KR101712417B1 - 로보틱 프로시져 - Google Patents

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KR101712417B1
KR101712417B1 KR1020150085253A KR20150085253A KR101712417B1 KR 101712417 B1 KR101712417 B1 KR 101712417B1 KR 1020150085253 A KR1020150085253 A KR 1020150085253A KR 20150085253 A KR20150085253 A KR 20150085253A KR 101712417 B1 KR101712417 B1 KR 101712417B1
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이병주
원종윤
차효정
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 로보틱 프로시져에 관한 것으로, 본 발명에 따른 로보틱 프로시져는 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부(100), 도관 회전부(100)의 일측에 구비되고, 도관(20)에 가이드 와이어(10)가 삽입된 상태에서, 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송시키고 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부(200), 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시키는 이송부(300), 및 도관 회전부(100)의 타측에 구비되어, 도관(20)을 지지하면서, 이송부(300)가 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 때, 도관(20)의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부(400)를 포함한다.

Description

로보틱 프로시져{Robotic Procedure}
본 발명은 로보틱 프로시져에 관한 것이다.
1. 혈관중재시술
혈관중재시술이란 혈관질환이나 암에 대한 치료를 목적으로 하는 최소침습 시술로, 주로 X-선 투시 촬영기 하에 경피적으로 직경이 수mm 이하인 가는 도관(카테터)를 혈관을 통해 병소 부위까지 삽입하여 목표 장기에 도달시켜 치료한다. 현재 우리 나라를 비롯한 세계에서 시행되고 있는 혈관 중재시술의 대표적 치료는 간암의 경동맥 화학색전술(Trans-arterial chemoembolization: TACE), 경피적 혈관 성형술, 대동맥 질환에서 인조혈관 스텐트 설치술 등이 있다.
간암은 국내 암과 관련된 사망에서 주요 원인이 되고 있으며, 2011년 발표된 국가 암정보센터 자료에 따르면 간암의 발생 빈도는 남녀 전체에서 위, 갑상선, 대장, 폐에 이어서 5번째로 많으나, 간암에 의한 사망은 남녀 전체에서 폐암에 이어 두 번째이다. 간암의 근치적 치료는 수술적 절제이나, 진단 당시에 근치적인 치료가 불가능한 진행성 간암이 약 전체 간암의 약 60%를 차지하며, 이들 중 2/3 이상은 TACE로 치료를 받고 있는 실정이다.
TACE란 간 종양에 영양을 공급하는 동맥을 찾아 항암제를 투여한 뒤, 혈관을 막아 주는 치료법이다(도 1 참조). 시술의 순서는 서혜부(사타구니)에 위치한 대퇴동맥을 바늘로 천자하여 이를 통하여 유도 철사(guide-wire)를 우선 삽입하고, 이를 따라서 먼저 외경이 7F(1F = 0.33mm)인 짧은 안내도관(Introducer sheath)을 삽입하고, 이의 내경을 통하여 카테터(catheter)라고 하는 4-6F 되는 도관(도 2 참조)을 삽입하여 간동맥의 기시부위까지 접근한다(도 3 참조). 그 후 혈관 조영제를 주사하면서 간동맥 조영 사진을 얻어 종양의 위치, 크기 및 혈액 공급 양상 등 치료에 필요한 정보를 얻고 이에 따라 적절한 항암제나 색전 물질의 종류, 용량 등을 정한다.
치료 방침이 정해지면 다시 도관을 통하여 직경이 3F 정도 되는 미세도관 (microcatheter)을 종양으로 영양을 공급하는 간동맥의 작은 가지까지 삽입하고 항암제와 색전 물질을 주입하여 종양을 치료하게 된다. 이렇게 여러 단계의 직경을 가진 도관을 겹쳐서 삽입하는 것을 동축 시스템(Co-axial system)이라고 하며 이는 작은 직경의 동맥에 굵은 도관을 삽입시 발생할 수 있는 혈관의 손상을 방지하기 위함이다. 시술은 보통 1 시간 내지 2 시간 정도 걸리며 환자의 간동맥 분지양상과 종양의 동맥분지 분포가 복잡하면 좀 더 많은 시간이 소요될 수 있다.
2. 혈관중재시술 로봇 필요성
도 4에 도시된 바와 같이, 혈관은 대부분 여러 갈래로 나뉘거나 굴곡진 형태로 이루어져 있다. 따라서 혈관 중재 시술은 혈관의 손상을 방지하기 위해 1차적으로 유도철사를 삽입하고 삽입한 유도철사의 경로를 따라 카테터가 삽입된다. 이 때, 여러 갈래로 나뉘거나 굴곡진 혈관이 많아 유도철사 삽입시 시술자가 유도철사를 수동으로 혈관의 방향에 따라 정밀하게 스티어링(steering)하여 삽입해야 한다. 따라서, 시술 시간이 길어져 방사선 노출이 불가피하다. 환자의 경우 한 차례의 시술 시간 동안 방사선에 노출되지만, 시술자는 하루에도 몇 차례의 시술을 하므로 시술자의 방사선 피폭을 크게 감소시키기 위한 시스템이 마련되어야만 한다. 따라서 방사선 피폭을 피할 수 있도록 시술도구의 원격 제어가 가능한 마스터-슬래이브 시스템의 개발이 필요하다.
혈관 중재 시술을 위한 로봇 시스템으로 한센(Hansen)의 센세이 엑스 로보틱 카테터 시스템(Sensei X Robotic Catheter System)이 개발되어 있지만 중재 시술 엔드 이팩터(End-effector)의 최대 외경이 4mm로 다소 굵기 때문에 다양한 혈관 중재 시술, 특히 간동맥 중재시술에서 요구되는 굴곡형 도관 사이즈 4-6F(2 mm)를 초과하여 적용범위가 매우 제한적이다. 또한, 전자동 시스템으로 개발되어 수술 현장에 적용하기에 진입 장벽이 높으며, 큰 사이즈 및 고가의 단점 또한 현장 적용에 부담이 된다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 혈관 중재 시술 로봇 시스템을 개발하는데 있어서 기존의 시술도구들을 그대로 적용하고, 방사선 피폭이 큰 프로시져만 자동으로 구현하고 나머지는 수동으로 처리하는 반자동 시스템을 개발하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져는 도관을 상기 도관의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부, 도관 회전부의 일측에 구비되고, 상기 도관에 가이드 와이어가 삽입된 상태에서, 상기 가이드 와이어를 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송시키고 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부, 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시키는 이송부, 및 상기 도관 회전부의 타측에 구비되어, 상기 도관을 지지하면서, 상기 이송부가 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시킬 때, 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 도관 회전부에는, 관형으로 형성되고, 일단에 상기 도관이 고정되고, 타단으로부터 상기 가이드 와이어가 삽입되어 일단에서 상기 가이드 와이어가 상기 도관에 삽입되는 본체, 및 관형으로 형성되고, 상기 본체의 일단과 타단 사이에서 결합되어 상기 본체의 내부와 소통하며, 유체가 주입되는 가지부를 포함하는 Y형 커넥터가 결합된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 도관 회전부는 상기 Y형 커넥터의 상하측에 접촉하여 상기 Y형 커넥터를 고정하는 패드를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 가이드 와이어 회전공급부는, 마주보는 두 개의 롤러, 및 두 개의 상기 롤러 중 적어도 하나를 구동시키는 롤러 구동부를 포함하는 가이드 와이어 공급부를 포함하고, 상기 가이드 와이어는 두 개의 상기 롤러 사이에 삽입되어, 두 개의 상기 롤러가 상기 롤러 구동부에 의해서 구동될 때, 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 가이드 와이어 회전공급부는, 상기 롤러와 상기 롤러 구동부를 지지하는 가이드 와이어 회전체, 및 상기 가이드 와이어 회전체를 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 구동체를 포함하는 가이드 와이어 회전부를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 평판형으로 형성된 베이스부, 상기 베이스부의 일단에 구비된 제1 격벽, 상기 베이스부의 타단에 구비된 제2 격벽, 및 상기 제1 격벽으로부터 상기 제2 격벽까지 연장된 지지봉을 포함하는 지지부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 이송부에는 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부가 배치되고, 상기 이송부는 랙 앤 피니언에 의해서 상기 베이스부에 대해서 상기 도관의 길이방향으로 이동하고, 상기 이송부에는 상기 지지봉이 삽입되는 제1 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 이송부는 상기 지지봉을 따라 이동한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 신축부는, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체를 포함하고, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N번째(N은 2이상의 자연수)의 상기 관형구조체는 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체의 내외로 슬라이딩되면서, 상기 신축부는 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 상기 신축부는, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체, 및 상기 다수의 관형구조체를 각각 지지하는 다수의 지지체를 포함하고, 다수의 상기 관형구조체 중, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 가장 먼 상기 관형구조체의 말단은 상기 제2 격벽에 고정되며, 다수의 상기 지지체 중, 적어도 하나의 상기 지지체에는 상기 지지봉이 삽입되는 제2 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 제2 삽입홀이 구비된 상기 지지체는 상기 지지봉을 따라 이동한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 있어서, 다수의 상기 관형구조체는, 상기 도관을 지지하는 지지구조체, 및 상기 지지구조체의 상측에 결합되고 분리가능한 커버를 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 방사선 피폭양을 줄이고 전체 사이즈를 줄임으로 인하여 전체적인 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기존의 시술도구를 사용함으로써, 전체적인 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 관형구조체로부터 커버를 분리할 수 있으므로, 관형구조체의 내부를 손쉽게 소독할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 간암 및 영양공급 간 동맥의 모식도,
도 2는 TACE에 사용되는 도관(좌) 및 미세도관-유도철사 어셈블리(assembly)(우)의 사진,
도 3은 동축 초선택 도관삽입술은 외부에 6-7French 삽입카테터와 그 안에 회전력을 가진 미세유도철사와 3-4French 미세 도관이 들어가서 행해지는 모식도,
도 4는 간동맥 화학색전술의 예를 도시한 사진,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 전체 메커니즘을 도시한 개념도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 측면도,
도 7은 도 6에 도시된 로보틱 프로시져의 텔레스코프 구조를 확대한 사시도,
도 8은 도 6에 도시된 로보틱 프로시져의 도관 회전부를 확대한 사시도, 및
도 9는 도 6에 도시된 로보틱 프로시져의 롤러메커니즘(가이드 와이어 회전공급부)을 확대한 사시도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 분해사시도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 결합사시도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 측면도,
도 13은 도 10에 도시된 도관 회전체와 Y형 커넥터의 평면도,
도 14는 도 10에 도시된 도관 회전체와 Y형 커넥터의 단면도,
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 신축부의 작동과정을 도시한 측면도, 및
도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 작동과정을 도시한 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
1. 혈관중재시술 해석 및 로봇프로시져 개발
도 5는 혈관중재시술의 전체 과정을 나타낸다. 우선 가이드 와이어를 삽입하고, 이러한 가이드 와이어를 통해서 도관을 삽입한다. 이때, 가이드 와이어와 도관은 삽입하고 회전하는 자유도가 존재한다. 이 과정 중에서 방사선 피폭을 받는 과정은 단지 3번 6번에 해당되므로, 개발하는 로봇시스템은 3번과 6번만 원격제어하는 업무를 담당하고, 나머지 과정은 의사가 수행할 수 있다. 이로 인하여 전체적인 시스템이 간단해지고 기존의 수술도구(카세터 등) 들을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
2. 혈관중재시술로봇
해석한 바와 같이 유도철사(가이드 와이어)와 도관의 삽입 및 회전이 구동되어야 하므로 혈관중재시술로봇은 4자유도가 필요하다. 도 6은 4자유도 카테터 구동 메커니즘이다. 가이드 와이어와 카테터의 동축 모션(co-axial motion)을 구현하기 위해 3단의 텔레스코프 구조(telescope structure)로 설계되었다. 이러한 텔레스코프 구조는 가이드 와이어와 카테터가 처지는 것을 방지해준다. 의사가 쉽게 기존 시술도구를 로봇에 장착하도록 하기 위하여, 텔레스코프 구조는 상하로 분리되고, 도관(카테터)을 올려놓은 후 간단하게 커버를 덮어 조립할 수 있도록 설계하였다(도 7 참조). 이러한 분리 조립식 설계는 소독에도 유리한 장점이 있다.
카테터는 도 8의 도관 회전체에 Y-커넥터(Y-connector)라는 시술도구와 함께 텔레스코프의 끝에 고정된다. 카테터의 삽입은 로봇의 베이스에 위치한 랙 앤 피니언 메커니즘(rack and pinion mechanism)에 의해 텔레스코프 구조가 접히면서 구동된다. 카테터의 회전은 도관 회전부에 기어로 체결된 모터에 의해 도관 회전부의 전체가 돌며 구동된다.
가이드 와이어는 도 9의 도관 고정부의 뒤에 위치한 가이드 와이어 회전공급부에 고정된다. 구체적으로, 가이드 와이어 회전공급부는 스프링에 의해 두 개의 롤러가 서로 접촉하게 되고, 이러한 두 개의 롤러 사이의 마찰에 의해 가이드 와이어가 고정된다. 또한, 가이드 와이어의 삽입은 롤러의 마찰에 의해 구동된다(도 9 참조). 가이드 와이어의 회전은 롤러 메커니즘에 기어로 체결된 모터에 의해 롤러 메커니즘 전체가 돌며 구동된다.
본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져는 실제로 제작되었으며, 제작된 로보틱 프로시져의 크기는 대략 160(W) X 1170(L) X 260(H) mm이고, 도관의 스트로크는 425mm이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 분해사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 결합사시도이며, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 측면도이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로보틱 프로시져는 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부(100), 도관 회전부(100)의 일측에 구비되고, 도관(20)에 가이드 와이어(10)가 삽입된 상태에서, 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송시키고 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부(200), 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시키는 이송부(300), 및 도관 회전부(100)의 타측에 구비되어, 도관(20)을 지지하면서, 이송부(300)가 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 때, 도관(20)의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부(400)를 포함한다.
본 실시예에 따른 로보틱 프로시져는 기본적으로 도관(20)과 도관(20)에 삽입된 가이드 와이어(10)를 원격제어하는 역할을 수행하는 것으로, 도관 회전부(100), 가이드 와이어 회전공급부(200), 이송부(300), 및 신축부(400)를 포함한다.
상기 도관 회전부(100)는 도관(20)을 회전시키는 역할을 수행한다. 여기서, 도관 회전부(100)는 원통형의 도관 회전체(130), 및 도관 회전체(130)와 기어(115)로 연결되어 도관 회전체(130)를 회전시키는 모터 등의 도관 구동체(110)를 포함한다. 이때, 도관 회전체(130)의 내부에는 Y형 커넥터(120)가 결합된다. 이러한 Y형 커넥터(120)는 본체(123)와 가지부(125)로 구성된다(도 13 참조). 구체적으로, 본체(123)는 관형으로 형성되고, 일단에 도관(20)이 고정되며, 타단으로부터 가이드 와이어(10)가 삽입되어, 일단에서 가이드 와이어(10)가 도관(20)에 삽입된다. 또한, 가지부(125)는 관형으로 형성되고, 상기 본체(123)의 일단과 타단 사이에 결합되어 본체(123)의 내부와 소통하며, 조형제(contrast media) 등의 유체가 주입될 수 있다. 이와 같이, Y형 커넥터(120)에는 도관(20)이 고정되므로, 도관 회전체(130)의 내부에 결합된 Y형 커넥터(120)가 도관 회전체(130)와 함께 회전하면, 결과적으로 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있는 것이다. 더욱 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 도관 회전체(130)는 회전본체(133) 및 회전본체(133)의 상측에 결합되고 분리가능한 회전커버(135)를 포함한다. 따라서, 회전본체(133)에 Y형 커넥터(120)를 배치한 후, 회전커버(135)를 회전본체(133)에 결합하면, 도관 회전체(130)의 내부에 Y형 커넥터(120)를 결합할 수 있고, 필요시 회전커버(135)를 회전본체(133)로부터 분리하면, 도관 회전체(130)에서 Y형 커넥터(120)를 분리할 수 있다. 추가적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)와 회전커버(135)의 내부에는 우레탄 등으로 형성된 패드(137)가 구비될 수 있다. 이러한 패드(137)는 Y형 커넥터(120)의 상하측에 접촉하여 Y형 커넥터(120)를 도관 회전체(130)에 견고하게 결합할 수 있다. 한편, Y형 커넥터(120)는 기존에 사용되는 시술도구일 수 있고, 기존의 시술도구를 그대로 사용함으로써, 전체적인 비용을 절약할 수 있다.
상기 가이드 와이어 회전공급부(200, 도 10 참조)는 가이드 와이어(10)를 이송시키고 회전시키는 역할을 수행한다. 여기서, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 가이드 와이어(10)를 이송시키는 가이드 와이어 공급부(210), 및 가이드 와이어(10)를 회전시키는 가이드 와이어 회전부(220)를 포함한다.
구체적으로, 가이드 와이어 공급부(210)는 마주보고 서로 접촉하여 회전하는 두 개의 롤러(211), 및 두 개의 롤러(211) 중 적어도 하나를 구동시키는 모터 등의 롤러 구동부(213)를 포함한다. 여기서, 가이드 와이어(10)는 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입되어, 두 개의 롤러(211)가 롤러 구동부(213)에 의해서 구동될 때, 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송될 수 있다. 또한, 하나의 롤러(211)에만 롤러 구동부(213)의 구동력이 전달되어도, 두 개의 롤러(211)는 스프링 등의 탄성을 이용하여 접촉하므로, 두 개의 롤러(211)가 함께 회전하며, 그 사이에 삽입된 가이드 와이어(10)를 이송시킬 수 있다.
또한, 가이드 와이어 회전부(220)는 롤러(211)와 롤러 구동부(213)를 지지하는 가이드 와이어 회전체(221), 및 가이드 와이어 회전체(221)와 기어(223)로 연결되어 가이드 와이어 회전체(221)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시키는 모터 등의 가이드 와이어 구동체(225)를 포함한다. 따라서, 가이드 와이어(10)가 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입된 상태에서, 가이드 와이어 구동체(225)에 의해서 가이드 와이어 회전체(221)가 회전하면, 결과적으로 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있는 것이다.
상기 이송부(300)는 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향(또는 가이드 와이어(10)의 길이방향)으로 이송시키는 역할을 수행한다. 여기서, 이송부(300)는 상측에 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)가 배치되고, 지지부(305)에 대해서 상대적으로 이동하면서 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 이송시킬 수 있다. 상술한 지지부(305)는 평판형으로 형성된 베이스부(310), 베이스부(310)의 일단에 구비된 제1 격벽(320), 베이스부(310)의 타단에 구비된 제2 격벽(330), 및 제1 격벽(320)으로부터 제2 격벽(330)까지 연장된 지지봉(340)을 포함한다. 베이스부(310)의 상측 및 제1 격벽(320)과 제2 격벽(330) 사이에는 도관 회전부(100), 가이드 와이어 회전공급부(200), 이송부(300), 및 신축부(400)가 배치된다. 여기서, 이송부(300)는 랙 앤 피니언(rack & pinion)에 의해서 베이스부(310)에 대해서 도관(20)의 길이방향으로 이동한다. 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스부(310)의 상면에는 랙(350)이 구비되고, 이송부(300)에는 피니언(355)이 구비되어, 베이스부(310)의 랙(350)과 이송부(300)의 피니언(355)이 기어 결합된다. 따라서, 이송부(300)의 피니언(355)이 모터 등의 피니언 구동체(360)로부터 구동력을 전달받아 회전하면, 이송부(300)의 피니언(355)은 베이스부(310)의 랙(350)을 따라 이동하고, 결과적으로 이송부(300)는 베이스부(310)를 따라 이동될 수 있다. 또한, 이송부(300)에는 제1 삽입홀(370, 도 12 참조)이 구비되고, 이러한 제1 삽입홀(370)에는 지지봉(340)이 삽입되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 이송부(300)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 이송부(300)는 지지봉(340)으로 가이드되면서 이동할 수 있다.
상기 신축부(400)는 도관(20)의 길이방향에 따라 신축하면서 도관(20)을 지지하는 역할을 수행한다. 여기서, 신축부(400)는 도관 회전부(100)의 타측(가이드 와이어 회전공급부(200)이 반대측)에 구비되고, 전체적으로 신축가능한 텔레스코프 구조(telescope structure)로 형성된다. 구체적으로, 신축부(400)는 다수의 관형구조체(410)를 포함하고, 이러한 다수의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 도관(20)을 지지한다. 또한, 도관 회전부(100)의 타측으로 N(N은 2이상의 자연수)번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체(410)의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서, 신축부(400)는 도관(20)의 길이방향을 따라 신축가능할 수 있다. 즉, 다수의 관형구조체(410)는 일방향으로 갈수록 직경이 좁아지거나 넓어지도록 구성되어, 인접한 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서 신축가능한 것이다. 예를 들어, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 3개의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)에서 멀어질수록 관형구조체(410)의 직경이 좁아지도록 설계될 수 있다. 따라서, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째의 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩될 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 3번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 또한, 신축부(400)는 다수의 관형구조체(410)를 각각 지지하는 다수의 지지체(420)를 포함할 수 있다. 다수의 지지체(420)는 다수의 관형구조체(410)와 유사하게, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 인접한 지지체(420)의 내외로 슬라이딩되며서 신축가능하다. 구체적으로, N개의 지지체(420)는 구비되어, 다수의 관형구조체(410)를 각각 지지할 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N번째의 지지체(420)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N-1번째의 지지체(420)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 다만, 다수의 관형구조체(410) 중, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 가장 먼 관형구조체(410)는 지지체(420)로 지지되는 대신에, 말단이 제2 격벽(330)에 고정될 수 있다. 또한, 다수의 지지체(420) 중, 적어도 하나의 지지체(420)에는 제2 삽입홀(425)이 구비되고, 이러한 제2 삽입홀(425)에는 지지봉(340)이 삽입되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 제2 삽입홀(425)이 구비된 지지체(420)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 지지체(420)는 지지봉(340)으로 가이드되면서 이동할 수 있다. 예를 들어, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 2개의 지지체(420)는 구비되어, 2개의 관형구조체(410)(도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째와 2번째의 관형구조체(410))를 각각 지지할 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 지지체(420)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째의 지지체(420)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 또한, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 3번째의 관형구조체(410)의 말단은 제2 격벽(330)에 고정되고, 지지체(420)에는 지지봉(340)이 삽입되는 제2 삽입홀(425)이 구비되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 지지체(420)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다.
추가적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 관형구조체(410)는 상측에 구비되어 분리가능한 커버(430)를 포함할 수 있다. 따라서, 연속적으로 구비된 다수의 관형구조체(410)에 도관(20)을 배치한 후, 분리가능한 커버(430)를 결합하면, 관형구조체(410)의 내부에 도관(20)을 배치할 수 있다. 또한, 필요시 커버(430)를 분리하면, 관형구조체(410)를 손쉽게 소독할 수 있는 장점이 존재한다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 작동과정을 도시한 측면도로, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 로보틱 프로시져의 작동과정을 살펴보도록 한다.
우선, 도 16a 내지 도 16b에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)로부터 회전커버(135)를 분리하고, 회전본체(133)의 내부에 Y형 커넥터(120)를 배치한 후, 회전본체(133)에 회전커버(135)를 결합하여, 도관 회전체(130)에 Y형 커넥터(120)를 결합한다. 이때, Y형 커넥터(120)의 일단에는 도관(20)이 고정되고, Y형 커넥터(120)의 타단으로부터 일단 방향으로 가이드 와이어(10)가 삽입되어, Y형 커넥터(120)의 일단에서 가이드 와이어(10)가 도관(20)에 삽입된다. 또한, 가이드 와이어 회전공급부(200)의 두 개의 롤러(211) 사이에 가이드 와이어(10)를 삽입한다. 그리고, 다수의 관형구조체(410)로부터 커버(430)를 분리하고, 다수의 관형구조체(410)의 내부에 도관(20)을 배치한 후, 다수의 관형구조체(410)에 커버(430)를 결합하여, 신축부(400)에 도관(20)을 결합한다. 결국, 도관(20)과 가이드 와이어(10)는 본 실시예에 따른 로보틱 프로시져에 고정되고, 제2 격벽(330)의 외측으로 가이드 와이어(10)가 삽입된 도관(20)이 노출될 수 있다.
다음, 도 17에 도시된 바와 같이, 도관 회전부(100)는 도관 구동체(110)를 구동시켜 도관 회전체(130)를 회전시킴으로써, 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있다(화살표 A). 또한, 이송부(300)는 피니언 구동체를 구동시켜 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 지지부(305)에 대해서 이송시킴으로써, 도관(20)을 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 수 있다(화살표 B). 즉, 도관 회전부(100)와 이송부(300)를 이용하여, 도관(20)의 회전운동과 전후운동을 수행할 수 있다. 한편, 이송부(300)가 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 지지부(305)에 대해서 이송시킬 때, 신축부(400)의 다수의 관형구조체(410)는 인접한 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서, 도관(20)을 지지한다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 롤러 구동부를 구동시켜 두 개의 롤러(211)를 회전시킴으로써, 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입된 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송킬 수 있다(화살표 C). 또한, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 가이드 와이어 구동체(225)를 구동시켜 가이드 와이어 회전체(221)를 회전시킴으로써, 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있다(화살표 D). 즉, 가이드 와이어 회전공급부(200)를 이용하여, 가이드 와이어(10)의 회전운동과 전후운동을 수행할 수 있다.
상술한 도관(20)의 회전운동과 전후운동 및 가이드 와이어(10)의 회전운동과 전후운동은 순차적으로 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 수행될 수도 있다. 결과적으로, 본 실시예에 따른 로보틱 프로시져는 도관(20)과 가이드 와이어(10)의 회전과 삽입이 가능한 4자유도를 구현할 수 있다.
추가적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)로부터 회전커버(135)를 분리하고, 회전본체(133)의 내부에서 Y형 커넥터(120)를 분리하여 교체할 수 있다. 또한, 다수의 관형구조체(410)로부터 커버(430)를 분리하고, 다수의 관형구조체(410)의 내부에서 도관(20)을 분리한 후, 관형구조체(410)를 손쉽게 소독할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 가이드 와이어 20: 도관
100: 도관 회전부 110: 도관 구동체
115: 기어 120: Y형 커넥터
123: 본체 125: 가지부
130: 도관 회전체 133: 회전본체
135: 회전커버 137: 패드
200: 가이드 와이어 회전공급부 210: 가이드 와이어 공급부
211: 롤러 213: 롤러 구동부
220: 가이드 와이어 회전부 221: 가이드 와이어 회전체
223: 기어 225: 가이드 와이어 구동체
300: 이송부 305: 지지부
310: 베이스부 320: 제1 격벽
330: 제2 격벽 340: 지지봉
350: 랙 355: 피니언
360: 피니언 구동체 370: 제1 삽입홀
400: 신축부 410: 관형구조체
420: 지지체 425: 제2 삽입홀
430: 커버

Claims (10)

  1. 도관을 상기 도관의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부;
    도관 회전부의 일측에 구비되고, 상기 도관에 가이드 와이어가 삽입된 상태에서, 상기 가이드 와이어를 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송시키고 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부;
    상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시키는 이송부; 및
    상기 도관 회전부의 타측에 구비되어, 상기 도관을 지지하면서, 상기 이송부가 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시킬 때, 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부;
    를 포함하고,
    평판형으로 형성된 베이스부;
    상기 베이스부의 일단에 구비된 제1 격벽;
    상기 베이스부의 타단에 구비된 제2 격벽; 및
    상기 제1 격벽으로부터 상기 제2 격벽까지 연장된 지지봉;
    을 포함하는 지지부를 더 포함하며,
    상기 베이스부의 상측 및 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽 사이에는 상기 도관 회전부, 상기 가이드 와이어 회전공급부, 상기 이송부, 및 상기 신축부가 배치되고,
    상기 신축부는,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체; 및
    상기 다수의 관형구조체를 각각 지지하는 다수의 지지체를 포함하고,
    다수의 상기 관형구조체 중, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 가장 먼 상기 관형구조체의 말단은 상기 제2 격벽에 고정되며,
    다수의 상기 지지체 중, 적어도 하나의 상기 지지체에는 상기 지지봉이 삽입되는 제2 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 제2 삽입홀이 구비된 상기 지지체는 상기 지지봉을 따라 이동하는 로보틱 프로시져.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도관 회전부에는,
    관형으로 형성되고, 일단에 상기 도관이 고정되고, 타단으로부터 상기 가이드 와이어가 삽입되어 일단에서 상기 가이드 와이어가 상기 도관에 삽입되는 본체; 및
    관형으로 형성되고, 상기 본체의 일단과 타단 사이에서 결합되어 상기 본체의 내부와 소통하며, 유체가 주입되는 가지부;
    를 포함하는 Y형 커넥터가 결합되는 로보틱 프로시져.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 도관 회전부는 상기 Y형 커넥터의 상하측에 접촉하여 상기 Y형 커넥터를 고정하는 패드를 포함하는 로보틱 프로시져.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드 와이어 회전공급부는,
    마주보는 두 개의 롤러; 및
    두 개의 상기 롤러 중 적어도 하나를 구동시키는 롤러 구동부;
    를 포함하는 가이드 와이어 공급부를 포함하고,
    상기 가이드 와이어는 두 개의 상기 롤러 사이에 삽입되어, 두 개의 상기 롤러가 상기 롤러 구동부에 의해서 구동될 때, 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송되는 로보틱 프로시져.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가이드 와이어 회전공급부는,
    상기 롤러와 상기 롤러 구동부를 지지하는 가이드 와이어 회전체; 및
    상기 가이드 와이어 회전체를 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 구동체를 포함하는 가이드 와이어 회전부를 포함하는 로보틱 프로시져.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송부에는 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부가 배치되고,
    상기 이송부는 랙 앤 피니언에 의해서 상기 베이스부에 대해서 상기 도관의 길이방향으로 이동하고,
    상기 이송부에는 상기 지지봉이 삽입되는 제1 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 이송부는 상기 지지봉을 따라 이동하는 로보틱 프로시져.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 신축부는,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체를 포함하고,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 N번째(N은 2이상의 자연수)의 상기 관형구조체는 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체의 내외로 슬라이딩되면서, 상기 신축부는 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 로보틱 프로시져.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    다수의 상기 관형구조체는,
    상기 도관을 지지하는 지지구조체; 및
    상기 지지구조체의 상측에 결합되고 분리가능한 커버를 포함하는 로보틱 프로시져.
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