KR102315495B1 - 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법 - Google Patents

어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 사용자가 핸드피스를 사용하기 위해 핸드피스에 어태치먼트(Attachment)인 버(bur) 또는 블레이드(blade)를 삽입하는 경우 핸드피스가 해당 어태치먼트의 정보를 파악하고 자동으로 토크 및 rpm을 결정하여 핸드피스를 구동하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법에 관한 것으로서,
센싱 마크가 형성된 의료용 어태치먼트를 핸드피스에 결합하는 단계; 상기 핸드피스에 형성된 센서부에서 상기 핸드피스에 결합된 어태치먼트의 마크에 대한 정보를 센싱하는 단계; 상기 핸드피스의 센서부가 상기 센싱된 어태치먼트의 정보를 컨트롤러에 전송하는 단계; 상기 컨트롤러가 상기 센서부가 전송한 어태치먼트의 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 정보에 따라 토크 및 rpm을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 토크 및 rpm에 따라 핸드피스를 구동하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법을 제공한다.

Description

어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법{The operating method of surgical handpiece through auto-cognition of attachment}
본 발명은 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 사용자가 핸드피스를 사용하기 위해 핸드피스에 어태치먼트(Attachment)인 버(bur) 또는 블레이드(blade)를 삽입하는 경우 핸드피스가 해당 어태치먼트의 정보를 파악하고 자동으로 토크 및 rpm을 결정하여 핸드피스를 구동하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 외과수술용 핸드피스는 건(gun)형 또는 펜슬(pencil)형의 구조를 가지고 있으며, 구동 동력원으로는 공압에너지를 사용하는 공압 모터와 전기에너지를 사용하는 전기모터를 사용하는 것이 일반적이다. 공압에너지를 사용하는 경우 공압 모터의 회전력을 기어 어셈블리를 통해 절삭공구(드릴)에 인가하는 구조를 가지고 있으며 전기에너지를 시용하는 전기모터는 기기내부의 컨트롤러(Controller) 와 전기모터 그리고 기구 에셈블리를 사용하는 경우이다. 핸드피스는 용도에 따라서 어태치먼트(Attachment)를 사용하여 수술부위를 절단, 가공, 드릴링을 하게 되며, 어태치먼트는 종류에 따라 버(Bur), 블레이드(Blade), 림머(Rimmer), 드릴(Drill) 기능을 갖는 것으로 구분할 수 있다.
종래의 기술 핸드피스를 살펴보면, 건형(Gun) 핸드피스 경우 블레이드를 장착하여 사용하며, 팬슬형(Pencil) 핸드피스 경우 버 또는 블레이드가 장착된다. 사용자는 버 또는 블레이드의 용도가 라지본(large bone)용인지 또는 스몰본(small bone)용인지를 판단하여 용도에 맞는 핸드피스를 사용해야 했으며, 버(Bur)인지 블레이드(Blade)인지도 판단하고 직접 수동으로 토크와 rpm을 조정하여야 했다. 이로 인한 과도한 토크 및 rpm의 사용으로 환자의 안전 및 사용자의 불편함이 있었다. 따라서 수술을 위한 절단, 가공, 드릴링이 필요한 경우 핸드피스는 용도에 따라서 어태치먼트(Attachment)를 장착하게 되며 버, 드릴, 림머, 블레이드를 삽입하는 경우, 핸드피스가 버, 드릴, 림머, 블레이드 정보를 센싱하고 그에 맞는 토크와 rpm을 자동으로 구동하게 해주어 환자의 안전 및 사용자의 실수를 사전에 예방해야할 필요가 있다.
등록특허공보 제10-1406657호(2014.06.03. 등록) 공개특허공보 제10-2014-0133934호(2014.11.20. 공개) 공개특허공보 제10-2015-0126608호(2015.11.12. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 핸드피스에 버나 블레이드 등의 어태치먼트가 삽입 고정되는 경우, 핸드피스에서 어태치먼트의 정보를 파악하여 자동으로 해당 어태치먼트에 맞는 토크와 rpm으로 작동되도록 하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 센싱 마크가 형성된 의료용 어태치먼트를 핸드피스에 결합하는 단계; 상기 핸드피스에 형성된 센서부에서 상기 핸드피스에 결합된 어태치먼트의 마크에 대한 정보를 센싱하는 단계; 상기 핸드피스의 센서부가 상기 센싱된 어태치먼트의 정보를 컨트롤러에 전송하는 단계; 상기 컨트롤러가 상기 센서부가 전송한 어태치먼트의 정보를 수신하는 단계; 상기 수신된 정보에 따라 토크 및 rpm을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 토크 및 rpm에 따라 핸드피스를 구동하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법을 제공한다.
본 발명에서 마크는, 자석, RFID 또는 기계적 접점의 형태로 표시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 센서부는, 릴형태의 스위치, RFID 리더기 또는 기계적 스위치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 컨트롤러는, 센서부의 센싱신호를 받는 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치의 신호를 받아 구동력을 주기 위한 모터드라이브와, 상기 모터드라이브의 구동신호를 받아 회전하는 모터구동부 및 상기 중앙처리장치, 모터드라이브 및 모터구동부에 전원을 공급하는 전원부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 컨트롤러는, 피드백제어를 통해 해당 어태치먼트의 토크와 rpm을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 핸드피스에 어태치먼트를 삽입하면, 그 어태치먼트의 정보를 파악하여 그에 맞는 토크와 rpm을 제공하여 주기 때문에, 사용자가 쉽고 간편하게 핸드피스를 구동하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 하나의 핸드피스로 다수의 어태치먼트를 사용할 수 있기 때문에 경제적 절감효과를 가지며, 많은 종류의 어태치먼트(Attachment)를 인식하여 해당 어태치먼트(Attachment)에 대한 최대 토크 및 rpm을 자동 조절하여 주기 때문에 환자의 안전 및 사용자의 편의성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 사용되는 핸드피스의 종류 도면.
도 3은 본 발명에 사용되는 블레이드의 사시도.
도 4는 본 발명에 사용되는 버의 사시도.
도 5는 본 발명에 사용되는 컨트롤러의 구성도.
이하, 본 발명 방향전환기능이 구비된 외과수술용 핸드피스에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 사용되는 핸드피스의 종류 도면이고, 도 3은 본 발명에 사용되는 블레이드의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 사용되는 버의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 사용되는 컨트롤러의 구성도이다.
도 1은 본 발명에 따른 핸드피스 구동방법의 순서도를 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 핸드피스 구동방법은, 센싱 마크가 형성된 의료용 어태치먼트를 핸드피스에 결합하는 단계(S1); 상기 핸드피스에 형성된 센서부에서 상기 핸드피스에 결합된 어태치먼트의 마크에 대한 정보를 센싱하는 단계(S2); 상기 핸드피스의 센서부가 상기 센싱된 어태치먼트의 정보를 컨트롤러에 전송하는 단계(S3); 상기 컨트롤러가 상기 센서부가 전송한 어태치먼트의 정보를 수신하는 단계(S4); 상기 수신된 정보에 따라 토크 및 rpm을 결정하는 단계(S5); 및 상기 결정된 토크 및 rpm에 따라 핸드피스를 구동하는 단계(S6)로 이루어진다.
구체적으로 살펴보면 핸드피스(10, 20)에 어태치먼트(30, 40)를 결합하는 단계(S1)를 거친다. 핸드피스(10, 20)는 의료용 핸드피스로서 라지본(large bone) 또는 스몰본(small bone)에 따라 토크와 rpm이 달라진다. 또한, 라지본 또는 스몰본에 따라서 장착되는 어태치먼트의 크기와 형태도 달라진다. 따라서, 핸드피스(10, 20)에 먼저 일정한 정보를 가진 어태치먼트(30, 40)가 먼저 결합된다.
다음으로, 핸드피스(10, 20)에 형성된 센서부(11, 21)에서 핸드피스(10, 20)에 결합된 어태치먼트의 마크에 대한 정보를 센싱하는 단계(S2)를 거친다. 핸드피스(10, 20)의 내부에는 센서부(11, 21)가 형성된다. 센서부(11, 21)는 어태치먼트가 결합되는 부분에 형성됨이 바람직하며, 센서부(11, 21)를 통해서 결합된 어태치먼트가 어떤 도구인지를 파악할 수 있도록 한다. 센서부(11, 21)는 어태치먼트가 결합되면 도 3 및 도 4에 도시된 어태치먼트에 형성된 마크(34, 44)를 센싱한다. 마크(34, 44)는 다양한 형태로 부착 또는 장착될 수 있다. 여러가지 방식의 표식자를 마크로 사용할 수 있는데, 특히 자석, RFID 또는 기계적 접점의 형태로 마크가 형성될 수 있다. 자석의 경우는 센서부(11, 21)가 릴 스위치로 작동하여 어떠한 어태치먼트인지를 파악할 수 있으며, RFID의 경우는 센서부(11, 21)가 RFID 리더기의 형태로 형성되어 RFID 마크를 스캔하여 어떠한 어태치먼트인지를 파악할 수 있으며, 기계적 접점의 경우는 어태치먼트에 접점이 형성되어 접점이 핸드피스에 스위치로 작동하도록 하여 어떠한 어태치먼트인지를 파악할 수 있다. 릴 스위치를 예를 들면, 4개의 신호를 줄 수 있는 자석을 부착함으로써 최소 16가지의 어태치먼트를 구별할 수 있다. 즉, 자석이 부착되는 위치에 따라 16개의 신호를 만들어 낼 수 있다. 접점의 경우도 접점이 어디에 형성되어 있는지 여부에 따라 다양한 신호를 만들어낼 수 있다. RFID의 경우는 어태치먼트에 아주 많은 ID를 부여할 수 있으므로, RFID의 경우는 어태치먼트의 종류가 아주 많은 경우에 이용할 수 있다.
다음으로, 핸드피스(10, 20)의 센서부(11, 21)가 센싱된 어태치먼트(30, 40)의 정보를 컨트롤러(12, 22)에 전송하는 단계(S3)를 거친다. 일단 센서부(11, 21)는 어태치먼트(30, 40)가 결합되면 어태치먼트에 형성된 마크(34, 44)를 읽고, 마크(34, 44)의 정보를 핸드피스(10, 20)의 컨트롤러(12, 22)로 전송한다.
다음으로, 컨트롤러(12, 22)가 센서부(11, 21)가 전송한 어태치먼트의 정보를 수신하는 단계(S4)를 거친다. 따라서 컨트롤러(12, 22)는 센서부(11, 21)의 센싱신호를 수신하는 신호 수신부를 구비하고 있으며, 컨트롤러(12, 22)는 수신된 신호를 바탕으로 어태치먼트(30, 40)의 정보(ex. ID, Serial No. 등)를 파악하게 된다. 컨트롤러(12, 22)는 컨트롤러(12, 22)의 데이터 저장부에 저장된 정보와 비교하여 어떠한 어태치먼트(30, 40)가 결합되었는지를 파악한다.
다음으로, 컨트롤러(12, 22)는 수신된 정보에 따라 토크 및 rpm을 결정하는 단계(S5)를 거친다. 컨트롤러(12, 22)는 수신된 정보에 따라 중앙처리장치(121, 221)는 어태치먼트의 정보를 파악하게 되고, 파악된 정보를 바탕으로 해당 어태치먼트의 토크 및 rpm을 결정한다. 해당 어태치먼트의 토크 및 rpm이 결정되면, 컨트롤러(12, 22)는 모터드라이브(Motor Drive)(122, 222)에 신호를 전송하고, 모터구동부(123, 223)는 구동신호를 모터로 전송하게 된다. 컨트롤러의 중앙처리장치(121, 221)는 마이콤(MICOM) 또는 CPLD(Complex Programmable Logic Device)를 사용할 수 있다. 컨트롤러(12, 22)의 구성으로서, 중앙처리장치(121, 221)와 모터 드라이버(122, 222) 및 모터 구동부(123, 223)는 모두 전원부(124, 224)에서 전원이 인가되어야 구동될 수 있으므로 전원부(124, 224)도 컨트롤러의 구성이다.
다음으로, 컨트롤러(12, 22)는 결정된 토크 및 rpm에 따라 핸드피스를 구동하는 단계(S6)를 거친다. 앞서 설명한 바와 같이, 컨트롤러(12, 22)의 모터드라이브(122, 222)는 모터구동부(123, 223)로 구동신호를 전송하고, 모터는 구동신호에 따라 정해진 토크 및 rpm에 따라 어태치먼트(30, 40)를 구동하게 된다.
만일 컨트롤러(12, 22)가 정확한 정보를 수신하지 못하는 경우 어태치먼트와 핸드피스가 결합하는 단계로 피드백되고, 피드백된 상태에서 다시 어태치먼트의 마크(34, 44) 정보를 센싱하는 절차를 반복해서 거치게 된다. 만일 마크(34, 44)가 없는 어태치먼트의 경우는 핸드피스가 구동되지 않게 되므로 사용자의 안전성이 확보될 수 있다. 또한 사용자가 마크가 없는 어태치먼트를 삽입한 경우 쉽게 파악할 수 있어서, 마크가 형성된 어태치먼트를 교체할 수 있어서 편의성도 확보될 수 있다.
구체적으로 자동제어의 피드백(feedback) 제어를 통해서 살펴보기로 한다. 피드백제어는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019043569731-pat00001
---(1)
상기 (1)식에 표현된 바와 같이, 출력값(Y(s))은 모터의 토크와 rpm으로 나타나고, 입력값(X(s))은 센서부(11, 21)에서 센싱된 센싱신호가 된다. H(s)는 검출변환장치라고 볼 수 있는데, 검출변환장치는 출력값인 모터의 토크와 rpm으로 변환해줄 수 있도록 어태치먼트의 종류에 따른 모터의 토크와 rpm의 신호로 변환하는 장치이며, 검출변환장치(H(s))를 통해 센서부에서 센싱된 신호에 따라 정해진 토크와 rpm으로 변환하고, 변환값은 컨트롤러인 G(s)로 전달된다. 그에 따라 컨트롤러(G(s))는 모터구동부를 정해진 토크와 rpm으로 회전구동하도록 제어한다. 이러한 과정은 피드백제어를 통해 달성된다. 예를 들어, 어태치먼트인 블레이드(30) 또는 버(40)에 표시된 마크(34, 44)의 수에 따라 해당 블레이드 또는 버의 토크 및 rpm을 결정할 수 있다. 또한, 어태치먼트인 블레이드 또는 버에 표시된 마크가 홈의 형태와 같은 경우, 기계적으로 홈에 삽입되는 센서부의 센싱에 따라서 블레이드 또는 버의 토크 및 rpm을 결정할 수 있다. 구체적인 예로서, 마크가 2개인 경우 센서부(11, 21)에서 센싱 신호((0,0), (0,1), (1,0), (1,1) 중의 어느 하나)를 컨트롤러(12, 22)로 전송하면 컨트롤러(12, 22)는 피드백제어를 통해서 모터의 토크와 rpm을 결정하여 모터를 구동하게 된다. 그에 따라 어태치먼트(30, 40)는 정해진 토크와 rpm에 따라 구동된다. 만일 마크와 센서가 4개로 구성되는 경우 센싱 신호의 경우의 수는 16가지가 될 수 있으며, 이러한 다수의 센싱 신호의 조합을 이용하여 다양한 형태의 어태치먼트의 토크와 rpm을 자동으로 조정할 수 있다. 그에 따라 사용자는 어태치먼트를 단순히 결합함으로써, 필요로 하는 토크와 rpm을 사용할 수 있기 때문에 별도의 조정에 따른 실수를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 잘못 적용된 토크 및 rpm에 의해 발생되는 부정확성을 미연에 방지하여 환자의 안정성을 도모할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
10, 20 : 핸드피스
11, 21 : 센서부 12, 22 : 컨트롤러
121, 221 : 중앙처리장치 122, 222 : 모터 드라이브
123, 223 : 모터 구동부 124, 224 : 전원부
30 : 블레이드 31 : 컷터
32 : 절삭물 배출홀 33 : 결합부
34 : 마크
40 : 버 41 : 컷터
42 : 버 바디 43 : 결합부
44 : 마크

Claims (5)

  1. 센싱 마크가 형성된 어태치먼트를 핸드피스에 결합하는 단계;
    상기 핸드피스에 형성된 릴스위치 또는 기계적 스위치 형태의 센서부에서 상기 핸드피스에 결합된 어태치먼트의 자석 또는 기계적 접점 형태로 표시되는 마크에 대한 정보를 센싱하는 단계;
    상기 핸드피스의 센서부가 상기 센싱된 어태치먼트의 정보를 컨트롤러에 전송하는 단계;
    상기 컨트롤러가 상기 센서부가 전송한 어태치먼트의 정보를 수신하는 단계;
    상기 수신된 정보에 따라 상기 컨트롤러가 토크 및 rpm을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 토크 및 rpm에 따라 상기 컨트롤러가 핸드피스를 구동하는 단계;로 이루어지고,
    상기 컨트롤러는, 피드백제어를 통해 해당 어태치먼트의 토크와 rpm을 결정하되, 상기 센서부의 센싱신호를 받는 중앙처리장치와, 상기 중앙처리장치의 신호를 받아 구동력을 주기 위한 모터드라이브와, 상기 모터드라이브의 구동신호를 받아 회전하는 모터구동부 및 상기 중앙처리장치, 모터드라이브 및 모터구동부에 전원을 공급하는 전원부로 구성되며,
    상기 마크는 상기 어태치먼트에 2 ~ 4개가 형성되고, 상기 형성된 마크의 조합에 의해 상기 토크와 rpm이 결정되는 것을 특징으로 하는 어태치먼트의 자동인식을 통한 의료용 핸드피스의 구동방법.
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