KR101604089B1 - 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자성체를 포함하는 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위하여 유도 자기장을 발생시킬 수 있는 인체에 착용가능한 장치에 관한 것으로, 자성체를 포함한 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치로서, 제1코일부(110)와, 상기 제1코일부(110)와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부(120)로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일 유닛을 포함하여 인체에 착용이 가능한 코일모듈(100)과; 상기 코일모듈(100)에 자화전류를 인가하여 유도 자기장을 발생시키게 되는 전원공급부(210)와; 상기 전원공급부(210)에 인가되는 전원을 제어하게 되는 제어부(220);를 포함한다.

Description

인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치{Wearable device for actuating an in-vivo medical device}

본 발명은 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성체를 포함하는 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위하여 유도 자기장을 발생시키기 위한 인체에 착용가능한 장치에 관한 것이다.

인체 내의 진단 및 치료를 위해 개발 되고 있는 의료 시스템 중, 자성체를 이용하여 체내에서 의료장치를 무선으로 정렬 및 이동을 하는 시스템이 개발 되고 있다. 이러한 시스템들은 체내에 위치한 자성체를 포함하는 의료장치를 정렬시키거나 이동을 유도하기 위해, 체외에 자석을 배치하거나 MRI 같은 원통형의 구조물 형태를 가지는 전자기 구동 시스템을 이용하여, 체내의 자성체를 정렬시키거나 이동을 유도한다.

예를 들어, 혈관치료용 마이크로로봇 시스템과, 캡슐 내시경의 구동 제어를 위한 시스템 등이 개발되고 있다.

혈관치료용 마이크로로봇 시스템은, 혈관 내의 만성완전협착(CTO:Chronic Total Occlusion)을 치료하기 위해, 자성을 가지는 마이크로로봇을 혈관에 주입한 뒤, 외부 전자기장을 제어하여, 마이크로로봇에 운동성을 부여하는 시스템이며, MRI나 CT 와 같이 큰 공간점유율을 가진다. 체내 혈관의 만성완전협착을 치료하기 위한 혈관치료용 마이크로로봇 시스템과 관련해서 본 출원인의 한국 등록특허공보 제10-1096532호(공고일자: 2011.12.20) 이외에 다수 출원 및 등록되어 있다.

한편, 캡슐형 내시경 구동을 위한 코일 시스템과 관련해서는 본 출원인의 한국 등록특허공보 제10-1256409호(공고일자: 2013.05.02) 이외에 다수 출원 및 등록되어 있으며, 이러한 종래의 캡슐형 내시경 구동을 위한 솔레노이드 시스템은 총 8개로 구성된 코일을 이용하여 캡슐형 내시경을 임의 방향으로 정렬 및 이동시킬 수 있다.

그러나 상기 의료 목적의 원통형 구조물 형태를 가지는 전자기 구동 시스템 의 경우, 시스템 자체 공간점유율이 크며, 솔레노이드의 수가 많아 전력소모가 크다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 상기 문제점으로 인해 장치의 이동이 불가능하며, 거동이 불편한 환자로 하여금 이동에 대한 부담을 야기하게 한다.

등록특허공보 제10-1096532호(공고일자: 2011.12.20)

등록특허공보 제10-1256409호(공고일자: 2013.05.02)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 자성체를 포함하는 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동에 의해 정렬 또는 이동을 제어할 수 있도록 외부 코일시스템의 공간점유율을 최소화하고 전력소비를 줄이며, 피검사자의 검사 편의를 도모할 수 있는 인체에 착용가능한 장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자성체를 포함한 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치로서, 제1코일부와, 상기 제1코일부와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일 유닛을 포함하여 인체에 착용이 가능한 코일모듈과; 상기 코일모듈에 자화전류를 인가하여 유도 자기장을 발생시키게 되는 전원공급부와; 상기 전원공급부에 인가되는 전원을 제어하게 되는 제어부;를 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 코일모듈은 상기 자성체 보다 투자율이 작은 소재로써 상기 코일 유닛을 고정 지지하여 인체에 착용 가능한 몸체부를 더 포함한다.

바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 코일 모듈은 한 쌍의 동축 코일부와, 상기 동축 코일부와 직교하게 배치되는 적어도 한 쌍의 이상의 안장형 코일부를 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 동축 코일부 및 상기 안장형 코일부와 서로 직교하게 배치되는 한 쌍의 제2안장형 코일부를 더 포함하며, 더욱 바람직하게는, 코일부에 탈부착 가능하게 조립되어 코일부 사이를 고정하게 되는 고정부재를 더 포함한다.

본 발명에 따른 착용가능한 장치는, 자성체가 구비된 인체삽입형 의료기기를 구동하기 위한 유도 자기장을 발생시키게 되는 코일부를 갖는 코일모듈을 인체에 착용가능하게 마련함으로써, 코일모듈이 환자의 신체 일부에 근거리로 밀착 위치가 가능하여 의료기기 조향 구성을 단순화하며, 고정장치와 코일부의 사이즈를 작게 제작이 가능하여 소비전력의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 착용가능한 장치는, 인체에 착용하여 시술 또는 진단이 가능하여 의료기관 내부에서 이동하거나, 또는 이동형 의료기관에서 운용하기에 적합한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 코일모듈의 바람직한 실시예를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 착용가능한 장치에 있어서 인체삽입형 의료기기의 바람직한 일례를 보여주는 도면,
도 4의 (a)(b)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 코일모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면,
도 5의 (a)(b)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치에 있어서 동축 코일부에서 형성되는 유도 자기장을 보여주는 도면.
도 6의 (a)(b)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치에 있어서 안장형 코일부에서 형성되는 유도 자기장을 보여주는 도면.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 인체삽입형 의료기기는 부분적이나 전체적으로 외과적, 의학적으로 고안된 모든 인체삽입형 의료기기를 의미하며, 시술 이후에도 인체 내에 삽입되어 생명 유지를 위한 의료기구일 수 있으며, 또는 시술 또는 진단을 위하여 일시적으로 인체 내에 삽입될 수 있는 의료기기를 모두 포함한다.

특히 본 발명에서 인체삽입형 의료기기는 자기장 내에서 자화가 이루어지는 자성체를 포함하게 되며, 예를 들어 영구자석이 자성체로 사용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 코일모듈의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 전체 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 착용가능한 장치는, 제1코일부(110)와, 제1코일부(110)와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부(120)로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일 유닛을 포함하여 인체에 착용이 가능한 코일모듈(100)과; 코일모듈(100)에 자화전류를 인가하여 유도 자기장을 발생시키게 되는 전원공급부(210)와; 전원공급부(210)에 인가되는 전원을 제어하게 되는 제어부(220);를 포함한다.

본 발명의 착용가능한 장치는 자성체를 포함한 인체삽입형 의료기기(10)를 전자기 구동하기 위한 것으로써, 인체삽입형 의료기기(10)로는 캡슐 타입의 내시경일 수 있다.

도 3에 예시된 것과 같이, 캡슐형 내시경은 케이싱(11)과, 이 케이싱(11) 내에 구비되는 영구자석(12), 촬영부(13) 및 회로부(14)를 포함할 수 있으며, 외부에서 발생된 자기장에 의해 영구자석(12)은 외부 자기장과 상호작용하여 캡슐형 내시경의 구동력을 발생시키게 되며, 캡슐형 내시경은 인체 내에서 이동하면서 생체 내의 영상 정보를 얻을 수 있다.

도시되지 않았으나, 캡슐형 내시경은 촬영부(13)에서 얻은 영상 정보를 데이터로 변환하는 회로부, 변환된 데이터를 외부로 송출할 수 있는 데이터 전송부, 그리고 상기 촬영부, 회로부, 데이터 전송부에 전력을 공급할 수 있는 전력공급부를 더 포함할 수 있을 것이다.

본 실시예에서 인체삽입형 의료기기로써 무선 구동이 이루어지는 캡슐형 내시경을 예시하였으나, 원위부(distal end)에 자성체가 마련된 가이드와이어를 포함하는 카테터 시술에서 가이드와이어를 인체 내에 삽입 유도하게 되는 유선 형태의 시술기구일 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

다시 도 1 및 도 2를 참고하면, 코일모듈(100)은 적어도 하나 이상의 코일 유닛(110)(120)을 포함하며, 각 코일 유닛(110)(120)은 제1코일부(110)와, 제1코일부(110)와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부(120)를 포함한다.

코일모듈(100)은 코일 유닛(110)(120)이 부착 고정되어 인체에 착용 가능한 의복 형태의 몸체부(131)(132)를 포함할 수 있으며, 본 실시예에서 몸체부(131)(132)는 착용 시에 전면에 해당하는 전면 몸체부(131)와, 후면에 해당하는 후면 몸체부(132)를 예시하고 있다.

예를 들어, 이러한 몸체부(131)(132)는 상체에 착용되는 재킷(jacket) 형태일 수 있다.

본 발명에서 몸체부(131)(132)는 코일 유닛에서 발생되는 유도 자기장과의 간섭을 방지하기 위하여 투자율이 작은 소재가 사용됨이 바람직하며, 이때 몸체부(131)(132)의 사용될 수 있는 소재는 자성체의 투자율 보다 작은 범위 내에서 결정될 수 있다.

제1코일부(110)는 코일(111)과, 코일(111)이 수납되어 코일(111)을 보호하기 위한 코일하우징(112)으로 구성될 수 있으며, 몸체부에 코일하우징(112)이 부착될 수 있다. 도시되지 않았으나, 제2코일부 역시도 코일 바깥에 코일하우징이 마련될 수 있다.

전원공급부(210)는 코일모듈(100)에 자화전류를 인가하여 유도 자기장을 발생시키게 되며, 이때 전원공급부(210)에서 코일모듈(100)에 인가되는 전류의 크기 및 방향은 제어부(220)에 의해 제어가 이루어진다.

전원공급부(210)와 코일 모듈(100)을 연결하여 전원을 공급하게 되는 배선 중에는 커넥터가 마련되어 연결될 수 있다.

이와 같이 최소한 하나 이상의 코일 유닛으로 구성된 코일모듈(100)은 각 코일부에 인가되는 자화전류의 크기와 방향의 제어를 통하여 균일 자기장 또는 경사 자기장을 발생시켜 인체 내부에 삽입된 의료기기를 임의 방향으로 조향하거나 임의 방향으로 이동시킬 수 있다.

참고로 도 2에서 코일모듈(100)은 전면 몸체부(131)와 후면 몸체부(132)에 각각 코일부가 마련되어 코일 유닛을 구성하는 것으로 설명하였으나, 양 측면(즉, 인체의 양 측면)에 해당하는 위치에도 동일하게 코일 유닛이 추가되어 3차원의 정렬벡터와 이동벡터를 형성할 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

도 4의 (a)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치의 코일모듈의 다른 실시예를 보여주는 도면이며, 도 4의 (b)는 코일부를 고정하게 되는 고정부재를 예시하여 보여주는 도면이다.

도 4의 (a)를 참고하면, 코일 모듈(300)은 한 쌍의 동축 코일부(coaxial coil)(311)와, 동축 코일부(311)와 직교하게 배치되는 적어도 한 쌍의 이상의 안장형 코일부(saddle coil)(312)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 동축 코일부(311)는 인체의 전면과 후면에 동축 상에 각각 마련되는 원형 코일에 의해 제공될 수 있으며, 동축 코일부(311)는 인가되는 자화전류의 방향에 따라서 z축 방향의 균일 자기장 또는 경사 자기장을 발생시킬 수 있다.

한 쌍의 안장형 코일부(312)는 y축 상에 배치되어 동축 코일부(311)와 직교하게 배치되며, 이러한 안장형 코일부(312)는 인가되는 자화전류의 방향에 따라서 x축 방향으로 균일 자기장을 형성하거나 x-y 평면상에서 경사 자기장을 발생시킬 수 있다.

바람직하게는, 코일 모듈(300)은 동축 코일부(311) 및 안장형 코일부(312)와 직교하게 배치되는 한 쌍의 제2안장형 코일부(313)를 더 포함할 수 있다.

제2안장형 코일부(313)는 인가되는 자화전류의 방향에 따라서 y축 방향으로 균일 자기장을 발생시키거나 x-y 평면상에서 경사 자기장을 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 하나의 동축 코일부(311)와, 동축 코일부(311)와 직교하게 배치되는 안장형 코일부(312)는 2차원 평면상에서 임의 방향으로 정렬벡터를 형성할 수 있으며, 또한 동축 코일부(311) 및 안장형 코일부(312)와 서로 직교하게 배치되는 제2안장형 코일부(313)는 3차원 상에서 임의 방향의 정렬벡터를 제공할 수 있다.

한편, 코일부들끼리는 탈부착이 가능한 고정부재가 조립되어 코일부들 사이의 고정이 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 고정부재는 코일부에 탈부착이 가능한 후크가 마련된 경량의 고정링크(320)에 의해 제공될 수 있다.

도 4의 (b)에 예시된 것과 같이, 고정링크(320)는 링크몸체(321) 양단에 각각 코일후크(322)가 마련되며, 두 코일부(C1)(C2)는 코일후크(322)에 끼움 고정이 이루어질 수 있다. 코일후크(322)는 코일부(C1)(C2)가 압입되어 탈부착이 가능하다.

본 발명에서 코일 모듈(300)을 구성하는 코일부(311)(312)(313)는 피검사자의 착용 편의를 위하여 전체 또는 일부가 분리된 형태일 수 있으며, 또는 일부는 의복 형태의 몸체부(301)에 고정되고 나머지 일부가 분리된 형태일 수 있다.

따라서 피검사자는 코일 모듈(300)을 구성하는 코일부(311)(312)(313)를 차례로 착용 한 후에 각 코일부(311)(312)(313) 사이에 고정링크(320)를 연결 고정하여 코일부(311)(312)(313)를 견고히 고정함으로써 검사 과정에서 코일들의 위치가 달라지거나 코일 배치가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서 고정링크(320)는 두 개의 코일부를 연결하여 고정되는 것으로 예시하고 있으나, 고정링크는 세 개 이상의 링크가 마련되어 세 개 이상의 코일부가 하나의 고정링크에 의해 고정이 이루어질 수 있으며, 코일부의 배치나 위치에 따라서 링크몸체는 직선 또는 곡선일 수도 있다.

참고로 도 5의 (a)(b)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치에 있어서 동축 코일부에서 형성되는 유도 자기장을 보여주는 도면으로, 한 쌍의 동축 코일부에 인가되는 자화전류의 크기와 방향이 같은 경우에는 z축 방향으로 균일한 자기장이 발생되며(a), 인가되는 자화전류의 방향이 같고, 크기가 다를 경우에는 y-z 평면 상에서 경사 자기장이 발생된다(b).

도 6의 (a)(b)는 본 발명에 따른 착용가능한 장치에 있어서 안장형 코일부에서 형성되는 유도 자기장을 보여주는 도면으로, 한 쌍의 안장형 코일부에 인가되는 자화전류의 방향이 같은 경우에는 y축 방향으로 균일한 자기장이 발생되며(a), 인가되는 자화전류의 방향이 같고, 크기가 다를 경우에는 x-y 평면 상에서 경사 자기장이 발생된다(b).

이와 같이 인체삽입형 의료기기에 따라서 복수의 코일부를 다양한 형태로 배치하여 유도 자기장을 발생시켜 인체삽입형 의료기기를 인체 내의 임의 운동을 구현할 수가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 인체삽입형 의료기기 100, 300 : 코일모듈
110 : 제1코일부 120 : 제2코일부
210 : 전원공급부 220 : 제어부
311 : 동축 코일부 312 : 안장형 코일부
313 : 제2안장형 코일부
320 : 고정링크

Claims (9)

1. 자성체를 포함한 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 착용가능한 장치로서,
   제1코일부와, 상기 제1코일부와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일 유닛을 포함하여 인체에 착용이 가능한 코일모듈과;
   상기 코일모듈에 자화전류를 인가하여 유도 자기장을 발생시키게 되는 전원공급부와;
   상기 전원공급부에 인가되는 전원을 제어하게 되는 제어부;를 포함하며,
   상기 코일모듈은,
   균일자계를 형성하여 자계 내의 자성체 정렬을 유도하는 코일 유닛과, 경사자계를 형성하여 자계 내의 자성체 이동을 유도하는 코일 유닛이 조합된 것을 특징으로 하는 착용가능한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 코일모듈은, 상기 자성체 보다 투자율이 작은 소재로써 상기 코일 유닛을 고정 지지하여 인체에 착용 가능한 몸체부를 더 포함하는 착용가능한 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 코일 모듈은, 한 쌍의 동축 코일부와, 상기 동축 코일부와 직교하게 배치되는 적어도 한 쌍의 이상의 안장형 코일부를 포함하는 착용가능한 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 코일 모듈은, 상기 동축 코일부 및 상기 안장형 코일부와 서로 직교하게 배치되는 한 쌍의 제2안장형 코일부를 더 포함하는 착용가능한 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 코일부에 탈부착 가능하게 조립되어 코일부 사이를 고정하게 되는 고정부재를 더 포함하는 착용가능한 장치.
6. 자성체를 포함한 인체삽입형 의료기기를 전자기 구동하기 위한 인체에 착용가능한 부재로서,
   제1코일부와, 상기 제1코일부와 거울 대칭되게 마련되는 제2코일부로 이루어진 적어도 하나 이상의 코일 유닛으로써, 제어가 가능한 전원의 공급에 의해 균일자계를 형성하여 자계 내의 자성체 정렬을 유도하는 코일 유닛과, 경사자계를 형성하여 자계 내의 자성체 이동을 유도하는 코일 유닛이 조합된 것을 특징으로 하는 착용 가능한 부재.
7. 제6항에 있어서, 상기 코일 유닛은, 한 쌍의 동축 코일부와, 상기 동축 코일부와 직교하게 배치되는 적어도 한 쌍의 이상의 안장형 코일부를 포함하는 착용가능한 부재.
8. 제7항에 있어서, 상기 코일 유닛은, 상기 동축 코일부 및 상기 안장형 코일부와 서로 직교하게 배치되는 한 쌍의 제2안장형 코일부를 더 포함하는 착용가능한 부재.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 코일부에 탈부착 가능하게 조립되어 코일부 사이를 고정하게 되는 고정부재를 더 포함하는 착용가능한 부재.

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