KR101703114B1 - 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원격중재시술장치에서 슬레이브로봇 및 니들구동부에 사용자의 움직임 명령을 전달하고, 사용자에게는 각 시술 단계에 맞는 움직임 자유도 제한과 시술 시 발생하는 정보를 햅틱 감각을 전달할 수 있는 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치에 관한 것이다.
이를 위해 중재시술용 마스터장치는 사용자의 파지를 위한 손잡이부와, 니들부가 1자유도 직선 운동하도록 손잡이부에 구비되는 직선운동모듈과, 니들부가 2자유도 회전 운동하도록 손잡이부와 결합되는 회전운동모듈과, 니들부가 2자유도 평면 운동하도록 회전운동모듈과 결합되는 평면운동모듈 및 직선운동모듈이 동작되도록 하는 직선운동모드와 회전운동모듈이 동작되도록 하는 회전운동모드와 평면운동모듈이 동작되도록 하는 평면운동모드를 선택적으로 수행하도록 손잡이부에 구비되는 모드선택버튼부를 포함한다.

Description

중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치{MASTER DEVICE AND CONROLING METHOD OF THE MASTER DEVICE FOR INTERVENTIONAL PROCEDURE, AND REMOTE CONTROL INTERVENTIONAL PROCEDURE DEVICE USING THE MASTER DEVICE}

본 발명은 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 로봇을 이용하여 원격으로 중재시술을 수행하기 위해 개발된 원격중재시술장치에서 슬레이브로봇 및 니들구동부에 사용자의 움직임 명령을 전달하고, 사용자에게는 각 시술 단계에 맞는 움직임 자유도 제한과 시술 시 발생하는 정보를 햅틱 감각을 전달할 수 있는 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치에 관한 것이다.

일반적으로, 중재시술은 영상장치를 통하여 인체 내부를 관찰하면서 의료 기구를 체내에 삽입하여 수행하는 것으로, 조직 생검, 확장술, 약물주입 등 내, 외과적 시술 모두에 전반적으로 이용되는 의학 기술을 의미한다. 이러한 중재시술에는 바늘을 의료기구로 이용하는 바늘 삽입형 중재시술이 있다. 바늘 삽입형 중재시술은 바늘을 인체 내부에 삽입하여 시술하는 것으로, 흉부, 복부 및 다양한 장기 병소에 대한 조직 생검, 병소 부위의 고주파, 알코올, 냉동, 방사선 국소치료술 등의 분야에서 뿐만 아니라, 각종 스텐트(stent) 설치 및 도관 설치 시 병소에 대한 접근 방법으로 이용되는 등 대부분의 중재시술 분야에서 이용되고 있다.

이러한 중재시술의 경우, 투시장치, CT 등의 방사선 촬영장치를 통해 인체 내부를 보면서 바늘을 인체 내부에 삽입함으로써, 중재시술을 수행하였다.

하지만, 종래의 중재시술은 의료진이 직접 수동으로 인체 내부에 바늘을 삽입하고, 방사선 촬영장치 등과 같은 영상장치로부터 발생하는 방사선 등에 의해 조성되는 유해 환격에 그대로 노출된 상태에서 중재시술을 수행하기 때문에 방사선 피폭 등으로부터 의료진을 보호할 수 없었다. 또한, 종래의 중재시술의 경우, 의료진의 경험, 감각 등에 의존하여 수행되기 때문에 바늘의 정확한 삽입이 어려웠다.

대한민국 공개특허공보 제2013-0015437호(발명의 명칭 : 수술용 로봇의 마스터 암 구조 및 수술용 마스터 로봇의 제어방법, 2013. 02. 14. 공개)

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 로봇을 이용하여 원격으로 중재시술을 수행하기 위해 개발된 원격중재시술장치에서 슬레이브로봇 및 니들구동부에 사용자의 움직임 명령을 전달하고, 사용자에게는 각 시술 단계에 맞는 움직임 자유도 제한과 시술 시 발생하는 정보를 햅틱 감각을 전달할 수 있는 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치를 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 중재시술용 마스터장치는 중재시술을 위한 니들부의 5자유도 동작을 구현하기 위한 중재시술용 마스터장치이고, 사용자의 파지를 위한 손잡이부; 상기 니들부가 1자유도 직선 운동하도록 상기 손잡이부에 구비되는 직선운동모듈; 상기 니들부가 2자유도 회전 운동하도록 상기 손잡이부와 결합되는 회전운동모듈; 상기 니들부가 2자유도 평면 운동하도록 상기 회전운동모듈과 결합되는 평면운동모듈; 및 상기 직선운동모듈이 동작되도록 하는 직선운동모드와, 상기 회전운동모듈이 동작되도록 하는 회전운동모드와, 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 평면운동모드를 선택적으로 수행하도록 상기 손잡이부에 구비되는 모드선택버튼부;를 포함하고, 상기 모드선택버튼부에서 어느 하나의 모드가 선택되면, 해당 운동모드에서만 동작되는 운동모듈에 의해 상기 니들부가 제한적으로 동작되도록 하고, 해당 운동모드를 제외한 나머지 운동모드에 따른 상기 니들부의 움직임은 발생하지 않는다.

여기서, 상기 직선운동모듈은, 상기 손잡이부에 왕복 운동 가능하게 결합되는 삽입샤프트부; 상기 삽입샤프트부의 직선운동량을 감지하는 직선운동감지부; 및 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부를 진동시키는 햅틱감각발생부;를 포함한다.

여기서, 상기 직선운동모듈은, 상기 삽입샤프트부를 원위치로 복귀시키는 직선운동복귀부;를 더 포함한다.

여기서, 상기 회전운동모듈은, 상기 손잡이부가 결합되는 링크어셈블리; 상기 링크어셈블리에 결합되고, 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동을 정지시키는 제1수동액츄에이터유닛; 및 상기 제1수동액츄에이터유닛에서 이격된 상태로 상기 링크어셈블리에 결합되고, 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동을 정지시키는 제2수동액츄에이터유닛;을 포함한다.

여기서, 상기 제1수동액츄에이터유닛은, 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 따라 회전되도록 상기 링크어셈블리에 결합되는 회전축부; 상기 회전축부에 구비되어 상기 회전축부의 회전운동량을 감지하는 회전운동감지부; 및 상기 모드선택버튼부에 의해 상기 직선운동모드 또는 상기 평면운동모드가 수행되는 경우, 상기 회전축부를 정지시키는 회전브레이크부;를 포함한다.

여기서, 상기 평면운동모듈은, 일측에 상기 회전운동모듈이 고정되는 회전모듈결합부가 구비되는 제1평면링크; 일측이 제1링크축을 매개로 상기 제1평면링크의 타측에 링크 결합되는 제2평면링크; 일측이 제2링크축을 매개로 상기 제2평면링크의 타측에 링크 결합되고, 타측이 마스터장치가 설치되는 본체의 고정베이스에 고정되는 고정프레임부; 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크의 회전운동량을 감지하는 제1능동액츄에이터유닛; 및 상기 고정프레임부를 기준으로 상기 제2평면링크의 회전운동량을 감지하는 제2능동액츄에이터유닛;을 포함한다.

여기서, 상기 제1능동액츄에이터유닛은, 상기 제1링크축에 결합되고, 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크가 회전 운동함에 따라 회전되는 평면축부; 및 상기 평면축부에 구비되어 상기 평면축부의 회전운동량을 감지하는 평면운동감지부;를 포함하고, 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크를 원위치로 복귀시키는 평면운동복귀부;를 더 포함한다.

여기서, 상기 제1능동액츄에이터유닛은, 상기 제1링크축에 결합되고, 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크가 회전 운동함에 따라 회전되는 평면축부; 및 상기 평면축부에 구비되어 상기 평면축부의 회전운동량을 감지하는 평면운동감지부;를 포함하고, 상기 회전모듈결합부를 기설정된 위치에 고정시키는 평면브레이크부;를 더 포함한다.

여기서, 상기 모드선택버튼부는, 상기 직선운동모드만을 선택하는 직선모드버튼부; 상기 회전운동모드만을 선택하는 회전모드버튼부; 및 상기 평면운동모드만을 선택하는 평면모드버튼부;를 포함하고, 상기 평면모드버튼부는, 상기 평면운동모드 중 상기 손잡이부의 2자유도 평면 운동에 대한 제1평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 제1평면모드만을 선택하는 평면배치버튼부; 및 상기 제1평면운동량보다 작은 제2평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 제2평면모드만을 선택하는 미세조정버튼부;를 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치는 상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 전체 동작 여부를 선택하는 클러치유닛;를 더 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치는 상기 모드선택버튼부와 연계하여 상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 동작을 제어하는 마스터제어유닛;을 더 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치의 제어방법은 상술한 마스터장치의 제어방법이고, 상기 회전운동모드와 상기 평면운동모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택단계; 상기 모드선택단계에 따라 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈 중 선택되는 하나의 운동모듈만을 동작시키는 경로조정단계; 상기 경로조정단계를 거친 다음, 상기 직선운동모드를 선택하는 직선모드단계; 및 상기 직선모드단계에 따라 상기 직선운동모듈만을 동작시키는 직선조정단계;를 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치의 제어방법은 상기 직선조정단계를 거치면서 기설정된 경고영역에 상기 니들부가 진입하는지 여부를 판단하는 햅틱감각비교단계; 및 상기 햅틱감각비교단계를 거쳐 기설정된 경고영역에 상기 니들부가 진입하는 경우, 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부를 진동시키는 햅틱감각발생단계;를 더 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치의 제어방법은 기설정된 경고영역 중 위험대상이 존재하는 위험영역에 상기 니들부가 진입하는지 여부를 판단하는 햅틱비교단계; 및 상기 햅틱비교단계를 거쳐 기설정된 위험영역에 상기 니들부가 진입하는 경우, 상기 니들부를 정지시키는 햅틱위험단계;를 더 포함한다.

본 발명의 중재시술용 마스터장치의 제어방법은 상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 전체 동작 여부를 선택하는 클러치유닛의 동작 여부를 선택하는 클러치단계;를 더 포함한다.

본 발명의 원격중재시술장치는 중재시술을 위한 니들부의 5자유도 동작을 구현하는 원격중재시술장치이고, 상술한 마스터장치; 상기 직선운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 1자유도 직선 운동시키는 니들구동부; 상기 회전운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 2자유도 회전 운동시키거나 상기 평면운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 2자유도 평면 운동시키는 슬레이브로봇; 및 상기 마스터장치의 동작에 따라 상기 니들구동부의 동작과 상기 슬레이브로봇의 동작을 제어하는 중재제어유닛;을 포함한다.

본 발명에 따른 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치에 따르면, 로봇을 이용하여 원격으로 중재시술을 수행하기 위해 개발된 원격중재시술장치에서 슬레이브로봇 및 니들구동부에 사용자의 움직임 명령을 전달하고, 사용자에게는 각 시술 단계에 맞는 움직임 자유도 제한과 시술 시 발생하는 정보를 햅틱 감각을 전달할 수 있다.

특히, 중재시술용 마스터장치를 통해 자동으로 니들부를 인체 내부에 삽입할 수 있고, 방사선 피폭 등으로부터 의료진을 보호할 수 있다. 또한, 니들부의 5자유도에 대하여 1자유도의 직선 운동과 2자유도의 회전 운동과 2자유도의 평면 운동을 선택적으로 움직임으로써, 인체 내부에 삽입되는 니들부의 정확도를 향상시키고, 니들부를 인체 내부에 삽입하는 과정에서 마스터장치의 동작에 의해 니들부가 떨리는 것을 방지하며, 마스터장치를 조작함에 있어서 선택된 운동모드에 나머지 운동모드가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 1자유도의 직선 운동을 명확하게 하여 삽입샤프트부의 직선 운동에 대응하여 니들부가 인체 내부에 삽입되는 정도를 확인할 수 있고, 니들부가 기설정된 경고영역에 존재하는 경우, 사용자가 중재시술 과정의 위험 상황을 인지할 수 있다.

또한, 본 발명은 니들부가 기설정된 위험영역에서 인체 내부의 위험대상을 손상시키지 않아 중재시술 과정에서 환자를 보호하고, 의료사고를 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 손잡이부의 2자유도 회전 운동을 명확하게 하여 니들부의 2자유도 회전 운동으로 니들부를 정위치시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 직선운동모드 또는 평면운동모드에서 회전축부가 회전되지 않도록 하고, 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 대한 회전축부의 회전운동량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 손잡이부의 2자유도 평면 운동을 명확하게 하여 니들부의 2자유도 평면 운동으로 니들부를 정위치시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 직선운동모드 또는 회전운동모드에서 평면축부가 회전되지 않도록 하고, 손잡이부의 2자유도 평면 운동에 대한 제1평면링크의 회전운동량과 제2평면링크의 회전운동량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 1자유도의 직선 운동과 2자유도의 회전 운동과 2자유도의 평면 운동을 명확하게 구분할 수 있고, 2자유도의 평면 운동에 대하여 니들부를 미세 조정하여 니들부의 위치를 명확하게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명은 5자유도에 대한 각 동작이 니들구동부와 슬레이브로봇에 안정되게 전달되도록 하고, 모드선택버튼부의 오동작에 따른 안전사고를 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 니들부의 움직임 범위가 확장되고, 니들부의 자유도를 확장시키면서도, 2자유도 회전 운동과 2자유도 평면 운동을 제한하여 니들부가 떨리는 것을 방지하고, 중재시술에서 요구하는 니들부가 안정되게 삽입되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 니들부의 5자유도 동작에 대응하여 삽입샤프트부의 직선 운동, 손잡이부의 2자유도 회전 운동, 손잡이부의 2자유도 평면 운동을 구현하여 니들부의 5자유도 동작을 안정되게 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 각각의 자유도 운동에 대한 구동입력과 반발력 구현이 자유로우며, 니들부의 5자유도 동작을 분리하고, 분리된 5자유도 동작에 대하여 각각의 구동모드를 명확하게 구분함은 물론, 각각의 구동모드에서 개별 동작의 구현을 간편하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치가 적용되는 원격중재시술장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 직선운동모듈의 결합 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 회전운동모듈을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 회전운동모듈에서 제1수동액츄에이터유닛을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 평면운동모듈을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 동작선택부를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치의 제어방법을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격중재시술장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치가 적용되는 원격중재시술장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원격중재시술장치는 중재시술을 위한 니들부(110)의 5자유도 동작을 구현한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원격중재시술장치는 마스터장치(100)와, 니들구동부(120)와, 슬레이브로봇(130)과, 중재제어유닛(150)을 포함한다.

상기 마스터장치(100)는 중재시술을 위한 니들부(110)의 5자유도 동작을 구현하도록 상기 니들구동부(120)와 상기 슬레이브로봇(130)을 원격으로 조정한다. 상기 마스터장치(100)는 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)를 통해 설명하기로 한다.

상기 니들구동부(120)는 상기 니들부(110)가 결합되는 부분으로, 상기 니들부(110)를 1자유도 직선 운동시킨다.

상기 슬레이브로봇(130)은 상기 니들구동부(120)가 결합되는 부분으로, 상기 니들부(110)를 2자유도 회전 운동시키거나 상기 니들부(110)를 2자유도 평면 운동시킨다.

상기 중재제어유닛(150)은 상기 마스터장치(100)의 동작에 따라 상기 니들구동부(120)의 동작과 상기 슬레이브로봇(130)의 동작을 제어한다. 상기 중재제어유닛(150)은 상기 마스터장치에 구비되는 마스터제어유닛(70) 과 정보를 교환하여 동작 제어에 필요한 정보를 갱신할 수 있다.

이에 따라, 사용자는 상기 마스터장치(100)를 조작함으로써, 원격으로 상기 니들구동부(120)와, 상기 슬레이브로봇(130)을 조정하여 상기 니들부(110)를 중재시술 위치에 정위치시킬 수 있고, 정확한 위치에서 상기 니들부(110)를 인체의 내부에 삽입할 수 있다.

여기서, 1자유도 직선 운동이라 함은 상기 니들부(110)를 기준으로 상기 니들부(110)가 길이 방향으로 직선 운동한다는 것을 의미하고, 2자유도 회전 운동이라 함은 상기 니들부(110)를 기준으로 상기 니들부(110)가 요잉(yawing) 운동하거나 상기 니들부(110)가 피칭(pitching) 운동한다는 것을 의미하며, 2자유도 회전 운동이라 함은 상기 니들부(110)를 기준으로 상기 니들부(110)가 포함되는 가상의 평면에 대하여 상기 니들부(110)를 x축 방향으로 이동시키거나 상기 니들부(110)를 y축 방향으로 이동시키는 것을 의미한다.

미설명부호 150은 상기 마스터장치(100) 측에서 사용자가 중재시술 상태를 확인하기 위한 영상이 표시되는 디스플레이이고, 미설명부호 160은 상호 정보 교환을 위해 상기 마스터장치(100)에 구비되는 마스터제어유닛(70)과 상기 중재제어유닛(150)을 유무선으로 연결하는 접속유닛이다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치를 도시한 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 직선운동모듈의 결합 상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 회전운동모듈을 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 회전운동모듈에서 제1수동액츄에이터유닛을 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 평면운동모듈을 도시한 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치에서 동작선택부를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 중재시술을 위한 니들부(110)의 5자유도 동작을 구현하기 위한 것으로, 상술한 원격중재시술장치에 적용할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 상기 니들부(110)가 1자유도 직선 운동과, 2자유도 회전 운동과, 2자유도의 평면 운동을 하도록 사용자가 조작하는 장치이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 후술하는 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동과, 2자유도 평면 운동을 통해 인체 내부로 상기 니들부(110)가 삽입되는 위치에 상기 니들부(110)가 정위치되도록 하고, 후술하는 삽입샤프트부(21)의 1자유도 직선 운동을 통해 상기 니들부(110)가 인체 내부에 안정되게 삽입되도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 손잡이부(10)와, 직선운동모듈(20)과, 회전운동모듈(30)과, 평면운동모듈(40)과, 모드선택버튼부(50)를 포함한다.

상기 손잡이부(10)는 사용자의 파지를 위한 것으로, 상기 직선운동모듈(20)과, 상기 모드선택버튼부(50)가 설치되는 중공의 함체로 이루어진다. 상기 손잡이부(10)의 외주면에는 사용자의 파지시 미끄러짐을 방지하도록 요철을 형성할 수 있다.

상기 직선운동모듈(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 손잡이부(10)에 구비된다. 상기 직선운동모듈(20)은 상기 니들부(110)가 1자유도 직선 운동하도록 한다. 상기 직선운동모듈(20)은 삽입샤프트부(21)와, 직선운동감지부(22)와, 햅틱감각발생부(24)를 포함한다.

상기 삽입샤프트부(21)는 상기 손잡이부(10)에 왕복 운동 가능하게 결합된다. 상기 삽입샤프트부(21)는 상기 손잡이부(10)에서 돌출된 상태로 상기 손잡이부(10)에 결합되어 사용자에게 햅틱감각을 부여할 수 있다.

상기 직선운동감지부(22)는 상기 삽입샤프트부(21)의 직선운동량을 감지한다. 상기 직선운동감지부(22)는 상기 삽입샤프트부(21)의 왕복 이동에 따른 직선운동량을 감지하는 것으로, 상기 삽입샤프트부(21)와 마주보도록 배치되는 홀센서로 구성될 수 있다.

상기 직선운동감지부(22)는 후술하는 마스터제어유닛(70)에 따른 설정에 따라 상기 삽입샤프트부(21)의 정방향 진행과 상기 삽입샤프트부(21)의 역방향 진행 중 어느 하나만을 감지할 수 있다.

상기 햅틱감각발생부(24)는 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부(21)를 진동시킨다. 여기서, 후술하는 마스터제어유닛(70)은 기설정된 경고영역에 상기 니들부(110)가 진입하는지 여부를 판단하게 된다. 상기 니들부(110)가 기설정된 경고영역에 진입하는 경우, 상기 햅틱감각발생부(24)는 후술하는 마스터제어유닛(70)에서 발생되는 진동 신호에 따라 상기 삽입샤프트부(21)를 진동시킬 수 있다. 좀더 자세하게는, 상기 햅틱감각발생부(24)는 리니어모터로 구성되어 진동 신호에 따라 상기 삽입샤프트부(21)를 미세하게 왕복 운동시킬 수 있다. 이때, 상기 삽입샤프트부(21)는 정방향 진행이 가능하고, 상기 삽입샤프트부(21)의 진행에 따라 상기 니들부(110)를 정방향 진행시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 햅틱감각발생부(24)는 사용자에게 상기 니들부(110)가 기설정된 경고영역에 존재함을 경고하고, 중재시술 과정의 위험 상황을 사용자가 인지할 수 있도록 한다.

상기 햅틱감각발생부(24)는 상기 삽입샤프트부(21)를 진동시킴으로써, 상기 삽입샤프트부(21)의 직선 운동 상태를 사용자가 인지할수 있게 된다. 특히, 상기 니들부(110)가 기설정된 경고영역에 진입하는 경우, 상기 햅틱감각발생부(24)는 기설정된 경고영역에서 상기 삽입샤프트부(21)의 직선 운동 상태를 사용자가 인지할 수 있게 된다.

부가하여, 후술하는 마스터제어유닛(70)은 기설정된 경고영역 중 위험대상이 존재하는 위험영역에 상기 니들부(110)가 진입하는지 여부를 판단하게 된다. 상기 니들부(110)가 기설정된 위험영역에 진입하는 경우, 후술하는 마스터제어유닛(70)에서 발생되는 정지 신호는 상기 니들부(10) 측으로 전달됨으로써, 상기 니들부(110)를 상기 삽입샤프트부(21)의 진행과 상관없이 정지시킬 수 있다. 그러면, 사용자가 상기 삽입샤프트부(21)를 계속 진행시키더라도 상기 니들부(110)는 움직이지 않게 된다.

그리고, 상기 삽입샤프트부(21)를 진행 방향의 역방향으로 이동시키면, 상기 니들부(110)도 진행 방향의 역방향으로 이동된다. 다시 말해, 상기 삽입샤프트부(21)를 진행 방향의 역방향으로 이동시키면, 후술하는 마스터제어유닛(70)에서 발생되는 복귀 신호는 상기 니들부(110)에 전달됨으로써, 상기 니들부(110)는 진행 방향의 역방향으로 이동되고, 기설정된 위험영역 또는 기설정된 경고영역 밖으로 이동하게 된다.

상기 삽입샤프트부(21)가 진행 방향의 역방향으로 이동되는 경우, 후술하는 마스터제어유닛(70)은 상기 삽입샤프트부(21)의 역방향 진행에 따른 신호를 상기 니들부(110) 측으로 전달함으로써, 상기 니들부(110)를 진행 방향의 역방향으로 이동시킬 수 있다.

도시되지 않았지만, 상기 햅틱감각발생부(24)는 진동 또는 소리 또는 빛 등 다양한 형태의 알람으로 표시될 수 있다.

상기 직선운동모듈(20)은 직선운동복귀부(23)를 더 포함할 수 있다.

상기 직선운동복귀부(23)는 진행 방향을 따라 이동된 상기 삽입샤프트부(21)를 원위치로 복귀시킨다. 상기 직선운동복귀부(23)는 상기 삽입샤프트부(21)에 가해지는 외력의 해제에 따라 복원력을 제공하는 탄성부재로 이루어질 수 있다. 상기 직선운동복귀부(23)는 상기 손잡이부(10)의 내부에서 상기 삽입샤프트부(21)를 탄성 지지한다.

상기 직선운동복귀부(23)는 상기 니들부(110)의 정방향 진행에 대해 상기 삽입샤프트부(21)를 탄성 지지하는 제1복귀부와, 상기 제1복귀부에서 이격되어 배치되고 상기 니들부(110)의 역방향 진행에 대해 상기 삽입샤프트부(21)를 탄성 지지하는 제2복귀부로 구분할 수 있다.

상기 회전운동모듈(30)은 도 3과 도 5에 도시된 바와 같이 상기 손잡이부(10)와 결합된다. 상기 회전운동모듈(30)은 상기 니들부(110)가 2자유도 회전 운동하도록 한다. 상기 회전운동모듈(30)은 링크어셈블리(33)와, 제1수동액츄에이터유닛(31)과,제2수동액츄에이터유닛(32)을 포함한다.

상기 링크어셈블리(33)는 상기 손잡이부(10)가 결합된다. 상기 링크어셈블리(33)는 상기 손잡이부(10)가 고정되는 탑고정부(331)와, 상기 탑고정부(331)에서 이격 배치되는 바텀고정부(332)와, 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동에 대하여 상기 탑고정부(331)와 상기 바텀고정부(332)에 링크 결합되는 회전링크유닛(333)을 포함할 수 있다.

상기 회전링크유닛(333)은 상기 손잡이부(10)의 요잉(yawing) 운동에 의해 링크 운동하도록 상기 탑고정부(331)와 상기 바텀고정부(332)를 링크 연결하는 요잉링크유닛과, 상기 손잡이부(10)의 피칭(pitching) 운동에 의해 링크 운동하도록 상기 요잉링크유닛과 교차된 상태로 상기 탑고정부(331)와 상기 바텀고정부(332)를 링크 연결하는 피칭링크유닛으로 구분할 수 있다. 상기 요잉링크유닛과 상기 피칭링크유닛은 각각 상기 탑고정부(331)와 상기 바텀고정부(332) 사이에서 3개의 링크부재가 상호 링크 결합될 수 있다. 상기 요잉링크유닛은 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)에 결합되어 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)의 회전축부(311)를 회전시키고, 상기 피칭링크유닛은 상기 제2수동액츄에이터유닛(32)에 결합되어 상기 제2수동액츄에이터유닛(32)의 회전축부를 회전시킬 수 있다.

상기 회전링크유닛(333)은 상기 바텀고정부(332)에서 연장되어 상기 평면운동모듈(40)에 고정되는 평면모듈결합부(334)를 더 포함할 수 있다. 이때, 후술하는 각각의 회전브라켓(314)은 상기 평면모듈결합부(334)에 구비될 수 있다.

상기 제1수동액츄에이터유닛(31)은 상기 링크어셈블리(33)에 결합된다. 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)은 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동을 정지시킨다.

상기 제1수동액츄에이터유닛(31)은 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동에 따라 회전되도록 상기 링크어셈블리(33)에 결합되는 회전축부(311)와, 상기 회전축부(311)에 구비되어 상기 회전축부(311)의 회전운동량을 감지하는 회전운동감지부(312)와, 상기 모드선택버튼부(50)에 의해 상기 직선운동모드 또는 상기 평면운동모드가 수행되는 경우, 상기 회전축부(311)를 정지시키는 회전브레이크부(313)를 포함한다.

여기서, 상기 회전운동감지부(312)는 상기 회전축부(311)에 연결되어 상기 회전축부(311)의 회전운동량을 감지하는 엔코더(encoder)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)은 상기 회전축부(311)가 회전 가능하게 결합되도록 상기 평면모듈결합부(334)에 구비되는 회전브라켓(314)과, 상기 회전운동감지부(312)와 상기 회전브레이크부(313)가 내장된 상태로 상기 회전브라켓(314)에 결합되는 회전하우징(315)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)은 일체로 모듈화되고, 상기 회전브라켓(314)은 상기 회전축부(311)가 회전 가능하게 결합된 상태에서 상기 링크어셈블리(33)에 고정된다. 특히, 상기 회전브라켓(314)은 상기 평면모듈결합부(334)에 고정될 수 있다.

상기 제2수동액츄에이터유닛(32)은 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)에서 이격된 상태로 상기 링크어셈블리(33)에 결합되고, 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동을 정지시킨다. 상기 제2수동액츄에이터유닛(32)은 상기 제1수동액츄에이터유닛(31)과 동일한 구성으로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서 상기 회전운동모듈(30)에는 상기 손잡이부(10)를 원위치로 복귀시키기 위한 수단이 별도로 필요하지 않다. 다시 말해, 상기 손잡이부(10)가 2자유도 회전 운동을 마침에 따라 상기 회전운동모듈(30)은 상기 니들부(110)의 최종 위치에 대응하여 상기 손잡이부(10)의 상태를 유지함으로써, 사용자가 상기 니들부(110)의 2자유도 회전 운동 상태를 인지할 수 있고, 상기 삽입샤프트부(21)의 1자유도 직선 운동과 연계하여 사용자가 햅틱 감각을 느낄 수 있게 된다.

상기 평면운동모듈(40)은 도 3과 도 7에 도시된 바와 같이 상기 회전운동모듈(30)과 결합된다. 상기 평면운동모듈(40)은 상기 니들부(110)가 2자유도 평면 운동하도록 한다. 상기 평면운동모듈(40)은 제1평면링크(41)와, 제2평면링크(42)와, 고정프레임부(43)와, 제1능동액츄에이터유닛(44)과, 제2능동액츄에이터유닛(45)을 포함한다.

상기 제1평면링크(41)는 일측에 상기 회전운동모듈(30)이 고정된다. 상기 제1평면링크(41)의 일측에는 상기 회전운동모듈(30), 좀더 자세하게는, 상기 평면모듈결합부(334)가 고정되는 회전모듈결합부(411)가 구비될 수 있다.

상기 제2평면링크(42)는 제1링크축을 매개로 상기 제1평면링크(41)에 결합된다. 상기 제2평면링크(42)의 일측은 제1링크축을 매개로 상기 제1평면링크(41)의 타측에 링크 결합된다.

상기 고정프레임부(43)는 제2링크축을 매개로 상기 제2평면링크(42)에 결합된다. 상기 고정프레임부(43)의 일측은 제2링크축을 매개로 상기 제2평면링크(42)의 타측에 링크 결합된다. 그리고, 상기 고정프레임부(43)의 타측은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터장치(100)가 설치되는 본체에 구비되는 고정베이스(101)에 고정된다.

상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 상기 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)의 회전운동량을 감지한다. 또한, 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 상기 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)를 원위치로 복귀시키기도 하고, 상기 회전모듈결합부(411)를 기설정된 위치에 고정시킬 수 있다. 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 제1링크축에 연결될 수 있다.

일예로, 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 평면축부(441)와 평면운동감지부(442)를 포함하고, 평면운동복귀부(443)를 더 포함할 수 있다.

상기 평면축부(441)는 상기 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)가 회전 운동함에 따라 회전된다. 상기 평면축부(441)는 제1링크축에 고정되기도 하고, 상기 평면축부(441) 자체가 제1링크축으로 이루어질 수 있다.

상기 평면운동감지부(442)는 상기 평면축부(441)에 구비되어 상기 평면축부(441)의 회전운동량을 감지한다. 여기서, 상기 평면운동감지부(442)는 상기 평면축부(441)에 연결되어 상기 평면축부(441)의 회전운동량을 감지하는 엔코더(encoder)로 구성될 수 있다.

상기 평면운동복귀부(443)는 상기 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)를 원위치로 복귀시킨다. 상기 평면운동복귀부(443)는 상기 평면운동감지부(442)의 감지 신호에 의해 구동되는 모터로 이루어질 수 있다. 상기 평면운동복귀부(443)는 상기 평면축부(441)의 정방향 회전에 대하여 역방향으로 상기 평면축부(441)에 저항을 부여함으로써, 사용자가 상기 니들부(110)의 2자유도 평면 운동 상태를 인지할 수 있고, 상기 삽입샤프트부(21)의 1자유도 직선 운동 및 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동과 연계하여 사용자가 햅틱 감각을 느낄 수 있게 된다. 또한, 상기 평면축부(441)에 가해지는 외력이 해제되는 경우, 또는 상기 평면축부(441)에 가해지는 외력이 부여된 저항보다 작아지는 경우, 상기 평면운동감지부(442)의 감지 신호를 바탕으로 하여 상기 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)를 원위치로 복귀시킨다.

도시되지 않았지만, 상기 평면운동복귀부(443)는 외력의 해제에 따라 복원력을 제공하는 탄성부재로 이루어질 수 있다.

다른 예로, 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 상기 평면축부(441)와 사익 평면운동감지부(442)를 포함하고, 평면브레이크부(444)를 더 포함할 수 있다.

상기 평면브레이크부(444)는 상기 회전모듈결합부(411)를 기설정된 위치에 고정시킨다. 상기 평면브레이크부(444)는 제2평면링크(42)를 기준으로 상기 제1평면링크(41)가 기설정된 위치에 고정되도록 한다. 상기 평면브레이크부(444)는 상기 모드선택버튼부(50)에 의해 상기 직선운동모드 또는 상기 회전운동모드가 수행되는 경우, 상기 평면축부(441)가 정지되도록 한다. 상기 평면브레이크부(444)는 인가되는 전원에 의해 자력을 발생시키는 전자석을 포함할 수 있다. 상기 평면브레이크부(444)는 상기 평면축부(441)에 구비될 수 있다.

또한, 상기 평면브레이크부(444)는 상기 회전운동모듈(30)이 고정되는 상기 회전모듈결합부(411)에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1평면링크(41)와 상기 제2평면링크(42)와 상기 고정프레임부(43) 사이에서 발생되는 유격을 예방하고, 상기 회전운동모듈(30)의 동작에 따라 상기 손잡이부(10)가 2차원 평면 운동되는 것을 방지하여 상기 손잡이부(10)의 2차원 회전 운동을 명확하게 특정할 수 있다.

상기 평면운동모듈(40)은 상기 평면운동감지부(442)와 상기 평면운동복귀부(443) 중 적어도 어느 하나를 내장하기 위한 평면하우징을 더 포함할 수 있다.

또 다른 예로, 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)은 상기 평면축부(441)와 상기 평면운동감지부(442)를 포함하고, 상기 평면운동복귀부(443)와 상기 평면브레이크부(444)를 더 포함할 수 있음은 당연하다.

상기 제2능동액츄에이터유닛(45)은 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 상기 제2평면링크(42)의 회전운동량을 감지한다. 또한, 상기 제2능동액츄에이터유닛(45)은 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 상기 제2평면링크(42)를 원위치로 복귀시키기도 하고, 상기 회전모듈결합부(411)를 기설정된 위치에 고정시킬 수 있다. 상기 제2능동액츄에이터유닛(45)은 제2링크축에 연결될 수 있다.

상기 제2능동액츄에이터유닛(45)은 상기 제1능동액츄에이터유닛(44)과 동일한 구성이지만, 그 결합 관계가 아래와 같은 차이를 나타낸다.

첫째, 상기 평면축부(441)는 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 상기 제2평면링크(42)가 회전 운동함에 따라 회전된다. 상기 평면축부(441)는 제2링크축에 고정되기도 하고, 상기 평면축부(441) 자체가 제2링크축으로 이루어질 수 있다.

둘째, 상기 평면운동복귀부(443)는 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 기준으로 상기 제2평면링크(42)를 원위치로 복귀시킨다. 상기 평면축부(441)에 가해지는 외력이 해제되는 경우, 또는 상기 평면축부(441)에 가해지는 외력이 부여된 저항보다 작아지는 경우, 상기 평면운동감지부(442)의 감지 신호를 바탕으로 하여 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 상기 제2평면링크(42)를 원위치로 복귀시킨다.

셋째, 상기 평면브레이크부(444)는 상기 회전모듈결합부(411)를 기설정된 위치에 고정시킴에 있어서, 상기 고정프레임부(43)를 기준으로 상기 제2평면링크(42)가 기설정된 위치에 고정되도록 한다.

상술한 설명에 따라 상기 마스터장치(100)는 상기 회전운동모듈(30)의 동작을 통해 상기 니들부(110)가 2자유도 회전 운동되도록 하고, 상기 평면운동모듈(40)의 동작을 통해 상기 니들부(110)가 2자유도 평면 운동되도록 하여 상기 니들부(110)가 인체 내부로 삽입되는 위치에 정위치되도록 한다. 이 상태에서 상기 마스터장치(100)는 상기 직선운동모듈(20)을 통해 상기 니들부(110)가 인체 내부로 삽입되도록 한다.

상기 모드선택버튼부(50)는 도 3과 도 8에 도시된 바와 같이 상기 손잡이부(10)에 구비된다. 상기 모드선택버튼부(50)는 상기 직선운동모듈(20)이 동작되도록 하는 직선운동모드와, 상기 회전운동모듈(30)이 동작되도록 하는 회전운동모드와, 상기 평면운동모듈(40)이 동작되도록 하는 평면운동모드를 선택적으로 수행하도록 한다.

상기 모드선택버튼부(50)는 상기 직선운동모드만을 선택하는 직선모드버튼부(51)와, 상기 회전운동모드만을 선택하는 회전모드버튼부(52)와, 상기 평면운동모드만을 선택하는 평면모드버튼부(53)를 포함한다. 여기서, 상기 니들부(110)의 미세조정을 위해 상기 평면모드버튼부(53)는 평면배치버튼부(54)와 미세조정버튼부(56)로 구분할 수 있다.

상기 평면배치버튼부(54)는 상기 평면운동모드 중 상기 손잡이부(10)의 2자유도 평면 운동에 대한 제1평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈(40)이 동작되도록 하는 제1평면모드만을 선택한다. 상기 미세조정버튼부(56)는 상기 제1평면운동량보다 작은 제2평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈(40)이 동작되도록 하는 제2평면모드만을 선택한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)에 따르면, 상기 모드선택버튼부(50)에서 어느 하나의 모드가 선택되면, 해당 운동모드에서만 동작되는 운동모듈에 의해 상기 니들부(110)가 제한적으로 동작되도록 한다. 이때, 해당 운동모드를 제외한 나머지 운동모드에 따른 상기 니들부(110)의 움직임은 발생하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 상기 손잡이부(10)에 상기 직선운동모듈(20)과 상기 모드선택버튼부(50)가 구비되고, 상기 손잡이부(10)에 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)이 차례로 결합되는 것을 설명하였으나, 여기에 한정하는 것은 아니고, 상기 손잡이부(10)에 상기 평면운동모듈(40)과 상기 회전운동모듈(30)이 차례로 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)는 클러치유닛(60)을 더 포함할 수 있다.

상기 클러치유닛(60)은 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 전체 동작 여부를 선택한다. 상기 클러치유닛(60)은 다양한 형태를 통해 on 상태가 되는 경우, 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 전체 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 클러치유닛(60)은 off 상태가 되는 경우, 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 전체 동작이 이루어지더라도 상기 니들부(110)가 움직이지 않는다.

일예로, 상기 클러치유닛(60)이 on 상태이고, 상기 모드선택버튼부(50)에 따른 운동모드가 선택되어야만, 선택된 해당 운동모드에 대응하는 운동모듈이 동작되어 상기 니들부(110)를 제한적으로 움직일 수 있다. 또한, 선택된 해당 운동모드를 제외한 나머지 운동모드에서 상기 니들부(110)의 움직임이 발생되지 않도록 한다.

다른 예로, 상기 클러치유닛(60)이 off 상태인 경우에는, 상기 모드선택버튼부(50)에 따라 운동모드를 선택하였다하더라도, 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)이 동작될 수 있으나, 상기 니들부(110)는 동작되지 않는다.

첫째, 상기 클러치유닛(60)이 off 상태이고, 상기 직선운동모드 또는 상기 회전운동모드를 선택한 경우, 상기 삽입샤프트부(21)가 왕복 운동하거나 상기 회전축부(311)는 회전될 수 있으나, 상기 니들부(110)는 고정된 상태를 유지하게 된다.

둘째, 상기 클러치유닛(60)이 off 상태이고, 상기 평면운동모드를 선택한 경우, 상기 평면축부(441)는 회전되지 않으며, 상기 니들부(110)도 고정된 상태를 유지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치는 마스터제어유닛(70)을 더 포함할 수 있다.

상기 마스터제어유닛(70)은 상기 모드선택버튼부(50)와 연계하여 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 동작을 제어한다. 상기 마스터제어유닛(70)은 상기 중재제어유닛(140)과 정보를 교환하여 동작 제어에 필요한 정보를 갱신할 수 있다.

상기 마스터제어유닛(70)의 세부 제어동작은 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법을 통해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치의 제어방법에 대하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치의 제어방법을 도시한 도면으로써, 도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법은 모드선택단계(S3)와, 경로조정단계(S4)와, 직선모드단계(S5)와, 직선조정단계(S51)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법은 클러치단계(S2)를 더 포함할 수 있다.

상기 클러치단계(S2)는 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 전체 동작 여부를 선택한다. 상기 클러치단계(S2)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 클러치유닛(60)의 동작에 따른 정보를 수집함으로써, 상기 직선운동모듈(20)과 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40)의 전체 동작 여부를 선택할 수 있다. 상기 클러치단계(S2)는 상기 클러치유닛(60)의 설명을 참조한다. 여기서, 상기 클러치단계(S2)는 상기 모드선택단계(S3) 또는 상기 직선모드단계(S5) 이전에 수행하는 것으로 표현하였으나, 상기 모드선택단계(S3) 또는 상기 직선모드단계(S5) 이후에 수행할 수 있다.

상기 모드선택단계(S3)는 상기 회전운동모드와 상기 평면운동모드 중 어느 하나를 선택한다. 상기 모드선택단계(S3)는 상기 회전운동모드를 선택하는 회전모드단계(S31)와, 상기 평면운동모드를 선택하는 평면모드단계(S32)를 포함할 수 있다. 상기 모드선택단계(S3)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 모드선택버튼부(50)의 동작에 따른 정보를 수집함으로써, 상기 회전운동모드와 상기 평면운동모드 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 상기 모드선택단계(S3)는 상기 모드선택버튼부(50)의 설명을 참조한다.

상기 경로조정단계(S4)는 상기 모드선택단계(S3)에 따라 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40) 중 선택되는 하나의 운동모듈만을 동작시킨다. 상기 모드선택단계(S3)와 연계하여 상기 회전운동모듈(30)만을 동작시키는 회전조정단계(S41)와, 상기 평면운동모듈(40)만을 동작시키는 평면조정단계(S42)를 포함할 수 있다. 상기 경로조정단계(S4)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40) 중 선택되는 하나의 운동모듈의 동작에 따른 정보를 수집하고, 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40) 중 선택되는 하나의 운동모듈에 피드백시킴으로써, 상기 회전운동모듈(30)과 상기 평면운동모듈(40) 중 선택되는 하나의 운동모듈만을 동작시킬 수 있다. 상기 경로조정단계(S4)는 상기 회전운동모듈(30) 또는 상기 평면운동모듈(40)의 설명을 참조한다.

상기 직선모드단계(S5)는 상기 경로조정단계(S4)를 거친 다음, 상기 직선운동모드를 선택한다. 상기 직선모드단계(S5)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 모드선택버튼부(50)의 동작에 따른 정보를 수집함으로써, 상기 직선운동모드를 선택할 수 있다. 상기 직선모드단계(S5)는 상기 모드선택버튼부(50)의 설명을 참조한다.

싱기 직선조정단계(S51)는 상기 직선모드단계(S5)에 따라 상기 직선운동모듈(20)만을 동작시킨다. 상기 직선조정단계(S51)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 직선운동모듈(20)의 동작에 따른 정보를 수집하고, 상기 직선운동모듈(20)에 피드백시킴으로써, 상기 직선운동모듈(20)만을 동작시킬 수 있다. 상기 직선조정단계(S51)는 상기 직선운동모듈(20)의 설명을 참조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법은 햅틱감각비교단계(S7)와, 햅틱감각발생단계(S71)를 더 포함할 수 있다.

상기 햅틱감각비교단계(S7)는 기설정된 경고영역에 상기 니들부(110)가 진입하는지 여부를 판단한다. 상기 햅틱감각비교단계(S7)는 상기 마스터제어유닛(70)에 수집된 정보를 바탕으로 기설정된 경고영역에서의 상기 니들부(110) 위치를 비교함으로써, 기설정된 경고영역에서 상기 니들부(110)의 진입 여부를 판단할 수 있다.

상기 햅틱감각발생단계(S71)는 상기 햅틱감각비교단계(S7)를 거쳐 기설정된 경고영역에 상기 니들부(110)가 진입하는 경우, 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부(21)를 진동시킨다. 상기 햅틱감각발생단계(S71)는 상기 마스터제어유닛(70)에 수집된 정보를 바탕으로 상기 햅틱감각발생부(24)에 피드백시킴으로써, 상기 삽입샤프트부(21)를 진동시킬 수 있다.

상기 햅틱감각비교단계(S7)와 상기 햅틱감각발생단계(S71)는 상기 햅틱감각발생부(24)의 설명을 참조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법은 햅틱비교단계(S8)와, 햅틱위험단계(S81)를 더 포함할 수 있다.

상기 햅틱비교단계(S8)는 기설정된 경고영역 중 위험대상이 존재하는 위험영역에 상기 니들부(110)가 진입하는지 여부를 판단한다. 상기 햅틱비교단계(S8)는 상기 마스터제어유닛(70)에 수집된 정보를 바탕으로 기설정된 위험영역에서의 상기 니들부(110) 위치를 비교함으로써, 기설정된 위험영역에서 상기 니들부(110)의 진입 여부를 판단할 수 있다.

상기 햅틱위험단계(S81)는 상기 햅틱비교단계(S8)를 거쳐 기설정된 위험영역에 상기 니들부(110)가 진입하는 경우, 상기 니들부(110)를 정지시킨다. 상기 햅틱위험단계(S81)는 상기 마스터제어유닛(70)에 수집된 정보를 바탕으로 상기 직선운동모듈(20)과 상기 니들부(110) 측에 피드백시킴으로써, 상기 니들부(110)를 정지시킬 수 있다.

상기 햅틱비교단계(S8)와 상기 햅틱위험단계(S81)는 상기 햅틱감각발생부(24)의 설명을 참조한다.

상기 햅틱위험단계(S81)를 거친 다음에는 상기 삽입샤프트부(21)를 진행 방향의 역방향으로 이동시켜 상기 삽입샤프트부(21)의 역방향 진행에 따른 신호를 상기 니들부(110) 측으로 전달한다. 이에 따라 상기 니들부(110)를 진행 방향의 역방향으로 이동시킬 수 있다. 그러면, 상기 니들부(110)도 진행 방향의 역방향으로 이동되고, 기설정된 위험영역 또는 기설정된 경고영역 밖으로 상기 니들부(110)를 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법은 세팅단계(S1)를 더 포함할 수 있다.

상기 세팅단계(S1)는 상기 마스터제어유닛(70)을 통해 상기 직선운동모듈(20)과, 상기 회전운동모듈(30)과, 상기 평면운동모듈(40)을 초기화한다. 상기 세팅단계(S1)는 상기 마스터제어유닛(70)을 상기 니들부(110) 측의 제어유닛(상기 중재제어유닛(150))에 연결하여 두 제어유닛 사이에서 교환되는 정보를 바탕으로 상기 직선운동모듈(20)과, 상기 회전운동모듈(30)과, 상기 평면운동모듈(40)을 초기화할 수 있다. 상기 세팅단계(S1)를 통해 교환된 정보는 상기 디스플레이(150)에 표시될 수 있다.

상기 세팅단계(S1)는 본 발명의 일 실시예에 따른 중재시술용 마스터장치(100)의 제어방법의 가장 처음에 실시되는 것이 유리하다.

상술한 중재시술용 마스터장치와 마스터장치의 제어방법 그리고 이것을 이용한 원격중재시술장치에 따르면, 로봇을 이용하여 원격으로 중재시술을 수행하기 위해 개발된 원격중재시술장치에서 상기 슬레이브로봇(130) 및 상기 니들구동부(120)에 사용자의 움직임 명령을 전달하고, 사용자에게는 각 시술 단계에 맞는 움직임 자유도 제한과 시술 시 발생하는 정보를 햅틱 감각을 전달할 수 있다.

특히, 중재시술용 마스터장치를 통해 자동으로 상기 니들부를 인체 내부에 삽입할 수 있고, 방사선 피폭 등으로부터 의료진을 보호할 수 있다. 또한, 상기 니들부(110)의 5자유도에 대하여 1자유도의 직선 운동과 2자유도의 회전 운동과 2자유도의 평면 운동을 선택적으로 움직임으로써, 인체 내부에 삽입되는 상기 니들부(110)의 정확도를 향상시키고, 상기 니들부(110)를 인체 내부에 삽입하는 과정에서 마스터장치의 동작에 의해 상기 니들부(110)가 떨리는 것을 방지하며, 마스터장치를 조작함에 있어서 선택된 운동모드에 나머지 운동모드가 간섭되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 니들부(110)의 움직임 범위가 확장되고, 상기 니들부(110)의 자유도를 확장시키면서도, 2자유도 회전 운동과 2자유도 평면 운동을 제한하여 상기 니들부(110)가 떨리는 것을 방지하고, 중재시술에서 요구하는 상기 니들부(110)가 안정되게 삽입되도록 할 수 있다.

또한, 상기 니들부(110)의 5자유도 동작에 대응하여 상기 삽입샤프트부(21)의 직선 운동, 상기 손잡이부(10)의 2자유도 회전 운동, 상기 손잡이부(10)의 2자유도 평면 운동을 구현하여 상기 니들부(110)의 5자유도 동작을 안정되게 구현할 수 있다.

또한, 각각의 자유도 운동에 대한 구동입력과 반발력 구현이 자유로우며, 상기 니들부(110)의 5자유도 동작을 분리하고, 분리된 5자유도 동작에 대하여 각각의 구동모드를 명확하게 구분함은 물론, 각각의 구동모드에서 개별 동작의 구현을 간편하게 할 수 있다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.

10: 손잡이부 20: 직선운동모듈
21: 삽입샤프트부 22: 직선운동감지부
23: 직선운동복귀부 24: 햅틱감각발생부
30: 회전운동모듈 31: 제1수동액츄에이터유닛
311: 회전축부 312: 회전운동감지부
313: 회전브레이크부 314: 회전브라켓
315: 회전하우징 32: 제2수동액츄에이터유닛
33: 링크어셈블리 331: 탑고정부
332: 바텀고정부 333: 회전링크유닛
334: 평면모듈결합부 40: 평면운동모듈
41: 제1평면링크 411: 회전모듈결합부
42: 제2평면링크 43: 고정프레임부
44: 제1능동액츄에이터유닛 441: 평면축부
442: 평면운동감지부 443: 평면운동복귀부
444: 평면브레이크부 45: 제2능동액츄에이터유닛
50: 모드선택버튼부 51: 직선모드버튼부
52: 회전모드버튼부 53: 평면모드버튼부
54: 평면배치버튼부 56: 미세조정버튼부
60: 클러치유닛 70: 마스터제어유닛
100: 마스터장치 101: 고정베이스
110: 니들부 120: 니들구동부
130: 슬레이브로봇 140: 중재제어유닛
150: 디스플레이 160: 접속유닛
S1: 세팅단계 S2: 클러치단계 S3: 모드선택단계
S31: 회전모드단계 S32: 평면모드단계 S4: 경로조정단계
S41: 회전조정단계 S42: 평면조정단계 S5: 직선모드단계
S51: 직선조정단계 S6: 완료확인단계 S7: 햅틱감각비교단계
S71: 햅틱감각발생단계 S8: 햅틱비교단계 S81: 햅틱위험단계

Claims (16)

1. 중재시술을 위한 니들부의 5자유도 동작을 구현하기 위한 중재시술용 마스터장치이고,
   사용자의 파지를 위한 손잡이부;
   상기 니들부가 1자유도 직선 운동하도록 상기 손잡이부에 구비되는 직선운동모듈;
   상기 니들부가 2자유도 회전 운동하도록 상기 손잡이부와 결합되는 회전운동모듈;
   상기 니들부가 2자유도 평면 운동하도록 상기 회전운동모듈과 결합되는 평면운동모듈; 및
   상기 직선운동모듈이 동작되도록 하는 직선운동모드와, 상기 회전운동모듈이 동작되도록 하는 회전운동모드와, 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 평면운동모드를 선택적으로 수행하도록 상기 손잡이부에 구비되는 모드선택버튼부;를 포함하고,
   상기 모드선택버튼부에서 어느 하나의 모드가 선택되면, 해당 운동모드에서만 동작되는 운동모듈에 의해 상기 니들부가 제한적으로 동작되도록 하고, 해당 운동모드를 제외한 나머지 운동모드에 따른 상기 니들부의 움직임은 발생하지 않으며,
   상기 모드선택버튼부는,
   상기 평면운동모드만을 선택하는 평면모드버튼부;를 포함하고,
   상기 평면모드버튼부는,
   상기 평면운동모드 중 상기 손잡이부의 2자유도 평면 운동에 대한 제1평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 제1평면모드만을 선택하는 평면배치버튼부; 및
   상기 제1평면운동량보다 작은 제2평면운동량에 따라 상기 평면운동모듈이 동작되도록 하는 제2평면모드만을 선택하는 미세조정버튼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 직선운동모듈은,
   상기 손잡이부에 왕복 운동 가능하게 결합되는 삽입샤프트부;
   상기 삽입샤프트부의 직선운동량을 감지하는 직선운동감지부; 및
   사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부를 진동시키는 햅틱감각발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 직선운동모듈은,
   상기 삽입샤프트부를 원위치로 복귀시키는 직선운동복귀부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전운동모듈은,
   상기 손잡이부가 결합되는 링크어셈블리;
   상기 링크어셈블리에 결합되고, 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동을 정지시키는 제1수동액츄에이터유닛; 및
   상기 제1수동액츄에이터유닛에서 이격된 상태로 상기 링크어셈블리에 결합되고, 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 대한 회전운동량을 감지하거나 상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동을 정지시키는 제2수동액츄에이터유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1수동액츄에이터유닛은,
   상기 손잡이부의 2자유도 회전 운동에 따라 회전되도록 상기 링크어셈블리에 결합되는 회전축부;
   상기 회전축부에 구비되어 상기 회전축부의 회전운동량을 감지하는 회전운동감지부; 및
   상기 모드선택버튼부에 의해 상기 직선운동모드 또는 상기 평면운동모드가 수행되는 경우, 상기 회전축부를 정지시키는 회전브레이크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 평면운동모듈은,
   일측에 상기 회전운동모듈이 고정되는 회전모듈결합부가 구비되는 제1평면링크;
   일측이 제1링크축을 매개로 상기 제1평면링크의 타측에 링크 결합되는 제2평면링크;
   일측이 제2링크축을 매개로 상기 제2평면링크의 타측에 링크 결합되고, 타측이 마스터장치가 설치되는 본체의 고정베이스에 고정되는 고정프레임부;
   상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크의 회전운동량을 감지하는 제1능동액츄에이터유닛; 및
   상기 고정프레임부를 기준으로 상기 제2평면링크의 회전운동량을 감지하는 제2능동액츄에이터유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1능동액츄에이터유닛은,
   상기 제1링크축에 결합되고, 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크가 회전 운동함에 따라 회전되는 평면축부; 및
   상기 평면축부에 구비되어 상기 평면축부의 회전운동량을 감지하는 평면운동감지부;를 포함하고,
   상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크를 원위치로 복귀시키는 평면운동복귀부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1능동액츄에이터유닛은,
   상기 제1링크축에 결합되고, 상기 제2평면링크를 기준으로 상기 제1평면링크가 회전 운동함에 따라 회전되는 평면축부; 및
   상기 평면축부에 구비되어 상기 평면축부의 회전운동량을 감지하는 평면운동감지부;를 포함하고,
   상기 회전모듈결합부를 기설정된 위치에 고정시키는 평면브레이크부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 모드선택버튼부는,
   상기 직선운동모드만을 선택하는 직선모드버튼부; 및
   상기 회전운동모드만을 선택하는 회전모드버튼부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 전체 동작 여부를 선택하는 클러치유닛;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모드선택버튼부와 연계하여 상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 동작을 제어하는 마스터제어유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치.
12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 마스터장치의 제어방법이고,
    상기 회전운동모드와 상기 평면운동모드 중 어느 하나를 선택하는 모드선택단계;
    상기 모드선택단계에 따라 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈 중 선택되는 하나의 운동모듈만을 동작시키는 경로조정단계;
    상기 경로조정단계를 거친 다음, 상기 직선운동모드를 선택하는 직선모드단계; 및
    상기 직선모드단계에 따라 상기 직선운동모듈만을 동작시키는 직선조정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치의 제어방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 직선조정단계를 거치면서 기설정된 경고영역에 상기 니들부가 진입하는지 여부를 판단하는 햅틱감각비교단계; 및
    상기 햅틱감각비교단계를 거쳐 기설정된 경고영역에 상기 니들부가 진입하는 경우, 사용자에게 햅틱 감각을 제공하기 위하여 상기 삽입샤프트부를 진동시키는 햅틱감각발생단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치의 제어방법.
14. 제13항에 있어서,
    기설정된 경고영역 중 위험대상이 존재하는 위험영역에 상기 니들부가 진입하는지 여부를 판단하는 햅틱비교단계; 및
    상기 햅틱비교단계를 거쳐 기설정된 위험영역에 상기 니들부가 진입하는 경우, 상기 니들부를 정지시키는 햅틱위험단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치의 제어방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 직선운동모듈과 상기 회전운동모듈과 상기 평면운동모듈의 전체 동작 여부를 선택하는 클러치유닛의 동작 여부를 선택하는 클러치단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중재시술용 마스터장치의 제어방법.
16. 중재시술을 위한 니들부의 5자유도 동작을 구현하는 원격중재시술장치이고,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 마스터장치;
    상기 직선운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 1자유도 직선 운동시키는 니들구동부;
    상기 회전운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 2자유도 회전 운동시키거나 상기 평면운동모듈의 동작에 따라 상기 니들부를 2자유도 평면 운동시키는 슬레이브로봇; 및
    상기 마스터장치의 동작에 따라 상기 니들구동부의 동작과 상기 슬레이브로봇의 동작을 제어하는 중재제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격중재시술장치.

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