KR101524722B1 - 말단 조향장치 및 이를 갖는 내시경 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굽힘이 가능하도록 마련된 말단의 방향을 조절하기 위한 말단 조향장치로서, 제1구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단의 일측을 당기면서 상기 말단을 정방향으로 굽히는 제1와이어; 제2구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단의 반대측을 당기면서 상기 말단을 역방향으로 굽히는 제2와이어; 상기 제1와이어 및 제2와이어에 장착되고, 상기 말단의 정역방향 굽힘이 일어나는 동안에만 전기적 신호를 출력하는 스위칭 수단; 및 상기 스위칭 수단으로부터 전기적 신호가 출력될 때, 상기 제1구동수단 및 제2구동수단 중 정방향으로 작동하지 않는 것을 역방향으로 작동시키는 제어부;를 포함한다.

Description

말단 조향장치 및 이를 갖는 내시경{TERMINAL STEERING APPARATUS AND ENDOSCOPE WITH THE SAME}
본 발명은 말단 조향장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 말단의 방향을 자유롭게 조절할 수 있는 말단 조향장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 말단 조향장치를 갖는 내시경에 관한 것이다.
내시경은 사용 분야에 따라 크게 의료용 내시경과 산업용 내시경으로 분류된다. 의료용 내시경은 수술이나 부검 없이도 장기의 병변 부위를 직접 관찰 및 치료할 수 있도록 고안된 의료용 장치이다. 이러한 의료용 내시경에는 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경 등이 있고, 그 밖에 특수한 것으로는 흉강경, 종격경, 심장경 등이 있다. 산업용 내시경은 각종 산업분야에서 기기의 분해 없이 상기 기기의 내부를 관찰할 수 있도록 고안된 장치이다.
일반적으로, 위와 같은 내시경의 말단에는 병변 부위나 기기의 내부를 촬영하기 위한 카메라와, 병변 부위나 기기의 내부로 빛을 조사하기 위한 조명이 마련되어 있다. 또한 의료용 내시경의 경우에는 말단에 홀 형태의 채널이 마련되어 있는데, 이 채널로는 겸자나 레이저 조사기와 같은 시술 기구가 통과한다.
상기 병변 부위나 기기의 내부가 정확하게 관찰되기 위해서는 카메라 및 조명의 방향이 다양하게 변경되어야 한다. 따라서 내시경의 말단은 여러 방향으로 자유롭게 휘어질 수 있도록 마련되고, 내시경은 이러한 말단의 방향을 조절하기 위한 조향장치를 구비한다.
한국등록특허 제10-0471653호(내시경 시스템) 한국등록특허 제10-0990992호(말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경) 한국공개특허 제10-2011-0107337호(조종 가능한 외과용 접근 장치 및 방법)
본 발명은 내시경의 말단과 같이 여러 방향으로 휘어질 수 있게 마련된 말단의 휨 방향을 조절하기 위한 말단 조향장치를 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 상기 말단 조향장치를 갖는 내시경을 제공하고자 한다.
본 발명은 굽힘이 가능하도록 마련된 말단의 방향을 조절하기 위한 말단 조향장치로서, 제1구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단의 일측을 당기면서 상기 말단을 정방향으로 굽히는 제1와이어; 제2구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단의 반대측을 당기면서 상기 말단을 역방향으로 굽히는 제2와이어; 상기 제1와이어 및 제2와이어에 장착되고, 상기 말단의 정역방향 굽힘이 일어나는 동안에만 전기적 신호를 출력하는 스위칭 수단; 및 상기 스위칭 수단으로부터 전기적 신호가 출력될 때, 상기 제1구동수단 및 제2구동수단 중 정방향으로 작동하지 않는 것을 역방향으로 작동시키는 제어부;를 포함한다.
상기 제1와이어 및 제2와이어는 상기 스위칭 수단을 기준으로 상기 말단 쪽에 위치하는 와이어 하부 및 이 와이어 하부와 반대 쪽에 위치하는 와이어 상부로 분리되어 있고, 상기 스위칭 수단은, 상기 와이어 상부와 연결된 케이스; 상기 케이스 내에 미끄럼 가능하게 수용되고, 상기 와이어 하부와 연결된 미끄럼판; 상기 케이스에 수용되고, 상기 케이스 및 상기 미끄럼판에 각각 결합된 양단을 갖는 인장 스프링; 및 상기 케이스 및 상기 미끄럼판 중 적어도 한 곳에 장착된 접촉 센서;를 포함한다.
위와 달리, 상기 스위칭 수단은, 상기 와이어 하부와 연결된 일단 및 상기 일단보다 상기 말단에 더 가깝게 위치하면서 상기 와이어 상부와 연결된 반대단을 갖는 토크 스프링; 및 상기 토크 스프링의 일단 및 반대단 중 적어도 한 곳에 장착된 접촉 센서;를 포함할 수도 있다.
상기 제1구동수단 및 제2구동수단은 직립한 자세의 모터이고, 상기 제1와이어 및 제2와이어는 풀리에 감겨 있으며, 상기 모터와 상기 풀리는 베벨 기어로 결합된다.
상기 말단 조향장치는 상기 제1구동수단 및 제2구동수단의 정방향 작동을 조작하기 위한 조이스틱;을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 말단 조향장치를 포함하는 내시경을 제공한다.
본 발명에 의하면, 말단의 굽힘이 일어나는 동안 상기 말단을 당기는 와이어의 반대측 와이어가 자동으로 풀리므로 상기 말단의 굽힘이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 굽혀진 말단이 취하는 자세가 사용자의 별도 조작이 없는한 그대로 유지될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 스위칭 수단의 가격이 저렴하므로 상기 스위칭 수단이 일회용 내시경에 사용되기 적합하다.
또한 본 발명에 의하면, 말단에 연결된 와이어들을 당기거나 푸는 구동수단들이 직립 상태를 취할 수 있기 때문에 상기 구동수단이 위치하는 부위가 비대해지지 않는다.
또한 본 발명에 의하면, 조이스틱이 마련되기 때문에 상기 말단의 굽힘 방향이 쉽게 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 말단 조향장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 말단 조향장치의 스위칭 수단을 확대하여 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 스위칭 수단의 변형예를 도시한 것이다.
도 4는 도 1에 도시된 말단 조향장치를 갖는 내시경을 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 말단 조향장치 및 이를 갖는 내시경의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 말단 조향장치(100)는 말단(10)의 굽힘 방향을 좌우방향으로 조절하기 위한 구성 및 전후방향으로 조절하기 위한 구성을 모두 갖는다. 그러나 말단(10)의 전후방향 굽힘을 조절하기 위한 구성과 좌우방향 굽힘을 조절하기 위한 구성은 서로 동일한바, 이하에서는 어느 하나에 대하여만 설명한다.
상기 말단 조향장치(100)는 제1와이어(110)와, 제2와이어(130)와, 스위칭 수단(150)과, 제어부(미도시)를 포함한다. 여기서, 상기 말단(10)은 여러 관절들을 갖는 관절부(10a)를 갖는데, 이로 인해 말단(10)은 여러 방향으로 굽혀질 수 있다. 또한 도시되어 있지는 않으나 상기 말단(10)은 주변을 촬영하기 위한 카메라와 이 카메라의 촬영 부위에 빛을 조사하기 위한 조명도 갖는다.
상기 제1와이어(110)는 서로 끊겨 분리된 와이어 상부(110a) 및 와이어 하부(110b)로 이루어진다. 상기 와이어 하부(110b)는 와이어 상부(110a)보다 더 말단(10) 쪽에 위치하고, 스위칭 수단(150)에 결합된 상단 및 말단(10)의 일측(12)에 연결된 하단을 갖는다. 상기 와이어 상부(110a)는 스위칭 수단(150)을 기준으로 와이어 하부(110b)의 반대 쪽에 위치하고, 스위칭 수단(150)에 결합된 하단 및 제1풀리(114)에 감긴 상단을 갖는다. 이와 같이 이루어진 제1와이어(110)는 제1풀리(114)가 정방향으로 회전할 경우 제1풀리(114)에 감기면서 말단(10)의 일측(12)을 당기게 되고, 이때 말단(10)은 정방향으로 굽혀지게 된다.
상기 제2와이어(130)는 서로 끊겨 분리된 와이어 상부(130a) 및 와이어 하부(130b)로 이루어진다. 상기 와이어 하부(130b)는 와이어 상부(130a)보다 더 말단(10) 쪽에 위치하고, 스위칭 수단(150)에 결합된 상단 및 상기 말단(10)의 일측(12)과 180도 이격한 반대측(14)에 연결된 하단을 갖는다. 상기 와이어 상부(130a)는 스위칭 수단(150)을 기준으로 와이어 하부(130b)의 반대 쪽에 위치하고, 스위칭 수단(150)에 결합된 하단 및 제2풀리(134)에 감긴 상단을 갖는다. 이와 같이 이루어진 제2와이어(130)는 제2풀리(134)가 정방향으로 회전할 경우 제2풀리(134)에 감기면서 말단(10)의 반대측(14)을 당기게 되고, 이때 말단(10)은 역방향으로 굽혀지게 된다.
상기 제1와이어(110) 및 제2와이어(134)가 각각 감기는 제1풀리(114) 및 제2풀리(134)는 기어박스(170)에 수용되어 있다. 그리고 상기 풀리들(114, 134)은 기어박스(170)에 수용된 베벨 기어(미도시)를 통해 제1구동수단인 제1모터(112) 및 제2구동수단인 제2모터(132)와 각각 연결되어 있다. 따라서 상기 모터들(112, 114)이 정방향으로 작동하면 상기 풀리들(114, 134)도 정방향으로 회전하게 된다.
상기 풀리들(114, 134) 및 모터들(112, 132) 간 결합관계가 이와 같으면 모터들(112, 132)이 서로 평행하게 직립할 수 있고, 이로 인해 상기 모터들(112, 132)을 수용하고 있는 내시경(200)의 헤드(210)가 비대해지지 않게 된다.
한편, 제1와이어(110)가 말단(10)의 일측(12)을 당기더라도 제2와이어(130)가 제2풀리(134)로부터 풀리지 않으면 말단(10)이 정방향으로 굽혀질 수 없고, 제2와이어(130)가 말단(10)의 반대측(14)을 당기더라도 제1와이어(110)가 제1풀리(114)로부터 풀리지 않으면 말단(10)이 역방향으로 굽혀질 수 없다. 따라서 제1풀리(114)가 정방향으로 회전하면 제2풀리(134)가 역방향으로 회전할 필요가 있고, 제2풀리(134)가 정방향으로 회전하면 제1풀리(114)가 역방향으로 회전할 필요가 있다. 본 발명에서는 이와 같은 필요가 스위칭 수단(150) 및 제어부(미도시)에 의해 충족된다.
상기 스위칭 수단(150)은 제1와이어(110) 및 제2와이어(130) 모두에 설치된 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(152)와, 미그럼판(154)과, 인장 스프링(156)과, 접촉 센서(158)를 포함한다.
상기 케이스(152)는 와이어 상부(110a, 130a)의 하단과 결합한 상면을 갖고, 와이어 하부(110b, 130b)를 관통시키는 하면을 갖는다. 상기 미끄럼판(154)은 케이스(152)의 내부공간에 미끄럼 가능하게 수용되어 있고, 와이어 하부(110b, 130b)의 상단과 결합하고 있다. 인장 스프링(156)은 케이스(152)의 내부공간에 수용되어 있고, 케이스(152)의 상면 및 미끄럼판(154)에 각각 결합된 양단을 갖는다. 이러한 인장 스프링(156)은 케이스(152)의 상면과 미끄럼판(154)이 서로 가까워지는 방향으로 탄성력을 발휘한다. 상기 접촉 센서(158)는 케이스(152)의 하면과 마주하는 미끄럼판(154)의 일면에 장착되고, 케이스(152)의 하면에 의해 가압되었을 때 전기적 신호를 출력한다. 이와 달리 상기 접촉 센서(158)는 케이스(152)의 하면에 장착될 수도 있는데, 이러한 경우 접촉 센서(158)는 미끄럼판(154)에 의해 가압되었을 때 전기적 신호를 출력하게 된다.
제1구동수단(112)이 정방향으로 작동하기 시작하면 제1와이어(110)의 와이어 상부(110a)가 제1풀리(114) 쪽으로 당겨지고, 이때 케이스(152)는 인장 스프링(156)의 탄성력을 극복하면서 제1와이어(110)의 와이어 하부(110b)와 결합한 미끄럼판(154)의 접촉 센서(158)를 가압하게 된다. 케이스(152)가 상기 접촉 센서(158)를 가압하면, 제1와이어(110)의 와이어 하부(110b)는 제1풀리(114) 쪽으로 당겨지고 제2와이어(130)의 와이어 하부(130b)는 말단(10) 쪽으로 당겨진다. 이때 제2구동수단(132)은 정지하고 있기 때문에 상기 와이어 하부(130b)와 결합한 미끄럼판(154)은 인장 스프링(156)의 탄성력을 극복하게 되고, 이로 인해 상기 와이어 하부(130b)와 결합한 미끄럼판(154)의 접촉 센서(158)는 제2와이어(130)의 와이어 상부(130b)와 결합한 케이스(152)에 의해 가압된다.
이와 같이 제1구동수단(112)이 정방향으로 작동하기 시작하였을 때 상기 와이어들(110, 130)에 마련된 스위칭 수단(150)의 접촉 센서(158)는 모두 가압되어 전기적 신호를 출력한다. 그리고 이러한 전기적 신호가 출력된 경우 제어부는 제1구동수단(112) 및 제2구동수단(132) 중 정방향으로 작동하지 않는 제2구동수단(132)을 역방향으로 작동시킨다. 그리고 제2구동수단(132)이 역방향으로 작동하면 제2와이어(130)가 제2풀리(134)로부터 풀리게 되고, 이로 인해 말단(10)은 정방향으로 굽혀지게 된다.
제1구동수단(112)의 정방향 작동이 정지하여 말단(10)의 정방향 굽힘이 정지되면 인장 스프링들(156)의 탄성력에 의해 접촉 센서들(158)에 대한 가압이 해제되고, 이로 인해 제2구동수단(132)의 역방향 작동 또한 정지하면서 제2와이어(130)의 풀림이 멈추게 된다. 그리고 이때 말단(10)이 취한 굽힘 자세는 상기 구동수단들(112, 132)이 다시 작동하기 전까지는 그대로 유지된다.
말단(10)의 정방향 굽힘이 일어나는 동안 발생하는 위와 같은 과정은 말단(10)의 역방향 굽힘이 일어나는 동안에도 동일하게 발생한다.
상술한 바와 같은 기능을 수행하는 제어부는 인쇄회로기판으로 이루어지고, 제어박스(180)에 수용되어 있다. 또한 제어부는 전선들(182)을 통해 구동수단들(112, 132)과 연결되어 구동수단들(112, 132)을 제어하고, 또 다른 전선들(미도시)을 통해 접촉 센서(158)와 연결되어 접촉 센서(158)로부터 출력되는 전기적 신호를 수신한다.
한편, 상기 스위칭 수단(150)은 도 3에 도시된 바와 같은 스위칭 수단(150a)으로 대체될 수도 있다. 상기 스위칭 수단(150a)은 토크 스프링(156a) 및 상기 접촉 센서(158)를 포함한다. 토크 스프링(156a)의 일단(152b)은 와이어 하부(110b, 130b)와 결합하고, 상기 일단(152b)보다 말단(10)에 더 가깝게 위치하는 반대단(152a)은 와이어 상부(110a, 130a)와 결합한다. 이와 같은 토크 스프링(150a)은 상기 일단(152b) 및 반대단(152a)이 서로 멀어지는 방향으로 탄성력을 작용한다. 상기 접촉 센서(158)는 토크 스프링(150a)의 양단(152a, 152b) 중 어느 한 곳에 장착된다. 이상과 같은 스위칭 수단(150a)의 작동은 상술한 스위칭 수단(150)의 작동과 동일한바, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기 말단 조향장치(100)는 버튼형 조이스틱(184)을 포함한다. 상기 버튼형 조이스틱(184)은 좌우전후 입력 버튼을 갖고, 제어부를 수용하는 제어박스(180)에 마련되어 있다. 사용자가 이와 같은 조이스틱(184)의 좌우전후 입력 버튼을 누르면 입력된 정보는 제어부로 전송되고, 제어부는 수신한 정보에 따라 구동수단들(112, 132)의 정방향 작동을 제어한다. 구동수단들(112, 132)의 역방향 작동은 상술한 바와 같이 스위칭 수단(150, 150a) 및 제어부에 의해 자동으로 이루어진다. 상기 버튼형 조이스틱(184)은 스틱형 조이스틱(미도시)으로 대체될 수 있음은 물론이다.
상술한 말단 조향장치(100)는 굽혀질 수 있는 말단(10)의 굽힘 방향 조절이 필요한 모든 기기에 사용될 수 있다. 일 예로, 말단 조향장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 헤드(210)와, 말단(10)과, 상기 헤드(210) 및 말단(10)을 연결하는 중앙부(220)를 갖는 내시경(200)에 구비될 수 있다. 이 경우, 말단 조향장치(100)의 제어박스(180), 구동수단들(112, 132) 및 기어박스(170)는 조이스틱(184)이 노출되도록 내시경(200)의 헤드(210)에 내장되고, 와이어들(110, 130) 및 스위칭 수단(150, 150a)은 중앙부(220)에 내장된다. 미설명 도면부호 20은 말단(10)의 관절부를 덮는 자바라이다. 한편, 상기 내시경(200)은 의료용 내시경 및 산업용 내시경을 모두 아우르는 개념이다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 말단 조향장치 110 : 제1와이어
130 : 제2와이어 110a, 130a : 와이어 상부
110b, 130b : 와이어 하부 112, 132 : 구동수단
114, 134 : 풀리 150, 150a : 스위칭 수단
152 : 케이스 154 : 미끄럼판
156 : 인장 스프링 158 : 접촉 센서
152a : 토크 스프링 반대단 152b : 토크 스프링 일단
156a : 토크 스프링 170 : 기어박스
180 : 제어박스 184 : 조이스틱

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 굽힘이 가능한 말단의 방향을 조절하기 위한 말단 조향장치에 있어서,
    제1구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단을 정방향으로 굽히는 것으로서, 서로 분리된 와이어 하부 및 와이어 상부로 이루어진 제1와이어;
    제2구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단을 역방향으로 굽히는 것으로서, 서로 분리된 와이어 하부 및 와이어 상부로 이루어진 제2와이어;
    상기 제1와이어 및 제2와이어에 장착된 스위칭 수단; 및
    상기 제1구동수단 및 제2구동수단을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 스위칭 수단은,
    상기 와이어 상부와 연결된 케이스;
    상기 케이스 내에 미끄럼 가능하게 수용되고, 상기 와이어 하부와 연결된 미끄럼판;
    상기 케이스에 수용되고, 상기 케이스 및 상기 미끄럼판에 각각 결합된 양단을 갖는 인장 스프링; 및
    상기 케이스 및 상기 미끄럼판 중 어느 하나에 장착되어 나머지 하나와 접촉할 때 전기적 신호를 출력하는 접촉 센서;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1와이어에 장착된 스위칭 수단의 접촉 센서 및 제2와이어에 장착된 스위칭 수단의 접촉 센서로부터 전기적 신호가 출력될 때, 상기 제1구동수단 및 제2구동수단 중 정방향으로 작동하지 않는 것을 역방향으로 작동시키는 말단 조향장치.
  3. 굽힘이 가능한 말단의 방향을 조절하기 위한 말단 조향장치에 있어서,
    제1구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단을 정방향으로 굽히는 것으로서, 서로 분리된 와이어 하부 및 와이어 상부로 이루어진 제1와이어;
    제2구동수단의 정방향 작동 시 상기 말단을 역방향으로 굽히는 것으로서, 서로 분리된 와이어 하부 및 와이어 상부로 이루어진 제2와이어;
    상기 제1와이어 및 제2와이어에 장착된 스위칭 수단; 및
    상기 제1구동수단 및 제2구동수단을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 스위칭 수단은,
    상기 와이어 하부와 연결된 일단 및 상기 일단보다 상기 말단에 더 가깝게 위치하면서 상기 와이어 상부와 연결된 반대단을 갖는 토크 스프링; 및
    상기 토크 스프링의 일단 및 반대단 중 어느 하나에 장착되어 나머지 하나와 접촉할 때 전기적 신호를 출력하는 접촉 센서;를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1와이어에 장착된 스위칭 수단의 접촉 센서 및 제2와이어에 장착된 스위칭 수단의 접촉 센서로부터 전기적 신호가 출력될 때, 상기 제1구동수단 및 제2구동수단 중 정방향으로 작동하지 않는 것을 역방향으로 작동시키는 말단 조향장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1구동수단 및 제2구동수단은 직립한 자세의 모터이고, 상기 제1와이어 및 제2와이어는 풀리에 감겨 있으며, 상기 모터와 상기 풀리는 베벨 기어로 결합된 말단 조향장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1구동수단 및 제2구동수단의 정방향 작동을 조작하기 위한 조이스틱;을 포함하는 말단 조향장치.
  6. 제2항 또는 제3항의 말단 조향장치를 포함하는 내시경.
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KR101176864B1 (ko) * 2009-04-27 2012-08-27 한양대학교 에리카산학협력단 내시경수술용 수술도구 구동장치

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