KR102555196B1 - 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 휴지상태에서 초기 캘리브레이션을 수행하여 와이어의 히스테리시스를 보상하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 이를 위해 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부, 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부, 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치가 개시된다.

Description

와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법{Surgical tool device having hysteresis compensation and method thereof}
본 발명은 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴지상태에서 초기 캘리브레이션을 수행하여 와이어의 히스테리시스를 보상하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일예로서 유연 오버튜브(10)는 복수의 유연 수술도구(21,22)를 포함한다. 복수의 유연 수술도구(21,22)는 오버튜브의 몸체에 마련된 각각의 채널(11,12) 내에 삽입 배치된다. 일예로서 제1 수술도구(21)는 제1,2 견인 와이어(도면 미도시)에 의해 견인됨으로써 위치와 방향을 제어할 수 있다.
유연 수술도구는 도 2에 도시된 바와 같이 히스테리시스 구간을 갖는다. 특히 와이어의 장시간 사용으로 인해 와이어가 늘어난 경우에는 히스테리시스 구간이 발생할 수 있다. 이러한 히스테리시스 발생 구간에서의 오버튜브 또는 수술도구의 제어는 정밀하지 못한 단점을 갖는다.
US 2019/0290109
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 휴지상태에서 와이어의 늘어남을 보상할 수 있는 캘리브레이션 모드를 실행하여 정방향 및 역방향 보상각도를 산출하고, 오퍼레이션 모드에서 산출된 정방향 및 역방향 보상각도를 적용하여 히스테리시스 보상 제어를 함으로써 정확한 위치 및 방향 제어를 할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부, 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부, 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 채널에 배치되는 카메라부, 조작 명령에 따라 와이어를 견인하도록 견인 구동력을 제공하는 모터부를 더 포함한다.
또한, 복수의 모드는, 휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션하는 캘리브레이션 모드, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 산출된 휴지상태에서의 캘리브레이션 보상값을 이용하여 수술 도구 또는 유연 튜브부의 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어함으로써 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 오퍼레이션 모드를 포함한다.
또한, 히스테리시스 보상 구동 제어부는 복수의 모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 캘리브레이션 모드에서 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 정방향 보상모드 제어부, 캘리브레이션 모드에서 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 역방향 보상모드 제어부, 오퍼레이션 모드에서 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어하는 동작모드 제어부를 포함한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점을 모터의 전류 변화에 따라 판단하는 모터 전류 변화 체크부, 모터 전류 변화 체크부의 전류변화 체크신호에 따라 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부, 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값 휴지상태에서의 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값, 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출한다.
또한, 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하는 카메라 픽셀 변화 체크부, 카메라 픽셀 변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부, 휴지상태에서의 모터 위치값과 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함한다.
또한, 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제1 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계, 제1 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제1 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계, 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 제2 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제2 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계, 제2 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계, 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 와이어의 제1,2 방향 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계, 각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함한다.
또한, 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계, 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값을 각각 입력받는 단계, 각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 휴지상태에서 와이어의 늘어남을 보상할 수 있는 캘리브레이션 모드를 실행하여 정방향 및 역방향 보상각도(또는 와이어 길이)를 산출하고, 오퍼레이션 모드에서 산출된 정방향 및 역방향 보상각도의 산출을 통해서 전체 보상각도(또는 전체 와이어 길이)를 산출 적용하여 히스테리시스 보상 제어를 함으로써 정확한 위치 및 방향 제어를 할 수 있는 발명을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 와이어의 히스테리시스를 보상하기 위해 별도의 공간센서 또는 모션 추적 카메라를 필요치 않아 별도의 부가 장비 없이 기존 장비를 그대로 이용하면서 사용자의 조작성을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구의 히스테리시스 특성 또는 곡선을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브 장치를 도시한 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치의 구성을 대략적으로 도시한 도면으로서, 도 4는 엔코더 값과 모터 전류 값을 정방향 및 역방향 보상모드 제어부에 각각 전송하는 것이고, 도 5는 엔코더 값과 픽셀 값을 정방향 및 역방향 보상모드 제어부에 각각 전송하는 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 전류 변화를 감지하여 히스테리시스 보상값을 산출하는 것을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 카메라의 픽셀 변화를 감지하여 히스테리시스 보상값을 산출하는 것을 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구(10)는 관절 또는 유연한 튜브로 이루어져 와이어로 견인됨으로써 위치 및 방향을 제어할 수 있는 장치를 포함한다. 일예로서 내시경 장치 또는 오버튜브 장치를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 오버튜브 장치를 일예로들어 설명하기로 한다.
유연 수술도구(10)의 와이어 히스테리시스 보상 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이 인체의 몸 내에 삽입되어 수술도구를 견인 와이어를 통해 위치(position)와 방향(orientation)을 제어함으로써 수술하는 장치이다. 유연 수술도구(10)는 유연한 몸체를 가지는 오버튜브 몸체(10a), 오버튜브 몸체(10a)의 내측으로 기 설정된 지름을 가지면서 형성된, 제1,2,3 채널(11,12,13), 각 채널에 삽입되는 수술도구(21,22,23)를 포함한다. 수술도구는 채널 내에 삽입되는 수술에 필요한 도구(21,22)나 카메라(23)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 채널(11)에는 제1 수술도구(21)가 삽입되며, 제2 채널(12)에는 제2 수술도구(22)가 삽입되고, 제3 채널(13)에는 카메라부(23)가 삽입될 수 있다. 다만, 채널의 개수 및 수술도구의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 전단부에는 각 채널 내에 삽입된 카메라부(23) 및 수술도구가 돌출되어 있다. 따라서 카메라부(23)는 전방을 촬영할 수 있고, 각 수술도구는 조직을 집거나 절제하는 수술을 견인 와이어의 조작에 따라 제어할 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 후단부에는 견인 와이어(도면 미도시)를 조작할 수 있는 조작부(또는 제어부, 도면 미도시)가 배치된다. 견인 와이어는 조작부에서 오버튜브 몸체 또는 수술도구의 전단부까지 연결되어 있다. 따라서 사용자의 조작부 조작에 의해 수술도구 또는 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어할 수 있다. 이때, 일예로서 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어하기 위해서 제1 견인 와이어(10b)와 제2 견인 와이어(10c)를 조작부에 의해 조정함으로써 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 그리고 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치 및 방향 제어와 동일하게 각 수술도구의 위치 및 방향 제어도 견인 와이어의 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 따라서 도면에는 도시되어 있지 않으나 각 수술도구도 견인 와이어에 연결 접속된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브 몸체(10a) 또는 유연 수술도구(21,22)는 견인 와이어의 견인력에 따라 선형적인 슬로프(slope) 구간을 가져서 수술도구의 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 다만, 견인 와이어를 이용하여 수술도구를 제어할 때 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 견인력을 제공함에도 불구하고 그 견인력에 상응하도록 위치와 방향을 일정하게 제어할 수 없는 구간도 존재한다. 이 구간을 히스테리시스 영역이라 할 수 있으며, 이러한 히스테리시스 영역에서는 견인력이 동일하다 하더라도 수술도구의 위치와 방향 제어가 달라질 수 있다.
또한, 이상적으로는 견인력에 따라 수술도구의 위치가 정확히 제어됨으로써 도 2의 그래프가 일직선이 되어야 하나 히스테리시스로 인해서 슬로프 형태를 띄게 된다. 히스테리시스 현상을 보여주는 도 2의 슬로프는 예를 들면 도구를 위로 일정 위치 제어하고 아래로 일정 위치 반복하여 제어할 때 사용자가 실제로 인가하는 견인력에 따른 현재 도구의 위치 값을 보여준다.
이러한 히스테리시스 영역이 발생하는 이유는 일예로서 유연 수술도구 또는 유연 오버튜브가 체내에 삽입될 때 그 형상이나 꼬임이 달라져서 발생할 수도 있고, 견인 와이어의 사용으로 인한 노후화가 원일 수도 있다.
한편, 견인 와이어의 오랜 사용으로 인해 와이어가 늘어난 경우에는 휴지상태에서 견인 와이어를 동작시키면 와이어가 늘어난 만큼 와이어 히스테리시스가 발생하여 조작부의 조작에 의해서도 정확한 위치 및 방향 제어가 되지 않는다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2 장력조절 고정 풀리부(161,162)를 사용하여 늘어난 와이어의 장력을 줄이거나 크게하는 경우에도 동일한 문제가 발생된다.
따라서 본 발명에서는 휴지상태(와이어를 구동시키지 않는 구동 중지 상태)에서 와이어 캘리브레이션을 실행하고, 와이어를 구동시키는 초기 구동상태에서 캘리브레이션 값을 적용함으로써 초기 구동상태에서 정확한 위치 및 방향 제어가 될 수 있도록 한다. 이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
(와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치의 구성 및 기능)
본 발명의 일실시예에 따른 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치는 휴지상태에서 와이어 캘리브레이션을 실행하여 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값(이하 보상값은 보상각도 또는 와이어 늘어난 길이 일 수 있다)을 각각 산출하고, 산출한 정방향 캘리브레이션 보상값과 역방향 캘리브레이션 보상값을 통해 전체 캘리브레이션 보상값을 산출한다. 와이어 캘리브레이션 후에 와이어 초기 구동상태에서 정방향 구동인 경우와 역방향 구동인 경우에 모두 산출한 전체 캘리브레이션 보상값을 적용하여 와이어를 초기 구동함으로써 초기 구동시에 와이어의 히스테리시스를 보상할 수 있다. 이때, 정방향 구동 및 역방향 구동은 도 3에 도시된 구동 풀리부(151,152,161,162) 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 모터부(210)는 와이어를 견인하는 구동 풀리부(151,152,161,162)를 정방향 및 역방향으로 회전시킨다. 이때, 각 구동 풀리부(151,152,161,162)를 구동시키는 모터가 개별로 배치될 수도 있다. 모터부(210)는 구동모터 제어부(310)의 제어에 따라 정방향 또는 역방향으로 구동 풀리부(151,152,161,162)를 구동시킨다. 모터부(210)는 엔코더를 포함하며, 엔코더는 모터의 회전 각도를 측정한다. 모터부(210)는 구동모터 제어부(310)의 제어에 따라 구동 풀리부를 구동시키면서, 엔코더의 전기적인 펄스 신호를 구동모터 제어부(310)로 요청에 의해 전송한다. 모터부(210)는 도 3의 구동 제어부(110)에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 카메라부(220,23)는 카메라 제어부(320)의 제어에 따라 와이어에 견인되어 위치 또는 방향을 변경시킬 수 있으며, 촬영된 영상을 카메라 제어부(320)로 전송한다. 카메라 제어부(320)는 전송받은 픽셀값을 도 5와 같이 정방향 보상모드 제어부(340) 또는 역방향 보상모드 제어부(350)로 전송한다. 이때, 카메라 제어부(320)에서 전송되는 픽셀값은 휴지상태에서의 휴지상태 픽셀값, 후술하는 정방향 및 역방향 캘리브레이션 모드에서의 늘어난 와이어가 당겨져 모터부(210)의 부하가 걸리는 시점에서의 정방향 모터부하 픽셀값과 역방향 모터부하 픽셀값이다. 카메라부(220,23)는 도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(120)의 채널 내에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 히스테리시스 보상 구동 제어부는 구동모터 제어부(310), 카메라 제어부(320), 모드 스위칭부(330), 정방향 보상모드 제어부(340), 역방향 보상모드 제어부(350), 동작모드 제어부(360)를 포함한다. 히스테리시스 보상 구동 제어부는 조작부의 조작 명령을 수신하며, 수신된 조작 명령에 따라 견인 와이어를 제어함으로써 수술 도구(21,22) 또는 카메라부(23,220)의 위치 및 방향을 제어한다. 한편, 견인 와이어는 사용이 증가함에 따라 도 3과 같이 늘어날 수 있고 이로 인해 휴지상태에서 와이어 히스테리시스 특성이 있다. 따라서 히스테리시스 보상 구동 제어부는 휴지상태에서 견인 와이어를 캘리브레이션 하고, 초기 구동상태에서 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한다. 여기서 초기 구동상태는 휴지상태를 벗어나서 와이어를 초기 구동하는 상태이고, 휴지상태는 유연 수술도구를 최초 구동시키는 경우이거나 또는 유연 수술도구의 동작을 일정 시간 중지한 경우의 상태이다.
한편, 히스테리시스 보상 구동 제어부는 복수의 모드를 실행하며, 모드 스위칭부(330)에 의해 각각의 모드가 스위칭 된다. 모드 스위칭부(330)는 조작부의 조작 명령에 의해 모드 스위칭을 하도록 제어한다. 즉, 모드 스위칭부(330)는 조작부에서 정방향 캘리브레이션 모드의 실행을 명령하면 정방향 캘리브레이션 모드로 스위칭하도록 제어하고, 역방향 캘리브레이션 모드의 실행을 명령하면 역방향 캘리브레이션 모드로 스위칭하도록 제어하고, 오퍼레이션 모드의 실행을 명령하면 오퍼레이션 모드로 스위칭하도록 제어한다. 각각의 모드 실행 명령에 따라 정방향 보상모드 제어부(340), 역방향 보상모드 제어부(350), 동작모드 제어부(360)가 각각 상응하여 실행된다.
캘리브레이션 모드는 휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션 하는 모드이다. 즉, 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드는 정방향 보상모드 제어부(340)에 의해 실행된다. 역방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드는 역방향 보상모드 제어부(350)에 의해 실행된다. 휴지상태에서 어느 한 방향의 캘리브레이션 모드가 실행된 후에 다른 방향의 캘리브레이션 모드가 실행되는 것이 바람직하다. 일예로서 정방향 캘리브레이션 모드를 먼저 실행한 후에 역방향 캘리브레이션 모드를 실행하거나 또는 이와 반대로 캘리브레이션 모드를 실행할 수 있다.
정방향 보상모드 제어부(340)는 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 모드에서 모터부 또는 구동 풀리부를 정방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다. 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 2가지 실시예에 따라 산출될 수 있다. 다만, 역방향 캘리브레이션 보상값의 산출은 정방향 캘리브레이션 보상값의 산출 방법과 동일한 원리로 산출할 수 있으므로 설명을 이에 갈음하기로 한다
제1 실시예로서, 정방향 보상모드 제어부(340)는 도 6에 도시된 바와 같이 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 모터 전류변화 체크부(413b)를 포함한다.
모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 모터 전류변화 체크부의 전류변화 체크신호에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 즉, 모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않은 최초 초기상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 견인력 최초 작용상태는 후술하는 모터 전류변화 체크부의 설정에 따라 판단한다.
모터 전류변화 체크부(413b)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태를 모터의 전류 변화에 따라 판단한다. 즉, 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않는 최초 초기상태에서는 모터부(210)의 전류 변화가 없다가, 견인력 최초 작용상태가 되면 모터부(210)의 전류 변화가 발생한다. 모터 전류변화 체크부(413b)는 견인력 최초 작용상태를 감지하며, 전류변화 감지신호가 생성되면 모터 최후 위치값 산출부(412)로 감지신호를 전송함으로써 모터 최후 위치값 산출부(412)가 견인력 최초 작용상태에서의 모터 최후 위치값을 산출하도록 한다.
보상값 산출부(410)는 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
제2 실시예로서, 정방향 보상모드 제어부(340)는 도 7에 도시된 바와 같이 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 카메라 픽셀변화 체크부(413a)를 포함한다.
모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는다.
모터 최후 위치값 산출부(412)는 카메라 픽셀변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점의 부하상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 즉, 모터 최초 위치값 산출부(411)는 휴지상태에서 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않은 최초 초기상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 모터 최후 위치값 산출부(412)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 픽셀의 변화가 생김으로써 장력 또는 견인력이 발생하는 시점의 견인력 최초 작용상태에서의 모터 위치값을 입력받는다. 견인력 최초 작용상태는 후술하는 카메라 픽셀변화 체크부(413a)의 설정에 따라 판단한다.
카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 휴지상태에서의 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 최초 픽셀값을 입력받는다. 또한, 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 휴지상태에서 늘어난 와이어가 당겨져 장력 또는 견인력이 발생하는 시점(견인력 최초 작용상태)에서의 픽셀값이 최초 픽셀값과 비교해 볼 때 픽셀값의 변화가 생기는지를 지속적으로 체크한다. 즉, 모터부(210)에 부하가 전혀 걸리지 않는 최초 초기상태에서는 픽셀값의 변화가 없다가, 견인력 최초 작용상태가 되면 카메라부(220)의 위치 또는 방향이 이동되어 픽셀값의 변화가 발생한다. 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 견인력 최초 작용상태를 감지하며, 늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하면 픽셀변화 감지신호를 생성한다. 카메라 픽셀변화 체크부(413a)는 픽셀변화 감시신호를 모터 최후 위치값 산출부(412)로 전송함으로써 모터 최후 위치값 산출부(412)가 견인력 최초 작용상태에서의 모터 최후 위치값을 산출하도록 한다.
보상값 산출부(410)는 휴지상태에서의 모터 위치값과 부하상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 정방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
역방향 보상모드 제어부(350)는 상술한 보상값 산출부(410), 모터 최초 위치값 산출부(411), 모터 최후 위치값 산출부(412), 카메라 픽셀변화 체크부(413a), 모터 전류변화 체크부(413b)를 포함한다. 역방향 보상모드 제어부(350)는 앞서 설명한 제1,2 실시예에 따라 구동 풀리부의 방향을 역방향으로 구동 회전시켜 역방향 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 동일한 원리로 산출할 수 있으며, 상술한 정방향 보상모드 제어부(340)의 설명에 갈음하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 동작모드 제어부(360)는 오퍼레이션 모드를 실행하며, 정방향 및 역방향 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 각각 산출된 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 입력받는다. 오퍼레이션 모드에서 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 산출한 전체 캘리브레이션 보상값을 적용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어한다. 일예로서 정방향 캘리브레이션 보상 각도가 40°이고, 역방향 캘리브레이션 보상 각도가 30°이면 전체 캘리브레이션 보상 각도는 70°이다.
(와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법)
본 발명의 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어방법에 대해 도 8을 참조하여 자세히 기술하기로 한다.
먼저, 정방향 보상모드 제어부(340)는 휴지상태에서 정방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부 또는 구동 풀리부를 정방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 정방향 캘리브레이션을 수행한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 정방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 휴지상태에서 정방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 역방향 보상모드 제어부(350)는 역방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 역방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 역방향 캘리브레이션을 수행한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 역방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 보상값 산출부(410)는 정방향 캘리브레이션 보상값과 역방향 캘리브레이션 보상값을 통해 전체 캘리브레이션 보상값을 산출한다.
다음으로, 동작모드 제어부(360)는 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 와이어의 전체 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어한다.
한편, 정방향 캘리브레이션과 역방향 캘리브레이션의 순서는 상술한 바와 같이 꼭 이에 한정되는 것은 아니고 역방향 캘리브레이션을 먼저 수행한 후에 정방향 캘리브레이션을 수행할 수도 있다.
본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다.
상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
10 : 유연 수술도구
10a : 오버튜브 몸체
10b : 제1 견인 와이어
10c : 제2 견인 와이어
11 : 제1 채널
12 : 제2 채널
13 : 제3 채널
21 : 제1 수술도구
21a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
22 : 제2 수술도구
22a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
23 : 카메라부
100 : 유연 수술도구
110 : 구동 제어부
120 : 유연 오버튜브
130 : 수술 도구
140 : 견인 와이어
151 : 제1 구동 고정 풀리부
152 : 제2 구동 고정 풀리부
161 : 제1 장력조절 고정 풀리부
162 : 제2 장력조절 고정 풀리부
210 : 모터부
220 : 카메라부
310 : 구동모터 제어부
320 : 카메라 제어부
330 : 모드 스위칭부
340 : 정방향 보상모드 제어부
350 : 역방향 보상모드 제어부
360 : 동작모드 제어부
410 : 보상값 산출부
411 : 모터 최초 위치값 산출부
412 : 모터 최후 위치값 산출부
413a : 카메라 픽셀변화 체크부
413b : 모터 전류변화 체크부

Claims (11)

  1. 내측 채널에 수술 도구가 배치되며, 와이어의 견인에 따라 위치 및 방향이 변화되는 유연 튜브부,
    상기 유연 튜브부 또는 수술 도구의 위치 및 방향을 제어하도록 조작 명령이 입력되는 조작부,
    상기 채널에 배치되는 카메라부 및
    상기 카메라부로부터 영상을 전송받는 카메라 제어부를 포함하고, 상기 조작부의 조작 명령에 따라 견인 와이어를 통해 상기 위치 및 방향을 변화시키도록 제어하며, 사용에 따라 늘어난 와이어의 히스테리시스를 휴지상태에서 캘리브레이션하여 히스테리시스 보상 제어하도록 복수의 모드를 구비한 히스테리시스 보상 구동 제어부를 포함하고,
    상기 히스테리시스 보상 구동 제어부는 상기 카메라 제어부로부터 상기 영상의 정보를 전송받는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조작 명령에 따라 상기 와이어를 견인하도록 견인 구동력을 제공하는 모터부를 더 포함하고,
    상기 휴지상태로부터 상기 와이어가 당겨지다가 상기 모터부에 부하가 걸리는 시점에서 상기 영상의 정보에 변화가 발생하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 모드는,
    휴지상태에서 와이어의 정방향 및 역방향 히스테리시스를 캘리브레이션하는 캘리브레이션 모드,
    상기 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 산출된 휴지상태에서의 캘리브레이션 보상값을 이용하여 상기 수술 도구 또는 유연 튜브부의 휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어함으로써 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 오퍼레이션 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히스테리시스 보상 구동 제어부는,
    상기 복수의 모드를 스위칭하는 모드 스위칭부,
    상기 캘리브레이션 모드에서 상기 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 정방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 정방향 보상모드 제어부,
    상기 캘리브레이션 모드에서 상기 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 휴지상태에서의 역방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 역방향 보상모드 제어부,
    상기 휴지상태에서의 정방향 및 역방향 캘리브레이션 보상값을 이용하여 산출된 전체 캘리브레이션 보상값을 상기 오퍼레이션 모드에서 적용하여 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어함으로써 상기 휴지상태를 벗어나는 초기구동을 제어하는 동작모드 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값,
    상기 휴지상태에서의 상기 카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 픽셀값,
    상기 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 상기 카메라부로부터 입력된 픽셀값의 변화가 발생되는 시점의 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 각각 입력받아 정방향 캘리브레이션 보상값 또는 역방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 정방향 보상모드 제어부 및 역방향 보상모드 제어부 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최초 위치값 산출부,
    늘어난 와이어가 당겨져 부하가 걸리는 시점에서의 픽셀값과 상기 휴지상태에서의 픽셀값을 통해 픽셀값의 변화를 판단하는 카메라 픽셀 변화 체크부,
    상기 카메라 픽셀 변화 체크부의 픽셀변화 체크신호에 따라 상기 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 입력받는 모터 최후 위치값 산출부,
    상기 휴지상태에서의 모터 위치값과 상기 픽셀변화 상태에서의 모터 위치값을 기초로 휴지상태에서의 와이어의 히스테리시스 캘리브레이션 보상값을 산출하는 보상값 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 장치.
  9. 휴지상태에서 제1 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제1 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제1 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계,
    상기 제1 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제1 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    휴지상태에서 상기 제1 방향 캘리브레이션 모드의 수행 후에, 제2 방향 캘리브레이션 모드를 실행하여 모터부를 제2 방향으로 구동 제어함으로써 와이어의 제2 방향 캘리브레이션을 수행하는 단계,
    상기 제2 방향 캘리브레이션의 수행에 따라 휴지상태에서의 와이어의 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    상기 제1,2 방향 캘리브레이션 보상값을 통해 휴지상태에서의 전체 캘리브레이션 보상값을 산출하는 단계,
    휴지상태를 벗어나는 초기 구동을 제어하는 오퍼레이션 모드를 실행하여 상기 와이어의 휴지상태에서의 전체 캘리브레이션 보상값으로 수술 도구 또는 유연 튜브부의 상기 초기 구동을 제어함으로써 초기 구동상태에서의 와이어의 히스테리시스를 보상 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제1,2 방향 캘리브레이션 모드 각각은,
    상기 휴지상태에서의 모터부의 모터 위치값을 각각 입력받는 단계,
    카메라부로부터 입력된 휴지상태에서의 영상의 정보를 각각 입력받는 단계,
    각각의 캘리브레이션 모드의 구동에 따라 늘어난 와이어가 당겨져 상기 카메라부로부터 입력된 영상의 정보에 변화가 발생되는 시점의 모터 위치값을 각각 입력받아 제1 방향 캘리브레이션 보상값 또는 제2 방향 캘리브레이션 보상값을 각각 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 히스테리시스 보상 기능을 갖는 수술 도구 제어 방법.
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