KR102090363B1 - 연성 메커니즘 - Google Patents

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Abstract

연성 메커니즘이 제공된다. 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler)를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)를 포함하고, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감을 수 있거나, 내면에 형성된 나선형 통로를 360의 배수로 통과한다.

Description

연성 메커니즘{Flexible mechanism}
본 발명은 연성 메커니즘에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엔드 이펙터(end-effector)를 조작하는 다수의 와이어가 연성 백본의 외주면을 나선형으로 360도의 배수 또는 360이상의 각도로 감는 메커니즘 또는 연성 백본 내면의 나선형 통로를 360의 배수의 각도로 통과하는 연성 메커니즘에 관련된 것이다.
연성 메커니즘은 굴곡이 있는 좁은 공간을 관찰 또는 치료하기 위한 용도로 사용된다. 연성 메커니즘은 위, 대장 내시경 또는 복강경 수술용 내시경 등에 이용되고 있으며, 연성 튜브, 연성 튜브의 일단에 연결된 조향 장치 및 도구, 연성 튜브의 타단에 연결된 조향 조작 기구(예를 들어, 손잡이 또는 버튼), 조향 조작 기구의 조작력을 조향 장치로 전달하는 연성 튜브 와이어 등으로 구성된다.
종래 기술에 따른 연성 메커니즘은 연성 튜브 내부에, 연성 튜브의 길이 방향으로 연장된 복수의 와이어가 직선 형태로 제공된다. 연성 튜브가 굴곡이 있는 공간 내부에 인입되는 경우, 연성 튜브에 휘어짐이 발생하고, 연성 튜브 내부의 와이어에도 휘어짐이 발생한다. 따라서, 연성 튜브의 휘어짐에 의한, 와이어의 휘어짐을 보상하기 위해 별도의 와이어 제어알고리즘 또는 기구적 장치가 요구되어, 연성 메커니즘의 동작 제어가 용이하지 않을 수 있다.
이에 따라, 굴곡진 공간 내부로 인입되어 발생되는 연성 튜브의 휘어짐에 영향 받지 않는 연성 메커니즘의 개발이 요구되는 바, 본 발명자들은 연성 튜브의 휘어짐에 영향을 받지 않는 연성 메커니즘을 발명하였다.
대한민국 특허 등록 번호 제10-1381678호
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 핸들러의 조작력이 엔드 이펙터에 정확히 전달되는 연성 메커니즘을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 연성 백본에 휨이 발생한 경우에도, 연성 백본의 길이와 와이어의 경로 길이가 동일하게 유지되는 연성 메커니즘을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 연성 메커니즘을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler) 를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)를 포함하고, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 중, 상기 연성 백본의 일 단 및 타 단 밖으로 돌출한 영역의 길이는 상기 연성 백본의 휨이 발생한 경우에도 일정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어는 나선 형상으로 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배수는 1이상의 양의 정수일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 다수의 와이어의 이동 경로가 마련된 와이어 보호부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어는 상기 와이어 보호부의 이동 경로를 따라서 마련될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 홈부가 형성되며, 상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 백본 내부로 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하고, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2 개의 와이어(wire)를 포함하고, 상기 연성 백본이 직선인 경우와 상기 연성 백본이 휘어진 경우, 상기 연성 백본의 일 단과 타 단 사이의 상기 적어도 2개의 와이어의 길이는 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 적어도 2개의 와이어의 이동 경로가 마련된 적어도 2개의 와이어 보호부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 2개의 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착되고, 상기 적어도 2개의 와이어 보호부도 서로 접착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2개의 홈부가 형성되며, 상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 내부에 와이어가 제공되는 튜브 및 상기 튜브의 길이 방향으로 제공되는 백본을 포함하되, 상기 튜브가 상기 백본의 중심축을 360°의 배수로 회전하며 감는 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 와이어는 연성 백본을 360°의 배수로 감아서, 연성 백본에 휨이 발생한 경우에도 연성 백본의 길이와 와이어의 경로 길이를 동일하게 구현하여, 핸들러에서 제공된 조작력을 엔드 이펙터에 정확하게 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 연성 백본에는 홈부가 형성되어, 와이어를 연성 백본에 밀착하여 감는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 연성 메커니즘의 사용 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 연성 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 연성 메커니즘을 이용한 실험 예를 나타낸 도면이다
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 그 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한 본 명세서에서 길이가 일정하다 또는 동일하다의 기재는 실질적으로 길이가 일정하거나 동일하다는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 일반적인 연성 메커니즘의 사용 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 일반적인 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 연성 메커니즘은 인후 수술을 위한 굴곡형 수술 시스템에 적용될 수 있다. 상기 연성 메커니즘은 연성 백본(11), 핸들러(미도시) 및 엔드 이펙터(15)를 포함할 수 있다. 상기 연성 백본(11)은 내부에 와이어를 포함하며, 인체 내로 인입될 수 있다. 상기 핸들러는, 상기 연성 백본(11)의 일단에 연결되며, 상기 와이어를 통해 상기 엔드 이펙터(15)를 조작하여, 상기 연성 메커니즘을 구동시킬 수 있다. 상기 엔드 이펙터(15)는 상기 연성 백본(11) 타단에 연결되어 인체 내로 인입되고, 상기 핸들러에 의해 조작되어 인후 수술을 수행할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 일반적인 연성 메커니즘의 문제점을 도 2를 참조하여 상술하기로 한다.
도 2의 (A)를 참조하면, 일반적인 연성 메커니즘(10)은 연성 백본(11), 와이어(12), 핸들러(14) 및 엔드 이펙터(15)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연성 백본(11)은 인체 내로 인입되어, 인체 내의 경로를 따라 휘어지며, 내부에 상기 와이어(12)를 포함한다. 상기 연성 백본(11)은 인체 내로 인입되지 않는 일단이 상기 핸들러(14)와 연결되고, 인체 내로 인입되는 타단이 상기 엔드 이펙터(15)와 연결될 수 있다.
상기 와이어(12)는 상기 연성 백본(11) 내부에 제공되며, 상기 핸들러(14)에서 제공된 조작력을 상기 엔드 이펙터(15)로 전달한다. 상기 와이어(12)는 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 적어도 두 개 이상의 상기 와이어(W1, W2, W3)는 상기 연성 백본(11)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장되어 제공될 수 있다.
상기 핸들러(14)는 인체 외부에 배치되고, 시술자의 조작에 따라 상기 와이어(12)에 조작력을 제공하여, 상기 엔드 이펙터(15)의 각도 또는 동작을 조절한다.
상기 엔드 이펙터(15)는 대상 부위에 직접 접촉하여, 상기 핸들러(14)에서 제공된 조작력에 따라, 특정 행위를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 이펙터(15)는 집게 형태로 제공될 수 있다.
도 2의 (B)를 참조하면, 직선 형태의 상기 연성 메커니즘(10)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(11) 내부의 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 길이가 변함을 알 수 있다. 즉, 상기 연성 백본(11)과 상기 와이어들(W1, W2, W3) 사이의 상대적인 변위가 발생함을 확인할 수 있다.
보다 구체적인 설명을 위하여, 다시 도 2의 (A)를 참조하면, 상기 연성 백본(11)이 직선 형태인 경우, 상기 연성 백본(11)의 제1 단면(ES1)과 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 L일 수 있다. 이 경우, 상기 연성 백본(11)의 내부에 마련된 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리도 L과 동일할 수 있다. 이 경우, 연성 백본(11)과 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 길이가 서로 동일하므로 상대적인 변위는 0 인 것으로 이해할 수 있다.
이 때, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 연성 메커니즘(10)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(11)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지거나 짧아질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (B)에 도시된 A 영역을 참조하면, 상기 연성 백본(11)의 휨 방향을 기준으로 내측에 위치한 영역의 경우, 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 짧아지게 된다. 따라서, 제1 와이어(W1)는 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2)을 지나서 돌출되게 된다. 이 경우, 돌출된 상기 제1 와이어(W1)는 상기 엔드 이펙터(15)를 의도치 않은 방향 또는 힘으로 조작하게 되므로 시술 및/또는 수술 상의 위험을 초래하게 된다. 다른 예를 들어, 도 2의 (B)에 도시된 B 영역을 참조하면, 상기 연성 백본(11)의 휨 방향을 기준으로 외측에 위치한 영역의 경우, 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지게 된다. 따라서, 제3 와이어(W3)는 상기 제1 단면(ES1)에서 상기 제2 단면(ES2) 사이에 이르지 못하게 된다. 이 경우에도 상기 연성 백본(11) 내측에 함입된 상기 제3 와이어(W3)는 상기 엔드 이펙터(15)를 의도치 않은 방향 또는 힘으로 조작하게 되므로 시술 및/또는 수술 상의 위험을 초래하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 연성 메커니즘(100)은 연성 백본(110), 와이어(120), 와이어 보호부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 나아가, 상기 연성 메커니즘(100)은 핸들러(140) 및 엔드 이펙터(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 연성 메커니즘(100)은 위 내시경, 대장 내시경, 기관지 내시경 등 인체용 내시경 또는 산업용 내시경 등 인체에 삽입되는 진단 또는 치료용 도구로 이용될 수 있다.
상기 연성 백본(110)은 인체 내로 인입되어, 인체 내의 경로를 따라 임의의 방향으로 휘어지며, 상기 와이어(120)를 지지하는 지지체로써 제공된다. 상기 연성 백본(110)의 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 연성 백본(110)의 형상은 단면이 원형인 튜브 형상일 수 있다. 이 때, 튜브의 내부에는 중공이 형성될 수도 있고 중공이 형성되지 아니할 수도 있다.
상기 연성 백본(110)의 일단은 인체 내로 인입되지 않는 핸들러(140)와 연결되고, 타단은 인체 내로 인입되는 상기 엔드 이펙터(150)와 연결될 수 있다.
상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110)의 외주면을 360°의 배수로 감는, 나선 형상으로 제공되며, 상기 배수는 1 이상의 양의 정수이다. 이 때, 360°의 배수의 배수라 함은, 실질적인 360°의 배수를 의미하는 것으로, 오차 범위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
상기 와이어(120)는 상기 핸들러(140)에서 제공된 조작력을 상기 엔드 이펙터(150)로 전달할 수 있다. 상기 와이어(120)는 예를 들어 철로 이루어질 수 있다. 상기 와이어(120)는 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 와이어(120)는 제1 내지 제3 와이어(W1, W2, W3)으로 이루어진 것을 상정하기로 한다.
상기 와이어 보호부(130)는 상기 와이어(120)의 이동 경로를 제공한다. 상기 와이어 보호부(130)는 상기 와이어(120)와 같이, 상기 연성 백본(110)의 외주면을 360°의 배수로 감는 나선 형상으로 제공되며, 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)는 내부에 중공이 형성된 튜브 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)의 중공은 상기 와이어(120)가 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)의 내경은 상기 와이어(120)의 외경보다 넓을 수 있다. 이로써 상기 와이어(120)는 상기 와이어(120)의 폭 방향으로 여유 공간을 가질 수 있다.
이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 와이어 보호부(130)는 제1 와이어(W1)를 위한 제1 와이어 보호부(130a), 제2 와이어(W2)를 위한 제2 와이어 보호부(130b), 제3 와이어(W3)를 위한 제3 와이어 보호부(130c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)는 인체의 조직과 반응성이 낮은 고무, 합성 수지, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 와이어 보호부(130)는 상기 연성 백본(110)에 고정되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어 보호부(130)는 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 제공될 수 있다. 또한, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에서 나선 형상을 형성할 때, 상기 와이어 보호부(130)는 인접한 측면이 접착되어 제공될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 와이어 보호부(130a), 상기 제2 와이어 보호부(130b), 및 상기 제3 와이어 보호부(130c)의 측면은 서로 접착되어 제공될 수 있다.
상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 고정됨으로 인해, 상기 와이어 보호부(130) 내부의 중공에 제공되는 상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110) 외주면의 일정 위치에 고정적으로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하기 전과 동일하게 상기 연성 백본(110) 외주면 상에 위치할 수 있다. 만약, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 제공되지 않는 경우, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하면, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110) 외주면에서 형성하는 나선 형상이 일정하지 않게 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 연성 백본(110)의 휨 방향을 기준으로, 휨의 내측에서는 상기 와이어 보호부(130)의 측면 사이 간격이 좁아지고, 휨의 외측에서는 상기 와이어 보호부(130)의 측면 사이 간격이 넓게 벌어질 수 있다. 따라서, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하는 경우, 상기 와이어 보호부(130)의 나선 형상의 감김 또는 풀림이 일정하지 않으며, 이에 따라, 상기 와이어 보호부(130) 내에 제공되는 상기 와이어(120)가 영향 받을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어(120)를 상기 와이어 보호부(130) 내부에 넣은 뒤, 상기 와이어 보호부(130)를 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)를 상기 연성 백본(110)에 고정한 뒤, 상기 와이어(120)를 상기 와이어 보호부(130) 내부에 넣을 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)는 한 개씩 상기 연성 백본(110)에 고정되거나, 또는 복수 개를 한 번에 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 와이어 보호부(130a)를 상기 연성 백본(110)에 고정한 뒤, 상기 제2 및 제3 와이어 보호부(130b, 130c)를 순차적으로 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 또는, 상기 제1 내지 제3 와이어 보호부(130a, 130b, 130c)를 한 번에 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다.
상기 핸들러(140)는 조작부(142) 및 와이어 구동부(144)를 포함하여 구성될 수 있다. 시술자가 상기 조작부(142)를 조작하여 상기 와이어 구동부(144)를 구동하면, 상기 와이어(120)로 조작력이 제공되어, 상기 엔드 이펙터(150)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 상기 조작부(142)는 손잡이 형태로 제공될 수 있다.
상기 엔드 이펙터(150)는 대상 부위에 직접 접촉하여, 상기 핸들러(140)에서 제공된 조작력에 따라, 특정 행위를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 이펙터(150)는 사용 목적에 따라, 집게, 나이프, 카메라, 그리퍼(gripper) 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 개념도이다. 보다 구체적으로 도 5는 도 4에 도시된 연성 메커니즘 중 제1 와이어(W1)를 중심으로 설명하기로 한다. 또한 와이어 보호부는 생략하고 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 연성 메커니즘은 상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 외주면을 감는 구조를 가지되, 상기 연성 백본의 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 360°의 배수로 감을 수 있다. 다른 관점에서, 상기 연성 백본은 상기 제1 와이어(W1)가 나선 형상을 가질 수 있도록 지지대 역할을 수행할 수 있는 것이다.
상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 상기 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 360°의 배수로 감는 형상을 가지기 때문에, 상기 제1 와이어(W1)는 나선 형상을 가지는 것으로 이해될 수 있다.
이 때, 상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 상기 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 감는 배수는 상기 연성 백본의 길이에 따라 다양할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하여, 상기 제1 와이어(W1)를 중심으로 설명하였으나, 본 기술적 사상은 다른 와이어에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 연성 메커니즘(100)은 휨이 발생하여도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리가, 휨이 발생하기 전인, 초기 상태와 동일할 수 있다.
구체적으로, 도 6의 (A)를 참조하면, 상기 연성 백본(110)이 직선 형태인 경우, 상기 연성 백본(110)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 L일 수 있다. 이 경우, 상기 연성 백본(110)의 내부에 마련된 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리는 L'일 수 있다. L'는 L 보다 길 수 있는데 이는 와이어가 연성 백본의 외주면을 감는 형상을 가지기 때문인 것으로 이해될 수 있다.
만약, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(110)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지거나 짧아질 수 있다. 즉 휨의 내측은 초기 상태 L 보다 짧아지고 휨의 외측은 초기 상태 L 보다 길어질 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리는, 일정하게 유지될 수 있다. 다시 말해, 제1 와이어(W1)가 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 외측으로 돌출하는 현상이 발생하지 않는다. 또한, 제3 와이어(W3)가 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 내측으로 인입되는 현상이 발생하지 않는다. 이에 따라, 상기 핸들러(140)의 조작력이 상기 엔드 이펙터(150)에 정확하게 전달되어, 상기 연성 메커니즘(100)을 이용한 시술 및/또는 수술의 정확도가 향상될 수 있다. 이하, 휨이 발생하는 경우에도 와이어의 길이가 일정하게 유지되는 메커니즘을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상술한 바와 같이 상기 와이어들(W1, W2, W3)이 나선 형상으로 상기 연성 백본(110)을 감는 구조를 가지고 있다. 이로 인해, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 경로 길이는 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 연성 백본(110)의 자세가 직선 상태이거나 휨이 발생한지 여부에 관계 없이, 연성 백본의 일 단과 타 단 사이의 와이어 길이는 일정하게 유지될 수 있다. 구체적으로, 상기 연성 백본(110)이 휘어지면, 상기 연성 백본(110)의 내측 영역은 초기 상태 L보다 길이가 짧아지고, 외측 영역은 초기 상태 L보다 길이가 길어진다. 이때, 상기 와이어들(W1, W2, W3)은 상기 연성 백본(110)을 나선 형상으로 감기 때문에, 상기 연성 백본(110)의 내측 영역과 외측 영역에서 발생하는 길이 변화에 모두 영향을 받는다. 다시 말해, 내측 영역에 위치한 와이어 부분은 느슨해지게 되고, 외측 영역에 위치한 와이어 부분은 타이트해지게 된다. 이로써, 와이어의 느슨해진 영역과 와이어의 타이트한 영역이 서로 상쇄되게 된다. 이에 따라, 상기 와이어들(W1, W2, W3)은, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 연성 백본(110)의 일 단(ES1)과 타 단(ES2) 사이의 길이는 동일하게 유지될 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해 와이어의 연성 백본 주위로 감는 주기는 360도의 배수가 되어야 한다.
본 발명의 효과에 대한 실험적인 설명은 이후 도 9를 참조하여 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명한 실시 예에서는 상기 연성 백본(110)의 표면이 평면인 것을 상정하였으나, 도 7을 참조하여 설명할 변형 예에서는 상기 연성 백본(110)의 표면에 홈부(112)가 형성된다는 점에서 차이점이 있다.
도 7을 참조하면, 상기 연성 백본(110)의 외주면에 상기 홈부(112)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(112)는 상기 와이어 보호부(130)의 형태에 대응하는 형태로 형성된다. 이에 따라, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)을 감을 때, 밀착하여 고정될 수 있다.
상기 홈부(112)는 상기 연성 백본(110)의 표면에 압력을 가하는 방법 또는 상기 연성 백본(110)의 표면을 식각하는 방법 등으로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 연성 메커니즘을 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 연성 메커니즘을 이용한 실험 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 연성 메커니즘은 상기 조작부(142) 및 상기 와이어 구동부(144)를 포함하는 상기 핸들러(140)와 상기 와이어를 포함하는 상기 와이어 보호부(130) 및 상기 엔드 이펙터(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본을 360°의 배수만큼 나선 형태로 감는 구조로 제공될 수 있다.
도 9 (A)는 휨이 발생하지 않은 연성 메커니즘을 나타낸다. 도 9(A)를 참조하면 연성 백본의 일 단면과 타 단면 사이에, 하나의 와이어를 연성 백본의 외주면을 따라 360도 회전시켜 감은 것을 확인할 수 있다. 이 때, 와이어의 경로 길이는 146.69mm로 측정된다. 도 9 (B)는 휨이 발생한 연성 메커니즘의 나타낸다. 연성 백본에 휘어짐에 발생한 경우에도 연성 백본의 일 단과 타 단 사이 와이어의 길이는 146.6854mm로, 연성 백본이 직선 형태인 경우와 실질적으로 차이가 없는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 휨의 발생 여부에 관계 없이 연성 백본의 단부와 와이어의 단부 사이의 상대적인 변위는 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 연성 메커니즘에 훰이 발생하더라도 의도하지 아니하게 연성 백본 외측으로 또는 내측으로 와이어가 조작되는 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 본 발명은 굴곡이 많은 인체 내부에 연성 메커니즘을 삽입할 경우에 휨의 발생에 의한 비-의도된 조작을 원천적으로 방지할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 일반적인 연성 메커니즘의 경우, 휨의 발생에 의하여 엔드 이펙터에 대하여 비 의도된 와이어의 당김이나 풀림 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이는 와이어 조작의 어려움을 야기한다는 점, 와이어의 끊김을 야기한다는 점, 비-의도된 엔드 이펙터의 동작이 발생한다는 점에서 치명적인 단점을 가지고 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 와이어를 연성 백본에 360도의 배수로 감음으로써, 휨의 발생에도 엔드 이펙터에 대한 와이어의 당김이나 풀림이 발생하지 않게 된다. 즉, 휨의 발생에 의하여 와이어가 연성 백본의 외측 또는 내측 방향으로 상대적인 변위가 발생하는 현상이 제거될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시 예는 기존에 쓰이는 내시경의 조향 동작을 보다 원활하게 할 수 있고, 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예는 복강경 수술 도구에 적용될 수 있음은 물론이고 나아가 산업용으로서 굴곡진 파이프 라인 내부를 진단하는 산업용 내시경 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 와이어는 연성 백본의 외주면에 마련되는 것을 상정하여 설명하였으나, 와이어가 연성 백본의 내주면에 마련되는 것도 가능할 수 있다. 이 때, 와이어가 연성 백본의 내주면에 마련된다고 함은, 상기 나선형 와이어 통로가 상기 연성 백본의 표면에 형성될 수도 있고, 상기 연성 백본의 내측에 형성될 수도 있음을 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과할 수 있다. 다시 말해, 연성 백본의 내부 단면 예를 들어 원형 단면에 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본 단면 내부에 형성된 나선형 통로를 360도의 배수로 통과하는 나선형 와이어 통로가 형성될 수 있고, 이로써, 와이어는 360도의 배수로 나선형 와이어 통로를 통과할 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 백본은 인체 내의 시술 부위를 찾아가는 동안에는 연성의 특성을 가지지만, 시술 부위를 찾은 후 시술을 하는 단계에서는 강체의 특성을 가질 수 있다(flexible to rigid). 이는 시술 단계에서 백본의 흔들림에 의한 시술 부 정확성을 제거하기 위함이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10, 100: 연성 메커니즘
11, 110: 연성 백본
12, 120: 와이어
W1: 제1 와이어
W2: 제2 와이어
W3: 제3 와이어
14, 140: 핸들러
15, 150: 엔드 이펙터
112: 홈부
130: 와이어 보호부
142: 조작부
144: 와이어 구동부
ES1: 연성 백본의 제1 단면
ES2: 연성 백본의 제2 단면

Claims (14)

  1. 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone); 및
    상기 연성 백본이 인체 내의 경로를 따라 휘어짐에 대응하여 같은 방향으로 휘어지되, 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler)를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)들을 포함하고,
    상기 와이어들은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는 연성 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연성 백본의 일 단 및 타 단 밖으로 돌출한 와이어 영역의 길이는 상기 연성 백본의 휨이 발생한 경우에도 일정한 연성 기구.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 와이어들은 나선 형상으로 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 연성 기구.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배수는 1이상의 양의 정수인 연성 기구.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 와이어들의 이동 경로가 마련된 와이어 보호부를 더 포함하는 연성 기구.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 와이어들은 상기 와이어 보호부의 이동 경로를 따라서 마련되는 연성 기구.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착된 연성 기구.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 홈부가 형성되며,
    상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착되는 연성 기구.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며,
    상기 와이어들은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과하는 연성 기구.
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