KR102608897B1

KR102608897B1 - 최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102608897B1
Application number: KR1020217015825A
Authority: KR
Inventors: 샤오동 두안; 야쿤 마
Original assignee: 안콘 메디컬 테크놀로지스 (상하이) 컴퍼니 리미티드; 에이엔엑스 아이피 홀딩 피티이. 엘티디.
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-12-30
Publication date: 2023-11-30
Also published as: EP3888565A1; CN109288549A; KR20210081408A; US20210393253A1; JP2022516693A; WO2020107636A1; EP3888565A4; CN109288549B

Abstract

본 발명은 체외 자기 발생 장치 및 구동수단을 포함하는 체외 장치; 자기 보조부재 및 고정 집게를 포함하는 체내 장치; 자기장 센서를 포함하는 위치결정 프로브; 제어 시스템;을 포함하는 최소 침습술 보조장치를 제공한다. 본 발명의 최소 침습술 보조장치는 임의의 공간 방향의 박리할 점막에 대해 모두 점막의 뒤집힘 각도가 쉽게 제어되고, 조작 반복성이 높으며, 속도가 빠르고, 안전성 및 신뢰성이 높은 효과를 달성할 수 있다.

Description

최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법

본 출원은 출원일이 2018년 11월 27일이고 출원번호가 201811423746.8이며 발명 명칭이 “최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법”인 중국 특허 출원에 대한 우선권을 주장하며, 본 출원에서는 상기 출원의 전부 내용을 인용하고 있다.

본 발명은 최소 침습술의 보조장치에 관한 것으로, 특히 수술 필드의 확대를 보조할 수 있는 최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최소 침습술은 전통적인 외과 수술 형식을 개변한 치료방식으로서 출혈이 적고, 상처가 작으며, 장기 기능에 대한 영향이 적고, 회복이 빠르며, 술후 합병증이 적은 등 많은 장점을 가지고 있으므로, 병원 및 의사들의 각광을 받고 있고 외과 수술에 많이 적용되며, 많은 실질적 돌파를 구현하였다. 최소 침습술의 장점이 날따라 사람들의 인정을 받고 있는 한편, 의사의 습득 시간이 길어지고, 조작 정밀도에 대한 요구가 더욱 높다는 등 결점 또한 점점 드러내고 있다. 기존의 수술 기구는 이미 요구를 만족할 수 없어 끊임없이 개선해야 하고 심지어 완전히 새로 창신해야 하는데, 이는 관련되는 기술분야가 많고, 최소 침습술에서 필요한 특수 요구를 만족하도록 첨단적인 기술 창신을 융합해야 한다.

내시경적점막하박리술(endoscopic submucosal dissection, ESD)은 위장관 조기암 또는 전암병변을 치료하는 내경하치료기술로서, 병변 점막을 완전히 박리할 수 있다. 조작의 편리성 및 술후 합병증의 감소를 위해, 외부 자기장을 사용하여 수술에서 견인하는 방법이 관심 받기 시작하였다. 유연성 연결선을 사용하여 자기 기둥을 지혈 집게 일단에 고정시키고, ESD에 의해 점막 주위를 사전 절제한 후 지혈 집게로 점막의 가장자리를 클립한다. 마지막으로, 외부 자기장을 통해 자기 기둥을 가이드하여 지혈 집게가 점막층을 견인하고 뒤집히도록 함으로써, ESD 수술의 시야가 뚜렷해지고 조작의 난이도가 낮아진다.

박리할 점막이 소화관 내에서 임의의 공간 위치에 존재할 수 있으므로, 그 법선은 공간 내에서 임의의 방향을 가질 수 있다. 내시경 영상의 피드백만으로는 점막의 구체적인 위치 정보를 획득할 수 없기 때문에, 외부 자성체가 원하는 방향으로 점막의 뒤집힘을 정밀하게 제어하기 어렵다. 시술자가 점막에 대한 체내의 자기 기둥의 이동 방향을 관찰하고 끊임없이 시행착오를 함으로써 체외 자기장 방향을 제어하여 점막을 뒤집히는 방법은 난이도가 높고, 조작 반복성이 낮으며, 시간이 길고, 안전성이 낮아 마그네트론 견인 기술의 ESD 임상에서의 보급 및 적용에 불리하다.

이를 감안하여, 최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법을 제공할 필요가 있다.

기존 기술이 존재하는 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 최소 침습술 보조장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 회전 자기장을 제공하는 체외 자기 발생 장치 및 상기 체외 자기 발생 장치의 이동 및/또는 회전을 구동시키는 구동수단을 포함하는 체외 장치; 자기 보조부재 및 상기 자기 보조부재와 연결되는 고정 집게를 포함하는 체내 장치; 상기 체외 자기 발생 장치의 자기장 강도를 검출하는 자기장 센서를 포함하는 위치결정 프로브; 각각 상기 구동수단, 상기 위치결정 프로브와 직접 또는 간접적으로 통신 연결되는 제어 시스템;을 포함하는 최소 침습술 보조장치를 제공한다.

나아가, 상기 구동수단은 제어 시스템에 의해 제어되는 모터, 모터에 의해 구동되어 상기 체외 자기 발생 장치를 이동 및/또는 회전시키는 로봇 암 또는 2자유도 회전대를 포함한다.

나아가, 상기 자기 보조부재는 제1 위치한정부재, 제2 위치한정부재, 상기 제1 위치한정부재와 상기 제2 위치한정부재 사이에 위치하는 적어도 하나의 마그네틱 튜브 및 연결선을 포함한다. 상기 제1 위치한정부재는 상기 제1 위치한정부재를 관통하는 제1 스루홀을 포함하고, 상기 제2 위치한정부재는 상기 제2 위치한정부재를 관통하는 제2 스루홀을 포함하며, 상기 마그네틱 튜브 내에는 제3 스루홀이 구비되고, 상기 연결선은 제1 스루홀, 제3 스루홀, 제2 스루홀을 관통하여 상기 제1 위치한정부재, 적어도 하나의 상기 마그네틱 튜브, 제2 위치한정부재를 상호 연결시킨다.

나아가, 상기 자기장 센서는 자기 저항 효과를 기반으로 하는 자기장 센서이거나, 홀 센서이다.

나아가, 상기 체외 장치와 상기 위치결정 프로브는 상기 위치결정 프로브가 사전 절제된 박리할 점막의 중심에 배치되면 구동수단이 상기 체외 자기 발생 장치를 이동시키고, 위치결정 프로브에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치가 더 이상 이동하지 않고 현재 위치에 정지되도록 배치된다.

나아가, 상기 체외 장치와 상기 체내 장치는, 체내 장치가 박리할 점막의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게가 박리할 점막을 클립하며 체외 자기 발생 장치가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템이 디폴트된 궤적 생성기를 통해 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도를 정의하고, 구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전되도록 배치된다.

나아가, 상기 체외 장치와 상기 체내 장치는 다음과 같이 배치된다.

구동수단이 체외 자기 발생 장치를 회전시키며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록한다.

구동수단이 체외 자기 발생 장치를 회전시키며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하며, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성한다.

제어 시스템은 체외 자기 쌍극자가 회전하는 2개의 회전 자유도를 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 평면(S) 내에서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터과 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이다.

구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재는 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막 평면(S’)의 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정된다.

구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 자기 보조부재는 뒤집힘을 시작한다.

나아가, 상기 디폴트된 궤적 생성기는 제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하고, 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축과 Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의한다. 여기서, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합한다.

나아가, 상기 제어 시스템은 다음과 같이 배치된다.

체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하고 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자의 제1납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)를 기록하면, 제어 시스템은 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 궤적 생성기를 갱신하고 점막을 뒤집히는 작동 상태로 진입한다.

체내 장치가 박리할 점막의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게가 박리할 점막을 클립하며 체외 자기 발생 장치가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하고, 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의한다. 여기서, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합된다.

구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록한다.

구동수단에 의해 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회적하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하고, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성한다.

제어 시스템이 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계를 갱신하되, P2를 Y축으로 하고, Z=P2×P1을 좌표계의 Z축으로 하며, X축은 오른손 법칙에 따라 결정된다. 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자가 갱신한 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 새로운 캐리어 좌표계의 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이다.

구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재는 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막의 평면(S’)의 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정된다.

나아가, 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하는 것은 구체적으로 다음과 같다. a) 현재의 z0축을 맴돌면서 제1 회전 자유도(φ0)를 회전한 후 o-x0'y0'z0으로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(oy0')에 도달한다. b) 현재의 x0'축을 맴돌면서 제2 회전 자유도(θ0)를 회전한 후 o-x0'y1z1로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1)에 도달한다. c) 현재의 z1축을 맴돌면서 제1 회전 자유도(φ1)를 회전한 후 o-x1y1'z1로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1')에 도달한다.

나아가, 구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 2개의 회전 자유도로 회전하도록 하는 구동방식은 다음과 같다. 체외 자기 쌍극자의 현재 위치를 oy로 하여 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 o-xyz를 구축하고, 구동수단의 베이스 좌표계 O-XYZ를 구축하며, 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도 중 어느 하나에서의 전후 위치 변화에 따라 체외 자기 쌍극자의 회전 전후의 구면 좌표 각도 성분을 계산하고, 구동수단은 상기 각도 성분에 따라 체외 자기 발생 장치의 회전 각도를 결정하고 체외 자기 발생 장치를 회전시킨다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 또한 최소 침습술 보조장치의 제어방법을 제공한다. 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.

S1. 상기 위치결정 프로브가 사전 절제된 박리할 점막의 중심에 배치되면 구동수단은 상기 체외 자기 발생 장치를 이동시키고, 위치결정 프로브에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치는 더 이상 이동하지 않고 현재 위치에 정지된다.

S2. 체내 장치가 박리할 점막의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게가 박리할 점막을 클립하며 체외 자기 발생 장치가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하고, 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의한다. 여기서, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합한다.

S3. 구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 회전상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록한다.

구동수단에 의해 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하며, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성한다.

S4.제어 시스템이 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계를 갱신하되, P2를 Y축으로 하고, Z=P2×P1을 좌표계의 Z축으로 하며, X축은 오른손 법칙에 따라 결정된다. 제어 시스템은 체외 자기 쌍극자가 갱신한 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 새로운 캐리어 좌표계의 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이다.

S5. 구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재는 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막의 평면(S’) 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정된다.

S6. 구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 자기 보조부재는 뒤집힘을 시작한다.

본 발명은 다음과 같은 유익한 효과를 가지고 있다. 본 발명의 최소 침습술 보조장치는 위치결정 프로브에 의해 체외 자기 발생 장치가 발생한 자기장의 피크를 검출하고, 체외 자기 발생 장치가 박리할 점막과 동일 수직선에 위치하도록 체외 자기장 발생 장치의 위치를 결정함으로써, 후속의 뒤집힘 처리에서 최대의 토크를 가지도록 확보한다. 또한, 체외 장치가 제어 시스템에 의해 체내 장치의 이동 및/또는 회전을 정밀하게 제어할 수 있어, 박리할 점막에 대한 체내 장치의 뒤집힘 처리는 ESD 수술에 편리성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 최소 침습술 보조장치의 제어방법은 모든 공간 방향의 박리할 점막에 대해 점막의 뒤집힘 각도가 쉽게 제어되고, 조작 반복성이 높으며, 속도가 빠르고, 안전성 및 신뢰성이 높은 효과를 달성할 수 있는 한편, 점막을 적절한 각도로 뒤집혀 새로운 점막의 하층 조직이 노출되도록 자기 보조부재를 효과적으로 제어함으로써, 이후에 전기칼로 계속 절제하고 점막을 박리하는 데 편리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 위치결정 장치와 체외 장치가 결합하여 체외 자기 발생 장치를 위치결정시키는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에서 체외 자기 쌍극자가 2개의 회전 자유도 조합을 회전하도록 제어함으로써, 자기 보조 장치를 박리할 점막의 표면에 납작 밀착시키는 모식도이다.
도 4는 체외 자기 쌍극자가 제1’ 회전 자유도를 회전함으로써 자기 보조부재를 박리할 점막의 중심 위치로 가이드하여 뒤집힘의 시작점으로 하고, 체외 자기 쌍극자가 제2’ 회전 자유도를 회전함으로써 자기 보조부재가 박리할 점막을 뒤집히도록 제어하는 모식도이다.
도 5는 박리할 점막을 뒤집히는 과정에서 자기 보조부재가 치우치는 경우, 체외 자기 쌍극자가 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 함으로써 자기 보조부재를 조정하여 견인 방향을 조정하는 모식도이다.
도 6은 2자유도 회전대를 통해 체외 자기 쌍극자가 공간 내의 임의의 축을 맴돌면서 회전하도록 하는 원리 모식도이다.

이하에서는 첨부 도면에 나타낸 각 실시형태를 통해 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이러한 실시형태들은 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니고, 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이러한 실시형태에 따라 구현한 구조 또는 기능의 변환 또한 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

본 발명에서, 상기 체내의 박리할 점막(M)은 인체 또는 동물 등의 위장관 점막, 생체외 조직의 위장관 점막, 소화관 모델의 위장관 점막, 또는 시뮬레이션 위장관 점막 등일 수 있다.

도 1 ~ 도 6을 참조하면, 본 발명은 사용 시 체내에 위치하여 박리할 점막(M)을 견인하는 체내 장치(1), 체외에 위치하여 상기 체내 장치(1)의 이동 및/또는 회전을 제어하는 체외 장치(2), 상기 체외 장치(2)와 결합하여 체외 장치(2)의 위치결정을 보조하는 위치결정 프로브(3), 및 제어 시스템(미도시)을 포함하는 병소 견인용 최소 침습술 보조장치를 제공한다. 상기 박리할 점막(M)은 동물의 생체외 조직 점막 또는 시뮬레이션 의료 모델의 점막 등일 수 있다.

상기 체외 장치(2)는 균일 자기장을 제공하는 체외 자기 발생 장치(21), 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 이동 및/또는 회전을 구동시키는 구동수단(22)을 포함하고, 균일 자기장은 균일 자기장, 유사 균일 자기장, 일부 공간의 자기장일 수 있다. 본 발명에서, 상기 체외 자기 발생 장치(21)는 구형 영구 자석, 헬름홀츠 코일 또는 기둥형 영구 자석일 수 있고, 상기 체외 자기 발생 장치(21)는 임의 방향에서 균일하게 회전하는 자기장을 형성할 수 있도록 사람 또는 기기에 의해 이동 및 회전될 수 있다. 체외 자기 발생 장치(21)의 이동 및 회전 방향에 대한 설명의 편리성을 위해, 체외 자기 발생 장치(21)가 체외 자기장을 형성하는 경우 체외 자기 쌍극자라고 한다.

일 실시예에서, 상기 구동수단(22)은 제어 시스템에 의해 제어되는 모터(미도시), 모터에 의해 구동되어 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동 및/또는 회전시키는 3~10축 연동형 로봇 암 또는 2자유도 회전대를 포함한다. 상기 제어 시스템은 인간-기계 인터페이스를 통해 명령을 수신받은 후 모터에 의해 상기 로봇 암의 동작을 제어함으로써, 상기 체외 자기 발생 장치(21)가 공간 내에서 3차원적으로 이동 및/또는 회전하도록 한다.

상기 3~10축 연동형 로봇 암은 체외 자기 발생 장치(21)를 고정시킬 수 있고 상기 외부 자기 발생 장치(21)가 체외 공간 내에서 3차원적으로 이동 및/또는 회전하도록 할 수 있는 임의의 기기일 수 있으며, 그 구체적인 구조에 대한 제한이 없다. 체외 장치(2)가 구동수단에 의해 체외 자기 발생 장치(21)를 제어하여 공간 내에서 3차원적으로 이동 및/또는 2차원적으로 회전하도록 하는 것은 중국 특허 제2 01310136094.0호를 참조할 수 있다.

상기 체내 장치(1)는 자기 보조부재(11), 상기 자기 보조부재(11)와 연결되는 고정 집게(12)를 포함하며, 상기 고정 집게(12)는 상기 자기 보조부재(11)와 견인할 점막을 상호 고정시키기 위한 것이다. 상기 자기 보조부재(11)와 고정 집게(12)가 상호 고정되고 고정 집게(12)와 견인할 병소가 고정되면, 상기 자기 보조부재(11)는 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 자기장 방향의 변화에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고, 나아가 병소를 제어된 속도로 이동 및/또는 제어된 각도로 회전시켜 체내 장치(1)에 감기도록 하여 ESD 수술의 수술 필드를 확대한다.

상기 고정 집게(12)는 일반적으로 클립 방식으로 병소 등을 클립하는 집게 모양의 의료용 지혈 집게, 지혈 클램프, 티타늄 집게 등일 수 있으며, 재료는 일반적으로 순수 티타늄 또는 티타늄 합금과 같은 의료용 재료이다.

상기 자기 보조부재(11)는 그 구조 및 형상이 제한되지 않고, 체외 자기장이 변할 때 이동 및/또는 회전할 수 있기만 하면 된다. 상기 자기 보조부재(11)의 이동 및/또는 회전에 대한 제어가 용이하도록 상기 자기 보조부재는 기두형인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 상기 자기 보조부재(11)는 제1 위치한정부재; 제2 위치한정부재; 상기 제1 위치한정부재와 상기 제2 위치한정부재 사이에 위치하는 적어도 하나의 마그네틱 튜브; 상기 제1 위치한정부재, 상기 적어도 하나의 마그네틱 튜브와 상기 제2 위치한정부재를 연결시키는 연결선을 포함한다. 구체적으로, 상기 제1 위치한정부재는 상기 제1 위치한정부재를 관통하는 제1 스루홀을 포함하고, 상기 제2 위치한정부재는 상기 제2 위치한정부재를 관통하는 제2 스루홀을 포함하며, 상기 마그네틱 튜브 내에는 제3 스루홀이 구비되고, 상기 연결선은 제1 스루홀, 제3 스루홀, 제2 스루홀을 관통하여 상기 제1 위치한정부재, 적어도 하나의 상기 마그네틱 튜브, 제2 위치한정부재를 상호 연결시킨다. 상기 제1 위치한정부재 및 제2 위치한정부재는 플라스틱, 스테인리스 또는 자석 등 재료로 제조될 수 있다.

여기서, 상기 마그네틱 튜브는 상기 자기 보조부재(11)의 기능 부재이고, 그 재료는 페라이트, NdFeB, 사마륨 코발트 또는 알니코 등 영구 자성 재료일 수 있다. 또한, 상기 마그네틱 튜브의 표면에는 생체적합성 박막이 더 코팅되어 있을 수 있는데, 상기 생체적합성 박막은 티타늄, 질화 티타늄, 산화 티타늄, 니켈, 산화 니켈, 파릴렌 또는 불화물 등이고, 불화물은 폴리테트라 플루오로에틸렌인 것이 바람직하다.

본 분야의 기술자라면 “적어도 하나의 마그네틱 튜브”는 협소한 수술 공간에 적용되도록 하나의 마그네틱 튜브일 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기 적어도 하나의 마그네틱 튜브의 크기가 체외 장치(2)에서 제공한 자기력과 동일한 경우, 단 하나의 마그네틱 튜브의 뒤집힘 모멘트는 복수개의 마그네틱 튜브의 뒤집힘 모멘트보다 크다. “적어도 하나의 마그네틱 튜브”는 복수개의 마그네틱 튜브일 수도 있고, 복수개의 마그네틱 튜브는 큰 자성체를 이루어 내시경 몸체가 크게 휘어져도 자기 보조부재(11)가 집게 통로를 원활하게 통과하도록 확보하고, ESD 수술의 요구를 만족할 수 있다. 상기 마그네틱 튜브의 수는 견인할 병소의 크기에 따라 결정되는데, 병소가 클수록 상기 마그네틱 튜브의 수가 많아지고, 반대로 병소가 작을수록 마그네틱 튜브의 수가 적어진다. 상기 마그네틱 튜브의 분극 방향은 축방향 분극이고, 이때 모든 마그네틱 튜브의 분극 방향은 동일하다. 몰론, 상기 마그네틱 튜브의 분극 방향은 지름 방향 분극일 수도 있다. 이때, 상기 자기 보조부재(11)는 홀수개의 마그네틱 튜브를 포함하고 상기 마그네틱 튜브가 상기 연결선에 의해 연결되고 자기력 작용 하에 전후로 상호 연결되어 형성되는데, 인접한 2개의 마그네틱 튜브는 반대되는 분극 방향을 가지고 있다.

상기 제1 위치한정부재, 상기 제2 위치한정부재와 상기 연결선은 적어도 하나의 상기 마그네틱 튜브를 자성이 있는 하나의 일체로 연결시킨다. 상기 연결선은 나일론 실, 폴리프로필렌(프롤렌) 등 의료용 봉합사를 선택할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 연결선의 일단은 매듭, 직경 조절 가능한 고리 등 방식으로 상기 고정 집게(12)와 상호 고정될 수 있는데, 그 구체적인 고정 방법은 중국 특허 출원 제2 01510661964.5호를 참조할 수 있다.

상기 위치결정 프로브(3)는 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 자기장 강도를 검출하는 자기장 센서를 포함한다. 상기 자기장 센서는 자기 저항 효과를 기반하는 자기장 센서일 수도 있고, 홀 센서일 수도 있다. 홀 센서를 예로 하여 상기 위치결정 프로브(3)의 사용방법을 설명하기로 한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 위치결정 프로브(3)를 사전 절제된 점막의 중심에 배치하고, 구동수단(22)을 통해 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동시킨다. 홀 센서에 의해 상기 체외 자기 발생 장치(21)에서 발생한 자기장 강도가 피크에 도달한 것을 검출해내면 상기 체외 자기 발생 장치(21)는 더 이상 이동하지 않는다. 상기 위치결정 프로브(3)를 통해 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 위치를 결정함으로써, 상기 체외 자기 발생 장치(21)가 후속 조작에서 체내 자기 발생 장치를 최대 토크로 제어하는 것을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 체내 장치(1)와 결합하여 임의의 공간 위치의 점막을 마그네트론 견인할 수도 있는데. 견인 각도에 대한 제어가 용이하고, 조작 반복성이 높으며, 속도가 빠르고, 안전성 및 신뢰성이 높다.

상기 구동수단(22), 상기 위치결정 프로브(3)는 신호가 전송되도록 모두 상기 제어 시스템과 집적 또는 간접적으로 통신 연결된다. 그 중 하나의 간접적인 통신 방식은 인간-기계 인터페이스를 통해 제어 시스템으로 신호를 제공하는 것이다.

상기 최소 침습술 보조장치는 체내로 상기 위치결정 프로브(3), 상기 체내 장치(1)를 수송하는 것을 보조하는 지지관로를 더 포함한다. 사용 시, 상기 위치결정 프로브(3), 상기 체외 장치(2)는 지지관로를 통해 박리할 점막이 존재하는 부위로 들어간다.

여기서, 상기 체외 장치(2)와 상기 위치결정 프로브(3)는 다음과 같이 설치된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 위치결정 프로브(3)가 사전 절제된 박리할 점막(M)의 중심에 배치되면 구동수단(22)이 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동시키고, 위치결정 프로브(3)에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치(21)가 더 이상 이동하지 않고 현재 위치에 정지된다. 체외 자기 발생 장치(21)에 대한 구동수단(22)의 제어는 다음과 같다. 제어 시스템에 의해 모터를 작동시키고, 위치결정 프로브(3)에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달할 때까지 모터에 의해 로봇 암을 구동시켜 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동시킨다.

구체적으로, 점막 주위를 사전 절제한 후 지지관로를 통해 상기 위치결정 프로브(3)를 병소 부위에 배치하고 주위가 사전 절제된 박리할 점막(M)의 중심에 저촉시킨 후, 상기 위치결정 프로브(3)가 움직이지 않도록 유지한다. 인간-기계 인터페이스를 통해 제어 시스템으로 명령을 발송하면 제어 시스템은 모터를 작동시켜 로봇 암이 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동시키도록 하고, 위치결정 프로브(3)에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치(21)가 정지된다. 이때, 후속의 뒤집힘 조작에서 가장 큰 토크를 가지도록 체외 자기 발생 장치(21)와 박리할 점막은 동일한 수직선에 위치한다. 상기 체외 자기 발생 장치(21)가 위치결정되면, 상기 지지관로를 통해 상기 위치결정 프로브(3)를 인출할 수 있다.

상기 체외 장치(2)와 상기 체내 장치(1)는 다음과 같이 배치된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 체내 장치(1)가 박리할 점막(M)의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게(12)가 박리할 점막(M)을 클립하며 체외 자기 발생 장치(21)가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템이 디폴트된 궤적 생성기에 의해 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도를 정의하고, 구동수단(22)이 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재(11)가 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전한다.

상기 디폴트된 궤적 생성기는 제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하되, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합한다. 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의한다. 본 분야의 기술자라면, 체외 자기 쌍극자가 구면에서 어떤 자세를 취하여도 그 방향은 향상 캐리어 좌표계의 Y축과 중첩되고, 디폴트된 궤적 생성기에 의해 정의된 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도는 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전함(즉, 체외 자기 쌍극자가 상이한 자세를 취하는 경우, 캐리어 좌표계는 상기 체외 자기 쌍극자의 구체적인 자세에 따라 대응하게 조정될 수 있음)을 이해할 수 있을 것이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 구동수단(22)은 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하고, 상기 자기 보조부재(11)는 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하며, 내시경 영상에 따라 상기 자기 보조부재(11)를 박리할 점막(M)과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정하고, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록한다.

체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하고, 상기 자기 보조부재(11)는 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하며, 내시경 영상에 따라 상기 자기 보조부재(11)를 박리할 점막(M)과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정하고, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록한다.

여기서 “체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전”하는 것은 구체적으로 도 2를 참조할 수 있다. 제1 회전 자유도가 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고, 제2 회전 자유도가 X축을 맴돌면서 회전하는 것을 예로 하고, 도 2을 참조하여 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하는 회전 방식을 설명한다.

a) 현재의 z0축을 맴돌면서 φ0을 회전한 후 o-x0'y0'z0(제1 회전 자유도 회전)으로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(oy0')에 도달한다. b) 현재의 x0'축을 맴돌면서 θ0을 회전한 후 o-x0'y1z1(제2 회전 자유도 회전)로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1)에 도달한다. c) 현재의 z1축을 맴돌면서 φ1을 회전한 후 o-x1y1'z1(제1 회전 자유도 회전)로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1')에 도달한다.

도 3~도 5에 나타낸 바와 같이, 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하고 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자의 제1납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)를 기록하면, 제어 시스템은 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 궤적 생성기를 갱신하고 점막을 뒤집히는 작동 상태로 진입하는데, 즉 자기 보조부재가 갱신한 캐리어 좌표계에 따라 뒤집힘을 시작한다. 인간-기계 인터페이스를 통해 제어 시스템으로 명령을 발송하면 제어 시스템은 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계를 갱신하되, P2를 Y축으로 하고, Z=P2×P1을 좌표계의 Z축으로 하며, X축은 오른손 법칙에 따라 결정된다.

갱신한 궤적 생성기에 의해 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도를 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 새로운 캐리어 좌표계의 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고(즉, 체외 자기 쌍극자가 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 형성한 평면(S) 내에서 회전하면, 상기 자기 보조부재(11)는 박리할 점막(M)의 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 구성한 평면(S’) 내에서 회전), 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이다.

여기서, 체외 자기 쌍극자가 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하면, 상기 자기 보조부재(11)가 점막의 평면(S’) 내에서 회전하는 것은 에 의해 구현된 것이다. 여기서, Ω은 체외 자기 쌍극자의 회전 방향이고, ω는 자기 보조부재(11)의 회전 방향이며, H는 방향 매트릭스이다. 체외 자기 발생 장치(21)와 자기 보조부재(11)의 상대적 공간 위치가 변하지 않으므로, H는 상수이다. 따라서, 체외 자기 쌍극자가 어느 한 평면 내에서 회전하면, 자기 보조부재(11)가 대응하는 평면 내에서 회전한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템이 구동수단을 제어하여 체외 자기 쌍극자가 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재(11)는 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고, 내시경 영상에 따라 자기 보조부재(11)를 점막 평면(S’)의 중심 또는 ESD 외과 의사가 더욱 적절하다고 여기는 뒤집힘 초기 위치로 조정하여 후속 뒤집힘 조작의 초기 위치로 한다.

제어 시스템이 구동수단을 제어하여 체외 자기 쌍극자가 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 체외 자기 쌍극자가 새로운 캐리어 좌표계의 X축을 맴돌면서 회전한다. 이와 대응하게, 자기 보조부재(11)는 뒤집힘을 시작하고, 박리할 점막은 체내 장치(1)에 감기게 되며, 내시경 영상에 따라 자기 보조부재(11)의 뒤집힘 각도를 적절하게 제어하여 점막의 하층조직이 노출되도록 함으로써, 외과 의사가 전기칼로 절제하고 점막을 박리하는 데 편리할 수 있다.

구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이 뒤집힘 과정에서 자기 보조부재(11)와 점막 또는 자기 보조부재(11)와 고정점의 미끄럼으로 인해 자기 보조부재(11)가 치우치게 되면, 제1’ 회전 자유도를 회전하는 것을 통해 자기 보조부재(11)의 견인 방향을 조정할 수 있고, 조정 후에는 새로운 견인 방향으로 제2’ 회전 자유도를 회전함으로써 점막을 뒤집힐 수 있다.

외과 의사의 수술 요구에 따라, 제1’ 회전 자유도를 회전하여 자기 보조부재(11)의 견인 방향을 조정하고 제2’ 회전 자유도를 회전하여 점막이 뒤집히는 정도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 임의의 공간 방향의 박리할 점막(M)에 대해 모두 뒤집힘 각도가 쉽게 제어되고, 조작 반복성이 높으며, 속도가 빠르고, 안전성 및 신뢰성이 높은 효과를 달성할 수 있는 한편, 점막을 적절한 각도로 뒤집혀 새로운 점막의 하층 조직이 노출되도록 자기 보조부재(11)를 효과적으로 제어함으로써, 이후에 전기칼로 계속 절제하고 점막을 박리하는 데 편리할 수 있다.

또한, 제1’ 회전 자유도와 제2’ 회전 자유도의 회전축은 체외 자기 쌍극자가 움직이는 과정에서 임의의 벡터를 가지고 있으므로, 체외 자기 쌍극자가 체외 자기 발생 장치(21)가 존재하는 구면에서 임의의 축을 맴돌면서 회전할 수 있도록 해야 한다.

구동수단(22)이 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 2개의 회전 자유도를 회전하도록 하는 구동방식은 다음과 같다. 체외 자기 쌍극자의 현재 위치를 oy로 하여 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 o-xyz를 구축하고, 구동수단(22)의 베이스 좌표계 O-XYZ를 구축하며, 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도 중 어느 하나에서의 전후 위치 변화에 따라 체외 자기 쌍극자의 회전 전후의 구면 좌표 각도 성분을 계산하고, 구동수단(22)은 상기 각도 성분에 따라 체외 자기 발생 장치(21)의 회전 각도를 결정하며 체외 자기 발생 장치(21)를 회전시킨다.

본 실시예에서는 도 6에 나타낸 바와 같이 체외 자기 쌍극자가 2자유도 회전대를 통해 공간 내의 임의의 축을 맴돌면서 회전하는 것을 예로 하는데, 그 원리는 다음과 같다.

체외 자기 쌍극자의 현재 위치는 oy이고, 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계는 o-xyz이며, 2자유도 회전대의 베이스 좌표계는 O-XYZ이고, 제1’ 회전 자유도는 캐리어 좌표계의 z축을 맴돌면서 회전하는 것이고(Rotz), 제2’ 회전 자유도는 캐리어 좌표계의 x축을 맴돌면서 회전하는 것이다(Rotx). 제어 시스템에 Rotz 회전 명령(각도: A = <oy, oy'>, 즉 체외 자기 쌍극자의 소망 위치가 구면에서 oy' 위치(y'(a, b, c)임)을 발송하면, oy' 구면 좌표 각도 성분(θ，φ), 즉 2자유도 회전대의 Axis1과 Axis2의 각도 위치량이 산출된다. 캐리어 좌표계의 x축을 맴돌면서 제2’ 회전 자유도를 회전하는 것은 상기 계산 방법과 동일하므로 더 이상 설명하지 않는다.

본 발명은 또한 상기 최소 침습술 보조장치의 제어방법을 제공한다. 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.

S1. 상기 위치결정 프로브(3)가 사전 절제된 박리할 점막(M)의 중심에 배치되면 구동수단(22)이 상기 체외 자기 발생 장치(21)를 이동시키고, 위치결정 프로브(3)에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치(21)가 더 이상 이동하지 않고 현재 위치에 정지된다.

S2. 체내 장치(1)가 박리할 점막(M)의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게(12)가 박리할 점막(M)을 클립하며 체외 자기 발생 장치(21)가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하고, 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의한다. 여기서, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합한다.

S3. 구동수단(22)이 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재(11)가 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막(M)과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록한다.

그후, 구동수단(22)을 통해 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재(11)가 상기 체외 자기 발생 장치(21)의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막(M)과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하며, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성한다.

S4. 제어 시스템이 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계를 갱신하되, P2를 Y축으로 하고, Z=P2×P1을 좌표계의 Z축으로 하며, X축은 오른손 법칙에 따라 결정한다. 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자가 갱신한 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 새로운 캐리어 좌표계의 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이다.

S5. 제어 시스템이 구동수단을 제어하여 체외 자기 쌍극자가 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재(11)는 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막 평면(S’)의 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정된다.

S6. 제어 시스템이 구동수단을 제어하여 체외 자기 쌍극자가 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 자기 보조부재(11)는 뒤집힘을 시작한다.

구동수단(22)이 체외 자기 발생 장치(21)를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 2개의 회전 자유도로 회전하도록 하는 구동방식은 다음과 같다. 체외 자기 쌍극자의 현재 위치를 oy로 하여 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 o-xyz를 구축하고, 구동수단(22)의 베이스 좌표계 O-XYZ를 구축하며, 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도 중 어느 하나에서의 전후 위치 변화에 따라 체외 자기 쌍극자의 회전 전후의 구면 좌표 각도 성분을 계산하고, 구동수단(22)은 상기 각도 성분에 따라 체외 자기 발생 장치(21)의 회전 각도를 결정하며 체외 자기 발생 장치(21)를 회전시킨다.

또한, 최소 침습술 보조장치의 다른 구체적인 단계도 모두 최소 침습술 보조장치의 제어방법에 사용될 수 있어, 더 이상 설명하지 않는다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 최소 침습술 보조장치는 위치결정 프로브(3)에 의해 체외 자기 발생 장치(21)가 발생한 자기장의 피크를 검출하고, 체외 자기 발생 장치(21)가 박리할 점막과 동일 수직선에 위치하도록 체외 자기장 발생 장치의 위치를 결정함으로써, 후속의 뒤집힘 처리에서 최대의 토크를 가지도록 확보한다. 또한, 체외 장치(2)가 제어 시스템에 의해 체내 장치(1)의 이동 및/또는 회전을 정밀하게 제어할 수 있어, 박리할 점막에 대한 체내 장치(1)의 뒤집힘 처리는 ESD 수술에 편리성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 최소 침습술 보조장치의 제어방법은 임의의 공간 방향의 박리할 점막(M)에 대해 모두 점막의 뒤집힘 각도가 쉽게 제어되고, 조작 반복성이 높으며, 속도가 빠르고, 안전성 및 신뢰성이 높은 효과를 달성할 수 있는 한편, 점막을 적절한 각도로 뒤집혀 새로운 점막의 하층 조직이 노출되도록 자기 보조부재(11)를 효과적으로 제어함으로써, 이후에 전기칼로 계속 절제하고 점막을 박리하는 데 편리할 수 있다.

실시형태를 통해 본 명세서를 설명하였으나, 각 실시형태는 단 하나의 독립적인 기술방안을 포함하는 것이 아니다. 명세서의 이러한 기재 방식은 명확하게 설명하기 위한 것이고, 본 분야의 기술자는 명세서를 하나의 전체로 간주해야 한다. 각 실시형태의 기술 방안을 적절하게 조합하여 본 분야의 기술자가 이해할 수 있는 다른 실시형태를 형성할 수도 있다.

상기 상세한 설명은 본 발명의 수행 가능한 실시형태에 대한 구체적인 설명일 뿐, 본 발명의 보호 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 구현한 등가적 실시형태 또는 변경은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims

회전 자기장을 제공하는 체외 자기 발생 장치 및 상기 체외 자기 발생 장치의 이동 및/또는 회전을 구동시키는 구동수단을 포함하는 체외 장치;
자기 보조부재 및 상기 자기 보조부재와 연결되는 고정 집게를 포함하는 체내 장치;
상기 체외 자기 발생 장치의 자기장 강도를 검출하는 자기장 센서를 포함하는 위치결정 프로브;
상기 구동수단, 상기 위치결정 프로브와 각각 직접 또는 간접적으로 통신 연결되는 제어 시스템;을 포함하며,
상기 체외 장치와 상기 위치결정 프로브는 상기 위치결정 프로브가 사전 절제된 박리할 점막의 중심에 배치되면 구동수단이 상기 체외 자기 발생 장치를 이동시키고, 위치결정 프로브에 의해 검출된 자기장 강도가 피크에 도달하면 체외 자기 발생 장치가 더 이상 이동하지 않고 현재 위치에 정지되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 구동수단은 제어 시스템에 의해 제어되는 모터, 모터에 의해 구동되어 상기 체외 자기 발생 장치를 이동 및/또는 회전시키는 로봇 암 또는 2자유도 회전대를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 자기 보조부재는 제1 위치한정부재, 제2 위치한정부재, 상기 제1 위치한정부재와 상기 제2 위치한정부재 사이에 위치하는 적어도 하나의 마그네틱 튜브, 및 연결선을 포함하며, 상기 제1 위치한정부재는 상기 제1 위치한정부재를 관통하는 제1 스루홀을 포함하고, 상기 제2 위치한정부재는 상기 제2 위치한정부재를 관통하는 제2 스루홀을 포함하며, 상기 마그네틱 튜브 내에는 제3 스루홀이 구비되고, 상기 연결선은 제1 스루홀, 제3 스루홀, 제2 스루홀을 관통하여 상기 제1 위치한정부재, 적어도 하나의 상기 마그네틱 튜브, 제2 위치한정부재를 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 자기장 센서는 자기 저항 효과를 기반으로 하는 자기장 센서이거나, 홀 센서인 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제1항에 있어서,
상기 체외 장치와 상기 체내 장치는,
체내 장치가 박리할 점막의 가장자리에 배치되고 상기 고정 집게가 박리할 점막을 클립하며 체외 자기 발생 장치가 체외 자기장을 형성하면, 제어 시스템이 디폴트된 궤적 생성기를 통해 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도를 정의하고, 구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 체외 장치와 상기 체내 장치는,
구동수단이 체외 자기 발생 장치를 회전시키며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록하고,
구동수단이 체외 자기 발생 장치를 회전시키며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하며, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성하고,
제어 시스템에 의해 체외 자기 쌍극자가 회전하는 2개의 회전 자유도를 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 평면(S) 내에서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이며,
구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재가 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막 평면(S’)의 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정되며,
구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 자기 보조부재가 뒤집힘을 시작하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제5항에 있어서,
상기 디폴트된 궤적 생성기는,
제어 시스템 내에 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 O-XYZ를 구축하고, 체외 자기 쌍극자가 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 각각 X축, Z축을 맴돌면서 회전하는 것으로 정의하되, 체외 자기 쌍극자의 방향을 Y축 방향으로 하고, X축, Z축은 각각 Y축에 수직되는 평면 내에서 선택한 좌표축이며, X축, Y축 및 Z축은 오른손 법칙에 부합하는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제5항에 있어서,
상기 제어 시스템은,
체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하고 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자의 제1 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)를 기록하면, 제어 시스템이 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 궤적 생성기를 갱신하고 점막을 뒤집히는 작동 상태로 진입하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제5항 또는 제8항에 있어서,
상기 체외 장치와 상기 체내 장치는,
구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 위치(P1’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 첫번째 납작 밀착 위치(P1)로 기록하고,
구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하도록 하며, 상기 자기 보조부재가 상기 체외 자기 발생 장치의 회전에 따라 대응하게 이동 및/또는 회전하고 박리할 점막과 납작 밀착되는 다른 위치(P2’)로 조정되며, 제어 시스템에 의해 이때의 체외 자기 쌍극자의 위치를 두번째 납작 밀착 위치(P2)로 기록하고, 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)가 평면(S)을 형성하며, 2개의 납작 밀착 위치(P1’, P2’)가 평면(S’)을 구성하며,
제어 시스템이 첫번째 납작 밀착 위치(P1)와 두번째 납작 밀착 위치(P2)에 따라 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계를 갱신하되, P2를 Y축으로 하고, Z=P2×P1을 좌표계의 Z축으로 하며, X축은 오른손 법칙에 따라 결정되고, 제어 시스템이 체외 자기 쌍극자가 갱신한 캐리어 좌표계에서 회전하는 2개의 회전 자유도를 정의하되, 제1’ 회전 자유도는 새로운 캐리어 좌표계의 Z축을 맴돌면서 회전하는 것이고, 제2’ 회전 자유도는 평면(S)의 평면 법선 벡터와 두번째 납작 밀착 위치(P2)의 외적을 통해 얻은 회전축을 맴돌면서 회전하는 것이며,
구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 평면(S) 내에서 제1’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 상기 자기 보조부재가 점막의 평면(S’) 내에서 회전하고 점막 평면(S’)의 중심 또는 다른 뒤집힘 초기 위치로 조정되며,
구동수단이 체외 자기 쌍극자를 구동시켜 제2’ 회전 자유도를 회전하도록 하면, 자기 보조부재가 뒤집힘을 시작하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 최소 침습술보 조장치.
제5항에 있어서,
체외 자기 쌍극자가 상기 2개의 회전 자유도의 조합을 회전하는 것은 구체적으로 a) 현재의 z0축을 맴돌면서 제1 회전 자유도(φ0)를 회전한 후 o-x0'y0'z0로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(oy0')에 도달하고, b) 현재의 x0'축을 맴돌면서 제2 회전 자유도(θ0)를 회전한 후 o-x0'y1z1로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1)에 도달하며, c) 현재의 z1축을 맴돌면서 제1 회전 자유도(φ1)를 회전한 후 o-x1y1'z1로 변경하여 체외 자기 쌍극자가 위치(o y1')에 도달하는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
제5항에 있어서,
구동수단이 체외 자기 발생 장치를 구동시켜 체외 자기 쌍극자가 2개의 회전 자유도를 회전하도록 하는 구동방식은 체외 자기 쌍극자의 현재 위치를 oy로 하여 체외 자기 쌍극자의 캐리어 좌표계 o-xyz를 구축하고, 구동수단의 베이스 좌표계 O-XYZ를 구축하며, 체외 자기 쌍극자의 2개의 회전 자유도 중 어느 하나에서의 전후 위치 변화에 따라 체외 자기 쌍극자의 회전 전후의 구면 좌표 각도 성분을 계산하고, 구동수단이 상기 각도 성분에 따라 체외 자기 발생 장치의 회전 각도를 결정하며 체외 자기 발생 장치를 회전시키는 것을 특징으로 하는 최소 침습술 보조장치.
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