痿的切开装置及方法
CN115645047A (zh) * 2022-10-20 2023-01-31 衡阳市大井医疗器械科技有限公司 一种手术导航定位探针架

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6997866B2 (en) Devices for positioning implements about fixed points
JP2019030702A5 (ko)
JP6465365B2 (ja) 外科用アーム
CN101919736B (zh) 工具约束机构
KR102437468B1 (ko) 디스크 결합을 확인하는 시스템 및 방법
EP2429441B1 (en) Remote centre of motion positioner
CN106344160B (zh) 一种含有弧形移动副的外科手术机器人
KR102206647B1 (ko) 로봇 암 구조물 및 이를 포함하는 수술 로봇의 매니퓰레이터
KR20180022946A (ko) 수술용 로봇
US20130317521A1 (en) Supporter device and surgical robot system including the same
RU2015129339A (ru) Активное позиционирующее устройство хирургического инструмента и содержащая его хирургическая роботизированная система
JP2016505316A5 (ko)
CN113749777A (zh) 手术器械平台、器械组件及手术器械
WO2021112193A1 (ja) 外科手術システム及び外科手術マニピュレータアームの制御方法
KR20150022414A (ko) 복강경 수술용 로봇
US20130317520A1 (en) Surgical implement and manipulation system including the same
JP2017064892A (ja) 球面パラレルリンク
KR101478732B1 (ko) 뇌수술용 다자유도 구동장치
KR101700514B1 (ko) 최소침습수술용 로봇 시스템
KR102284387B1 (ko) 수술 시스템
KR101535233B1 (ko) 뇌수술용 다자유도 구동방법
KR102283670B1 (ko) 슬레이브 장치를 제어하기 위한 수술용 마스터 장치
KR101670735B1 (ko) 운동 플랫폼의 위치를 제어하는 로봇 및 이를 구비한 생체 자극 시스템
JP7265916B2 (ja) 外科手術システム及び外科手術システムの制御方法
KR101210967B1 (ko) 매니퓰레이터 및 이를 구비한 로봇

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee