KR102221309B1 - 가변 강성을 갖는 구조체 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 구조체는 전극; 상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제1 길이 방향 부재; 상기 제1 길이 방향 부재에 설치되고 제1 온도 범위 내에서 강성이 제1 기준 강성보다 감소하고 상기 제1 온도 범위 외에서 강성이 상기 제1 기준 강성보다 증가 또는 상기 제1 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제1 강성 제어부; 상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제2 길이 방향 부재; 상기 제2 길이 방향 부재에 설치되고 제2 온도 범위 내에서 강성이 제2 기준 강성보다 감소하고 상기 제2 온도 범위 외에서 강성이 상기 제2 기준 강성보다 증가 또는 상기 제2 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제2 강성 제어부; 및 상기 제1 길이 방향 부재 및 상기 제2 길이 방향 부재를 연결하는 자기 요소를 포함할 수 있다.

Description

가변 강성을 갖는 구조체{MEDICAL DEVICE WITH VARIABLE STIFFNESS}
이하, 실시예들은 가변 강성을 갖는 구조체에 관한 것으로, 구체적으로는 의료 디바이스에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 카테터에 관한 것이다.
내시경(endoscope)과 같은 의료 도구는 조향 기능을 갖는 것이 필수적으로 요구된다. 이러한 의료 도구는 조향을 달성하기 위해 적어도 3개 이상의 텐던(tendon)을 이용한다. 일반적으로, 이러한 의료 도구는 체내 깊숙하게 삽입될수록 의료 도구의 길이는 증가하고, 이에 따른 의료 도구의 강성이 감소하는 경향을 보인다. 수술 또는 시술 과정에서 장기(organ)의 전부 또는 일부를 핸들링 할 필요가 있는 특정 환경에서, 강성이 낮은 내시경은 그러한 수술 또는 시술이 갖는 목적을 달성하지 못한다. 따라서, 체내 삽입 시 강성이 감소 또는 증가함으로써 수술 또는 시술이 갖는 목적을 달성하려는 요구가 존재한다.
등록특허공보 제10-1740693호 (2017.05.30. 공고)
일 실시예에 따른 목적은 단순한 구조를 가지면서도 체내에서 임의로 강성을 조절하고 조절된 강성을 유지할 수 있는 의료 디바이스를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 가변 강성을 갖는 구조체는 전극; 상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제1 길이 방향 부재; 상기 제1 길이 방향 부재에 설치되고 제1 온도 범위 내에서 강성이 제1 기준 강성보다 감소하고 상기 제1 온도 범위 외에서 강성이 상기 제1 기준 강성보다 증가 또는 상기 제1 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제1 강성 제어부; 상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제2 길이 방향 부재; 상기 제2 길이 방향 부재에 설치되고 제2 온도 범위 내에서 강성이 제2 기준 강성보다 감소하고 상기 제2 온도 범위 외에서 강성이 상기 제2 기준 강성보다 증가 또는 상기 제2 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제2 강성 제어부; 및 상기 제1 길이 방향 부재 및 상기 제2 길이 방향 부재를 연결하는 자기 요소를 포함할 수 있다.
상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부는 전도성 폴리머를 각각 포함할 수 있다.
상기 제1 길이 방향 부재는 형태를 유지하도록 구성되는 제1세그먼트 및 상기 제1세그먼트와 상기 자기 요소에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제2세그먼트를 포함하고, 상기 제2 길이 방향 부재는 형태를 유지하도록 구성되는 제3세그먼트 및 상기 제3세그먼트와 상기 자기 요소에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제4세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제2세그먼트는 상기 제1 강성 제어부가 설치되는 제1서브세그먼트 및 상기 제1서브세그먼트에 접속되고 상기 제1 강성 제어부가 설치되지 않는 제2서브세그먼트를 포함하고, 상기 제4세그먼트는 상기 제2 강성 제어부가 설치되지 않는 제3서브세그먼트 및 상기 제3서브세그먼트에 접속되고 상기 제2 강성 제어부가 설치되는 제4서브세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제1서브세그먼트는 상기 제1세그먼트에 접속되고, 상기 제2서브세그먼트는 상기 자기 요소에 접속되고, 상기 제3서브세그먼트는 상기 제3세그먼트에 접속되고, 상기 제4서브세그먼트는 상기 자기 요소에 접속될 수 있다.
상기 제1 온도 범위는 상기 제2 온도 범위와 동일할 수 있다.
상기 제1 온도 범위는 상기 제2 온도 범위와 상이할 수 있다.
일 실시예에 따른 구조체를 제어하는 방법은 상기 자기 요소가 목표 방향을 바라보도록 상기 자기 요소를 자기적으로 커플링시키는 단계; 상기 제1 강성 제어부의 강성 및 상기 제2 강성 제어부의 강성이 감소하도록 상기 전극으로부터 상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부로 전기 에너지를 공급하는 단계; 및 상기 제1 강성 제어부의 강성 및 상기 제2 강성 제어부의 강성이 증가 또는 유지되도록 상기 전극으로부터 상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부로 전기 에너지를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 디바이스는 전극; 상기 전극으로부터 연장하고 대상체의 내부에 삽입되도록 구성되고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 길이 방향 부재; 및 상기 길이 방향 부재에 설치되고 설정 온도 범위 내에서 강성이 기준 강성보다 감소하고 상기 설정 온도 범위 외에서 강성이 상기 기준 강성보다 증가 또는 상기 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 강성 제어부를 포함할 수 있다.
상기 강성 제어부는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 길이 방향 부재는 형태를 유지하도록 구성되는 제1세그먼트 및 상기 제1세그먼트에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제2세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제2세그먼트는 상기 강성 제어부가 설치되는 제1서브세그먼트 및 상기 강성 제어부가 설치되지 않는 제2서브세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 의료 디바이스는 상기 길이 방향 부재의 단부에 설치되는 자기 요소를 더 포함할 수 있다.
상기 자기 요소는 선택적으로 전자기 커플링 하도록 구성된 전자석을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 디바이스는 단순한 구조를 가지면서도 체내에서 임의로 강성을 조절하고 조절된 강성을 유지할 수 있다.
일 실시예에 따른 의료 디바이스의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제1상태도이다.
도 5는 도 4의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제2상태도이다.
도 7은 도 6의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제3상태도이다.
도 9는 도 8의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제4상태도이다.
도 11은 도 10의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제5상태도이다.
도 13은 도 12의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제6상태도이다.
도 15는 도 14의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 일부를 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 내부 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 의료 디바이스(10)는 대상체의 내부에 삽입되도록 구성된다. 예를 들어, 의료 디바이스(10)는 카테터를 포함할 수 있다. 의료 디바이스(10)가 대상체의 내부 프로파일을 따라 쉽게 이동하기 위해 간단한 메커니즘에 의해 의료 디바이스(10)의 형태가 변화할 수 있다. 또한, 의료 디바이스(10)는 대상체의 내부에서 이동하는 이동체(e.g. 소형 로봇)의 이동을 제어하도록 구성될 수도 있다.
의료 디바이스(10)는 바디(110), 제1구조체(120A), 제2구조체(120B) 및 자기 요소(130)를 포함할 수 있다.
바디(110)는 길이 방향으로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 바디(110)의 적어도 일부는 형상이 변화하도록 구성될 수 있다. 바디(110)는 대상체의 내부에 배치될 수 있다. 바디(110)는 생체 적합성 있는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 바디(110)는 유연한 물질로 형성될 수 있다.
바디(110)는 바디(110)의 길이 방향을 따라 연장하는 적어도 하나 이상의 워킹 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바디(110)는 제1구조체(120A)의 길이 방향 부재들(123A, 124A) 및 제2구조체(120B)의 길이 방향 부재들(123B, 124B)을 각각 수용하는 복수 개의 전극 채널들(111A, 111B, 112A, 112B), 내시경이 이동하는 내시경 채널(113) 및 유체가 유동하는 유체 채널(114)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 내시경 채널(113) 및 유체 채널(114)은 바디(110)의 말단부에 형성된 자기 요소(130)를 넘어 연장함으로써 내시경 및 유체가 바디(110)의 말단부에 형성된 자기 요소(130)로부터 빠져나오거나 바디(110)의 말단부에 형성된 자기 요소(130)로 진입할 수 있다. 한편, 복수 개의 전극 채널들(111A, 111B, 112A, 112B)은 바디(110)의 말단부에 형성된 자기 요소(130)까지 제한될 수 있다.
일 실시예에서, 바디(110)의 단면을 기준으로 볼 때, 복수 개의 전극 채널들(111A, 111B, 112A, 112B)은 바디(110)의 측부들에 배치되고, 내시경 채널(113)은 바디(110)의 상부에 배치되고, 유체 채널(114)은 바디(110)의 하부에 배치될 수 있다.
제1구조체(120A) 및 제2구조체(120B)는 그 적어도 일부의 형태의 각각이 유지 또는 변화하도록 구성될 수 있다. 제1구조체(120A)는 전극(121A, 122A), 전극(121A, 122A)으로부터 연장하는 제1 길이 방향 부재(123A)와 제2 길이 방향 부재(124A), 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)를 포함할 수 있다. 제2구조체(120B)는 전극(121B, 122B), 전극(121B, 122B)으로부터 연장하는 제1 길이 방향 부재(123B)와 제2 길이 방향 부재(124B), 제1 강성 제어부(125B) 및 제2 강성 제어부(126B)를 포함할 수 있다.
이하, 제1구조체(120A)의 하위 구성요소들에 대해서 상세하게 설명하기로 한다. 특별히 달리 언급하지 않는 한, 기능, 형상, 물질, 크기, 형태, 배향 등의 관점에서, 제2구조체(120B)의 하위 구성요소들은 제1구조체(120A)의 하위 구성요소들과 실질적으로 동일한 것으로 이해될 수 있다.
전극(121A, 122A)은 양극 및 음극 중 어느 하나의 극성을 갖는 제1극(121A) 및 다른 하나의 극성을 갖는 제2극(122A)을 포함할 수 있다. 전극(121A, 122A)은 에너지 저장 요소(미도시)와 길이 방향 부재들(123A, 124A) 사이에 전기 에너지를 중개하도록 구성된다. 전극(121A, 122A)은 전도성 물질로 형성된다.
일 실시예에서, 전극(121A, 122A)은 구조체(120A)의 중간 부분이 아닌 구조체(120A)의 단부에만 존재할 수 있다. 예를 들어, 제1극(121A)은 제1 길이 방향 부재(123A)의 근위 단부에 연결되고, 제2극(122A)은 제2 길이 방향 부재(124A)의 근위 단부에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 제1극(121A)은 제1 길이 방향 부재(123A)의 중간 부분에 존재하지 않고, 제2극(122A)은 제2 길이 방향 부재(124A)의 중간 부분에 존재하지 않을 수 있다. 이는 구조체(120A)의 전체적인 부피를 감소시킬 수 있다.
제1 길이 방향 부재(123A)는 제1극(121A)과 전기 소통하도록 구성될 수 있다. 제1 길이 방향 부재(123A)는 제1극(121A)으로부터 연장할 수 있다. 제1 길이 방향 부재(123A)는 전도성 물질로 형성될 수 있다. 제2 길이 방향 부재(124A)는 제2극(122A)과 전기 소통하도록 구성될 수 있다. 제2 길이 방향 부재(124A)는 제2극(122A)으로부터 연장할 수 있다. 제2 길이 방향 부재(124A)는 전도성 물질로 형성될 수 있다.
제1 길이 방향 부재(123A) 및 제2 길이 방향 부재(124A)는 자기 요소(130)와 함께 폐루프를 형성할 수 있다.
제1 길이 방향 부재(123A)는 제1세그먼트(S1) 및 제2세그먼트(S2)를 포함하고, 제2 길이 방향 부재(124A)는 제3세그먼트(S3) 및 제4세그먼트(S4)를 각각 포함할 수 있다. 제1세그먼트(S1)는 제1 길이 방향 부재(123A)를 구성하는 부분 중 형태가 유지되는 부분이다. 제1세그먼트(S1)는 제2세그먼트(S2)보다 상대적으로 단단한 부분일 수 있다. 제1세그먼트(S1)는 전극(121A) 및 제2세그먼트(S2)에 접속될 수 있다. 제2세그먼트(S2)는 제1 길이 방향 부재(123A)를 구성하는 부분 중 형태가 변화되는 부분이다. 제2세그먼트(S2)는 제1세그먼트(S1)보다 상대적으로 유연한 부분일 수 있다. 제2세그먼트(S2)는 제1세그먼트(S1) 및 자기 요소(130)에 접속될 수 있다. 제3세그먼트(S3)는 제2 길이 방향 부재(124A)를 구성하는 부분 중 형태가 유지되는 부분이다. 제3세그먼트(S3)는 제4세그먼트(S4)보다 상대적으로 단단한 부분일 수 있다. 제3세그먼트(S3)는 전극(121B) 및 제4세그먼트(S4)에 접속될 수 있다. 제4세그먼트(S4)는 제2 길이 방향 부재(124A)를 구성하는 부분 중 형태가 변화되는 부분이다. 제4세그먼트(S4)는 제3세그먼트(S3)보다 상대적으로 유연한 부분일 수 있다. 제4세그먼트(S4)는 제3세그먼트(S3) 및 자기 요소(130)에 접속될 수 있다.
제2세그먼트(S2)는 제1서브세그먼트(S21) 및 제2서브세그먼트(S22)를 포함할 수 있다. 제1서브세그먼트(S21)는 제1세그먼트(S1) 및 제2서브세그먼트(S22)에 접속되고, 제2서브세그먼트(S22)는 제1서브세그먼트(S21) 및 자기 요소(130)에 접속될 수 있다. 제4세그먼트(S4)는 제3서브세그먼트(S41) 및 제4서브세그먼트(S42)를 포함할 수 있다. 제3서브세그먼트(S41)는 제3세그먼트(S3) 및 제4서브세그먼트(S42)에 접속되고, 제4서브세그먼트(S42)는 제3서브세그먼트(S41) 및 자기 요소(130)에 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제1서브세그먼트(S21)에 제1 강성 제어부(125A)가 설치되고, 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제2서브세그먼트(S22)에 제1 강성 제어부(125A)가 설치되지 않을 수 있다. 또한, 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제3서브세그먼트(S41)에 제2 강성 제어부(126A)가 설치되지 않고, 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제4서브세그먼트(S42)에 제2 강성 제어부(126A)가 설치될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 강성 제어부(125A)의 강성 변화 및 제2 강성 제어부(126A)의 강성 변화는 각각 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제1서브세그먼트(S21)의 형태 변화 및 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제4서브세그먼트(S42)의 형태 변화를 유발하고, 이들의 형태 변화는 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제2서브세그먼트(S22)의 형태 변화 및 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제3서브세그먼트(S41)의 형태 변화를 유발할 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제1서브세그먼트(S21)에 제1 강성 제어부(125A)가 설치되지 않고, 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제2서브세그먼트(S22)에 제1 강성 제어부(125A)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제3서브세그먼트(S41)에 제2 강성 제어부(126A)가 설치되고, 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제4서브세그먼트(S42)에 제2 강성 제어부(126A)가 설치되지 않을 수 있다.
도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 제1 길이 방향 부재(123A)의 제1서브세그먼트(S21) 및 제2 길이 방향 부재(124A)의 제3서브세그먼트(S41)에 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 각각 설치되고, 제1 길이 방향 부재(123A)의 제2서브세그먼트(S22) 및 제2 길이 방향 부재(124A)의 제4서브세그먼트(S42)의 각각에 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 설치되지 않을 수도 있다.
도시되지 않은 또 다른 대안적인 실시예에서, 제1 길이 방향 부재(123A)의 제1서브세그먼트(S21) 및 제2 길이 방향 부재(124A)의 제3서브세그먼트(S41)의 각각에 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 설치되지 않고, 제1 길이 방향 부재(123A)의 제2서브세그먼트(S22) 및 제2 길이 방향 부재(124A)의 제4서브세그먼트(S42)에 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 각각 설치될 수도 있다.
도시되지 않은 추가적인 실시예에서, 제1서브세그먼트(S21) 및 제2서브세그먼트(S22) 모두에 제1 강성 제어부(125A)가 설치되고, 제3서브세그먼트(S41) 및 제4서브세그먼트(S42) 모두에 제2 강성 제어부(126A)가 설치될 수도 있다.
제1 길이 방향 부재(123A) 및 제2 길이 방향 부재(124A)가 서로 대향하는 관점에서 볼 때, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 엇갈려 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
제1 강성 제어부(125A)는 제1 온도 범위 내에서 강성이 제1 기준 강성보다 감소하고 제1 온도 범위 외에서 강성이 제1 기준 강성보다 증가 또는 제1 기준 강성과 실질적으로 동일하게 유지되도록 구성된다. 제1 기준 강성은 제1 강성 제어부(125A)의 제어 전 제1 강성 제어부(125A)가 가지는 강성을 의미한다. 제1 강성 제어부(125A)는 제1 길이 방향 부재(123A)에 설치되어 제1 길이 방향 부재(123A) 중 제1 강성 제어부(125A)가 설치된 부분의 형태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 강성 제어부(125A)는 제1서브세그먼트(S21)에 설치될 수 있다.
제1 강성 제어부(125A)는 제1 길이 방향 부재(123A)를 통해 전극(121A, 122A)으로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 전기 에너지가 제1 강성 제어부(125A)로 전달될수록 제1 강성 제어부(125A)에서 열이 발생하므로 제1 강성 제어부(125A)의 온도가 상승할 수 있다. 반대로, 제1 길이 방향 부재(123A)를 통해 전극(121A, 122A)으로부터 제1 강성 제어부(125A)로의 전기 에너지 공급이 차단되면, 제1 강성 제어부(125A)의 온도가 하강할 수 있다.
제2 강성 제어부(126A)는 제2 온도 범위 내에서 강성이 제2 기준 강성보다 감소하고 제2 온도 범위 외에서 강성이 제2 기준 강성보다 증가 또는 제2 기준 강성과 실질적으로 동일하게 유지되도록 구성된다. 제2 기준 강성은 제2 강성 제어부(126A)의 제어 전 제2 강성 제어부(126A)가 가지는 강성을 의미한다. 제2 강성 제어부(126A)는 제2 길이 방향 부재(124A)에 설치되어 제2 길이 방향 부재(124A) 중 제2 강성 제어부(126A)가 설치된 부분의 형태를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 강성 제어부(126A)는 제4서브세그먼트(S42)에 설치될 수 있다.
제2 강성 제어부(126A)는 제2 길이 방향 부재(124A)를 통해 전극(121A, 122A)으로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 전기 에너지가 제2 강성 제어부(126A)로 전달될수록 제2 강성 제어부(126A)에서 열이 발생하므로 제2 강성 제어부(126A)의 온도가 상승할 수 있다. 반대로, 제2 길이 방향 부재(124A)를 통해 전극(121A, 122A)으로부터 제2 강성 제어부(126A)로의 전기 에너지 공급이 차단되면, 제2 강성 제어부(126A)의 온도가 하강할 수 있다.
제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 각각 제1 온도 범위 내에서만 그리고 제2 온도 범위 내에서만 강성이 '감소'하고 제1 온도 범위 외에서 그리고 제2 온도 범위 외에서 강성이 '증가 또는 유지'되도록 한 것은 의료 디바이스(10)를 제어하는 사용자의 목적 및 의료 디바이스(10)가 삽입되는 대상체의 내부 프로파일에 따라 사용자가 구조체(120A)의 형태를 변화시킨 후, 그 형태를 유지하면서 추가적인 작업을 수행할 필요성을 고려한 것이다. 강성 감소에 따른 형태 변화 후, 강성이 증가 또는 유지되어 의료 디바이스(10)의 변화된 형태가 고정된다는 점에서, 강성 제어부들은 설정 온도 범위에서 설정 형상으로 형태가 변화했다가 설정 온도 범위 외에서 형상이 다시 되돌아가는 형상 기억 합금 엑추에이터(shape memory alloy actuator)와는 다른 것이다. 따라서, 사용자는 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)의 온도 제어를 통해 의료 디바이스(10)를 원하는 형태로 자유자재로 변화시킨 후, 그 형태를 고정시켜 원하는 강성의 의료 디바이스(10)를 통해 목표로 하는 추가적인 작업을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 폴리머를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 전도성 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 그래핀 폴리락트산(graphene polylactic acid; GPLA)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 온도 범위는 약 50도 부근이고, 제2 온도 범위는 약 50도 부근일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 온도 범위 및 제2 온도 범위는 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 온도 범위 및 제2 온도 범위가 실질적으로 동일하다는 것은 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 실질적으로 동일한 거동 특성을 나타낸다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 연동 구동되는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 온도 범위 및 제2 온도 범위는 서로 상이할 수 있다. 제1 온도 범위 및 제2 온도 범위가 서로 상이하다는 것은 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)가 서로 상이한 거동 특성을 나타낸다는 것을 의미한다. 다시 말하면, 제1 강성 제어부(125A) 및 제2 강성 제어부(126A)는 독립 구동되는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 제1구조체(120A) 및 제2구조체(120B)는 자기 요소(130)와 함께 단일의 구조체를 형성할 수 있다. 도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 제1구조체(120A) 및 제2구조체(120B) 중 어느 하나의 구조체만 자기 요소(130)와 함께 단일의 구조체를 형성할 수도 있다.
일 실시예에서, 제1구조체(120A) 및 제2구조체(120B)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 대안적으로, 제1구조체(120A) 및 제2구조체(120B)는 이들이 연장하는 방향을 기준으로 서로 대칭적인 구조를 가질 수도 있다.
자기 요소(130)는 외부 자기장과 커플링 될 수 있다. 외부 자기장이 인가되면, 외부 자기장의 세기 및 방향에 따라 자기 요소(130)의 배향이 결정될 수 있다. 자기 요소(130)는 제1 길이 방향 부재(123A)의 단부 및 제2 길이 방향 부재(124A)의 단부를 연결하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 자기 요소(130)는 선택적으로 전자기 커플링 하도록 구성되는 전자석을 포함할 수 있다. 이는 사용자가 원하지 않는 시기에도 자기 요소(130)에 자기장이 커플링되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 대상체로부터 의료 디바이스(10)를 제거하고자 할 때, 자기 요소(130)의 자기 커플링이 해제되어 있으면, 의료 디바이스(10)가 대상체로부터 쉽게 빠져나올 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제1상태도이고, 도 5는 도 4의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 자기 요소(130)에 외부 자기장(B)이 인가되면, 자기 요소(130)는 외부 자기장(B)의 세기 및 방향에 따라 힘을 받기 시작한다. 이 때, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도는 각각 제1 온도 범위 외 및 제2 온도 범위 외에 있다. 따라서, 단단하게 형태가 유지되는 제1세그먼트(S1) 및 제3세그먼트(S3)를 비롯하여 제1서브세그먼트(S21)의 형태, 제2서브세그먼트(S22), 제3서브세그먼트(S41) 및 제4서브세그먼트(S42)의 형태가 유지되고 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제2상태도이고, 도 7은 도 6의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 외부 자기장(B)이 수평 방향으로 인가됨에 따라 자기 요소(130)의 배향이 수평 방향으로 결정되고, 자기 요소(130)의 수평 방향으로의 이동은 수직 방향으로 각각 연장하는 제2서브세그먼트(S22)의 형태 변화 및 제4서브세그먼트(S42)의 형태 변화를 유발할 수 있다. 이 때, 제2서브세그먼트(S22) 및 제4서브세그먼트(S42)가 원하는 형태로 구부러질 수 있도록, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도는 제1 온도 범위 외로 제어되고, 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도는 제2 온도 범위 내로 제어된다. 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 강성이 급격하게 감소하면서 제4서브세그먼트(S42)의 형태 변화가 유발된다.
도 8은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제3상태도이고, 도 9는 도 8의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 외부 자기장(B)이 수평 방향으로 인가되는 동안, 도 6 및 도 7의 의료 디바이스보다 좀 더 굽은 형태의 의료 디바이스로 변화시키기 위해, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도를 제1 온도 범위 내로 제어하고, 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도를 제2 온도 범위 내로 제어한다. 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 강성 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 강성이 급격하게 감소하면서 제1서브세그먼트(S21), 제2서브세그먼트(S22), 제3서브세그먼트(S41) 및 제4서브세그먼트(S42)의 형태가 굽어지도록 변화한다.
도 10은 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제4상태도이고, 도 11은 도 10의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 외부 자기장(B)이 수평 방향으로 인가되는 동안, 의료 디바이스의 말단 부분의 형태를 직선 형태로 유지할 필요가 있는 경우가 있다. 앞서 도 6 내지 도 9를 참조하며 설명한 방식과 마찬가지로, 사용자는 제1서브세그먼트(S21) 및 제3서브세그먼트(S41)의 형태 변화를 유발하기 위해, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도를 제1 온도 범위 내로 제어하고, 제2서브세그먼트(S22) 및 제4서브세그먼트(S42)의 형태를 유지하기 위해, 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도를 제2 온도 범위 외로 제어한다.
도 12는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제5상태도이고, 도 13은 도 12의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 사용자는 필요에 따라서 외부 자기장(B)의 방향 및 세기를 변화시킬 수도 있다. 앞서 도 4 내지 도 11을 참조하며 설명했던 외부 자기장(B)의 방향과 다른 방향으로 자기장(B)을 아래로 인가하면, 자기 요소(130)가 아래로 힘을 받을 수 있다. 이 때, 의료 디바이스가 원하는 형태로 구부러지기 위해, 사용자는 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도를 제1 온도 범위 외로 제어하고, 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도를 제2 온도 범위 내로 제어함으로써, 도 4에서 설명했던 제1서브세그먼트(S21) 및 제3서브세그먼트(S41)의 형태를 유지시키고, 제2서브세그먼트(S22) 및 제4서브세그먼트(S42)의 형태 변화를 유발할 수 있다. 이에 따라, 의료 디바이스는 전체적으로 갈고리 형태를 가지게 된다.
도 14는 일 실시예에 따른 의료 디바이스의 제6상태도이고, 도 15는 도 14의 의료 디바이스의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 사용자는 앞서 도 12 및 도 13을 참조하며 설명했던 의료 디바이스의 굽은 형태보다 곡률 반경이 더 큰 굽은 형태를 갖는 의료 디바이스를 이용할 수도 있다. 이 실시예에서, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도는 각각 제1 온도 범위 내 및 제2 온도 범위 내에 있다. 이에 따라, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 강성 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 강성이 급격하게 감소하고, 제1서브세그먼트(S21), 제2서브세그먼트(S22), 제3서브세그먼트(S41) 및 제4서브세그먼트(S42)가 구부러질 수 있다.
상기와 같이, 자기 요소(130)에 인가하는 외부 자기장(B)의 방향 및 세기의 제어, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도 제어 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도 제어는 서로 독립적으로 이루어질 수 있으며, 자기 요소(130), 제1 강성 제어부(125A, 125B) 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)를 어떻게 제어하는지 여부에 따라 의료 디바이스의 형태가 달라짐을 확인할 수 있다. 참고로, 본원에 개시된 실시예는 자기 요소(130), 제1 강성 제어부(125A, 125B) 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 제어 방식을 설명하기 위해 예시적으로 나열되었을 뿐, 본원에 개시된 실시예 외에 다른 방식으로, 즉 외부 자기장(B)의 방향 및 세기의 변화, 제1 강성 제어부(125A, 125B)의 온도 제어 및 제2 강성 제어부(126A, 126B)의 온도 제어를 통해 의료 디바이스의 형태를 다양하게 만들 수 있음이 이해될 것이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 가변 강성을 갖는 구조체에 있어서,
    전극;
    상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제1 길이 방향 부재;
    상기 제1 길이 방향 부재에 설치되고 제1 온도 범위 내에서 강성이 제1 기준 강성보다 감소하고 상기 제1 온도 범위 외에서 강성이 상기 제1 기준 강성보다 증가 또는 상기 제1 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제1 강성 제어부;
    상기 전극으로부터 연장하고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 제2 길이 방향 부재;
    상기 제2 길이 방향 부재에 설치되고 제2 온도 범위 내에서 강성이 제2 기준 강성보다 감소하고 상기 제2 온도 범위 외에서 강성이 상기 제2 기준 강성보다 증가 또는 상기 제2 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 제2 강성 제어부; 및
    상기 제1 길이 방향 부재 및 상기 제2 길이 방향 부재를 연결하고, 인가되는 외부 자기장과 커플링되어 상기 외부 자기장의 세기 및 방향에 따라 배향이 결정되는 자기 요소;
    를 포함하는 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부는 전도성 폴리머를 각각 포함하는 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 길이 방향 부재는
    형태를 유지하도록 구성되는 제1세그먼트; 및
    상기 제1세그먼트 및 상기 자기 요소에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제2세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 제2 길이 방향 부재는
    형태를 유지하도록 구성되는 제3세그먼트; 및
    상기 제3세그먼트 및 상기 자기 요소에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제4세그먼트;
    를 포함하는 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2세그먼트는
    상기 제1 강성 제어부가 설치되는 제1서브세그먼트; 및
    상기 제1서브세그먼트에 접속되고 상기 제1 강성 제어부가 설치되지 않는 제2서브세그먼트;
    를 포함하고,
    상기 제4세그먼트는
    상기 제2 강성 제어부가 설치되지 않는 제3서브세그먼트; 및
    상기 제3서브세그먼트에 접속되고 상기 제2 강성 제어부가 설치되는 제4서브세그먼트;
    를 포함하는 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1서브세그먼트는 상기 제1세그먼트에 접속되고, 상기 제2서브세그먼트는 상기 자기 요소에 접속되고, 상기 제3서브세그먼트는 상기 제3세그먼트에 접속되고, 상기 제4서브세그먼트는 상기 자기 요소에 접속되는 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 범위는 상기 제2 온도 범위와 동일한 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 범위는 상기 제2 온도 범위와 상이한 구조체.
  8. 제1항에 따른 구조체를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 자기 요소가 목표 방향을 바라보도록 상기 자기 요소를 자기적으로 커플링시키는 단계;
    상기 제1 강성 제어부의 강성 및 상기 제2 강성 제어부의 강성이 감소하도록 상기 전극으로부터 상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부로 전기 에너지를 공급하는 단계; 및
    상기 제1 강성 제어부의 강성 및 상기 제2 강성 제어부의 강성이 증가 또는 유지되도록 상기 전극으로부터 상기 제1 강성 제어부 및 상기 제2 강성 제어부로 전기 에너지를 차단하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  9. 전극;
    상기 전극으로부터 연장하고 대상체의 내부에 삽입되도록 구성되고 상기 전극과 전기 소통하도록 구성된 길이 방향 부재;
    상기 길이 방향 부재에 설치되고 설정 온도 범위 내에서 강성이 기준 강성보다 감소하고 상기 설정 온도 범위 외에서 강성이 상기 기준 강성보다 증가 또는 상기 기준 강성과 동일하게 유지되도록 구성된 강성 제어부; 및
    상기 길이 방향 부재의 단부에 설치되고, 인가되는 외부 자기장과 커플링되어 상기 외부 자기장의 세기 및 방향에 따라 배향이 결정되는 자기 요소;
    를 포함하는 의료 디바이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 강성 제어부는 전도성 폴리머를 포함하는 의료 디바이스.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 길이 방향 부재는
    형태를 유지하도록 구성되는 제1세그먼트; 및
    상기 제1세그먼트에 접속되고 형태가 변화하도록 구성되는 제2세그먼트;
    를 포함하는 의료 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2세그먼트는
    상기 강성 제어부가 설치되는 제1서브세그먼트; 및
    상기 강성 제어부가 설치되지 않는 제2서브세그먼트;
    를 포함하는 의료 디바이스.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 자기 요소는 선택적으로 전자기 커플링 하도록 구성된 전자석을 포함하는 의료 디바이스.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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