KR20050101645A - 자장을 이용하는 캡슐형 내시경 제어장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 내시경 제어장치는, 인체 외부에서 인체 내의 내시경을 제어하는 내시경 제어장치로서, 인체 외부에 위치하여 디지털 제어신호를 출력하는 신호발생부(10)와, 인체 외부에 위치하여 신호발생부(10)에서 출력되는 제어신호에 따라 특정 주파수의 교류전류 신호를 변조하는 변조부(20)와, 인체 외부에 위치하여 변조부(20)에서 출력되는 교류 전류를 입력받아 이에 응답하여 자장을 발생하는 송신코일(L1)과, 인체 내의 내시경에 설치되어 송신코일(L1)에서 발생하는 자장의 변화에 의하여 유도 기전력을 발생시키는 수신코일(L2)과, 인체 내의 내시경에 설치되며 상기 유도기전력을 직류 정전압으로 반파정류하여 신호발생부(10)에서 출력되는 디지털 제어신호로 복원하는 신호검출부(30)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 자장을 이용하여 무선제어하기 때문에 고주파를 이용하는 경우에 비해 인체에 해가 없고, 또한 신호검출부(30)가 저항 R3, 다이오드 D1, 및 커패시터 C1이면 구현될 수 있기 때문에 수신부가 작아서 소형을 추구하는 캡슐형 내시경에 매우 적합하다.
Description
본 발명은 캡슐형 내시경 제어장치에 관한 것으로서, 특히 자장을 이용해서 인체 외부에서 인체 내부에 있는 캡슐형 내시경을 무선으로 제어하는 캡슐형 내시경 제어장치에 관한 것이다.
캡슐형 내시경이란 인체의 소화기관이나 혈관내의 영상과 의학적 상태를 측정하기 위해 카메라 및 각종 센서가 결합된 내시경으로서 도선 또는 광섬유 등의 케이블이 없이 무선으로 수집된 정보를 외부에 송출하는 내시경을 말한다.
이러한 캡슐형 내시경은 크기가 작은 것이 바람직한데 이러한 크기 제한으로 인해 내시경 자체가 운동능력을 갖도록 하기가 어렵다. 따라서, 아직까지는 캡슐형 내시경 자체의 운동에 의해서가 아니라 소화기관의 연동운동에 의존하여 캡슐형 내시경이 인체 내를 이동하는 것이 일반적이다.
이와 같이 캡슐형 내시경은 자체 운동에 의한 것이 아니라 소화기관의 연동운동에 의존하여 이동하기 때문에 식도, 위장, 소장, 대장을 거쳐 항문으로 배출되기까지의 이동에 많은 시간이 소요되므로 동작시간이 길어야 한다. 그러나, 내시경의 크기 제한으로 인해 동작에 충분한 용량을 가진 전력원(배터리)을 장착하기가 어렵다.
따라서, 캡슐형 내시경의 실용성을 높이기 위해서 촬영 및 전송기능에서 전력소모를 줄이는 노력과 주어진 배터리 용량범위에서 전력을 효율적으로 사용할 수 있도록 기능을 보완하는 노력이 필요하다. 예컨대, 식도에서 항문까지의 이동경로 전 부위를 촬영하기에 배터리 용량이 부족하다면 사용자가 원하는 부위에서만 영상 촬영이 이루어지도록 함으로써 내시경의 실용성을 높일 수 있다. 캡슐형 내시경이 이와 같은 동작을 수행하도록 하기 위해서는 첫째로 인체의 외부에서 내부로 명령을 전달할 수 있는 기능과, 둘째로 인체 내부에서의 캡슐형 내시경의 위치를 확인할 수 있는 기능 등이 보완되어야 한다.
그렇다면, 인체 외부에는 제어신호를 송신하는 송신부가 마련되어야 하고, 인체 내의 캡슐형 내시경에는 이를 수신하여 복원하는 수신부가 마련되어야 한다. 이때, 일반적으로 발신신호는 통신경로를 이동하면서 수없는 잡음들이 첨가되어 수신부에 전송되기 때문에 수신부는 이러한 발신신호를 복원하기 위한 복조회로로서 복잡한 알고리즘이 수행되는 회로를 포함하게 되다. 따라서, 송신부는 작고 간단하게 제작되지만 수신부는 그러지 못하며, 이로 인해 크기제한을 갖는 캡슐형 내시경에 수신부를 설치하기가 현실적으로 매우 어렵다.
인체 외부에서 송신되는 정보를 인체 내의 캡슐형 내시경이 수신할 수 있다면 캡슐형 내시경을 외부에서 제어할 수 있게 되어 그 기능이 더욱 다양해질 수 있다.
예를 들면, 장기의 연동운동에 의존하여 운동하는 캡슐형 내시경이 정지해 있는 경우에는 더 이상의 영상수집이 무의미하므로 영상수집기능을 일시 정지시켜 캡슐형 내시경의 전력소모를 줄일 수 있다. 그리고, 캡슐형 내시경이 너무 빠른 속도로 움직일 경우에는 영상수집을 더욱 빈번하게 함으로써 양질의 영상을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 캡슐형 내시경에 전기력으로 작동하는 밸브를 포함하는 캐비티를 설치하여 장기내의 물질을 수집하거나 약물을 투입하며, 바늘 등의 각종 엑츄에이터를 설치하여 외부에서의 제어에 의해 간단한 시술까지도 가능해진다.
이와같이 인체 외부에서 캡슐형 내시경에 신호를 전달하려는 노력은 일본에서 개발 중인 노리카(Norika) v3라는 제품에서 시도된 바 있지만, 인체에 이롭지 않은 고주파의 무선방식으로 신호를 전달하기 때문에 인체에의 유해성이 우려되고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인체에 해가 없는 자장을 이용하여 인체 외부에서 인체 내부의 캡슐형 내시경을 무선으로 제어할 수 있도록 함과 동시에 수신부가 간단하도록 함으로써 캡슐형 내시경의 크기제한에도 부합하는 캡슐형 내시경 제어장치를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 내시경 제어장치는, 인체 외부에서 인체 내의 내시경을 제어하는 내시경 제어장치로서, 인체 외부에 위치하여 디지털 제어신호를 출력하는 신호발생부와, 인체 외부에 위치하여 상기 신호발생부에서 출력되는 제어신호에 따라 특정 주파수의 교류전류 신호를 변조하는 변조부와, 인체 외부에 위치하여 상기 변조부에서 출력되는 교류 전류를 입력받아 이에 응답하여 자장을 발생하는 송신코일과, 인체 내의 내시경에 설치되어 상기 송신코일에서 발생하는 자장의 변화에 의하여 유도 기전력을 발생시키는 수신코일과, 인체 내의 내시경에 설치되며 상기 유도기전력을 직류 정전압으로 반파정류하여 상기 신호발생부에서 출력되는 디지털 제어신호로 복원하는 신호검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신코일은 감긴 축이 수직축 또는 수평축을 중심으로 세차운동하도록 설치되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 송신코일은 사람이 그 안에 들어갈 수 있도록 설치되어도 무방하다.
상기 신호검출부는 상기 수신코일에 직렬연결되는 다이오드와 상기 다이오드에 직열연결되는 커패시터를 포함하여 이루어질 수 있는데, 이 때 상기 커패시터에 병령연결되는 저항을 더 구비할 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캡슐형 내시경 제어장치를 설명하기 위한 회로도이다. 도 1을 참조하면, 신호발생부(10)에서 디지털 신호로서 하이(high)신호와 로우(low)신호를 출력하여 이를 변조부(20)로 보내면, 변조부(20)에서는 상기 디지털 신호를 진폭 편이 변조(Amplitude Shift Keying, ASK)하여 전류형태의 아날로그 신호로 변조하여 출력한다.
변조과정을 구체적으로 설명하면, 신호발생부(10)가 하이신호를 출력하면 트랜지스터 T1이 온 되고, 신호발생부(10)가 로우신호를 출력하면 트랜지스터 T1이 오프된다. 트랜지스터 T1이 온 되면 트랜지스터 T2도 온 되어 VDD가 송신코일(L1)에 인가된다. 여기서, VDD는 송신코일(L1)에 자장을 발생시키는 반송파로서의 역할을 하는데 160KHz의 주파수를 갖는다. 이 때의 주파수와 전압은 적절한 수치로 변경될 수 있다. 결국, 신호발생부(10)에서 하이신호가 출력되면 송신코일(L1)에 160KHz의 VDD가 인가되고, 신호발생부(10)가 로우신호를 출력하면 송신코일(L1)에 VDD가 인가되지 못한다.
변조부(20)에서 출력되는 소정주파수의 교류전류에 응답하여 송신코일(L1)에는 자장이 발생하게 되고, 송신코일(L1)에서 발생하는 자장의 변화에 의하여 수신코일(L2)에는 유도기전력이 발생하게 된다. 수신코일(L2)에 유도기전력이 발생하기 위해서는 송신코일(L1)과 수신코일(L2)은 서로 수직하게 배치되어서는 안된다.
신호발생부(10), 변조부(20), 및 송신코일(L1)은 인체 외부에 위치하는 것이고, 수신코일(L2), 신호검출부(30), 및 마이콤(40)은 인체 내의 캡슐형 내시경에 설치되는 것이다.
신호검출부(30)에서는 수신코일(L2)에서 발생하는 유도기전력을 복조하여 이를 상기 디지털 신호로 복원한다. 도 1에서는 수신코일(L2)에서 발생되는 유도기전력을 직류 정전압으로 반파정류함으로써 상기 디지털 신호로 복원하는 회로가 예로서 도시되었다.
복조에 대해서 구체적으로 설명하면, 신호발생부(10)에서 하이신호가 출력되는 경우에는 송신코일(L1)에 160KHz의 VDD가 인가되고, 신호발생부(10)에서 로우신호가 출력되는 경우에는 송신코일(L1)에 VDD가 인가되지 못하기 때문에, 신호발생부(10)에서 101001100 이라는 디지털 신호가 출력된다면 수신코일(L2)에서 발생하는 유도기전력은 도 2의 참조부호 A와 같게 된다. 수신코일(L2)에서 발생되는 유도기전력(A)은 다이오드 D1을 통해 반파정류되고, 커패시터 C1에 의해 직류 정전압으로 변환되어 디지털 신호 B로 복조되다.
커패시터 C1과 병렬연결되는 저항 R3은 커패시터 C1에 축적된 전하를 누설시키는 기능을 하여 수신코일(L2)에서 기전력이 발생하지 않을 때 커패시터 C1에 걸리는 전압을 0V로 만들어 주는 역할을 한다. 디지털 신호사이의 간격이 충분히 길면 커패시터 C1 자체의 누설전류로 인하여 커패시터 C1에 걸리는 전압이 자연적으로 0V로 떨어질 것이기 때문에 이러한 경우에는 저항 R3가 생략될 수도 있다.
마이콤(40)은 커패시터 C1에 걸리는 전압을 디지털 신호로서 인식하여 이에 따른 제어명령을 출력한다. 그러면, 캡슐형 내시경은 상기 제어명령에 따른 기능을 수행하게 된다.
송신부와 수신부 사이에 신호의 동기를 맞추어야 하는데, 이는 부수신호(Dummy signal)로 한 비트를 보내고 일정시간 후에 실제신호를 보내는 방식을 취함으로써 구현될 수 있다. 도 2의 경우는 부수신호로서 1신호를 보내고 10ms후에 실제 신호로서 1001이라는 신호를 전송한 경우를 나타낸 것이다.
명령의 전달 과정에 잡음이 첨가되어 수신된 비트에 오류가 발생될 수 있는데 이를 교정하기 위해서 에러 정정 비트로서 부가 비트(Dummy Bit)를 첨가하거나, 같은 신호를 반복해서 송신하고 이 때 수신된 신호가 일치할 때 정보를 인식하는 방식을 취할 수 있다. 예컨대, 신호를 3번 반복해서 송신하고 이 때 수신신호가 3번 모두 일치할 때에만 명령으로써 인식하는 알고리즘이 마이콤(50)에 프로그래밍 되어 있다면, 캡슐형 내시경이 1001이라는 명령을 수행토록 하기 위해서는 신호발생부(10)에서 10100110011001이라는 디지털 신호를 출력하고 신호검출부(30)에서는 10100110011001 이라는 디지털 신호가 복조되어야 한다. 여기서 앞의 10 신호는 동기화를 위한 것이다.
한편, 송신코일(L1)과 수신코일(L2)이 서로 수직하게 배치되는 경우가 있어서는 외부의 신호가 캡슐형 내시경에 제대로 전달 안될 수 있다. 따라서, 이러한 경우가 생기지 않도록 도 3a에 도시된 바와 같이 송신코일(L1)의 감긴축이 수평축을 중심으로 세차운동하거나, 도3b에 도시된 바와 같이 송신코일(L1)의 감긴축이 수직축을 중심으로 세차운동하도록 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이 사람이 송신코일(L1)에 들어간 상태에서 송신코일(L1)이 세차운동을 하도록 설치되어도 좋다.
송신코일(L1)이 한 주기 세차운동을 마치는 동안 신호발생부(10)에서 디지털 신호를 반복적으로 변조부(20)에 인가하게 되는데, 이 때, 신호발생부(10)에서 변조부(20)에로의 디지털 신호의 인가시간이 세차운동의 한 주기에 비해서 충분히 작으면 세차운동 중에 송신코일(L1)이 설사 수신코일(L2)과 수직하게 위치하는 경우가 발생하더라도 이러한 상황에서 벗어난 상황 즉, 송신코일(L1)과 수신코일(L2)이 수직으로 위치하지 않는 상황에서 인체외부에서의 제어신호를 수신코일(L2)로 제대로 전달할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 자장을 이용하여 무선제어하기 때문에 고주파를 이용하는 경우에 비해 인체에 해가 없고, 또한 신호검출부(30)가 저항 R3, 다이오드 D1, 및 커패시터 C1이면 구현될 수 있기 때문에 수신부가 작아서 소형을 추구하는 캡슐형 내시경에 매우 적합하다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 제어장치를 설명하기 위한 도면들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10: 신호발생부 20: 변조부
30: 신호검출부 40: 마이콤
L1: 송신코일 L2: 수신코일
Claims (5)
- 인체 외부에서 인체 내의 내시경을 제어하는 내시경 제어장치에 있어서,인체 외부에 위치하여 디지털 제어신호를 출력하는 신호발생부와,인체 외부에 위치하여 상기 신호발생부에서 출력되는 제어신호에 따라 특정 주파수의 교류전류 신호를 변조하는 변조부와,인체 외부에 위치하여 상기 변조부에서 출력되는 교류 전류를 입력받아 이에 응답하여 자장을 발생하는 송신코일과,인체 내의 내시경에 설치되어 상기 송신코일에서 발생하는 자장의 변화에 의하여 유도 기전력을 발생시키는 수신코일과,인체 내의 내시경에 설치되며 상기 유도기전력을 직류 정전압으로 반파정류하여 상기 신호발생부에서 출력되는 디지털 제어신호로 복원하는 신호검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내시경 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 송신코일은 감긴축이 수직축 또는 수평축을 중심으로 세차운동하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경 제어장치.
- 제2항에 있어서, 상기 송신코일은 사람이 그 안에 들어갈 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 내시경 제어장치.
- 제1항에 있어서, 상기 신호검출부는, 상기 수신코일에 직렬연결되는 다이오드와 상기 다이오드에 직열연결되는 커패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내시경 제어장치.
- 제4항에 있어서, 상기 신호검출부는 상기 커패시터에 병령연결되는 저항을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내시경 제어장치.
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