KR102531937B1 - 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 천공된 조직에 삽입이 용이하도록 원추형으로 형성되는 앤빌, 상기 앤빌 하부면으로부터 외측방향으로 중심축이 형성되는 분리 결합부, 상기 분리 결합부 주변으로 상기 조직이 위치되면 상기 앤빌의 하부면과 함께 상기 조직의 양측을 압박한 후 상기 조직의 불필요한 부분을 절단하고 상기 조직을 다수 개의 스테이플로 문합하는 문합부, 천공된 상기 조직에 삽입이 용이하도록 기역(‘ㄱ’)자 형상으로 구부러지고, 상기 문합부에 체결된 상기 분리 결합부가 직선운동 하도록 모터의 회전력을 축방향 직선운동으로 변환시키는 스크류 기어를 구비하고 동력을 전달하는 샤프트, 상기 샤프트 일측을 수용하고, 사용자가 파지 가능하도록 형성되고 사용자의 외력에 의하여 가압력이 발생하는 손잡이부, 축공을 갖는 베어링, 일측에 상기 축공을 관통하는 동력 전달축을 구비하고 회전력을 발생시키는 상기 모터, 편심이 발생하지 않도록 상기 베어링 일측과 상기 모터 사이에서 상기 동력 전달축에 잠금 고정되는 커플링, 상기 베어링 타측에 위치하고 상기 모터의 회전력을 상기 스크류 기어에 전달하는 동력 전달용 어댑터, 상기 모터의 타측에 회전축이 체결되고 상기 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더 및 제어부에 가해지는 전원을 즉시에 차단하는 비상 스위치를 포함하는 본체 및 상기 모터의 회전력에 따라 전류값을 측정하는 전류센서, 상기 전류값을 이용하여 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)을 산출하는 압력 산출부 및 상기 엔코더로부터 측정된 회전량을 이용하여 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하고, 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)에 따라 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법 {Automatic Compression Circular Anastomosis Device and Its Control Method}
본 발명은 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 문합 수술 시 압축 압력 제한과 압축 중지 시점을 판단을 통하여 자동 문합 압축을 구현하는 자동압축 원형 문합기 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
복강경 수술은 복부에 작은 절개창을 여러 개 내고, 그 안으로 각종 수술기구들을 넣고 시행하는 수술방법이다. 이는 환자의 입자에서 절개창의 크기가 작기 때문에 상처가 작게 남아 미용적으로 보기 좋고, 창상으로 인항 통증이 훨씬 작다. 또한, 빠른 회복 속도를 보이므로 개복수술에 비하여 재원기간이 짧고, 일상생활도 빠르게 복귀할 수 있는 장점이 있다.
복강경 수술 시 원형 문합기를 사용한 이중 스테이플 문합기법의 개발로 직장암 환자의 항문 보존의 성공률이 현저하게 향상되었음에도 불구하고 수술 환자의 약 10-20%가 문합부 합병증을 호소하고 있는 실정이다.
부적절한 조직 압착은 문합부 합병증을 일으키는 주요한 요인 중 하나이다. 종래 수동 원형 문합기의 경우 시술자의 임상적인 경험과 직관적인 느낌에 따라 동작시키기 때문에 시술자마다 각기 다른 압력으로 조직 압착을 수행하게 되는데, 이때 과압착으로 인한 문합부 괴사, 허혈 등의 합병증 및 부족압착으로 인한 문합부 누출 등의 합병증이 발생할 수 있다.
관련문헌 1은 원형문합기를 사용하기 전에 쌈지 봉합을 자동으로 수행하기 위한 자동쌈지봉합기에 관한 것으로, 대상부위를 실로 졸라매기 위하여 표면에 복수 개의 스테이플러 철심을 손쉽게 박을 수 있으나, 대상부위에 가해지는 압력을 제어할 수 없어 과압착 또는 부족압착으로 인한 문합부 합병증 발생을 현저하게 줄일 수 없는 단점이 있다.
관련문헌 2는 원형 문합기에 관한 것으로, 손잡이가 일체형으로 형성된 하우징을 포함하는 바디부 및 상기 바디부의 중앙 하부에 회동 가능한 트리거가 구비되어 한손으로 손잡이를 지지한 상태에서 트리거를 손잡이의 방향으로 잡아당길 수 있으나, 이 또한 대상부위에 가해지는 압력을 제어할 수 없어 과압착 또는 부족압착으로 인한 문합부 합병증 발생을 현저하게 줄일 수 없는 단점이 있다.
이에 따라, 복강경 수술 시 안전성 재고 및 문합부 합병증 발생을 현저하게 줄일 수 있는 정량화, 수치화된 조직 문합 장치 및 방법에 대한 확립이 필요하다.
KR 10-2020-0088632 KR 10-2139495
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 복강경 수술 시 천공된 상기 조직을 문합할 시 외과의가 육안으로 인지하지 못하는 조직 간의 압착면의 손상을 줄이고 상기 조직의 과압축 또는 부족압축을 방지하여 합병증 유병률을 감소시킬 수 있도록 앤빌, 분리 결합부, 문합부, 샤프트, 손잡이부, 본체 및 제어부를 포함하는 자동 압축 원형 문합기를 구비하고, 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 실시간 거리(Dn)가 파악되도록 하는 자동 압축 원형 문합기의 제어방법을 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동 압축 원형 문합기는 천공된 조직에 삽입이 용이하도록 원추형으로 형성되는 앤빌; 상기 앤빌 하부면으로부터 외측방향으로 중심축이 형성되는 분리 결합부; 상기 분리 결합부 주변으로 상기 조직이 위치되면 상기 앤빌의 하부면과 함께 상기 조직의 양측을 압박한 후 상기 조직의 불필요한 부분을 절단하고 상기 조직을 다수 개의 스테이플로 문합하는 문합부; 천공된 상기 조직에 삽입이 용이하도록 기역(‘ㄱ’)자 형상으로 구부러지고, 상기 문합부에 체결된 상기 분리 결합부가 직선운동 하도록 모터의 회전력을 축방향 직선운동으로 변환시키는 스크류 기어를 구비하고 동력을 전달하는 샤프트; 상기 샤프트 일측을 수용하고, 사용자가 파지 가능하도록 형성되고 사용자의 외력에 의하여 가압력이 발생하는 손잡이부; 축공을 갖는 베어링, 일측에 상기 축공을 관통하는 동력 전달축을 구비하고 회전력을 발생시키는 상기 모터, 편심이 발생하지 않도록 상기 베어링 일측과 상기 모터 사이에서 상기 동력 전달축에 잠금 고정되는 커플링, 상기 베어링 타측에 위치하고 상기 모터의 회전력을 상기 스크류 기어에 전달하는 동력 전달용 어댑터, 상기 모터의 타측에 회전축이 체결되고 상기 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더 및 제어부에 가해지는 전원을 즉시에 차단하는 비상 스위치를 포함하는 본체; 및 상기 모터의 회전력에 따라 전류값을 측정하는 전류센서, 상기 전류값을 이용하여 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)을 산출하는 압력 산출부 및 상기 엔코더로부터 측정된 회전량을 이용하여 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하고, 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)에 따라 상기 모터를 제어하는 제어부;를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 자동 압축 원형 문합기의 제어방법은 제어부에 의하여, 손잡이부에 구비된 동작 스위치가 입력되면 영점을 보정하는 보정단계; 상기 제어부에 의하여, 문합부 상부면과 앤빌 하부면의 거리가 최소가 되는 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 조직이 압축되도록 모터가 제어되는 모터 제어단계; 상기 제어부에 의하여, 실시간으로 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 실시간 거리(Dn)가 측정되는 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계; 및 상기 제어부에 의하여, 상기 실시간 압력(Pn)과 상기 실시간 거리(Dn)가 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)를 만족하면 상기 문합부로부터 상기 조직의 불필요한 부분이 절단되고 상기 조직이 다수 개의 스테이플로 문합되도록 상기 문합부가 제어되는 문합부 제어단계;를 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 앤빌, 분리 결합부, 문합부, 샤프트, 손잡이부, 본체 및 제어부를 포함하는 자동 압축 원형 문합기를 구비하고, 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 실시간 거리(Dn)가 파악되도록 함으로써, 복강경 수술 시 천공된 상기 조직을 문합할 시 외과의가 육안으로 인지하지 못하는 조직 간의 압착면의 손상을 줄이고 상기 조직의 과압축 또는 부족압축을 방지하여 합병증 유병률을 현저히 감소시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 수동 압축 원형 문합기를 이용한 조직압축 시행 시 의료진 개인별 압력 편차를 표시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기 저장된 설정압력(Pr)을 갖는 제어부에 의하여 시간에 따른 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)이 제한되는 것을 표시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 자동 압축 원형 문합기 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 압축 원형 문합기 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 본체 세부측면도이다.
도 6은 본 발명의 자동 압축 원형 문합기의 제어방법 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 보정단계 세부흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
자동 압축 원형 문합기
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 종래 수동 압축 원형 문합기를 이용한 조직압축 시행 시 의료진 개인별 압력 편차를 표시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기 저장된 설정압력(Pr)을 갖는 제어부(170)에 의하여 시간에 따른 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)이 제한되는 것을 표시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 자동 압축 원형 문합기(100) 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동 압축 원형 문합기(100) 측면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 본체(160) 세부측면도이다.
우선, 도 1을 보면 종래 수동으로 작동시키는 자동 문합기를 이용하여 조직에 압력을 가할시 사용자별로 상이하고, 동일한 사용자임에도 불구하고 시도 회차별로 상이한 것을 확인할 수 있다. 본원발명은 이에 착안한 것으로 천공된 조직에 사용자별, 시도 회차별로 동일한 압력이 가해질 수 있도록 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법을 고안한 것이다. 그리고 본원발명은 도 2와 같이 시간이 지남에 따라 상기 조직에 가해지는 압력이 과압축되지 않도록 가해지는 압력의 상한선을 기 설정하고, 자동으로 압축 종료시점을 결정한 후 천공된 조직을 문합할 수 있도록 한다.
도 3 내지 도 4를 보면, 본 발명의 자동 압축 원형 문합기(100)는 앤빌(110), 분리 결합부(120), 문합부(130), 샤프트(140), 손잡이부(150), 본체(160) 및 제어부(170)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 앤빌(110)은 천공된 조직에 삽입이 용이하도록 원추형으로 형성된다. 상기 분리 결합부(120)는 상기 앤빌(110) 하부면으로부터 외측방향으로 중심축이 형성된다. 상기 문합부(130)는 상기 분리 결합부(120) 주변으로 상기 조직이 위치되면 상기 앤빌(110)의 하부면과 함께 상기 조직의 양측을 압박한 후 상기 조직의 불필요한 부분을 절단하고 상기 조직을 다수 개의 스테이플로 문합한다.
여기서, 상기 문합부(130)는 중심축 상에 중공 원기둥이 형성되고 상기 분리 결합부(120) 일측을 수용할 수 있다. 이에 따라, 상기 문합부(130)와 상기 분리 결합부(120)는 체결과 분리가 용이하도록 하여 상기 조직에 직접적으로 맞닿는 부분을 세척 및 살균할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 자동 압축 원형 문합기(100)는 상기 문합부(130)의 상부면과 상기 앤빌(110)의 하부면의 거리가 조절되는 상하운동 또는 직선운동을 할 수 있다. 이때, 상기 문합부(130)의 중공 원기둥 내부에 상기 분리 결합부(120)가 수용된 후 상기 분리 결합부(120)가 분리되는 방향으로 더 이상의 직선 운동을 제한하도록 상기 분리 결합부(120) 외면에 볼록하게 돌출되어 형성되는 돌출 스토퍼(121) 및 상기 문합부(130)의 중공 원기둥 내면에 오목하게 형성되는 수용홈 스토퍼(131)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 문합부(130)의 상부면과 상기 앤빌(110)의 하부면의 거리가 조절되는 상하운동 또는 직선운동에 있어서, 상기 문합부(130) 상부면과 앤빌(110) 하부면의 거리가 최소가 되는 거리는 최소거리(D0), 최대가 되는 거리는 최대거리(D1)이다. 상기 문합부(130)의 중공 원기둥 내부에 상기 분리 결합부(120)가 수용된 최초의 상태는 상기 최대거리(D1)를 유지한 상태이다.
다음으로, 상기 샤프트(140)는 천공된 상기 조직에 삽입이 용이하도록 기역(‘ㄱ’)자 형상으로 구부러지고, 상기 문합부(130)에 체결된 상기 분리 결합부(120)가 직선운동 하도록 상기 모터(162)의 회전력을 축방향 직선운동으로 변환시키는 스크류 기어(141)를 구비하고 상기 앤빌(110) 및 분리 결합부(120)에 동력을 전달한다.
상기 자동 압축 원형 문합기(100)는 가장 바람직하게 복강경 수술 시 천공된 상기 조직을 문합하는 장치로써, 상기 샤프트(140)는 일정 길이를 갖고, 임의의 지점에서 소정의 각도를 갖고 기역(‘ㄱ’)자 형상으로 구부러져 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 손잡이부(150)는 상기 샤프트(140) 일측을 수용하고, 사용자가 파지 가능하도록 형성되고 사용자의 외력에 의하여 가압력이 발생한다.
한편, 상기 손잡이부(150)는 동작 스위치(151)를 더 포함할 수 있고, 상기 동작 스위치(151)가 입력되면 상기 제어부(170)에 전원이 인가될 수 있다. 그리고 전원이 인가된 상기 제어부(170)는 보다 정확한 실시간 압력 및 거리를 측정할 수 있도록 영점을 보정할 수 있다. 그리고 상기 제어부(170)는 상기 자동 압축 원형 문합기(100) 제조 후 첫 기동 시 영점을 보정할 수 있거나, 상기 손잡이부(150)의 동작스위치(151)가 입력된 후 첫 기동 시 영점을 보정할 수 있다.
또한, 영점이 보정된 후 사용자에 의하여 상기 상부 손잡이(152)에 충분한 압력이 가해지면 상기 모터(162)가 동작하도록 할 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 손잡이부(150)는 상부에 힌지로 연결된 상부 손잡이(152)가 구비될 수 있고, 사용자에 의하여 상기 손잡이부(150) 전체가 파지된 후 상기 상부 손잡이(152)에 압력이 가해질 수 있다.
이는, 종래 하부에 힌지로 연결된 손잡이가 있는 장치 또는 트리거 형상의 손잡이의 경우 사용자의 악력이 떨어질 경우 손잡이에 가해지는 압력도 역시 떨어지는 것을 보완하기 위한 것으로, 본원발명의 손잡이부(150)는 상기 상부 손잡이(152)를 구비함으로써, 사용자의 체중이 실릴 수 있고 상기 상부 손잡이(152)에 가해지는 압력을 보다 일정하게 유지하는데 용이한 효과가 있다.
다음으로, 상기 본체(160)는 하우징 내 베어링(161), 모터(162), 커플링(163), 동력 전달용 어댑터(164), 엔코더(165), 및 비상 스위치(166)를 포함한다. 도 5를 보면서 보다 구체적으로 설명해보면, 상기 베어링(161)은 축공을 갖는데, 이는 상기 하우징과 상기 하우징 내 구성들이 움직이지 않게 하고 마찰이 일어나지 않도록 하기 위함이다.
다음으로, 상기 모터(162)는 일측에 상기 축공을 관통하는 동력 전달축을 구비하고 회전력을 발생시킨다. 즉, 상기 모터(162)는 전원이 인가되거나 또는 상기 제어부(170)로부터 동작하라는 제어신호를 받으면 상기 동력 전달축을 회전시킴으로써 회전력을 발생시킬 수 있다.
다음으로, 상기 커플링(163)은 편심이 발생하지 않도록 상기 베어링(161) 일측과 상기 모터(162) 사이에서 상기 동력 전달축에 잠금 고정된다. 즉, 상기 커플링(163)은 상기 스크류 기어(141)의 중심축에 일정한 회전력이 전달되지 못할 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 상기 모터(162)의 동력 전달축을 고정시킬 수 있다.
다음으로, 상기 동력 전달용 어댑터(164)는 상기 베어링(161) 타측에 위치하고 상기 모터(162)의 회전력을 상기 스크류 기어(141)에 전달한다. 다시 말하면, 도 5와 같이 상기 동력 전달축에는 상기 커플링(163), 베어링(161), 및 상기 동력 전달용 어댑터(164)가 순서대로 위치할 수 있는데, 상기 동력 전달축과 상기 샤프트(140) 내 스크류 기어(141)와 연결되기 위해서 규격을 맞추고자 상기 동력 전달용 어댑터(164)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 동력 전달용 어댑터(164) 일측에는 상기 동력 전달축이 수용될 수 있는 홈이 구비되고, 타측에는 상기 스크류 기어(141)가 수용될 수 있는 홈이 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 엔코더(165)는 상기 모터(162)의 타측에 회전축이 체결되고 상기 회전축의 회전량을 측정한다. 일반적으로 엔코더는 회전하는 물체의 회전속도를 측정하기 위해서 사용되는 기기로, 회전하는 물체가 돌아가는 방향과 횟수를 정밀하게 측정할 수 있고, 얼마만큼 회전했는지 위치 역시 측정할 수 있다. 이때, 엔코더의 성능 중 가장 중요한 요소로서 분해능이 있다. 분해능이 높을수록 축의 회전 속도 및 위치를 미세하게 측정할 수 있는데 엔코더가 1회 회전하였을 때 발생하는 신호는 분해능의 개수만큼 출력될 수 있다.
즉, 상기 엔코더(165)는 가장 바람직하게 앱솔루트 방식의 엔코더로써, 상기 모터(162)의 타측에 회전축이 체결되고 상기 회전축의 회전량에 비례하여 펄스를 출력할 수 있다.
다음으로, 상기 비상 스위치(166)는 상기 본체(160)의 일측에 표면으로부터 돌출된 버튼형상으로 구비될 수 있고, 상기 제어부(170)와 전기적으로 연결된다. 이는 혹여나 발생할 수 있는 상기 모터(162)의 고장 발생 시 상기 제어부(170)에 가해지는 전원을 즉시에 차단한다. 이에 따라, 상기 모터(162) 고장으로 발생할 수 있는 2차적인 피해를 예방할 수 있다.
다음으로, 상기 제어부(170)는 전류센서(171), 압력 산출부(172) 및 거리 산출부(173)를 포함하고, 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)에 따라 상기 모터(162)를 제어한다. 가장 바람직하게, 상기 제어부(170)는 상기 본체(160)의 하우징 내부 일측에 위치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전류센서(171)는 상기 모터(162)의 회전력에 따라 전류값을 측정한다. 일반적으로 전원이 인가되면 장치 내 전류가 흐르게 되고, 상기 모터(162)가 구동하면 전류값이 변하게 된다. 즉, 상기 전류센서(171)는 이러한 전류값의 변화를 확인하기 위함이다.
다음으로, 상기 압력 산출부(172)는 상기 전류값을 이용하여 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)을 산출한다. 즉, 상기 압력 산출부(172)는 상기 전류센서(171)로부터 측정된 상기 실시간 전류(In)와 구동전류(Im)와의 차이값이 산출된 후 기 저장된 전류-회전력-압력 비례 관계식에 기초하여 상기 실시간 압력(Pn)을 산출할 수 있다. 상기 전류-회전력-압력 비례 관계식은 하기 [수학식 1] 내지 [수학식 2]와 같고, 하기에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
다음으로, 상기 거리 산출부(173)는 상기 엔코더(165)로부터 측정된 회전량을 이용하여 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 거리를 산출한다.
한편, 상기 거리 산출부(173)는 상기 회전량에 비례하여 발생하는 펄스의 개수가 획득될 수 있다. 그리고 상기 펄스의 개수와 상기 스크류 기어(141)의 기어비를 이용하여 실시간 거리(Dn)를 결정할 수 있다. 상기 실시간 거리(Dn)는 하기 [수학식 3]으로 산출할 수 있고, 하기에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
자동 압축 원형 문합기의 제어방법
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 자동 압축 원형 문합기(100)의 제어방법 흐름도이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 보정단계(S100) 세부흐름도이다.
우선 도 6을 보면, 본 발명의 자동 압축 원형 문합기(100)의 제어방법은 보정단계(S100), 모터 제어단계(S200), 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300) 및 문합부 제어단계(S400)를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 보정단계(S100)는 제어부(170)에 의하여, 손잡이부(150)에 구비된 동작 스위치(151)가 입력되면 영점을 보정한다.
도 7을 보면서 보다 상세히 설명해보면, 상기 보정단계(S100)는 영점 저장단계(S110) 및 구동전류(Im) 측정단계(S120)를 포함할 수 있다.
상기 영점 저장단계(S110)는 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 상기 모터(162)가 회전되고, 전류센서(171)로부터 측정된 전류값(I)이 기 설정된 전류값(Ir)을 초과하면 해당 전류값(I)과 해당 지점을 각각 영점전류(I0)와 상기 영점으로 저장될 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 영점 저장단계(S110)는 상기 전류센서(171)로부터 측정된 전류값(I)이 급변하는 위치가 상기 영점으로 저장될 수 있다. 즉, 상기 영점전류(I0)는 기저로 존재하는 전류값이다. 이때, 상기 영점 저장단계(S110)는 상기 전류센서(171)로부터 측정된 전류값(I)이 급변하는 위치가 찾아질 때까지 반복될 수 있다. 즉, 상기 영점 저장단계(S110)로부터 상기 자동 압축 원형 문합기(100)의 상기 영점과 영점전류(I0)가 결정될 수 있다.
다음으로, 상기 구동전류(Im) 측정단계(S120)는 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 영점에서 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 거리가 최대가 되는 최대거리(D1)에 도달하는 방향으로 상기 모터(162)가 회전된 후 다시 상기 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 상기 모터(162)가 회전되면서 각 지점별 구동전류(Im)가 측정될 수 있다.
한편, 상기 영점에서 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 거리는 3cm 내지 6cm 범위이내일 수 있고, 가장 바람직하게 5cm일 수 있다. 다시 말하면, 상기 최소거리(D0)는 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면이 상기 영점에 도달한 거리이고, 상기 최대거리(D1)는 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 거리가 5cm일 수 있다. 그리고 상기 구동전류(Im) 측정단계(S120)는 영점으로부터 5cm 이내범위에서 각 지점별 구동전류(Im)가 측정될 수 있다.
다음으로, 상기 모터 제어단계(S200)는 상기 제어부(170)에 의하여, 문합부(130) 상부면과 앤빌(110) 하부면의 거리가 최소가 되는 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 조직이 압축되도록 모터(162)가 제어된다.
즉, 상기 모터 제어단계(S200)로부터 상기 모터(162)가 제어되면 상기 모터(162)와 연결 또는 체결된 타 구성이 함께 움직일 수 있다. 구체적으로, 동력 전달용 어댑터(164) 일측에 상기 모터(162)의 동력 전달축이 수용되어 있고, 상기 동력 전달용 어댑터(164) 타측에 스크류 기어(141)가 수용되어 있다. 이에 따라 상기 스크류 기어(141)는 상기 모터(162)의 회전운동을 축방향 직선운동으로 변환시키므로, 상기 스크류 기어(141)를 포함하는 샤프트(140)는 상기 앤빌(110)과 분리 결합부(120)를 축방향으로 직선운동 하도록 할 수 있다. 이에 따라, 상기 앤빌(110)과 분리 결합부(120)는 상기 문합부(130) 상부면과 앤빌(110) 하부면의 거리가 최소가 되는 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 직선운동할 수 있고, 이에 따라 상기 조직이 압축될 수 있다.
다음으로, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 제어부(170)에 의하여, 실시간으로 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 실시간 거리(Dn)가 측정된다.
다시 도 6을 보면, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 실시간 압력(Pn)이 상기 제어부(170)에 기 저장된 설정압력(Pr)에 도달한지에 대한 도달여부가 확인될 수 있다. 상기 실시간 압력(Pn)이 상기 설정압력(Pr)에 도달된다면 상기 실시간 거리(Dn)가 상기 설정거리(Dr) 이상인지 확인될 수 있다. 이때, 상기 실시간 압력(Pn)이 상기 설정압력(Pr)에 도달되지 않는다면 상기 모터 제어단계(S200)로 회귀될 수 있고, 상기 모터(162)가 구동되어 상기 조직이 상기 설정압력(Pr)에 도달될 때까지 압축될 수 있다.
또한, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 실시간 거리(Dn)가 상기 설정거리(Dr) 이상이라면 상기 모터(162)가 정지되고 대기될 수 있다. 이는, 압축-대기를 반복하는 과정에서 조직 내 세포 간액이 충분히 빠져 나가기를 기다리는 과정이다. 즉, 대기시간(T)이 기 설정된 시간에 도달될 때까지 대기하고, 상기 대기시간(T)이 기 설정된 시간에 도달되면 상기 모터 제어단계(S200)로 회귀될 수 있다. 그리고 상기 모터 제어단계(S200)로부터 상기 모터(162)가 구동되어 다시 상기 조직이 압축될 수 있다. 상기 기 설정된 시간은 가장 바람직하게 10초 내지 20초 범위이내일 수 있고, 가장 바람직하게 15초일 수 있다.
반면에, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 실시간 거리(Dn)가 상기 설정거리(Dr) 이내라면 상기 문합부 제어단계(S400)가 진행될 수 있다. 즉, 상기 문합부 제어단계(S400)는 상기 제어부(170)에 의하여, 상기 실시간 압력(Pn)과 상기 실시간 거리(Dn)가 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)가 만족되면 상기 문합부(130)로부터 상기 조직의 불필요한 부분이 절단되고 상기 조직이 다수 개의 스테이플로 문합되도록 상기 문합부(130)가 제어된다.
여기서, 실시간으로 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)이 측정됨에 있어서, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 제어부(170) 내 압력 산출부(172)에 의하여, 상기 전류센서(171)로부터 상기 모터(162)의 회전력에 따라 측정된 상기 실시간 전류값(In)과 상기 구동전류(Im)와의 차이값이 산출된 후 기 저장된 전류-회전력-압력 비례 관계식에 기초하여 상기 실시간 압력(Pn)이 산출될 수 있다.
한편, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 상기 실시간 전류값(In)이 증폭될 수 있고, 노이즈 전압이 제거될 수 있고, 아날로그 신호로 입력된 전압이 디지털 신호로 변환될 수 있다. 그리고 상기와 같이 전처리된 상기 실시간 전류값(In)과 상기 구동전류(Im)와의 차이값이 산출된 후 기 저장된 전류-회전력-압력 비례 관계식에 기초하여 상기 실시간 압력(Pn)이 산출될 수 있다.
여기서, 상기 전류-회전력-압력 비례 관계식은 하기 [수학식 1]과 같다.
Figure 112021015772155-pat00001
여기서, Pn는 상기 조직에 가해지는 실시간 압력이고,
Figure 112021015772155-pat00002
는 동력 전달 효율 계수,
Figure 112021015772155-pat00003
는 상기 스크류 기어(141)의 기어비,
Figure 112021015772155-pat00004
는 상기 앤빌(110) 하부면과 상기 문합부(130)가 닿는 면적이다.
Figure 112021015772155-pat00005
는 상기 조직에 의해 발생한 토크로써, 하기 [수학식 2]로 산출될 수 있다.
Figure 112021015772155-pat00006
여기서, Kt는 상기 모터(162)의 토크상수이고, Id는 상기 실시간 전류값(In)과 상기 구동전류(Im)와의 차이값이고, Im은 구동전류이고, In은 상기 전류센서(171)로부터 측정된 실시간 전류이다.
또한, 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 실시간 거리(Dn)가 측정됨에 있어서, 상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계(S300)는 펄스수 획득단계(S310)를 포함할 수 있다. 상기 펄스수 획득단계(S310)는 상기 제어부(170) 내 거리 산출부(173)에 의하여, 상기 회전량에 비례하여 발생하는 펄스의 개수가 획득될 수 있다.
그리고 상기 실시간 압력-거리 측정단계(S300)는 상기 펄스의 개수와 스크류 기어(141)의 기어비를 이용하여 실시간 거리(Dn)가 결정될 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 실시간 거리(Dn)는 하기 [수학식 3]으로 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112021015772155-pat00007
여기서, D0는 상기 최소거리이고, Ke는 상기 모터(162)의 1회전 당 직선운동거리이고, Mn은 상기 펄스수 획득단계(S310)로부터 획득된 펄스의 개수이고, Ng는 상기 모터(162)의 감속기어비이고, Mr은 상기 모터(162)의 1회전 당 펄스의 개수이다.
즉, 상기 실시간 압력-거리 측정단계(S300)는 상기 모터(162)의 회전과 동시에 발생하는 펄스의 개수를 세어서 실시간 거리(Dn)가 산출될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 의하면 복강경 수술 시 천공된 상기 조직을 문합할 시 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부(130) 상부면과 상기 앤빌(110) 하부면의 실시간 거리(Dn)가 파악될 수 있어 외과의가 육안으로 인지하지 못하는 조직 간의 압착면의 손상을 줄일 수 있고 상기 조직의 과압축 또는 부족압축 없이 조직을 문합하여 합병증 유병률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
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.
그러므로 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100.. 자동 압축 원형 문합기
110.. 앤빌
120.. 분리 결합부
121.. 돌출 스토퍼
130.. 문합부
131.. 수용홈 스토퍼
140.. 샤프트
141.. 스크류 기어
150.. 손잡이부
151.. 동작 스위치
152.. 상부 손잡이
160.. 본체
161.. 베어링
162.. 모터
163.. 커플링
164.. 동력 전달용 어댑터
165.. 엔코더
166.. 비상 스위치
170.. 제어부
171.. 전류센서
172.. 압력 산출부
173.. 거리 산출부

Claims (5)

  1. 천공된 조직에 삽입이 용이하도록 원추형으로 형성되는 앤빌;
    상기 앤빌 하부면으로부터 외측방향으로 중심축이 형성되는 분리 결합부;
    상기 분리 결합부 주변으로 상기 조직이 위치되면 상기 앤빌의 하부면과 함께 상기 조직의 양측을 압박한 후 상기 조직의 불필요한 부분을 절단하고 상기 조직을 다수 개의 스테이플로 문합하는 문합부;
    천공된 상기 조직에 삽입이 용이하도록 기역(‘ㄱ’)자 형상으로 구부러지고, 상기 문합부에 체결된 상기 분리 결합부가 직선운동 하도록 모터의 회전력을 축방향 직선운동으로 변환시키는 스크류 기어를 구비하고 동력을 전달하는 샤프트;
    상기 샤프트 일측을 수용하고, 사용자가 파지 가능하도록 형성되고 사용자의 외력에 의하여 가압력이 발생하는 손잡이부;
    축공을 갖는 베어링, 일측에 상기 축공을 관통하는 동력 전달축을 구비하고 회전력을 발생시키는 상기 모터, 편심이 발생하지 않도록 상기 베어링 일측과 상기 모터 사이에서 상기 동력 전달축에 잠금 고정되는 커플링, 상기 베어링 타측에 위치하고 상기 모터의 회전력을 상기 스크류 기어에 전달하는 동력 전달용 어댑터, 상기 모터의 타측에 회전축이 체결되고 상기 회전축의 회전량을 측정하는 엔코더 및 제어부에 가해지는 전원을 즉시에 차단하는 비상 스위치를 포함하는 본체; 및
    상기 모터의 회전력에 따라 전류값을 측정하는 전류센서, 상기 전류값을 이용하여 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)을 산출하는 압력 산출부 및 상기 엔코더로부터 측정된 회전량을 이용하여 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함하고, 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)에 따라 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 자동 압축 원형 문합기.
  2. 제어부에 의하여, 손잡이부에 구비된 동작 스위치가 입력되면 영점을 보정하는 보정단계;
    상기 제어부에 의하여, 문합부 상부면과 앤빌 하부면의 거리가 최소가 되는 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 조직이 압축되도록 모터가 제어되는 모터 제어단계;
    상기 제어부에 의하여, 실시간으로 상기 조직에 가해지는 실시간 압력(Pn)과 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 실시간 거리(Dn)가 측정되는 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계; 및
    상기 제어부에 의하여, 상기 실시간 압력(Pn)과 상기 실시간 거리(Dn)가 기 저장된 설정압력(Pr)과 설정거리(Dr)를 만족하면 상기 문합부로부터 상기 조직의 불필요한 부분이 절단되고 상기 조직이 다수 개의 스테이플로 문합되도록 상기 문합부가 제어되는 문합부 제어단계;를 포함하는 자동 압축 원형 문합기의 제어방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보정단계는,
    상기 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 상기 모터가 회전되고, 전류센서로부터 측정된 전류값(I)이 기 저장된 설정전류(Ir)를 초과하면 해당 전류값(I)과 해당 지점을 각각 영점전류(I0)와 상기 영점으로 저장하는 영점 저장단계; 및
    상기 영점에서 상기 문합부 상부면과 상기 앤빌 하부면의 거리가 최대가 되는 최대거리(D1)에 도달하는 방향으로 상기 모터가 일정 거리까지 회전된 후 다시 상기 최소거리(D0)에 도달하는 방향으로 상기 모터가 회전되면서 각 지점별 구동전류(Im)가 측정되는 구동전류(Im) 측정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 압축 원형 문합기의 제어방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계는,
    상기 전류센서로부터 상기 모터의 회전력에 따라 측정된 상기 실시간 전류값(In)과 상기 구동전류(Im)와의 차이값이 산출된 후 기 저장된 전류-회전력-압력 비례 관계식에 기초하여 상기 실시간 압력(Pn)이 산출되는 것을 특징으로 하는 자동 압축 원형 문합기의 제어방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 실시간 압력(Pn)-거리(Dn) 측정단계는,
    본체 내 엔코더로부터 측정된 회전량에 비례하여 발생하는 펄스의 개수가 획득되는 펄스수 획득단계;를 포함하고,
    상기 펄스의 개수와 스크류 기어의 기어비를 이용하여 실시간 거리(Dn)가 결정되는 것을 특징으로 하는 자동 압축 원형 문합기의 제어방법.
KR1020210017499A 2021-02-08 2021-02-08 자동 압축 원형 문합기 및 이의 제어방법 KR102531937B1 (ko)

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