KR101645724B1 - 삽입 튜브 또는 프로브의 말단에 탈착식으로 결합되는 360도 파노라마 내시경 - Google Patents

Abstract

의료 및 산업용 내시경의 말단부에 탈착식으로 결합되는 파노라마 내시경이 개시된다.
본 발명은 카메라 포드의 인출수납과 회전에 의한 시야전환 그리고 측면 촬영시 최소 초점거리확보가 가능한 탈착식 내시경의 초박형 설계에 관한 것으로서 기존 내시경 삽입튜브의 말단부에 체결 또는 분리될 수 있는 스테이터링(10)과, 스테이터링에 회전 가능하도록 결합되는 로터링(20), 로터링에 하나 이상의 개수로 장착되는 포드암(30)을 기본 구성으로 하며, 포드암 내측면 쪽으로 지향시켜 로터링의 회전에 의해 촬영시점이 변화되면서 삽입튜브의 중심축선 건너편을 촬영하는 카메라(31)와 카메라 시야를 방해하지 않도록 포드암의 외측면 쪽으로 발광하는 조명등(32)을 포함하여 이루어진다.
본 발명은 기존 내시경 튜브의 굵기 증가량을 최소한으로 하면서 간편한 탈착 사용이 가능하다. 또한 측면 촬영시 카메라 렌즈는 대장 내벽 등 촬영 표면에 밀착되지 않아 최소 초점거리 확보가 가능하고 카메라 시야를 방해하지 않는 조명과 불순물 제거기능을 갖추고 있으므로 전방 촬영 내시경의 고유 기능을 그대로 살리면서 쉽고 빠르게 측면 360° 둘레 전체를 파노라마 형식으로 촬영할 수 있다.

Description

삽입 튜브 또는 프로브의 말단에 탈착식으로 결합되는 360도 파노라마 내시경{Addable 360 degree Panoramic scope for extended function of insertion tube or probe end}

본 발명은 카메라 포드의 회전에 의한 전방위 촬영이 가능할 뿐 아니라 촬영표면에 밀착된 상태에서도 최소한의 초점거리를 확보할 수 있는 초박형 탈착식 내시경에 관한 것이다.

의료 분야에서 널리 이용되고 있는 내시경은 인체의 체강 내에 가늘고 긴 촉수형 삽입 튜브를 삽입하여, 위나 대장과 같은 장기 내벽을 관찰하거나 필요에 따라서 촉수에 장착된 처치기구를 이용하여 간단한 처치를 하는 장치이다.

의료용으로 널리 사용중인 대장 내시경의 구조를 살펴보면 대략 10mm 이하의 굵기와 1m~1.5m의 길이를 가지며, 삽입튜브 속에는 관절구조와 전원 및 데이터 케이블을 제외하고 2개의 물분사호스 그리고 처치기구의 삽입이나 오물 흡입을 위한 1개의 다용도 호스가 매립된다.

내시경의 본체에 해당하는 삽입 튜브는 장기의 내부벽면에 상처를 내지 않으면서 최대한 먼 거리까지 뻗어나갈 수 있도록 튜브의 뼈대는 자유롭게 구부러질 수 있고 방향과 각도가 조정될 수 있는 다관절 구조로 되어 있다.

삽입튜브의 말단부에는 보통 2개의 물분사구와 1개의 처치기구 돌출공, 그리고 2개의 조명등과 1개의 카메라가 매우 조밀하게 배치된다.

내시경의 핵심장비인 카메라는 보통 3mm 이하 구경의 렌즈를 가지며 전방 고정 배치되어 140° 전후의 시야각과 5~100mm(근접모드시 2~6mm) 범위의 초점거리로 설정된다.

위와 같은 구조의 내시경이 항문을 통해 삽입되어 직장에서 충수까지 전진할 경우에, 진행하는 경로 상의 전방 시야에서 벗어난 대장 내벽면(측면)까지 한꺼번에 촬영하기는 어려우므로 필요에 따라 렌즈가 장착된 튜브의 말단부를 상하좌우 굴곡시켜 주변 시야를 확보하게 된다. 당연한 말이지만 이것은 매우 시간이 걸리고 귀찮은 작업이며 원하는 모든 촬영구역의 많은 부분이 누락되기 마련이다. 실제로 기존의 대장내시경은 검사를 시행하더라도 약 24%가량의 선종을 놓치는 것으로 보고되었다.

이를 해결하고자, 내시경의 말단부에 두 개의 측방 카메라를 추가 탑재한 시야 확장형 내시경이 최근에 공개되었다.

Avantis Medical Systems 이라는 회사에서는 기존 내시경의 말단부에 끼움 결합식으로 장착한 3rd eye panoramic device라는 장비를 출시하였는데, 이것은 내시경과 비슷한 굵기를 가지는 보조기구에 내시경 진행경로의 측면을 촬영할 수 있는 2개의 카메라와 조명을 장착하고 집게모양의 고정구로 삽입튜브 말단부에 찝어 고정시킨 것으로서, 전방카메라 시야 140°를 포함한 수치의 합으로, 330° 정도의 시야를 확보하며 전원공급 및 촬영데이터 전송은 기존 삽입튜브에 밀착하여 매립한 가느다란 보조케이블이 담당하는 구조이다. 그러나 이 장치의 전방 시야 각을 제외한 실질적인 측면 시야의 확보는 190°에 불과하다.

최근에는 사람이 눈동자를 움직이듯이 내시경 말단의 전방카메라를 직접 움직여서 시야를 변화시키는 카메라 패닝 기술도 공개되었다.

이것은 마치 상하좌우로 시선을 돌리는 인공 눈이 촉수 끝에 달린 것을 연상케 하는데, 패닝 구동부의 구조가 매우 복잡하여 내시경의 핵심기능에 필수적인 물 분사관이나 다용도 처치용 도관(catheter)의 삽입공간이 나오지 않으므로 좀 더 소형화 되지 않는다면 현 시점에서 그다지 유용하지는 않다.

그 외에 무선통신과 자체요동 기능을 탑재하여 인체 내에서 유영이 가능한 독립형 캡슐 내시경도 개발되고 있다. 이것 또한 카메라는 캡슐 동체의 측면에 장착되어 미세 코일의 유도 자기장에 의한 캡슐 전체의 요동 운동으로 촬영시야를 변화시킨다.

한국공개특허 10-2015-0117682 패닝 가능한 카메라를 구비한 내시경 한국등록특허 10-1256409 캡슐형 내시경 구동제어 시스템

인터넷 사이트 www.thirdeyepanoramic.com 파노라믹 내시경 인터넷 사이트 www.endochoice.com/Fuse 풀스코픽 내시경 Van Rijn JC, Reitsma JB, Stoker J, et al. Polyp miss rate determined by tandem colonoscopy: A systematic review. Am J Gastroenterol 2006;101:343-50. Heresbach D, Barrioz T, Lapalus MG, et al. Miss rate for colorectal neoplastic polyps: A prospective multicenter study of back-to-back video colonoscopies. Endoscopy 2008;40:284-90. Hewett DG, Rex DK. Miss rate of right-sided colon examination during colonoscopy defined by retroflexion: an observational study. Gastrointest Endosc 2011;74:246-52. Siersema, PD, Rastogi A, DeMarco DC, et al. Retrograde-viewing device improves adenoma detection rate in colonoscopies for surveillance and diagnostic workup. World J Gastroenterol 2012;18:3400-8.

급속도로 발달중인 미세반도체 기술에 힘입어 카메라와 조명장치가 극도로 소형화되고 고속 저전력의 이미지 정보 처리가 가능한 현재 시점에서도, 인체 삽입용 내시경 설계에서 주위 공간의 불순물을 제거하여 시야를 확보하는 것과 함께 광학 렌즈로 촬영 가능한 최소한의 초점거리를 확보하는 것은 매우 중요하다.

왜냐하면 주위 공간이 더러운 물질로 가득 차 있거나 촬영하고픈 표면에 렌즈가 완전히 들러붙은 상태에서는 카메라와 조명장치의 성능과 무관하게 어떤 물체도 볼 수 없고 촬영할 수도 없기 때문이다.

이 같은 관점에 비추어보면 앞서 소개한 선행 기술들은 모두가 나름대로의 약점을 안고 있다. 예를 들어 시야확보를 위해 측면에 조명이 동반된 소형 카메라를 추가 장착하는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 지극히 쉽게 착안할 수 있는 당연한 문제해결 방법이나, 카메라의 시야가 아무리 넓다 하여도 렌즈가 내장 벽면에 완전히 밀착되어 최소한의 초점거리가 나오지 않거나 적절한 청소용 물 분사가 동반되지 않는다면 시야확보에 실패한 무용지물일 뿐이다.

이를 해결하기 위한 가장 유력한 방법으로 카메라를 캡슐 속에 최대한 깊게 배치하고 렌즈에서부터 캡슐 외부표면의 유리케이스에 이르기까지의 공간을 통해 초점거리를 확보한 캡슐형 내시경을 생각해볼 수 있다.

이 같은 내시경은 캡슐 유리케이스의 표면이 장기 내벽에 밀착된 상태에서도 렌즈와 촬영표면 사이에 초점확보에 필요한 최소한의 공간을 제공해 주며, 유리표면과 장기 내벽이 밀착된 상태는 시야를 가리는 불순물이 없는 상태이기 때문에 물분사 등 불순물 제거기능 없이도 어느 정도 촬영이 가능하다.

그러나 캡슐은 미약한 요동운동을 제외하고는 별다른 운동능력이 없어 수 초에 걸친 시간 동안 불과 1~2㎠의 지극히 제한된 면적만을 촬영할 수 있을 뿐이다. 즉 통상의 시야확보용 물 분사 노즐을 갖추고 비교적 넉넉한 초점거리가 확보되며 조작자의 의지에 따라 넓은 구역을 빠르게 이동할 수 있는 삽입튜브형 카메라의 촬영능력을 따라잡기에는 무리이다.

설명한 바와 같은 기술적 난제에도 불구하고 대부분의 인체 내 장기 내벽 관찰에서 삽입튜브 진행 방향의 효과적인 측면 촬영은 여전히 포기할 수 없는 문제이다. 특히 많은 수의 대장 용종들이 허스트라(haustra)라고 불리는 대장 측벽 주름 속 함몰부에서 발견되는 것을 감안한다면 더욱 그렇다.

그러므로 전방 카메라의 시야를 돌리기 위해 내시경의 말단부를 이리저리 꼬부리지 않고도 삽입튜브 진행방향의 측면을 빠르고 광범위하게 촬영하기 위해서, 기존 내시경의 측면 카메라 탑재기술이나 전방 카메라 패닝기술, 이를 활용한 파노라믹 촬영기술 등은 좀 더 정교하게 개선될 필요가 있다.

본 발명은 상술한 문제점들을 독특하고 기발한 착상으로 명쾌하게 해결하기 위한 것이다.

상술한 문제점들의 기술적 해법을 찾기 위해 우선 주목한 사실은 삽입튜브의 두께 자체가 최소한의 초점거리를 확보해 준다는 점이다.

상용화된 최근의 소형 카메라들은 발달된 광학 처리 기술에 의해 불과 2~3mm 거리에서 초점이 흐려지지 않고 근접 촬영을 할 수 있다. 그러나 이 같은 근접촬영은 촬영범위가 크게 축소될 뿐 아니라 좀 더 복잡한 초점조절 구조를 필요로 하므로 카메라의 극 소형화가 어렵다.

그러나 앞서 설명한 바와 같이 통상의 내시경용 삽입튜브는 지름이 보통 9mm 이상이므로 적어도 튜브의 두께 방향으로는 최소한의 초점거리를 확보해 준다.

다시 말해서 삽입튜브의 측면에 달린 카메라가 방사상으로 튜브의 외곽 쪽을 촬영하는 것이 아니라 튜브의 중심축선을 바라보도록 지향 배치되어 삽입튜브의 외곽에서 중심축선 건너편(= 자신이 있는 지점의 튜브 반대편 외곽)을 촬영하도록 구성한다면 초점거리 확보와 촬영범위 확대라는 두 가지 문제가 동시에 해결된다.

이를 위해서 본 발명에서는 유연재질의 삽입튜브(insertion tube) 또는 딱딱한 봉 형태의 삽입프로브(-probe), 그 어느 것에도 쉽게 장착이 가능하도록 마치 관이음 구조와 유사한 체결링 조임 방식의 스테이터링(10)과 여기에 결합되어 그 자체로 BLDC모터의 회전자와 같이 회전할 수 있는 로터링(20)의 결합구성을 도입하였고, 로터링(20) 외곽에 카메라(31)와 조명등(32)이 달린 포드암(30: pod-arm)을 하나 이상 배치하였다.

여기서 포드-암 이라는 용어는 당해 기술분야에서 널리 쓰이는 기술용어는 아니지만 카메라 양각대라는 뜻의 pod(카메라 포드)와, 움직일수 있는 팔이라는 뜻의 arm(로봇 암)을 합친 의미를 뜻하는 합성 용어이며 통상적으로 상상할 수 있는 길이가 늘어나고 줄어드는 삼각대만을 뜻하거나 딱딱하고 날카로운 뼈대와 관절을 가진 로봇팔을 뜻하는 것은 아니다.

본 발명에서 사용하는 포드암(30)은 인체장기의 내벽에 전혀 상처를 내지 않는 매우 유연하고 부드러운 형상의 카메라(및 조명) 장착대이며, 관절부가 적절한 탄성을 갖추어서 굽혀졌다가 펴질 수 있으며 필요에 따라 투명 재질로 형성되어 주위의 다른 포드암에 장착된 카메라의 시야를 방해하지 않는다.

가장 적절한 형태로는 인체용 실리콘을 외피로 하여 신호 및 전원 케이블용 금속뼈대를 내부에 매립한 것이다. 이것은 로터링의 외곽에 그 뿌리 부분이 부착되어 인접 배치된 마이컴(micom - 마이크로 프로세서를 이용한 통합 영상획득 및 제어장치)에 의하여 제어되고, 역시 인접 배치된 배터리에 의해 필요한 전력을 공급받는다.

로터링(20)이 회전하면 포드암(30)도 따라 회전하게 되며 카메라의 시야도 이동하게 된다. 카메라는 포드암의 내측면 쪽으로 지향 배치되어 있으므로 삽입튜브나 삽입프로브의 측면 대부분이 장기 내벽에 밀착되더라도 카메라 자신이 배치된 포드암은 삽입튜브 또는 삽입튜브 건너편 다른 포드암들에 의해서 공간이 확보될 수 있다.

위와 같이 건너편의 다른 포드암들에 의해 확보되는 최소한의 공간은 초점거리로 활용될 수 있고 각각의 카메라들은 인접한 포드암이 제공하는 공간에 의해 모두 원활한 촬영이 가능하다.

포드암(30)의 최초 장착반경과 삽입공간 속에서의 회전반경을 최소화 하기 위해서, 스테이터링(10)과 로터링(20)은 마치 하나의 링 모터와 같은 구조를 가지고 삽입튜브를 축으로 하여 회전 동작한다. 스테이터링은 외주면에 다수의 영구자석(11)이 매립된 구조로서 그 자체로 브러시리스 직류모터(BLDC 모터)의 고정자 역할을 하며, 로터링은 내주면에 다수의 제어가능한 전자석(21)이 매립된 구조로서 역시 그 자체로 BLDC모터의 회전자 역할을 한다.

극소형 제어프로세서 칩인 마이컴(24)의 적절한 전자석(21) 제어에 의해서 로터링은 특정 회전각도에서 멈추거나 원하는 회전각도범위와 원하는 회전속도로 방향을 바꾸어 가며 지속 회전할 수 있다.

본 발명의 탈착식 파노라마 내시경이 좀 더 효과적인 사용성을 가지기 위해서는 몇 가지 더 해결해야 할 문제가 있다.

예를 들면 기존의 내시경에 끼워 사용하는 만큼 소비자의 거부감이나 공포감을 없애기 위해 전체적인 외경(굵기) 증가를 최소화 하는 문제와, 날카롭게 돌출된 포드암(30)이 인체 내에서 장기 내벽에 상처를 내지 않도록 하는 문제, 앞서 언급한 인체 내 액체, 고체 또는 겔 상태의 오염물질을 효과적으로 제거하여 포드암의 카메라에 원활한 시야를 제공해 주는 문제, 그리고 전방 카메라 또는 포드암 장착 카메라에 조명용 빛이 직접 유입되지 않도록 조명등을 효과적으로 배치하는 문제 등이다.

본 발명에서는 위 모든 기술적 문제들을 현재 실용화 가능한 단위 기술수단(초소형 카메라 및 프로세서와 초박형 배터리와 초저전력 조명 등)과 그들을 유기적으로 결합한 독특하고 고유한 결합구조로 해결하였다. 보다 상세한 내용은 첨부된 도면을 바탕으로 기술한 아래의 구체적인 설명 내용을 참조한다.

본 발명의 탈착식 파노라마 내시경은 기존 내시경 튜브의 둥근 단면 형상을 전체적으로 그대로 유지하면서도 기존 튜브의 굵기를 많이 초과하지 않고 원하는 모든 기능을 탑재할 수 있고 간편한 탈착 사용이 가능하다. 또한 측면 촬영시 카메라 렌즈는 대장 내벽 등 촬영 표면에 밀착되지 않으므로 최소 초점거리 확보가 가능하고 카메라 시야를 방해하지 않는 조명과 불순물 제거기능도 갖추고 있기 때문에 전방 내시경의 고유 기능을 그대로 살리면서 쉽고 빠르게 측면 360° 둘레 전체를 파노라마식으로 촬영할 수 있다. 도 10을 참조하면 이러한 360° 측면 영상은 컴퓨터로 송신되어 이미 상용화 되어있는 이미지 리컨스럭션 (image reconstruction)과정을 거쳐, 마치 대장을 세로로 해부하여 펼쳐둔 것과 같은 영상으로 내시경 사용자에게 제공될 수 있다. 이와 같은 영상은 내시경 사용자로 하여금 어느 깊이의 어느 위치에 몇 개의 용종(polyp)이 있는 지 미리 알 수 있게 하므로, 내시경 검진의 정확성 및 시간을 크게 개선시킬 수 있다.

도 1~2는 본 발명 내시경의 전체 사시도.
도 3은 본 발명 내시경의 전체 분해도.
도 4는 본 발명 내시경의 부분 절개도.
도 5는 본 발명 내시경의 초기 상태, 중간 상태, 최대 회전각 상태를 나타낸 사시도.
도 6~7은 본 발명 내시경의 초기 상태와 최대 회전각 상태에서의 3면도.
도 8~9는 본 발명 내시경의 초기 상태와 최대 회전각 상태에서 주요부의 동작상태를 나타낸 평면도와 측단면도.
도 10은 인체용 내시경으로서 본 발명의 실시예를 나타낸 사용상태도.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 구체적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래에 설명될 실시예에서 특정 전문용어로 표현된 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술사상을 제한하는 것은 아니다.

도면은 본 발명 파노라마 내시경을 포드암(30) 3개짜리 형태로 설계한 실시예를 나타낸 것이다. 포드암은 1개부터 최대 십수 개에 이르기까지 원하는 만큼 배치 설계할 수 있겠으나 본 발명의 기술사상을 가장 효과적으로 표현할 수 있는 3개로 한정하여 편의상 설명한다. 포드암의 개수가 본 발명의 기술사상 자체를 한정하거나 제한하는 것은 아니다.

도 1~2는 본 발명 탈착식 내시경을 각각 전방과 후방에서 바라본 전체 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명 내시경의 전체 분해도이며 도 4는 본 발명의 핵심 구조와 그 결합 및 작동관계가 잘 나타나도록 일부 절개한 도면이다.

위 도면들을 통해 본 발명의 전체적인 구조와 각부의 주요 구성요소 및 그 결합 작동관계를 살펴보자.

탈착식 파노라마 내시경은 크게 나누어 삽입튜브 또는 삽입프로브의 말단에 끼워져 체결되거나 분리될 수 있는 스테이터링(10)과 상기 스테이터링(10)을 축으로 하여 회전하도록 결합되는 로터링(20), 그리고 상기 로터링(20)의 둘레에 하나 이상의 개수로 장착되는 포드암(30)으로 나눌 수 있다.

스테이터링(10)의 부속 구성으로서 체결링(13)이 있다. 이것은 삽입튜브에 먼저 끼워져서 나사식으로 스테이터링과 결합되는 암나사 링(너트)으로서 스테이터링(10)의 끼워지는 쪽 부분이 수나사 링으로 되어 있어 서로 조여지면서 삽입튜브 또는 삽입프로브에 끼워지는 체결공의 안지름을 조여 마치 관이음 부재 처럼 단단히 체결시키는 역할을 한다.

도 3~4를 참조하면 스테이터링(10)의 외주면에는 영구자석(11)이 등간격으로 둘레에 걸쳐 다수 배치된다. 이에 호응하여 로터링(20)의 내주면에는 전자석(21)이 역시 등간격으로 둘레에 걸쳐 다수 배치된다.

각각 배치된 영구자석(11)과 전자석(21)은 보통 같은 숫자이며 이것은, 충분히 짐작할 수 있듯이 현재 극히 다양한 분야에서 없어서는 안될 BLDC 모터(브러시리스 직류 모터)의 기본적인 고정자와 회전자 간 결합구조에 대응된다.

즉, 로터링(20)의 회전운동은 전자석(21)에 공급되는 전원에 의해 구동 또는 제어되며 상기 회전운동은 아래에 자세히 설명할 포드암(30)의 각도 조절에 필요한 구동력을 제공한다.

통상적인 BLDC모터와 마찬가지로 로터링(20)은 정류자나 브러시 없이 전자석에 인가되는 전류를 직접 제어하고 이로부터 변화되는 자속의 위상차이로 스테이터링(10)을 구동축으로 하여 특정한 각도 또는 단계(step)로 회전한다. 통상의 BLDC모터는 브러시와 정류자가 있는 스텝모터 보다 회전각 제어가 어려우나, 보통 수~십수°의 각도까지 정밀 제어할 수 있다. 본 발명에서는 그와 같은 미소한 회전각도까지 필요 없으므로 대략 360° 원주를 6등분(60°) 에서 12등분(30°) 정도로 나누는 회전각 제어면 족하다.

도 6~7은 본 발명 내시경의 초기 상태와 최대 회전각 상태에서의 3면도를 나타낸 것이다. 평면도를 살펴보면 알 수 있는 바와 같이 로터링(20)의 외주면에는 배터리(22)와 마이컴(23) 중 하나 이상의 구성이 상기 포드암(30)의 상기 돌출높이보다 작은 높이로 돌출 장착된다.

도면의 실시예에서는 배터리(22) 2개와 마이컴(23) 1개는 포드암 뿌리 사이 3군데에 확보된 로터링 외주면에 부착되어 있다. 이것들은 매우 컴팩트하게 디자인되어 포드암의 가장 돌출된 부위보다 덜 튀어나오도록 부착된 상태이다.

마이컴(23)은 로터링(20)의 회전각을 제어하는 제어칩이며 배터리(22)가 전자석과 마이컴을 포함한 전체 장치(포드암에 장착된 카메라 및 조명까지)에 전원을 공급한다.

마이컴(23)에 부착되어 있는 안테나(24)는 무선통신용 안테나일 수 있으며 기존의 탈착식 내시경처럼 유선 케이블로서 삽입튜브 또는 삽입프로브에 밀착되어 매립될 수 있다.

한편, 로터링(20)과 스테이터링(30)은 상호 회전운동을 상호 왕복운동으로 변환하는 안내조인트(12)에 의해 축 방향으로 서로 구속된다.

안내조인트(12)는 로터링(20)에 회전운동이 발생하지 않았을 때 미리 정해진 초기형태를 가지도록 구성되어야 한다. 다시 말해서, 잘 구겨지거나 뭉쳐지는 보통의 쇠사슬 모양은 부적합하며 늘어나거나 줄어들지 않고 모든 방향으로 자유롭게 굽어질 수 있는 유니버셜 조인트나 다단 등속 조인트 혹은 다단 링 체인 구조가 적절하다. 도면상으로는 단위 링 적층구조가 없는 단순 파이프 형상이지만 이는 이물질의 유입방지를 위해 표면을 비닐막으로 둘러쌌음을 의미하는 것이며 그 속 구조는 마치 척추와 같이 적절하게 다단으로 나뉘어진 관절 형태로서 완전히 접히듯이 구겨지지도 않으며 수축되거나 늘어나지도 않는 구조로서 회전각도에 따라 로터링을 잡아 끌어 내리거나 밀어올릴 수 있는 구조로 해석되어야 한다.

위와 같은 구조를 바탕으로 안내조인트(12)는 로터링(20)이 회전할 때 스테이터링(10)에 끼워진 상태에서 스테이터링의 외주면을 따라 자동차의 와이퍼처럼 움직이면서 로터링을 스테이터링 앞뒤로 전후진 왕복 운동시키는 역할을 함과 동시에, 로터링이 스테이터링에서 빠지지 않게 하는 구속 체인의 역할도 겸한다.

안내조인트의 기능 측면에서 하나 더 중요한 것은 도 6의 측면도와 같이 오므려져 있는 상태일 때 로터링(20)이 전진해 있는 채로 마치 하나의 봉 처럼 후퇴되지 않도록 지지해야 한다는 점이다. 이 같은 지지상태는 로터링 내주면의 전자석(21) 들에 제어된 전원이 인가되어 로터링이 회전하지 않고 잠겨 있는 조건을 기본 전제로 한다.

도 5~9를 전체적으로 참조하여 본 발명에서 핵심적인 구성 중 하나인 포드암(30)을 살펴본다.

도면 실시예의 포드암(30)은 로터링(20) 외주면으로부터 반경방향으로 총 3개가 120°의 균등 각도로 돌출 장착되어 있으며 로터링이 돌면서 같이 회전하도록 되어 있다.

도 5는 본 발명 내시경의 초기 상태, 중간 상태, 최대 회전각 상태를 나타낸 사시도이며, 도 8~9는 본 발명 내시경의 초기 상태와 최대 회전각 상태에서 주요부의 동작상태를 나타낸 평면도와 측단면도이다.

도 6~9에서 측단면도를 살펴보면 로터링(20)의 전후진 운동에 의한 스테이터링(10)과의 간극 변화에 의해 포드암(30)의 굽힘각이 조절된다.

보다 개념적으로 표현하자면, 포드암(30)은 로터링(20)의 회전 또는 전진 운동에 의해 포드암의 각도가 조절되거나 또는 스테이터링(10)과의 상대 위치 변화에 의해 포드암의 각도가 조절될 수 있다.

예를 들어 도 8, 9에서 보는 바와 같이 포드암(30)의 뿌리 부분은 상기 로터링(20) 외주면에 돌출 장착될 수 있으며, 탄성 관절역할을 하는 암 관절부(34)는 로터링(20)에 의해 밑으로 잡아당겨질 때 스테이터링(10)의 외곽 모서리 등에 걸려 굽어질 수(=포드암이 벌어질 수) 있다. 로터링이 전진하여 암 관절부(34)가 스테이터링(10)으로부터 접촉 해제되면 복원력에 의해 초기 상태로 되돌아갈 수 있다.

안내조인트(12)는 180°각도로 2개 배치되어 있으며 로터링에 전원이 공급되지 않았을 때 초기형태로서 곧게 펴져 있다. 로터링이 좌우로 돌면 로터링을 잡아당기면서 포드암을 벌어지게 한다.

포드암(30) 또한 안내조인트(12)가 상기 초기형태에 있을 때 미리 정해진 초기각도를 가지도록 형성된다. 도 6 ~9를 참조하면 로터링이 미회전 상태일 때 포드암(30)은 적절히 오므려진 상태를 유지하여 내시경은 전체적으로 유선형 형태를 갖게 되며 피검사 대상에게 거부감을 일으키지 않고 매끄럽게 삽입될 수 있음을 알 수 있다.

포드암(30)의 내측면에는 카메라(31)가 배치되어 로터링(20)의 회전운동에 의해 촬영시야를 이동하며 삽입튜브 또는 삽입프로브의 중심축 연장선 건너편을 촬영하게 된다. 또한 내측면 카메라 아래에는 삽입튜브 또는 삽입프로브로부터 분사되는 물질의 분사방향을 바꾸는 분사물질 유도구(33)가 더 형성된다. 이것은 카메라가 바라보는 방향으로 세척수 등을 분사하여 촬영면의 오물을 제거하는 역할이다. 정확한 분사각도를 맞추기는 어렵지만 삽입튜브로부터 분사되는 각도를 변경하고 또한 포드암의 굽힘, 회전각도를 변경해 가며 결과적으로 튜브 진행방향의 측면 전체를 전반적으로 세척할 수 있다.

카메라(31)는 상기 포드암(30)의 내측면 쪽에 배치되어 상기 포드암(30)은 상기 로터링(20)의 둘레에 걸쳐 서로 마주보지 않도록 두 개 이상 배치되며, 상기 로터링(20)의 180° 이하 상기 회전운동에 의해 삽입튜브 또는 삽입프로브의 둘레 전체를 촬영한다.

앞서 명백히 밝힌 바와 같이 포드암(30)은 반드시 3개로 장착되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어 2개의 포드암이 서로 180°의 등간격으로 배치되어 있다고 하면 카메라(31)는 포드암의 내측면 쪽에 배치되되 삽입튜브의 중심축선을 포함한 건너편 120°~180°를 촬영하도록 살짝 비틀린 시야로 설정되고 두 개의 카메라가 180° 이하로 회전하면서 측면 전 방위를 커버할 수 있다.

한편 포드암(30)의 외측면, 즉 카메라 및 분사물질 유도구가 배치된 면의 반대편에는 조명등(32)이 설치된다. 이 조명등(32)은 자신이 설치된 포드암(30)의 외측면 쪽으로 발광하고 있으며 같은 포드암 (내측면)은 물론 다른 포드암에 설치된 카메라(31)들과도 모두 서로 등지고 있는 상태이므로 발광된 빛이 카메라에 직접 입사되지 않는다. 이에 따라 어떤 두 개의 포드암에 장착된 조명등(32)에서 발광된 빛은 나머지 하나의 포드암에 장착된 카메라(31)의 시야를 방해하지 않으면서 촬영에 필요한 조명을 훌륭히 제공한다.

종합적으로 어떤 카메라도 촬영표면에 완전히 달라붙지 않으며, 어떤 카메라에도 조명이 직접 유입되지 않음은 물론 어떤 방향으로도 시야확보용 분사물질이 경로 유도되어, 적절히 분사될 수 있다. 이는 기존 측면 촬영식 내시경으로는 흉내내기조차 힘든 매우 강력한 기능들을 동시에 발휘하는 것이다.

이상 본 발명의 기술사상을 구체적인 실시예를 통해 설명하였다. 덧붙여 본 실시예에서 미처 포함되지 않은 단순 변경 또는 간단 확장 사례가 있을 수 있겠으나, 본 발명의 기술사상은 실시예의 기술적 해석범주보다는 이하의 청구범위에서 기재되는 내용을 바탕으로 해석되어야 한다.

본 발명은 이해의 용이함과 설명의 편리함을 위하여 의료기기용 내시경에 초점을 두고 기술되었으나, 반드시 의료기기용 내시경에만 국한되는 것은 아니며 본 발명이 보호받고자 하는 기술사상 범위 내에서 튜브 또는 프로브(스틱)의 형태를 가지는 산업, 연구 및 군사 용도의 다양한 장비에 탈착사용 가능하다.

이에 따라 본 발명이 적용된 특정 장비의 성능이나 기능을 확장시켜 주는 모든 특장점은 본 발명의 기술사상과 권리범위를 구체화하는 증거가 될 수 있다.

10: 스테이터링(stator ring)
11: 영구자석
12: 안내조인트(guide chain)
13: 체결링(fix ring)
14: 암각도 조절부
20: 로터링(rotor ring)
21: 전자석
22: 배터리
23: 마이컴(micom)
24: 안테나
30: 포드암(pod arm)
31: 카메라
32: 조명등
33: 분사물질 유도구
34: 암 관절부

Claims (11)

1. 삽입튜브 또는 삽입프로브의 말단에 끼워져 체결되거나 분리될 수 있는 스테이터링(10);
   상기 스테이터링(10)을 축으로 하여 회전하도록 결합되는 로터링(20);
   상기 로터링(20)의 둘레에 하나 이상의 개수로 장착되는 포드암(30);
   상기 포드암(30)에 설치되며 상기 로터링(20)의 회전운동에 의해 촬영시야가 이동하는 카메라(31);
   상기 스테이터링(10)의 외주면에 둘레 배치되는 다수의 영구자석(11); 및
   상기 로터링(20)의 내주면에 둘레 배치되는 다수의 전자석(21);을 포함하고,
   상기 회전운동은 상기 전자석(21)에 공급되는 전원에 의해 구동 또는 제어되며,
   상기 로터링(20)과 상기 스테이터링(10)은 상기 회전운동을 왕복운동으로 변환하는 안내조인트(12)에 의해 축 방향으로 서로 구속되는 파노라마 내시경.
2. 제1항에 있어서,
   상기 카메라(31)는 상기 포드암(30)의 내측면 쪽에 배치되어 삽입튜브 또는 삽입프로브의 중심축 연장선 건너편을 촬영하도록 구성되는 파노라마 내시경.
3. 제1항에 있어서,
   상기 포드암(30)은 상기 로터링(20)의 둘레에 걸쳐 서로 마주보지 않도록 두 개 이상 배치되며, 상기 로터링(20)의 180° 이하 상기 회전운동에 의해 삽입튜브 또는 삽입프로브의 둘레 전체를 촬영하도록 구성되는 파노라마 내시경.
4. 제2항에 있어서,
   상기 포드암(30)에 설치되며, 상기 카메라(31)에 직접 입사되지 않도록 상기 포드암(30)의 외측면 쪽으로 발광하는 조명등(32);을 더 포함하는 파노라마 내시경.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 포드암(30)은 상기 로터링(20)의 회전 또는 전진 운동에 의해 각도 조절되거나 또는 상기 스테이터링(10)과의 상대 위치 변화에 의해 각도 조절되는 파노라마 내시경.
6. 제5항에 있어서,
   상기 포드암(30)의 내측면에는 삽입튜브 또는 삽입프로브로부터 분사되는 물질의 분사방향을 바꾸는 분사물질 유도구(33)가 더 형성되는 파노라마 내시경.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제5항에 있어서,
   상기 회전운동은 상기 포드암(30)의 각도 조절에 필요한 구동력을 제공하는 것을 특징으로 하는 파노라마 내시경.
10. 제5항에 있어서,
    상기 포드암(30)은 상기 로터링(20) 외주면으로부터 반경방향으로 돌출 장착되며,
    상기 로터링(20)의 외주면에는 배터리(22)와 마이컴(24) 중 하나 이상의 구성이 상기 포드암(30)의 상기 돌출높이보다 작은 높이로 돌출 장착되는 파노라마 내시경.
11. 제5항에 있어서,
    상기 안내조인트(12)는 상기 회전운동이 발생하지 않았을 때 미리 정해진 초기형태를 가지도록 구성되며,
    상기 포드암(30)은 상기 안내조인트(12)가 상기 초기형태에 있을 때 미리 정해진 초기각도를 가지도록 형성되는 파노라마 내시경.

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