KR102459424B1 - 의료영상장비를 이용한 실시간 생검용 생검침조작로봇장치 - Google Patents

Abstract

의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서, 상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며, 상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와; 상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

의료영상장비를 이용한 실시간 생검용 생검침조작로봇장치{A real-time Biopsy manipulation robot device using a medical imaging equipment}

본 발명은 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 의료영상장비에서 환자의 생검부위를 영상으로 실시간 확인하면서 환자의 생검부위로 생검침바늘이 정확하게 삽입되도록 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것이다.

생검은 피부를 절개하지 않고 중공침을 생체 내 기관에 삽입하여 병리조직학적 검사용으로 조직 일부를 채취하는 검사법의 일종이다. 생검은 암의 초기 진단시 초음파, 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 등에 의해 종양이 의심되는 부위를 수술 전에 검진하는 것으로, 영상을 기반으로 조직검사를 수행한다.

CT 또는 MR과 같은 의료 영상을 이용한 생검을 실시할 경우에, 환자가 위치한 의료영상장비 갠트리 내부는 일반적으로 공간이 협소하고 일반적인 생검용 바늘은 직선형으로 길게 형성되어 많은 공간을 차지하므로 의료영상장비의 비좁은 갠트리 내부에서 환자의 조직 내부로 바늘 진입이 어려운 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 굴곡형 바늘 디바이스를 이용해 갠트리 내부에서 실시간으로 영상을 확인하면서 환자에게 생검시술을 시행하는 생검로봇시스템이 공개특허 제10-2016-0127653호에 개시된 바 있다.

개시된 "굴곡형 바늘 디바이스 및 이를 이용한 실시간 생검 로봇시스템"은 환자가 엎드려 누워있는 베드의 측면에 굴곡이 가능한 바늘 디바이스를 로봇제어부를 이용해 로봇 엔드 이펙터가 이동시켜 갠트리 내부에서 시술자가 영상을 확인하면서 바늘 디바이스를 생검부위로 삽입한 후 조직샘플을 생검할 수 있다.

도 1은 의료영상장비에서 촬영된 유방 영상의 일례이다. 도시된 바와 같이 생검부위(M)인 유방에서 샘플조직을 채취할 타겟위치(T, T1, T2)는 다양하게 위치된다.

개시된 종래 생검 로봇시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 환자가 엎드린 상태에서 유방의 측면에 생검할 부위를 고정하는 고정프레임(20)을 배치한다. 그리고, 굴곡형 바늘 디바이스(30)의 바늘(31)을 로봇 엔드 이펙터(40)를 이용해 생검부위로 삽입한다.

그런데, 종래 생검 로봇시스템은 시술자가 네비게이션을 이용해 원거리에서 조작하므로 다양한 타겟 위치로 굴곡형 바늘 디바이스(30)의 바늘(31)을 정확하게 삽입하기 어려운 한계가 있었다. 즉, 굴곡형 바늘 디바이스(30)를 베드(11)에 대해 수평방향 및 상하 위치로 정확하게 조절하기 어려운 한계가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 생검침모듈을 생검부위 내 생검 타겟위치로 정확하게 삽입하여 샘플조직을 생검할 수 있게 생검침모듈의 위치를 조작할 수 있는 생검침조작로봇장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다양한 종류의 의료영상장비에 호환되어 사용될 수 있는 생검침조작로봇장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상술한 본 발명의 목적은 의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 생검침조작로봇장치는, 상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며, 상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와; 상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 엔드이펙터(300)는, 상기 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와; 상기 케이싱부(310)의 내부에 좌우로 이동가능하게 결합되고, 상기 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 결합되며 상기 생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과; 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 상기 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되는 모듈이송축(333)과, 상기 모듈이송축(333)을 정역회전시키는 모듈이송모터(331)를 포함하며, 상기 모듈이송축(333)의 정역회전에 의해 상기 트리거모듈(320)을 생검부위로 전진 또는 후진시키고 상기 내부바늘(113)의 위치를 조절하는 모듈이송구동부(330)와;상기 모듈이송축(333)의 상부에 상기 외부바늘고정리브(112)와 결합되게 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 수평하게 배치되는 외부바늘구동축(343)과, 상기 외부바늘구동축(343)을 정역회전시키는 외부바늘구동모터(341)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 트리거모듈(320)의 상부에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성되고, 상면에 상기 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성되고, 하부에 상기 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동가능하게 결합되며 하부 양측면에 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 형성된 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된 외부바늘캐리어(325)와; 상기 외부바늘구동축(343)의 경로상에 결합되며 외주면에 나사산이 형성되고 일측에 상기 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동하며 상기 외부바늘캐리어(325)가 전후로 이동되게 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 돌출형성된 핸들(326)과; 상기 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며, 상기 외부바늘캐리어(325)가 상기 핸들(326)에 의해 전후 이동될 때, 상기 외부바늘캐리어(325)의 전진위치 및 후진위치를 제한하는 힌지(328)와; 상기 트리거모듈(320)의 내부를 관통하여 배치되는 탄성부재지지축(327)과, 상기 탄성부재지지축(327)의 외주면에 권취되어 상기 트리거모듈(320)의 후진시에 압축되며 상기 트리거모듈(320)이 전방으로 이동될 수 있는 탄성력을 제공하는 탄성부재(327a)를 포함하며, 상기 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 외측으로 돌출형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 하부로 돌출형성되고, 상기 힌지(328)의 후단 양측에는 상부로 돌출형성된 측면돌기(328-3)가 구비되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에는 우상향 방향으로 경사지게 형성된 리브삽입경사면(328-4)이 구비되고, 상기 핸들(326)에 의해 상기 외부바늘캐리어(325)가 후진하면 상기 전방힌지돌기(325-5)가 상기 측면돌기(328-3)를 따라 이동된 후 상기 측면돌기(328-3)에 걸려 전방이동이 제한되고, 상기 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 선단은 상기 리브삽입경사면(328-4)에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 외부바늘구동축(343)의 구동에 의해 상기 핸들(326)이 전진하며 상기 리브삽입경사면(328-4)에 상기 캐리어가압리브(326-1)가 삽입되며 상기 캐리어가압리브(326-1)를 가압하여 상기 전방힌지돌기(325-5)와 상기 측면돌기(328-3)의 걸림상태가 해제되게 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 케이싱부의 후방 하부와 상부에는 각각 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)이 구비되고, 상기 위치조절로봇(400)은, 상기 케이싱부(310)의 후방에 수직하게 배치된 로봇케이싱(410)과; 상기 로봇케이싱(410)의 하부에 수평하게 배치되는 하부암이동너트(455)을 갖는 하부암구동부(440)와; 상기 로봇케이싱(410)의 상부에 수평하게 배치되는 상부암이동너트(455)을 갖는 상부암구동부(450)와; 상기 하부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 하부 후단을 수평하게 연결하는 하부슬라이딩암(420)과; 상기 상부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 상부 후단을 수평하게 연결하는 상부슬라이딩암(430)과; 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430)의 단부를 상기 하부암피봇축(313b) 및 상기 상부암피봇축(313a)과 연결하는 하부암피봇축커넥터(460) 및 상부암피봇축커넥터(470)를 포함하며, 상기 하부암구동부(440)과 상기 상부암구동부(450) 각각의 길이변화는 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화로 전달되고, 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화는 상기 하부암피봇축(313b)과 상기 상부암피봇축(313a)에 대한 상기 케이싱부(310)의 상하방향 틸팅으로 전환될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 베드(11)에 환자의 머리 보다 위쪽에 결합되어 상기 위치조절로봇(400)이 상기 베드(11)에 결합되는 수평방향 위치 및 수직방향 높이를 하는 위치조절고정지그(500)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 생검침조작로봇장치는 엔드이펙터에 결합된 생검침모듈의 바늘부를 환자의 생검부위의 타겟위치로 정확하게 안내한다.

특히, 엔드이펙터의 모듈이송구동부와 외부바늘구동부가 내부바늘과 외부바늘을 함께 또는 독립적으로 각각 구동하여 바늘부의 침습깊이를 정확하게 조절하고, 생검이 정확하게 완료되게 제어한다.

또한, 생검침조작로봇장치는 네비게이션부를 통해 위치조절로봇을 조작하여 시술자가 안내하는 타겟위치로 수평방향과 높이방향 및 깊이방향으로 정확하게 안내하여 정밀한 생검시술이 가능하게 한다.

또한, 높이조절고정지그에 의해 다양한 형태의 의료영상장비에 높이와 결합폭을 달리하여 결합할 수 있어 호환 사용될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 생검부위의 타겟위치를 나타낸 예시도,
도 2는 종래 환자의 생검부위로 굴곡형 바늘 디바이스가 삽입되는 상태를 도시한 단면예시도,
도 3은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치가 적용된 생검시스템을 이용해 생검시술을 진행하는 상태를 도시한 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 생검시스템을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치와 생검침모듈의 결합과정을 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치에 결합되는 생검침모듈의 구성을 도시한 사시도,
도 7은 생검침모듈이 엔드이펙터에 결합되는 상태를 도시한 예시도,
도 8은 엔드이펙터의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 9는 엔드이펙터의 트리거모듈의 결합구조를 확대하여 도시한 확대도면,
도 10과 도 11은 엔드이펙터에 의해 생검침모듈이 동작되는 각 과정을 도시한 예시도,
도 12는 엔드이펙터의 각 단계별 동작과정을 도시한 평면도,
도 13은 엔드이펙터의 각 단계별 핸들의 위치를 도시한 저면도,
도 14는 엔드이펙터의 각 단계별 외부바늘캐리어와 핸들 및 힌지부재의 위치변화를 도시한 단면도,
도 15는 위치조절로봇과 위치조절고정지그의 결합구조를 도시한 분해사시도,
도 16은 위치조절로봇이 위치조절고정지그에 결합된 상태를 도시한 사시도,
도 17은 위치조절로봇의 내부구성을 도시한 내부사시도,
도 18은 위치조절로봇과 엔드이펙터의 피봇축의 결합구조를 도시한 도면,
도 19는 위치조절로봇과 엔드이펙터의 피봇축의 결합구조를 도시한 평단면도,
도 20은 위치조절로봇에 의해 엔드이펙터가 틸팅된 상태를 도시한 예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 3은 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치(200)를 이용하여 의료영상장비(10)에서 생검시술을 시행하는 생검시스템(1)을 도시한 예시도이고, 도 4는 생검시스템(1)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 5는 생검침조작로봇장치(200)와 생검침모듈(100)의 결합구조를 도시한 분해사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치(200)는 생검시스템(1)에 적용되어 의료영상장비를 이용한 실시간 생검시술에서 생검침모듈(100)의 위치를 조절하는데 사용된다. 생검시스템(1)은 MRI와 같은 의료영상장비의 베드(11)에 결합되어 시술자가 실시간으로 영상을 보며 생검 타겟위치로 바늘이 삽입되어 생검 샘플을 정확하게 생검할 수 있게 한다.

생검시스템(1)은 환자의 생검부위로 삽입되는 생검침모듈(100)과, 생검침모듈(100)이 생검 타겟부위로 삽입되게 위치를 조절하는 생검침조작로봇장치(200)를 포함한다. 생검침조작로봇장치(200)는 생검침모듈(100)이 착탈가능하게 결합되며 생검침모듈(100)을 조작하는 엔드이펙터(300)와, 생검침모듈(100)이 다양한 생검 타겟부위로 삽입될 수 있게 엔드이펙터(300)의 위치를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함한다.

생검침조작로봇장치(200)는 환자가 엎드려 눕는 베드(11)의 측면에 직선형태로 구비된다. 생검침모듈(100)은 생검침조작로봇장치(200)의 엔드이펙터(300)에 착탈가능하게 결합되어 절곡된 바늘부(110)가 누워있는 환자의 생검위치로 삽입되게 한다. 이에 의해 베드(11)와 갠트리(13) 내벽면 사이의 협소한 공간 내에서 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 삽입되어 생검시술을 수행할 수 있게 된다.

시술자는 외부에 구비된 네비게이션(미도시)을 이용해 화면으로 표시되는 영상을 확인하며 생검침조작로봇장치(200)를 구동하여 생검침모듈(100)이 타겟부위로 정확하게 삽입되게 조절한다.

생검침조작로봇장치(200)는 생검침모듈(100)가 결합되며 바늘부(110)의 이동을 조작하는 엔드이펙터(300)와, 엔드이펙터(300)의 전후진 및 상하방향 틸팅각도를 조절하는 위치조절로봇(400)과, 베드(11)에 위치조절로봇(400)이 결합되는 위치와 높이를 조절하는 위치조절고정지그(500)를 포함한다.

위치조절로봇(400)은 도 3에 도시된 바와 같이 베드(11)의 측면 최외곽에 위치조절고정지그(500)에 의해 결합되어 환자가 베드에 눕는 공간을 확보할 수 있게 위치된다. 엔드이펙터(300)는 위치조절로봇(400)의 선단에 상하로 틸팅가능하게 결합되며, 판면에 생검침모듈(100)이 결합된다.

도 4에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)의 X축방향 이동은 위치조절로봇(400)에 의해 구동되고, Y축방향 이동은 위치조절로봇(400)에 의한 틸팅동작으로 구동된다. 생검침모듈(100)의 Z축방향 이동은 엔드이펙터(300)에 의한 바늘부(110)의 침습깊이로 구현된다.

도 6은 생검침조작로봇장치(200)의 엔드이펙터(300)에 착탈가능하게 결합되는 생검침모듈(100)의 구성을 도시한 사시도이고, 도 7은 엔드이펙터(300)에 생검침모듈(100)이 결합되는 과정을 도시한 예시도이고, 도 8은 엔드이펙터(300)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이다.

엔드이펙터(300)는 생검침모듈(100)과 결합되어 생검침모듈(100)의 바늘부(110)의 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 함께 또는 각각 생검부위(M)로 전진 또는 후진하도록 바늘부(110)를 조작한다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)은 바늘부(110)와, 바늘부(110)의 선단이 삽입된 상태로 바늘부(110)에 결합되며 절곡된 형상을 갖는 바늘절곡프레임(120)과, 바늘절곡프레임(120)의 상부에 바늘절곡프레임(120)의 절곡형상을 따라 이동가능하게 결합되며 바늘부(110)를 지지하는 바늘가이드(130)를 포함한다.

바늘부(110)는 엔드이펙터(300)에 의해 조작되며 생검 타겟부위(T)로 삽입되어 샘플조직(S)을 생검하게 된다. 바늘부(110)는 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 서로 중첩되게 배치된다. 내부바늘(113)은 외부바늘(111) 보다 길이가 더 길게 형성된다.

외부바늘(111)의 후방에는 엔드이펙터(300)에 결합되는 외부바늘고정리브(112)가 고정결합되고, 외부바늘고정리브(112)의 상부에는 바늘가이드(130)에 결합되는 전방가이드결합돌기(미도시)가 돌출형성된다.

내부바늘(113)의 선단에는 날카로운 첨단(113a)이 구비되고, 첨단(113a)의 후방에는 판면으로부터 함몰형성되어 샘플조직이 생검되는 생검홈(113b, 도 10 참조)이 형성된다. 내부바늘(113)의 후방은 외부바늘(111)의 외측으로 일정길이 노출되고 내부바늘고정리브(114)와 결합된다. 내부바늘고정리브(114)는 엔드이펙터(300)에 결합되고, 내부바늘고정리브(114)의 상부에는 후방가이드결합돌기(미도시)가 돌출형성된다.

엔드이펙터(300)는 도 8에 도시된 바와 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와, 케이싱부(310)의 내부에 수평방향(X축방향)으로 이동가능하게 결합되며 유방생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 삽입되며 유방생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과, 트리거모듈(320)을 관통하여 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되어 트리거모듈(320)을 전후진하며 내부바늘(113)과 외부바늘(111)을 생검부위로 전진 또는 후진시키는 모듈이송구동부(330)와, 모듈이송구동부(330)와 나란하게 구비되며 외부바늘(111)을 내부바늘(113)과 별도로 전진 또는 후진시키는 외부바늘구동부(340)를 포함한다.

케이싱부(310)는 베드(11)의 상부 측면에 수직방향으로 배치되며, 외부로 노출된 생검침결합홈(315a)에 생검침모듈(100)이 결합된 후 이동되게 지지한다. 케이싱부(310)는 케이싱본체(311)와, 케이싱본체(311)의 후단에 결합되며 케이싱본체(311)와 위치조절로봇(400)을 연결시키는 로봇결합캡(313)과, 케이싱본체(311)와 로봇결합캡(313)의 상면을 덮는 커버(315)와, 케이싱본체(311)의 전방에 결합되는 전방캡(317)을 포함한다.

케이싱본체(311)는 내부에 트리거모듈(320)과 모듈이송구동부(330)의 모듈이송축(333)과 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동축(343)이 수용된다. 케이싱본체(311)에는 도 5에 도시된 바와 같이 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)이 상하로 나란하게 위치되고, 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)을 관통하여 트리거모듈(320)이 좌우방향으로 이동되게 결합된다.

케이싱본체(311)의 후방에는 양측으로 한 쌍의 캡결합날개(311a)가 연장형성되어 로봇결합캡(313)과 결합된다. 케이싱본체(311)와 캡결합날개(311a)의 경계영역에는 후방벽(311b)이 형성되어 케이싱본체(311) 내부공간과 로봇결합캡(313) 내부의 공간을 분리한다.

로봇결합캡(313)은 케이싱본체(311)의 후단에 결합되며, 위치조절로봇(400)과 연결된다. 로봇결합캡(313)은 내부에 모듈이송구동부(330)의 모듈이송모터(331)와 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동모터(341)가 수용된다.

로봇결합캡(313)의 후방 양측에는 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)이 각각 구비된다. 도 18에 도시된 바와 같이 상부암피봇축(313a)은 위치조절로봇(400)의 상부암피봇축커넥터(470)와 결합되고, 하부암피봇축(313b)은 하부암피봇축커넥터(460)와 결합되어 상부슬라이딩암(430)과 하부슬라이딩암(420)의 길이변화를 전달받는다. 이에 의해 케이싱부(310)는 상하 방향으로 틸팅되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 생검부위(M)로 삽입되는 높이를 조절하게 된다

전방캡(317)은 케이싱본체(311)의 전방에 결합된다. 전방캡(317)에는 생검침모듈(100)의 바늘절곡프레임(120)이 안착되어 바늘부(110)가 절곡되어 생검부위(M)로 삽입될 수 있게 지지한다.

커버(315)는 케이싱본체(311)와 로봇결합캡(313)의 상부를 덮는다. 커버(315)는 케이싱부(310)에 수용된 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343) 및 트리거모듈(320)은 은폐하고 생검침모듈(100)만 트리거모듈(320)에 장착될 수 있게 한다. 이를 위해 커버(315)에는 생검침결합홈(315a)이 절개되고, 절개된 생검침결합홈(315a)을 통해 생검침모듈(100)이 결합된다.

시술자는 도 7에 도시된 바와 같이 생검침결합홈(315a)을 통해 외부로 노출된 트리거모듈(320)의 내부바늘리브삽입홈(321-1)과 외부바늘리브삽입홈(325a)에 내부바늘고정리브(114)와 외부바늘고정리브(112)를 삽입하고, 락킹부재(150)를 가압한 후 락킹버튼(151)을 생검침결합홈(315a)의 내벽면에 형성된 버튼결합홈(315b)에 끼워 생검침모듈(100)과 엔드이펙터(300)의 결합을 완료할 수 있다.

트리거모듈(320)은 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)에 결합되어 모듈이송구동부(330)와 외부바늘구동부(340)의 구동력에 의해 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 전후 이동되게 지지한다.

트리거모듈(320)은 도 8에 도시된 바와 같이 모듈본체(321)와, 모듈본체(321)의 후방에 결합되는 후방블럭(323)과, 모듈본체(321)의 전방에 결합되는 전방블럭(324)과, 모듈본체(321)의 상부에 이동가능하게 결합되며 외부바늘고정리브(112)와 결합되는 외부바늘캐리어(325)와, 외부바늘구동부(340)의 외부바늘구동축(343)에 결합되어 외부바늘캐리어(325)를 후진시키는 핸들(326)과, 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며 핸들(326)에 의해 후진한 외부바늘캐리어(325)의 위치를 고정하는 힌지(328)와, 트리거모듈(320)에 결합되어 힌지(328)에 의해 후진된 트리거모듈(320)을 전방으로 발진시켜 외부바늘(111)이 샘플조직(S)을 생검하게 하는 탄성부재(327a)를 포함한다.

모듈본체(321)는 상면에 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)를 수용하고, 모듈이송축(333)과 외부바늘구동축(343)에 결합되어 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 케이싱부(310)를 전후로 이동된다. 모듈본체(321)의 전후이동에 연동하여 바늘부(110)도 전후진 하며 생검부위(M)로 삽입되거나 후진된다.

모듈본체(321)의 상면에는 내부바늘고정리브(114)가 삽입되는 내부바늘리브삽입홈(321-1)이 함몰 형성된다. 내부바늘리브삽입홈(321-1)의 전방에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성된다. 캐리어이동로(321-2)에는 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘캐리어(325)가 결합된다.

모듈본체(321)의 전방에는 탄성부재(327a)가 권취된 탄성부재지지축(327)이 결합되는 탄성축삽입공(321-3)이 관통형성된다, 또한, 모듈본체(321)의 하부에는 양측으로 모듈이송축(333)이 관통삽입되는 모듈이송축삽입공(321-4)과, 외부바늘구동축(343)이 관통삽입되는 외부바늘구동축삽입공(321-5)이 관통형성된다. 모듈이송축삽입공(321-4)에는 모듈이송축(333)에 대응되는 나사산이 형성되어 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 모듈본체(321)가 모듈이송축(333)을 따라 전후 이동한다.

또한, 모듈본체(321)의 외부바늘구동축삽입공(321-5)의 후방에는 외부바늘구동축(343)을 외부로 노출시키는 스크류관결합홈(321-6)이 구비된다. 스크류관결합홈(321-6)에는 외부바늘구동축(343)에 결합된 핸들이송스크류관(345)이 결합된다.

핸들이송스크류관(345)은 외부바늘구동축(343)에 고정결합되어 외부바늘구동축(343)의 정역회전을 표면에 나사결합된 핸들(326)로 전달하여 핸들(326)이 전후로 이동하게 한다.

후방블럭(323)은 모듈본체(321)의 후방에 결합되며 탄성부재지지축(327)과 핸들이송스크류관(345)의 위치를 고정한다. 후방블럭(323)은 모듈본체(321)가 후진할 때 후방벽(311b)과 접촉되며 후진을 제한한다.

전방블럭(324)은 모듈본체(321)의 전방에 결합되며 모듈이송축(333)을 회전가능하게 지지한다.

외부바늘캐리어(325)는 모듈본체(321)의 캐리어이동로(321-2)에 결합되며 핸들(326)의 전후 이동에 연동하여 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동한다. 도 9는 모듈본체(321)를 제외한 외부바늘캐리어(325) 주변의 결합구성을 확대도시한 확대도와 외부바늘캐리어(325)와 힌지(328) 및 핸들(326)을 각각 확대하여 도시한 분해사시도이다.

외부바늘캐리어(325)의 상면에는 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)가 삽입고정되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성된다. 외부바늘캐리어(325)이 하부에는 캐리어이동로(321-2)를 따라 이동되는 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된다. 이동블럭(325-2)의 내부에는 길이방향을 따라 관통형성되어 탄성부재지지축(327)이 삽입되는 캐리어탄성축삽입공(325-3)이 구비된다.

이동블럭(325-2)의 측면에는 길이방향을 따라 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 구비된다. 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 돌출 형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 돌출 형성된다.

핸들(326)은 외부바늘구동축(343)의 외주면에 고정결합된 핸들이송스크류관(345)에 나사결합되며, 외부바늘구동축(343)의 정역회전에 의해 전후로 이동되며 외부바늘캐리어(325)를 전후로 이동시킨다.

핸들(326)의 일측에는 이동블럭(325-2)을 향해 돌출 형성되어 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동되며 외부바늘캐리어(325)를 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 구비된다. 캐리어가압리브(326-1)는 이동블럭(325-2)의 이동제한스토퍼(325-6)와 맞물리게 위치되고, 핸들이송스크류관(345)의 역회전에 의해 핸들(326)이 후진할 때 핸들(326)의 후진압력을 이동제한스토퍼(325-6)로 전달하여 외부바늘캐리어(325)가 후진하게 한다.

캐리어가압리브(326-1)의 선단에는 전방을 향해 경사지 형태로 힌지가압단(326-2)이 돌출형성된다. 힌지가압단(326-2)은 핸들(326)이 핸들이송스크류관(345)의 정회전에 의해 전진할 때 힌지(328)의 리브삽입경사면(328-4)에 삽입되어 힌지(328)를 하부로 가압한다.

힌지(328)는 모듈본체(321)의 바닥면에 결합된다. 모듈본체(321)의 바닥면에는 힌지(328)를 내부로 유입시키는 힌지유입공(미도시)이 절개형성된다. 힌지(328)는 하부로 절곡형성되어 모듈본체(321)의 바닥면에 결합되는 본체결합단(328-1)과, 후단 양측에 상부를 향해 돌출형성되는 측면돌기(328-3)와, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에 하부를 향해 경사지게 형성되는 리브삽입경사면(328-4)이 일체로 형성된다.

힌지(328)는 모듈본체(321)의 하부에 위치되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3)는 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동된다. 캐리어가압리브(326-1)에 의해 이동제한스토퍼(325-6)가 가압되어 외부바늘캐리어(325)가 전후 이동될 때, 측면돌기(328-3)는 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동된다.

그리고, 모듈본체(321)에 고정된 힌지(328)의 위치가 고정된 상태에서 핸들(326)에 의해 외부바늘캐리어(325)만 후진될 때 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 측면돌기(328-3)의 후방으로 이동블럭(325-2)이 이동되고, 측면돌기(328-3)에 전방힌지돌기(325-5)가 걸려지며 외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된다. 즉, 한 쌍의 측면돌기(328-3)에 전방힌지돌기(325-5)가 걸려외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된다.

리브삽입경사면(328-4)은 핸들(326)의 전방 이동시에 힌지가압단(326-2)에 의해 가압되어 측면돌기(328-3)와 전방힌지돌기(325-5)의 걸림상태를 해제하게 한다.

도 14의 (d)에 도시된 바와 같이 측면돌기(328-3)에 걸려 외부바늘캐리어(325)의 위치가 고정된 상태엣 핸들(326)만 외부바늘구동축(343)의 정회전에 의해 전방으로 이동된다. 그리고, 핸들(326)의 힌지가압단(326-2)이 리브삽입경사면(328-4) 내부로 삽입된다. 경사면을 따라 힌지가압단(326-2)이 삽입되면서 리브삽입경사면(328-4)은 하부로 가압되고 리브삽입경사면(328-4)과 일체로 형성된 측면돌기(328-3)도 하부로 이동된다.

이에 측면돌기(328-3)에 걸림결합되어 있던 전방힌지돌기(325-5)의 걸림상태가 해제되어 도 14의 (e)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 전방으로 슛팅될 수 있다.

탄성부재지지축(327)은 후방블럭(323)으로부터 모듈본체(321)의 탄성축삽입공(321-3)을 통해 삽입되어 전방블럭(324)에 지지된다. 탄성부재지지축(327)의 외주연에는 탄성부재(327a)가 권취된다.

탄성부재지지축(327)에 결합된 탄성부재(327a)는 모듈본체(321) 내부에서 외부바늘캐리어(325)가 후진될 때 압축된다. 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 전진한 상태일 때 탄성부재(327a)는 초기 길이를 유지한다.

도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 외부바늘캐리어(325)가 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 가압에 의해 후진되면, 탄성부재(327a)는 후방블럭(323)과 외부바늘캐리어(325) 사이에 압축된다.

도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 전방힌지돌기(325-5)가 측면힌지(328)에 걸림결합되어 있는 상태에서 탄성부재(327a)는 압축된 상태를 유지한다. 그리고, 도 13의 (d)에 도시된 바와 같이 전방힌지돌기(325-5)와 측면힌지(328)의 걸림상태가 해제되면 탄성부재(327a)가 초기길이로 복원되기 위해 탄성력을 작용하여 외부바늘캐리어(325)가 전방으로 빠르게 이동되며 슈팅된다.

모듈이송구동부(330)는 트리거모듈(320)을 전진 또는 후진시킨다. 모듈이송구동부(330)에 의해 트리거모듈(320)이 전진 또는 후진되면, 트리거모듈(320)에 결합된 내부바늘(113)과 외부바늘(111)도 함께 전진 또는 후진된다.

모듈이송구동부(330)는 모듈이송모터(331)와, 모듈이송모터(331)에 의해 정역회전되는 모듈이송축(333)을 포함한다. 모듈이송모터(331)는 케이싱부(310)의 로봇결합캡(313) 내부에 수용된다. 모듈이송모터(331)는 네비게이션(미도시)을 통한 시술자의 조작에 의해 정역동작된다.

모듈이송축(333)은 모듈이송모터(331)에 결합된 상태로 후방벽(311b)을 관통하여 트리거모듈(320)의 모듈이송축삽입공(321-4)에 삽입된 후 전방블럭(324)에 회전가능하게 결합된다. 모듈이송축(333)의 외주면에는 모듈이송축삽입공(321-4)과 대응되는 나사산이 형성된다. 이에 따라 모듈이송축(333)의 정역회전에 연동하여 트리거모듈(320)이 전진 또는 후진하게 된다.

외부바늘구동부(340)는 트리거모듈(320)에 결합된 외부바늘캐리어(325)를 트리거모듈(320)과 독립적으로 전후진시킨다. 외부바늘구동부(340)는 외부바늘구동모터(341)와, 외부바늘구동모터(341)에 결합된 외부바늘구동축(343)과, 외부바늘구동축(343)의 일부영역에만 결합된 핸들이송스크류관(345)을 포함한다.

외부바늘구동모터(341)는 모듈이송모터(331)의 일측에 로봇결합캡(313) 내부에 수용된다. 외부바늘구동축(343)은 외부바늘구동모터(341)와 결합되며 모듈본체(321)의 외부바늘구동축삽입공(321-5)에 관통합입된 후 전방블럭(324)에 회전가능하게 결합된다.

외부바늘구동축(343)은 외주면에 나사산이 없으며 외부바늘구동축삽입공(321-5) 내부에서 헛돌게 구비된다. 핸들이송스크류관(345)은 모듈본체(321)의 스크류관결합홈(321-6)에 대응되는 영역에서 외부바늘구동축(343)에 결합되어 핸들(326)이 핸들이동레일(325-4)의 길이(ℓ)만큼만 전후로 이동되게 구비된다.

핸들이동레일(325-4)의 길이(ℓ)는 캐리어이동로(321-2)를 따라 외부바늘캐리어(325)가 이동되는 거리에 해당된다.

도 10은 생검시술을 위한 생검침모듈(100)의 각 단계별 바늘부(110)의 위치를 도시한 예시도이고, 도 11은 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 엔드이펙터(300)에 결합된 후 생검부위(M)에 삽입되어 샘플조직(S)을 생검하는 과정을 도시한 예시도이이고, 도 12는 바늘부(110)의 각 단계별 엔드이펙터(300)의 평면구성을 도시한 예시도이고, 도 13은 각 단계별 엔드이펙터(300)의 저면구성을 도시한 예시도이고, 도 14는 각 단계별 엔드이펙터(300)의 측면구성을 도시한 예시도이다.

도 10의 (a)와 도 11의 (a)와 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 엔드이펙터(300)에 결합되면 트리거모듈(320)은 케이싱본체(311)의 후방벽(311b)에 접촉되게 후진된 상태로 유지되고, 바늘부(110)는 바늘절곡프레임(120)의 내부에 수용된 상태로 위치된다.

이때, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)는 외부바늘캐리어(325)의 이동제한스토퍼(325-6)에 접촉된 상태로 유지된다.

이 상태에서 시술자는 베드(11)를 갠트리(13) 내부로 이동시키고, 환자의 생검부위의 촬영된 영상을 보면서 네비게이션(미도시)을 이용해 엔드이펙터(300)를 조작하고, 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 타겟 생검부위로 이동될 수 있게 위치를 조작한다. 시술자는 네비게이션(미도시)을 이용해 모듈이송모터(331)와 외부바늘구동모터(341)를 구동하여 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 생검부위(M)로 진입되는 깊이를 조절한다.

도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)가 정방향으로 구동되면, 트리거모듈(320)이 전방을 향해 전진한다. 이에 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 바늘부(110)가 전진하고, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)과 외부바늘(111)이 함께 생검부위(M) 내부로 침습한다.

이 때, 도 13의 (a)와 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)는 외부바늘캐리어(325)의 이동제한스토퍼(325-6)에 접촉된 상태로 함께 전진한다.

도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 생검부위(M) 내부로 바늘이 일정깊이 침습하면, 도 10의 (c)와 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)은 타겟위치(T)로 전진하고, 외부바늘(111)은 후진하며 내부바늘(113)의 생검홈(113b)을 개방한다.

이를 위해 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)는 정방향으로 회전하고 외부바늘구동모터(341)는 역방향으로 회전한다. 모듈이송모터(331)의 정방향 회전에 의해 모듈이송축(333)에 결합된 트리거모듈(320)과 내부바늘(113)은 전진한다. 반면, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 외부바늘구동모터(341)의 역방향 회전에 의해 외부바늘구동축(343)이 역방향 회전되면, 핸들이송스크류관(345)에 결합된 핸들(326)이 후진된다.

핸들(326)이 후진되면서 캐리어가압리브(326-1)가 이동제한스토퍼(325-6)를 뒤로 가압하여 외부바늘캐리어(325)도 후진된다. 이 과정에서 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 후진한 외부바늘캐리어(325)의 전방힌지돌기(325-5)가 힌지(328)의 측면돌기(328-3)를 타고 넘어 측면돌기(328-3)에 걸려 위치가 고정된다.

외부바늘캐리어(325)가 후진되면서 탄성부재지지축(327)에 권취된 탄성부재(327a)가 후방블럭(323)과 외부바늘캐리어(325) 사이에 압축된 상태를 유지한다.

이 상태에서 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이 모듈이송모터(331)는 멈추고, 외부바늘구동모터(341)는 정방향으로 회전한다. 이에 의해 핸들(326)이 핸들이송스크류관(345)을 따라 전방으로 이동한다.

전방으로 이동된 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)에 돌출된 힌지가압단(326-2)이 도 13의 (c)와 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이 힌지(328)의 리브삽입경사면(328-4) 내부로 삽입된다. 힌지가압단(326-2)이 경사진 리브삽입경사면(328-4)을 따라 내부로 이동되면서 리브삽입경사면(328-4)을 하부로 가압하고, 리브삽입경사면(328-4)과 일체로 형성된 측면돌기(328-3)가 하부로 가압된다.

측면돌기(328-3)가 가압되면서 하부로 탄성적으로 이동되고, 측면돌기(328-3)에 걸려있던 외부바늘캐리어(325)는 전방으로 슈팅된다.

외부바늘캐리어(325)가 전방으로 슈팅되면서 후진되어 있던 외부바늘(111)이 도 10의 (e)와 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이 내부바늘(113)을 덮으며 전진한다.

외부바늘(111)이 탄성부재(327a)의 탄성력에 의해 슈팅되며 내부바늘(113)이 전진한 길이만큼 전진하며 외부바늘(111)의 선단에 형성된 절단면이 생검조직을 절단하게 된다.

이 과정에서 샘플조직(S)이 생검홈(113b)에 수용되고, 외부바늘(111)에 의해 덮혀져 생검과정이 완료될 수 있다.

생검이 완료된 바늘부(110)는 모듈이송모터(331)의 역방향 구동에 의해 후진하여 환자의 생검부위로부터 분리된다.

위치조절로봇(400)은 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 결합된 엔드이펙터(300)를 수평방향(X축방향)으로 전진 또는 후진시키거나, 수직방향(Y축방향)으로 상하로 이동시켜 바늘부(110)가 생검부위(M)의 타겟위치(T)로 정확하게 삽입될 수 있게 한다.

위치조절로봇(400)은 베드(11)에 결합된 위치조절고정지그(500)에 결합되는 로봇케이싱(410)과, 로봇케이싱(410)의 하부와 상부에 각각 구비되어 엔드이펙터(300)의 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)에 결합되는 하부슬라이딩암(420) 및 상부슬라이딩암(430)과, 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이를 조절하는 하부암구동부(440) 및 상부암구동부(450)를 포함한다.

로봇케이싱(410)은 도 15에 도시된 바와 같이 위치조절고정지그(500)에 결합되어 베드(11)에 결합되는 생검침조작로봇장치(200)의 높이를 조절한다.

여기서, 도 16에 도시된 바와 같이 로봇케이싱(410)의 후방에는 원형의 지그결합돌기(411)가 돌출형성된다. 원형의 지그결합돌기(411)는 위치조절고정지그(500)의 어댑터(530)의 돌기끼움홈(531)에 끼움결합된다.

위치조절고정지그(500)는 베드(11)의 상면에 고정되는 판 상의 지그프레임(510)과, 지그프레임(510)의 양측에 결합되며 위치조절로봇(400)이 결합되는 수평방향 위치와 수직방향 위치를 조절하는 한 쌍의 위치조절프레임(520)과, 위치조절프레임(520)에 결합되어 로봇케이싱(410)과 결합되는 한 쌍의 어댑터(530)와, 어댑터(530)와 로봇케이싱(410)의 결합위치를 구속하는 한 쌍의 어댑터고정핸들(540)을 포함한다.

위치조절고정지그(500)는 제조사별로 상이한 규격을 갖는 의료영상장비(10)에 생검침조작로봇장치(200)가 호환되어 사용될 수 있게 한다.

여기서, 위치조절프레임(520) 및 어댑터(530)가 지그프레임(510)의 양측에 한 쌍으로 구비되는 것은 환자의 생검부위의 방향에 맞게 생검침조작로봇장치(200)가 좌측 또는 우측에 결합될 수 있게 하기 위함이다.

한 쌍의 지그프레임(510)은 도 3에 도시된 바와 같이 환자(A)가 베드(11)에 누울 때 환자(A)의 머리 위 쪽에 배치되어 환자(A)가 영상촬영을 하는 것에 간섭을 가하지 않는 위치에 구비된다.

지그프레임(510)의 상면 양측에는 판면으로부터 함몰형성된 안착홈(511)이 일정면적 구비된다. 도 16에 도시된 바와 같이 지그프레임(510)의 전면에는 위치조절프레임(520)이 지그프레임(510)에 수평방향으로 결합되는 위치를 표시하는 수평방향결합위치표시눈금(513)이 구비된다.

위치조절프레임(520)은 수직방향으로 일정 높이를 갖게 구비되며, 하부에 양측으로 결합플랜지(521)가 구비된다. 결합플랜지(521)에는 일정길이 절개된 결합폭조절슬릿(521a)이 구비되고, 결합폭조절슬릿(521a)에는 결합폭조절나사(521b)가 삽입된다.

결합폭조절나사(521b)는 결합폭조절슬릿(521a)을 관통하여 지그프레임(510)에 고정된다. 이 때, 시술자는 수평방향결합위치표시눈금(513)을 확인하여 환자(A)의 생검이 용이한 위치에 결합폭조절나사(521b)를 고정한다.

위치조절프레임(520)의 후방에는 높이방향을 따라 수직높이조절슬릿(523)이 형성되고, 수직높이조절슬릿(523)에는 수직방향결합높이조절나사(523a)가 삽입된다. 수직높이조절슬릿(523)은 어댑터(530)를 관통하여 결합된다.

수직높이조절슬릿(523)과 수직방향결합높이조절나사(523a)에 의해 어댑터(530)가 결합되는 수직높이가 조절된다. 이 때, 위치조절프레임(520)에는 수직방향결합높이표시눈금(524)이 형성되어 어댑터(530)가 결합되는 높이를 정확하게 조절할 수 있다.

어댑터(530)는 후방은 위치조절프레임(520)에 수직방향결합높이조절나사(523a)에 의해 결합되고, 전방은 위치조절로봇(400)의 로봇케이싱(410)에 결합된다. 어댑터(530)에는 돌기끼움홈(531)이 반원형상으로 형성되어 내부에 원형의 지그결합돌기(411)가 삽입 고정되게 한다.

이러한 위치조절고정지그(500)에 의해 생검침조작로봇장치(200)의 위치조절로봇(400)이 수평방향으로 결합되는 위치와 수직방향 결합높이가 조절되어 다양한 종류의 의료영상장비(10)의 베드에 본 발명의 생검시스템(1)이 호환되어 결합될 수 있다.

위치조절로봇(400)의 로봇케이싱(410)의 전방에는 도 15에 도시된 바와 같이 상부암노출공(413)과 하부암노출공(415)이 각각 형성된다. 상부암노출공(413)에는 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300)를 향해 노출되고, 하부암노출공(415)에는 하부슬라이딩암(420)이 엔드이펙터(300)를 향해 노출된다.

로봇케이싱(410)의 전방에는 내부를 덮는 로봇전방커버(417)가 구비되고, 로봇케이싱(410)의 후방에는 하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)의 구동모터(441,451)와 전동수단(447,457)을 수용하는 모터캡(419)이 구비된다.

로봇전방커버(417)와 모터캡(419)은 내부의 구동수단들을 외부로 은폐하여 의료영상장비 구동시 소음발생을 줄이고 먼지 발생을 줄이며, 베드(11)에 누워있는 환자의 위험상황을 방지한다.

도 17은 위치조절로봇(400)의 내부구성을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)은 각각 하부암피봇축커넥터(460)와 상부암피봇축커넥터(470)를 통해 엔드이펙터(300) 후방의 상부암피봇축(313a)과 하부암피봇축(313b)에 연결된다.

하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)은 각각 하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)에 의해 로봇케이싱(410)의 외부로 노출되는 길이가 가변되며 엔드이펙터(300)를 X축방향으로 전진 또는 후진시키거나, Y축방향으로 상승 또는 하강시킨다.

하부암구동부(440)와 상부암구동부(450)는 각각 네비게이션부(미도시)에 의해 정역동작되는 하부암구동모터(441) 및 상부암구동모터(451)와, 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)에 의해 정역회전하는 하부암구동축(443) 및 상부암구동축(453)과, 하부암구동축(443)의 정역회전을 하부슬라이딩암(420)의 직선이동으로 변환하는 하부암이동너트(445)와, 상부암구동축(453)의 정역회전을 상부슬라이딩암(430)의 직선이동으로 변환하는 상부암이동너트(455)와, 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)의 정역회전을 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)으로 전달하는 하부암전동수단(447) 및 상부암전동수단(447)을 포함한다.

하부암전동수단(447)과 상부암전동수단(447)은 벨트나 기어 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)의 외주면에는 나사산이 형성되고, 하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)는 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)에 나사결합된다. 이에 따라 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)의 정역회전에 따라 하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)는 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)을 따라 전진 또는 후진한다.

하부암이동너트(445)와 상부암이동너트(455)가 전진하면 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300) 외부로 노출되는 길이가 길어진다.

도 18은 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 엔드이펙터(300)의 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)에 하부암피봇축커넥터(460)와 상부암피봇축커넥터(470)에 의해 결합되는 과정을 도시한 분해사시도이다.

도시된 바와 같이 하부암피봇축커넥터(460)에는 하부암피봇축(313b)이 삽입되는 하부축삽입공(461)이 관통형성된다. 하부암피봇축커넥터(460)의 일측에는 하부암결합암(463)이 수평하게 연장형성된다. 하부슬라이딩암(420)의 일측에 하부암결합암(463)이 배치되고, 타측에 하부암결합커넥터(465)가 배치되고, 체결부재가 하부암결합암(463)과 하부슬라이딩암(420) 및 하부암결합커넥터(465)를 관통하여 삽입된다

하부암피봇축(313b)은 하부축삽입공(461)에 삽입된 상태로 로봇결합캡(313)의 하부피봇축삽입공(313-2)에 삽입되어 하부슬라이딩암(420)과 연결된다.

상부암피봇축(313a)도 동일한 방식으로 상부암피봇축커넥터(470)에 의해 상부슬라이딩암(430)과 연결된다.

여기서, 도 19에 도시된 바와 같이 하부암피봇축커넥터(460)의 하부축삽입공(461)은 하부암피봇축(313b)의 직경(R) 보다 큰 높이(h)를 갖는 타원형으로 형성되고, 상부암피봇축커넥터(470)의 상부축삽입공(471)은 상부암피봇축(313a)의 직경과 동일하게 형성된다.

이에 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이변화에 따라 하부암피봇축(313b)을 중심으로 엔드이펙터(300)의 케이싱부(310)가 상하로 틸팅될 수 있다.

도 20은 위치조절로봇(400)에 의한 엔드이펙터(300)의 수평위치 조절 및 상하위치 조절 과정을 도시한 예시도이다.

도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 생검침모듈(100)이 엔드이펙터(300)에 결합되는 초기 상태에서 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)의 길이는 짧게 위치된다. 이 상태에서 하부암구동모터(441)와 상부암구동모터(451)가 동일하게 정방향 회전되면 하부암구동축(443)과 상부암구동축(453)에 결합된 하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 동일한 길이로 전진한다.

하부슬라이딩암(420)과 상부슬라이딩암(430)이 동일한 길이로 전진하면, 엔드이펙터(300)는 수평방향으로만 전진된다.

반면, 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이 상부슬라이딩암(430)의 전진길이가 하부슬라이딩암(420)의 전전길이 보다 길 경우, 엔드이펙터(300)가 하부방향으로 회동되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 하부로 하강된다.

또한, 도 20의 (c)에 도시된 바와 같이 하부슬라이딩암(420)의 전진길이가 상부슬라이딩암(430)이 전진길이 보다 길 경우, 엔드이펙터(300)가 상부방향으로 회동되며 생검침모듈(100)의 바늘부(110)가 상부로 상승된다.

이러한 메커니즘에 의해 바늘부(110)가 생검부위(M)로 X축방향위치(수평방향)와, Y축방향 위치(상하방향)가 조절된다. 또한, 절곡된 상태로 생검부위(M)로 삽입되는 바늘부(110)의 삽입깊이에 의해 Z축방향 위치가 조절된다.

따라서, 시술자는 촬영된 영상을 보고 타겟 생검위치로 바늘부(110)를 정확하게 삽입할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 생검침조작로봇장치는 엔드이펙터에 결합된 생검침모듈의 바늘부를 환자의 생검부위의 타겟위치로 정확하게 안내한다.

생검침조작로봇장치는 네비게이션부를 통해 시술자가 안내하는 타겟위치로 수평방향과 높이방향 및 깊이방향으로 정확하게 안내하여 정밀한 생검시술이 가능하게 한다.

또한, 높이조절고정지그에 의해 다양한 형태의 의료영상장비에 높이와 결합폭을 달리하여 결합할 수 있어 호환 사용될 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 생검침조작로봇장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 생검시스템 10 : 의료영상장비
11 : 베드 13 : 갠트리
20 : 고정프레임 30 : 종래 생검침 디바이스
31 : 바늘 40 : 엔드이펙터
100 : 생검침모듈 110 : 바늘부
111 : 외부바늘 112 : 외부바늘고정리브
113 : 내부바늘 113a : 첨단
113b : 생검홈 114 : 내부바늘고정리브
120 : 바늘절곡프레임 130 : 바늘가이드
150 : 락킹부재 151 : 락킹버튼
153 : 버튼지지암 200 : 생검침조작로봇장치
300 : 엔드이펙터 310 : 케이싱부
311 : 케이싱본체 311a :캡결합날개
311b : 후방벽 313 : 로봇결합캡
313-1 : 상부피봇축삽입공 313-2 : 하부피봇축삽입공
313a : 상부암피봇축 313b : 하부암피봇축
315 : 커버 315a : 생검침결합홈
315b : 버튼결합홈 317 : 전방캡
320 : 트리거모듈 321 : 모듈본체
321-1 : 내부바늘리브삽입홈 321-2 : 캐리어이동로
321-3 : 탄성축삽입공 321-4 : 모듈이송축삽입공
321-5 : 외부바늘구동축삽입공 321-6 : 스크류관결합홈
323 : 후방블럭 324 : 전방블럭
325 : 외부바늘캐리어 325a : 외부바늘리브삽입홈
325-2 : 이동블럭 325-3 : 탄성축삽입공
325-4 : 핸들이동레일 325-5 : 전방힌지돌기
325-6 : 이동제한스토퍼 326 : 핸들
326-1 : 캐리어가압리브 326-2 : 힌지가압단
327 : 탄성부재지지축 327a : 탄성부재
328 : 힌지 328-1 : 본체결합단
328-3 : 측면돌기 328-4 : 리브삽입경사면
330 : 모듈이송구동부 331 : 모듈이송모터
333 : 모듈이송축 340 : 외부바늘구동부
341 : 외부바늘구동모터 343 : 외부바늘구동축
345 : 핸들이송스크류관 350 : 축지지판
400 : 위치조절로봇 410 : 로봇케이싱
411 : 지그결합돌기 413 : 상부암노출공
415 : 하부암노출공 417 : 로봇전방커버
419 : 모터캡 420 : 하부슬라이딩암
430 : 상부슬라이딩암 440 : 하부암구동부
441 : 하부암구동모터 443 : 하부암구동축
445 : 하부암이동너트 447 : 하부암전동수단
450 : 상부암구동부 451 : 상부암구동모터
453 : 상부암구동축 455 : 상부암이동너트
457 : 상부암전동수단 460 : 하부암피봇축커넥터
461 : 하부축삽입공 463 : 하부암결합암
465 : 하부암결합커넥터 470 : 상부암피봇축커넥터
471 : 상부축삽입공 473 : 상부암결합암
475 : 상부암결합커넥터 500 : 높이조절고정지그
510 : 지그프레임 511 : 안착홈
513 : 수평방향결합위치표시눈금 520 : 위치조절프레임
521 : 결합플랜지 521a : 결합폭조절슬릿
521b : 결합폭조절나사 523 : 수직높이조절슬릿
523a : 수직방향결합높이조절나사 524 : 결합높이표시눈금
530 : 어댑터 531 : 돌기끼움홈
540 : 어댑터고정핸들
A : 환자
M : 생검부위
T : 타겟위치
S : 샘플조직

Claims (5)

1. 의료영상장비용 베드에 누워있는 환자의 생검부위로 생검침모듈의 바늘부가 삽입되어 샘플조직을 생검하도록 상기 생검침모듈을 조작하는 생검침조작로봇장치에 관한 것으로서,
   상기 생검침모듈(100)의 바늘부(110)는 외부바늘(111)과 내부바늘(113)이 서로 중첩되게 구비되고, 상기 내부바늘(113)의 후단에 고정결합된 내부바늘고정리브(114)와, 상기 내부바늘고정리브(114)의 전방에 구비되어 상기 외부바늘(111)의 후단에 고정결합된 외부바늘고정리브(112)를 포함하며,
   상기 베드(11)의 측면에 구비되며, 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)가 끼움결합되며 상기 내부바늘고정리브(114)와 상기 외부바늘고정리브(112)를 각각 전후 이동시켜 상기 바늘부(110)가 환자의 생검부위로 침습된 후 생검시술을 수행하게 하는 엔드이펙터(300)와;
   상기 엔드이펙터(300)의 후방에 일정길이 구비되어 상기 바늘부(110)가 생검부위의 타겟위치로 침습되게 상기 엔드이펙터(300)의 상기 베드에 대한 수평방향, 수직방향 및 삽입깊이를 조절하는 위치조절로봇(400)을 포함하되,
   상기 엔드이펙터(300)는,
   상기 베드(11)의 측면에 수직하게 배치되는 케이싱부(310)와;
   상기 케이싱부(310)의 내부에 좌우로 이동가능하게 결합되고, 상기 생검침모듈(100)의 외부바늘고정리브(112)와 내부바늘고정리브(114)가 결합되며 상기 생검침모듈(100)을 이동시키는 트리거모듈(320)과;
   상기 트리거모듈(320)을 관통하여 상기 케이싱부(310)의 하부에 수평하게 구비되는 모듈이송축(333)과, 상기 모듈이송축(333)을 정역회전시키는 모듈이송모터(331)를 포함하며, 상기 모듈이송축(333)의 정역회전에 의해 상기 트리거모듈(320)을 생검부위로 전진 또는 후진시키고 상기 내부바늘(113)의 위치를 조절하는 모듈이송구동부(330)와;
   상기 모듈이송축(333)의 상부에 상기 외부바늘고정리브(112)와 결합되게 상기 트리거모듈(320)을 관통하여 수평하게 배치되는 외부바늘구동축(343)과, 상기 외부바늘구동축(343)을 정역회전시키는 외부바늘구동모터(341)를 포함하는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 트리거모듈(320)의 상부에는 캐리어이동로(321-2)가 일정길이 형성되고, 상면에 상기 외부바늘고정리브(112)가 삽입되는 외부바늘리브삽입홈(325a)이 형성되고, 하부에 상기 캐리어이동로(321-2)를 따라 전후 이동가능하게 결합되며 하부 양측면에 내측으로 함몰형성된 핸들이동레일(325-4)이 형성된 이동블럭(325-2)이 일체로 구비된 외부바늘캐리어(325)와;
   상기 외부바늘구동축(343)의 경로상에 결합되며 외주면에 나사산이 형성되고 일측에 상기 핸들이동레일(325-4)을 따라 이동하며 상기 외부바늘캐리어(325)가 전후로 이동되게 가압하는 캐리어가압리브(326-1)가 돌출형성된 핸들(326)과;
   상기 트리거모듈(320)의 하부에 결합되며, 상기 외부바늘캐리어(325)가 상기 핸들(326)에 의해 전후 이동될 때, 상기 외부바늘캐리어(325)의 전진위치 및 후진위치를 제한하는 힌지(328)와;
   상기 트리거모듈(320)의 내부를 관통하여 배치되는 탄성부재지지축(327)과, 상기 탄성부재지지축(327)의 외주면에 권취되어 상기 트리거모듈(320)의 후진시에 압축되며 상기 트리거모듈(320)이 전방으로 이동될 수 있는 탄성력을 제공하는 탄성부재(327a)를 포함하며,
   상기 핸들이동레일(325-4)의 전방에는 전방힌지돌기(325-5)가 외측으로 돌출형성되고, 후방에는 이동제한스토퍼(325-6)가 하부로 돌출형성되고,
   상기 힌지(328)의 후단 양측에는 상부로 돌출형성된 측면돌기(328-3)가 구비되고, 한 쌍의 측면돌기(328-3) 사이에는 우상향 방향으로 경사지게 형성된 리브삽입경사면(328-4)이 구비되고,
   상기 핸들(326)에 의해 상기 외부바늘캐리어(325)가 후진하면 상기 전방힌지돌기(325-5)가 상기 측면돌기(328-3)를 따라 이동된 후 상기 측면돌기(328-3)에 걸려 전방이동이 제한되고,
   상기 핸들(326)의 캐리어가압리브(326-1)의 선단은 상기 리브삽입경사면(328-4)에 대응되는 형상으로 형성되어 상기 외부바늘구동축(343)의 구동에 의해 상기 핸들(326)이 전진하며 상기 리브삽입경사면(328-4)에 상기 캐리어가압리브(326-1)가 삽입되며 상기 캐리어가압리브(326-1)를 가압하여 상기 전방힌지돌기(325-5)와 상기 측면돌기(328-3)의 걸림상태가 해제되는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 케이싱부의 후방 하부와 상부에는 각각 하부암피봇축(313b)과 상부암피봇축(313a)이 구비되고,
   상기 위치조절로봇(400)은,
   상기 케이싱부(310)의 후방에 수직하게 배치된 로봇케이싱(410)과; 상기 로봇케이싱(410)의 하부에 수평하게 배치되는 하부암이동너트(455)을 갖는 하부암구동부(440)와;
   상기 로봇케이싱(410)의 상부에 수평하게 배치되는 상부암이동너트(455)을 갖는 상부암구동부(450)와;
   상기 하부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 하부 후단을 수평하게 연결하는 하부슬라이딩암(420)과;
   상기 상부암이동너트(455)과 상기 케이싱부(310)의 상부 후단을 수평하게 연결하는 상부슬라이딩암(430)과;
   상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430)의 단부를 상기 하부암피봇축(313b) 및 상기 상부암피봇축(313a)과 연결하는 하부암피봇축커넥터(460) 및 상부암피봇축커넥터(470)를 포함하며,
   상기 하부암구동부(440)과 상기 상부암구동부(450) 각각의 길이변화는 상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화로 전달되고,
   상기 하부슬라이딩암(420)과 상기 상부슬라이딩암(430) 중 적어도 하나의 길이변화는 상기 하부암피봇축(313b)과 상기 상부암피봇축(313a)에 대한 상기 케이싱부(310)의 상하방향 틸팅으로 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 베드(11)에 환자의 머리 보다 위쪽에 결합되어 상기 위치조절로봇(400)이 상기 베드(11)에 결합되는 수평방향 위치 및 수직방향 높이를 하는 위치조절고정지그(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생검침조작로봇장치.

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