KR20130030668A

KR20130030668A - Remote control system for catheter with reactive force sensing

Info

Publication number: KR20130030668A
Application number: KR1020110094286A
Authority: KR
Inventors: 최재순; 신승민; 신지원
Original assignee: 최재순; 신승민
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2013-03-27

Abstract

PURPOSE: A remote control system for catheters a reactive force sensing is provided to reduce the amount of radiation and to make an effective feed-back control possible. CONSTITUTION: A remote control system for catheters consists of a slave unit(100), a master unit(200), an auxiliary rectilinear motion unit(400), and a control part. The control part controls the force applied to a master unit and the linear momentum and the rotary momentum of the slave unit to have a linear relation. The controller senses a reaction force applied to the end of the catheters and conducts a feedback control thereto.

Description

Catheter remote control system {Remote control system for catheter with reactive force sensing}

본 발명은 카테터 원격 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 원격에서 피시술자에게 수술을 수행하는 카테터 원격 제어 시스템에 있어서, 시술자가 카테터를 원격에서 용이하고 정밀하게 제어할 수 있고, 시술자로의 방사선 피폭량을 감소시키며, 보다 효율적인 원격 제어를 위한 반력 감지 및 피드백 제어가 가능한 카테터 원격 제어 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a catheter remote control system, and more particularly, in a catheter remote control system for performing surgery to a patient in the remote, the operator can easily and precisely control the catheter remotely, and the radiation exposure to the operator The present invention relates to a catheter remote control system capable of reducing and providing reaction force sensing and feedback control for more efficient remote control.

부정맥 질환의 발병률은 심장질환의 발병률 증가와 함께 지속적으로 증가하고 있으며, 현재 부정맥 질환을 앓고 있는 사람은 전인구의 2-4%에 해당하고, 특히 심방세동과 같은 퇴행성 부정맥 질환은 60세 이상 인구의 5%, 80세 이상의 15%에서 발견되고 있다. 이와 같은 부정맥 질환은 급사, 허혈성 뇌졸중 등의 원인이 되며, 또한 노령화 인구비율의 증가에 따라 입원비, 의료비 지출이 세계적으로 증가 추세에 있다. The incidence of arrhythmias continues to increase with an increasing incidence of heart disease. Currently, people with arrhythmias account for 2-4% of the total population. It is found in 5% and 15% of people over 80 years old. Such arrhythmia diseases cause sudden death, ischemic stroke, etc. Also, hospitalization and medical expenses are increasing worldwide as the aging population ratio increases.

최근 10년 사이에 빠르게 발전하고 있는 최소 침습적인 부정맥 고주파 전극도자 절제술은 질환에 따라 75-98%의 완치율을 보이며, 특히 심방세동과 같이 약물 치료가 어려운 부정맥의 경우에도 90% 이상의 시술 성공률을 보이고 있다. The minimally invasive arrhythmia radiofrequency catheter ablation, which has developed rapidly in recent decades, has a cure rate of 75-98% depending on the disease, and more than 90% of success rates, especially for arrhythmias, such as atrial fibrillation, that are difficult to treat. have.

그러나 수기에 의존하는 기존의 고주파 전극도자 절제술은 시술자의 경험과 능력 등에 따라 그 수술 결과가 상이해 질 수 있으며, 수술 결과가 좋지 않을 경우 불필요한 심장 손상이 발생할 수 있고, 시술자에게도 합병증 및 장시간의 방사선 피폭과 같은 후유증을 남길 수 있다는 문제점이 존재한다. 특히, 심방세동과 같이 장시간 다량의 고주파 에너지로 치료를 요하는 시술의 경우, 시술자에게 다량의 방사선이 피폭되며 시술자의 피로누적, 불필요한 절제로 인한 폐정맥 협착, 식도손상과 같은 합병증의 위험이 따른다. However, the conventional radiofrequency catheter ablation, which is dependent on handwriting, may have different surgical results depending on the experience and ability of the operator, and if the surgical result is not good, unnecessary heart damage may occur. There is a problem that can leave an aftereffect such as an exposure. In particular, in the case of a procedure requiring treatment with a large amount of high frequency energy such as atrial fibrillation, a large amount of radiation is exposed to the operator and there is a risk of complications such as pulmonary vein narrowing and esophageal damage due to cumulative fatigue and unnecessary excision of the operator.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고주파 절제술을 요하는 표적에 정확하고 정밀하게 전극도자를 접근 및 유지시킬 수 있는 전극도자 유도용 로봇 시스템의 개발이 절실히 요망되고 있다.In order to solve this problem, there is an urgent need for the development of a robotic system for induction of electrode ceramics capable of approaching and maintaining electrode ceramics accurately and precisely on a target requiring radiofrequency ablation.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.

본 발명은 원격에서 피시술자에게 수술을 수행하는 카테터 원격 제어 시스템에 있어서, 시술자가 카테터를 원격에서 용이하고 정밀하게 제어할 수 있고, 시술자로의 방사선 피폭량을 감소시키며, 보다 효율적인 원격 제어를 위해 반력 감지 및 피드백 제어가 가능한 카테터 원격 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a catheter remote control system for performing an operation to a remote patient, the operator can easily and precisely control the catheter remotely, reduce the radiation exposure to the operator, the reaction force detection for more efficient remote control And a catheter remote control system capable of feedback control.

본 발명은 카테터가 구비되어 있는 슬레이브 유닛; 상기 슬레이브 유닛에 구비되어 있는 상기 카테터가, 제1 방향을 따라 이동하는 직선 운동, 상기 제1 방향을 회전축으로 하는 회전 운동 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 회전축으로 하는 회전 운동을 수행하도록 소정의 제어 명령을 생성하는 마스터 유닛; 상기 카테터가, 상기 제1 방향을 따라 이동하는 직선 운동을 수행하도록 보조하는 보조 직선 운동 유닛; 및 상기 마스터 유닛과 상기 슬레이브 유닛의 제어 및 상기 마스터 유닛과 상기 슬레이브 유닛 간의 데이터 통신을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 마스터 유닛에 가해지는 힘과 상기 슬레이브 유닛의 직선 운동량 및 회전 운동량이 선형적인 관계를 이루도록 제어하며, 상기 카테터의 직선 운동 시, 상기 마스터 유닛과 상기 보조 직선 운동 유닛이 함께 상기 카테터의 단부에 가해지는 반력을 감지하고 이에 대한 피드백 제어를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 카테터 원격 제어 시스템을 제공한다. The present invention is a slave unit provided with a catheter; The catheter provided in the slave unit performs a linear motion moving along a first direction, a rotational motion with the first direction as the rotation axis, and a rotational motion with the second axis perpendicular to the first direction. A master unit for generating a predetermined control command so as to generate a predetermined control command; An auxiliary linear motion unit which assists the catheter to perform a linear motion moving along the first direction; And a control unit controlling control of the master unit and the slave unit and data communication between the master unit and the slave unit, wherein the control unit includes a force applied to the master unit and a linear movement amount and rotation of the slave unit. It controls the momentum to form a linear relationship, and during the linear movement of the catheter, the master unit and the auxiliary linear motion unit is controlled to detect the reaction force applied to the end of the catheter and to perform feedback control thereto It provides a catheter remote control system.

본 발명에 있어서, 상기 슬레이브 유닛은, 일면 상에 볼 스크루가 구비되어 있는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에 배치되며, 상기 볼 스크루와 치합하도록 배치되어 상기 제1 방향을 따라 직선 운동하는 슬라이드 부재; 상기 볼 스크루와 연결되어, 상기 슬라이드 부재가 상기 직선 운동을 하도록 소정의 구동력을 제공하는 제1 구동부; 상기 슬라이드 부재와 연결되어 상기 슬라이드 부재와 함께 상기 제1 방향을 따라 직선 운동하고, 일면 상에 노브 수용부가 형성되는 카테터 안착부; 노브가 상기 노브 수용부에 수용되도록 상기 카테터 안착부 상에 배치되는 카테터; 상기 카테터 안착부의 일 측에 구비되며, 상기 제1 방향을 회전축으로 하여 상기 카테터 안착부 및 상기 카테터 안착부에 배치되어 있는 상기 카테터가 회전 운동하도록 소정의 구동력을 제공하는 제2 구동부; 및 상기 노브 수용부와 연결되어, 상기 노브 수용부 및 상기 노브 수용부에 수용되어 있는 상기 노브를 상기 제2 방향을 회전축으로 하여 회전 운동하도록 소정의 구동력을 제공하는 제3 구동부를 포함하는 카테터 원격 제어 시스템을 제공한다. In the present invention, the slave unit, the base plate which is provided with a ball screw on one surface; A slide member disposed on the base plate and engaged with the ball screw to linearly move along the first direction; A first driving part connected to the ball screw and providing a predetermined driving force for the slide member to perform the linear motion; A catheter seating portion connected to the slide member and linearly moving along the first direction along the slide member, the knob receiving portion being formed on one surface; A catheter disposed on the catheter seat so that a knob is received in the knob receptacle; A second driving part provided at one side of the catheter seating part and providing a predetermined driving force to rotate the catheter disposed in the catheter seating part and the catheter seating part with the first direction as a rotation axis; And a third driving unit connected to the knob receiving unit and providing a predetermined driving force to rotate the knob receiving unit and the knob accommodated in the knob receiving unit with the second axis as the rotation axis. Provide a control system.

본 발명에 있어서, 상기 마스터 유닛은, 일면 상에 가이드 부재가 돌출 형성되어 있고, 상기 가이드 부재에는 소정의 제3 방향을 따라 홀이 관통 형성되어 있는 베이스 플레이트; 상기 홀에 관통 삽입되는 로드; 상기 로드의 일 측에 상기 로드에 대하여 상기 제3 방향을 회전축으로 하여 회전 가능하도록 연결되어 있는 제1 회전 조작부; 및 상기 제1 회전 조작부와 연결되어 있고, 상기 제3 방향과 수직인 제4 방향을 회전축으로 하여 회전 가능하도록 형성되어 있는 제2 회전 조작부를 포함할 수 있다. The master unit may include: a base plate having a guide member protruding from one surface thereof, and having a hole formed through the guide member in a predetermined third direction; A rod inserted through the hole; A first rotation manipulation unit connected to one side of the rod such that the third direction is rotatable with respect to the rod; And a second rotation manipulation unit connected to the first rotation manipulation unit, the second rotation manipulation unit being rotatable with a fourth direction perpendicular to the third direction as the rotation axis.

본 발명에 있어서, 상기 로드가 상기 가이드 부재에 대하여 상기 제3 방향을 따라 슬라이드 되면, 상기 제어부는 상기 슬라이드 부재 및 상기 슬라이드 부재와 연결된 상기 카테터가 상기 제1 방향을 따라 직선 운동하도록 상기 제1 구동부를 제어할 수 있다. In the present invention, when the rod is slid in the third direction with respect to the guide member, the controller is the first drive unit such that the slide member and the catheter connected to the slide member linearly moves along the first direction. Can be controlled.

여기서, 상기 마스터 유닛은 상기 로드의 슬라이드 방향과 반대 방향으로 반력을 제공하는 제4 구동부를 더 구비할 수 있다. Here, the master unit may further include a fourth drive unit that provides a reaction force in a direction opposite to the slide direction of the rod.

여기서, 상기 제어부는, 상기 카테터의 팁에 가해지는 압력으로부터, 상기 제4 구동부가 상기 로드에 상기 반력을 제공할지 여부를 판단할 수 있다. Here, the controller may determine whether the fourth driving unit provides the reaction force to the rod from the pressure applied to the tip of the catheter.

본 발명에 있어서, 상기 제1 회전 조작부가 상기 제3 방향을 회전축으로 하여 회전되면, 상기 제어부는 상기 카테터 안착부 및 상기 카테터 안착부 상에 구비된 상기 카테터가 상기 제1 방향을 회전축으로 하여 회전하도록 상기 제2 구동부를 제어할 수 있다. In the present invention, when the first rotation operation unit is rotated with the third direction as the rotation axis, the control unit is the catheter provided on the catheter seating portion and the catheter seating portion rotates the first direction as the rotation axis The second driver may be controlled to control the second driver.

본 발명에 있어서, 상기 제2 회전 조작부가 상기 제4 방향을 회전축으로 하여 회전되면, 상기 제어부는 상기 노브 수용부 및 상기 노브 수용부에 수용되어 있는 상기 카테터의 상기 노브가 상기 제2 방향을 회전축으로 하여 회전하도록 상기 제3 구동부를 제어할 수 있다. In the present invention, when the second rotation operation unit is rotated using the fourth direction as the rotation axis, the control unit includes the knob accommodating part and the knob of the catheter accommodated in the knob accommodating part to rotate the second direction. The third drive unit can be controlled to rotate.

본 발명에 있어서, 상기 보조 직선 운동 유닛은 상기 슬레이브 유닛과 공동으로 카테터의 전진 혹은 후진의 직선 운동을 구현한다. 반력 피드백을 제공하지 않는 경우에는 상기 보조 직선 운동 유닛의 보조 직선구동부는 상기 슬레이브 유닛의 제1 구동부의 직선 운동과 정확히 동기화된 구동을 제공하며, 이 경우 상기 슬레이브 유닛만으로 카테터를 구동할 때, 탄성을 가진 카테터가 환자의 카테터 삽입점 원위부에서 중간에 굴곡되어 지정된 바와 다른 운동을 하게 되는 오류를 방지하는 효과를 제공한다. 반력 피드백을 제공하고자 할 때에는, 상기 슬레이브 유닛의 제1 구동부는 사전에 입력된 기기의 구조 정보를 바탕으로 기기 내부 마찰력 및 카테터 장착 구동 시 중력 등 기본 반력을 반대 보상하는 보상제어 모드로 동작하여 장착된 카테터가 다른 구속력이 없이 자유롭게 전후진하고 외부의 외력 인가될 경우 등속운동을 하는 마찰력과 무게를 가상으로 상쇄시킨 상태로 구동이 되도록 한다. 이때 환자의 카테터 삽입구 근위부에 위치한 보조 직선 운동 유닛은 상기 마스터 유닛으로부터의 사용자의 운동 지령을 받아 카테터를 인입 혹은 인출 구동시키는 주 동력의 역할을 하게하고, 운동 중 상기 보조 직선 구동부 내부의 모터 전류 혹은 위치제어 오차를 측정하여 환자의 체내에 삽입된 카테터 선단부의 주변 물체 혹은 조직과의 충돌 혹은 마찰로 인한 직선 방향의 반력을 추정하게 된다. 추정 과정을 통해 감지된 반력은 상기 마스터 유닛의 제4구동부를 통해 사용자가 가상으로 반력을 느낄 수 있도록 반력 피드백을 제공하게 된다.In the present invention, the auxiliary linear motion unit jointly with the slave unit implements the linear motion of the catheter forward or backward. In the case of not providing the reaction force feedback, the auxiliary linear driver of the auxiliary linear motion unit provides a driving which is accurately synchronized with the linear motion of the first driving unit of the slave unit, and in this case, when driving the catheter with only the slave unit, The catheter has a bend in the distal portion of the patient's catheter insertion point to provide the effect of preventing the error that the movement is different from the specified. In order to provide reaction force feedback, the first driving unit of the slave unit is operated by being mounted in a compensation control mode that reversely compensates basic reaction forces such as internal friction force and gravity during driving of the catheter, based on the structural information of the device previously input. When the catheter is freely moved forward and backward without any other restraining force and external external force is applied, the catheter is driven to virtually cancel the frictional force and weight of the constant velocity motion. In this case, the auxiliary linear motion unit located in the proximal portion of the catheter insertion port of the patient serves as a main power for driving the catheter in or out according to the user's exercise command from the master unit. The positioning error is measured to estimate the reaction force in the linear direction due to the collision or friction with the surrounding object or tissue of the catheter tip inserted into the patient's body. The reaction force sensed through the estimation process provides reaction force feedback so that the user can feel the reaction force virtually through the fourth driver of the master unit.

이와 같은 본 발명에 의해서, 시술자가 카테터를 원격에서 용이하고 정밀하게 제어할 수 있고, 시술자로의 방사선 피폭량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, the operator can easily and precisely control the catheter remotely, and the effect of reducing the radiation exposure to the operator can be obtained.

또한, 카테터 시술 과정에서 카테터를 손으로 직접 움직이며 시술하는 경우 시술자가 느끼게 되는 반력의 주된 요소는 전진, 후진 동작 중 발생하는 다양한 반력, 마찰력의 합력으로 나타나는 반력이며, 본 발명에 의해서 카테터를 개조하여 선단부에 별도의 힘 센서를 설치하거나, 또는 카테터의 전체 구조를 자체 로봇 구조로 이중화하여 구동 중의 반력을 추정할 수 있도록 하거나 하지 않고, 일반적인 상용 카테터를 그대로 사용하면서도 반력의 추정 감지 및 피드백 구현이 가능하며, 부가적으로 카테터가 환자 삽입구 원위부에서 의도하지 않게 꺾이어 운동이 제대로 전달되지 않는 등의 위험 요소를 줄이고, 시술실 내 감시 인원을 줄여 방사선 피폭 저감 및 원격 제어의 효과를 더욱 보강하는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the main element of the reaction force felt by the operator when the catheter is moved directly by hand during the catheterization process is a reaction force that appears as a combination of various reaction forces and frictional forces generated during the forward and backward movements, and the catheter is modified by the present invention. Either installing a separate force sensor at the tip, or dualizing the entire structure of the catheter with its own robotic structure to estimate the reaction force while driving, it is possible to use the general commercial catheter as it is and to detect the reaction force and implement feedback. In addition, the catheter may be unintentionally bent at the distal end of the patient to reduce the risk of inadequate movement and reduce the number of monitoring personnel in the operating room to further enhance the effects of radiation exposure and remote control. Can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터 원격 제어 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 슬레이브 유닛을 나타내는 사시도이고이다.
도 3은 도 2의 슬레이브 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 2의 슬레이브 유닛의 측면도이다.
도 5는 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 마스터 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 보조 직선 운동 유닛의 내부 구조를 나타내는 평면도와 측면도이다.1 is a perspective view schematically showing a catheter remote control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a slave unit of the catheter remote control system of FIG. 1.
3 is a plan view of the slave unit of FIG. 2.
4 is a side view of the slave unit of FIG. 2.
5 is a perspective view illustrating a master unit of the catheter remote control system of FIG. 1.
6 is a plan view and a side view showing the internal structure of the auxiliary linear motion unit of the catheter remote control system of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터 원격 제어 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다. 1 is a perspective view schematically showing a catheter remote control system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은, 슬레이브 유닛(100), 마스터 유닛(200), 상기 슬레이브 유닛(100)과 마스터 유닛(200)을 상호 연결하는 연결 부재(300) 및 상기 마스터 유닛(200)과 슬레이브 유닛(100)의 제어 및 상기 마스터 유닛(100)과 슬레이브 유닛(200) 간의 데이터 통신을 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은, 보조 직선 운동 유닛(400)과, 환자 침대로부터 연결하여 상기 보조 직선 운동 유닛(400)을 환자 체표면 상부 일정 위치에 고정시켜주는 관절형 고정대(450)를 더 포함한다.Referring to FIG. 1, a catheter remote control system according to an exemplary embodiment of the present invention may include a slave member 100, a master unit 200, a connection member connecting the slave unit 100 and the master unit 200 to each other. 300 and a controller (not shown) for controlling the master unit 200 and the slave unit 100 and data communication between the master unit 100 and the slave unit 200. In addition, the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention, by connecting from the auxiliary linear motion unit 400 and the patient bed, the joint for fixing the auxiliary linear motion unit 400 to a predetermined position on the patient body surface It further comprises a mold holder 450.

상세히, 피시술자가 시술을 받는 수술실의 침대(BED) 일 측에는 시술을 위한 슬레이브 유닛(100)이 배치된다. 그리고, 피시술자로부터 격리된 공간, 즉 수술실 외부에는 마스터 유닛(200)을 작동시키는 시술자(OP)가 위치한다. 그리고 상기 마스터 유닛(100)과 슬레이브 유닛(200)은 케이블 등의 연결 부재(300)에 의하여 연결되며, 시술자(OP)의 일 측에는 마스터 유닛(200)과 슬레이브 유닛(100)을 제어하기 위한 컴퓨터 등의 제어부(미도시)가 배치된다. 즉, 수술 중, 환자의 혈관 영상 촬영을 위해 조사되는 방사선에 시술자가 장시간 노출되는 것을 방지하기 위하여, 시술자와 피시술자를 서로 격리된 공간에 위치시키고, 시술자가 원격에서 카테터를 제어함으로써 수술을 실시하는 것이다. In detail, the slave unit 100 for the procedure is disposed on one side of the bed (BED) of the operating room where the operator receives the procedure. In addition, the operator OP operating the master unit 200 is located in a space isolated from the operator, that is, outside the operating room. The master unit 100 and the slave unit 200 are connected by a connection member 300 such as a cable, and a computer for controlling the master unit 200 and the slave unit 100 on one side of the operator OP. A control unit (not shown) is disposed. That is, during surgery, in order to prevent the operator from being exposed to radiation irradiated for vascular imaging of the patient for a long time, the operator and the subject are placed in a space separated from each other, and the operator performs surgery by controlling the catheter remotely. will be.

한편, 보조 직선 운동 유닛(400)은 환자의 카테터 삽입점 근위부에 위치하고 공간상의 고정을 위해 관절형 고정대(450)에 의하여 침대(BED) 일 측에 연결 고정된다. 시술자는 먼저 보조 직선 운동 유닛(400)을 관절형 고정대(450)의 관절 모양새를 적절히 조정하여 환자의 카테터 삽입점 가까이 적절한 위치에 고정시키고, 슬레이브 유닛(100)에 먼저 장착한 카테터의 선단부를 보조 직선 운동 유닛(400)에 삽입 관통시킨 다음, 환자의 체내로 삽입하여 카테터를 설치한다. 보조 직선 운동 유닛(400)은 일반적인 수동 조작에 의한 시술에서 시술자가 카테터를 삽입점 근처에서 한 손으로 조금씩 삽입하여 넣는 것과 유사하게, 카테터의 직직 삽입 과정의 주된 구동을 구현하게 된다. 이 과정에서 보조 직선 운동 유닛(400)은 슬레이브 유닛(100)과 움직임을 동기화하여, 카테터가 중간 꺾임이 없이 정상적인 직진 삽입이 되도록 보조하는 역할을 할 수도 있고, 카테터의 본체 부분과 그 주변 기계 구조 부분을 슬레이브 유닛(100)이 가상으로 무중력, 무마찰 상태가 되도록 반력보상제어 구동하고 있는 가운데, 사용자가 마스터 유닛을 통해 지령하는 실제 직진 구동의 주된 구동을 보조 직선 운동 유닛(400)이 구현하면서 구동 모터 전류의 변화, 위치 제어 오차 등을 이용하여 카테터 선단부의 반력을 효율적으로 감지 추정하는 기능을 수행할 수도 있다.On the other hand, the auxiliary linear motion unit 400 is located proximal to the catheter insertion point of the patient and is fixedly connected to one side of the bed (BED) by the articulated guide 450 for fixing in space. The operator first adjusts the joint shape of the auxiliary linear motion unit 400 to the proper position by properly adjusting the joint shape of the articulated support 450, and fixes the catheter tip first mounted on the slave unit 100 to assist the tip of the catheter. Inserted through the linear motion unit 400, and then inserted into the patient's body to install the catheter. The auxiliary linear motion unit 400 implements the main driving of the catheter's direct insertion process, similarly to the operator inserting the catheter little by little with one hand near the insertion point in a general manual operation. In this process, the auxiliary linear motion unit 400 may synchronize the movement with the slave unit 100 to assist the catheter in a normal straight insertion without intermediate bending, and the main body portion of the catheter and its peripheral mechanical structure. The secondary linear motion unit 400 implements the main drive of the actual straight driving commanded by the user through the master unit while the slave unit 100 is driven virtually in the zero gravity and frictionless state. A function of efficiently detecting and estimating the reaction force at the tip of the catheter may be performed by using a change in the driving motor current and a position control error.

이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.

전극도자절제술(電極導子切除術, radiofrequency catheter ablation) 이란 전기를 이용하여 심장의 빈맥을 치료하는 수술법을 의미한다. 다시 말하면, 전극도자절제술은 맥박이 1분당 100회 이상으로 정상보다 빠른 희귀성 빈맥과 일부 심실빈맥 치료에 쓰인다. 이러한 전극도자절제술은 발작성 심실상성 빈맥과 심실빈맥, 심방조동, 심방세동 환자에게 효과적이다. Electrofrequency catheter ablation refers to a method of treating heart tachycardia using electricity. In other words, electrocephalotomy is used to treat rare tachycardia and some ventricular tachycardia with pulses of more than 100 beats per minute. Electrodebridement is effective in patients with paroxysmal ventricular tachycardia, ventricular tachycardia, atrial flutter and atrial fibrillation.

전극도자절제술을 시술하는 방법은, 특별히 고안된 카테터를 절제하려는 부위에 놓고 고주파 전기를 통하게 하면 카테터 끝이 70~100°C까지 뜨거워지는데, 이때 이 열이 심장 조직을 파괴시켜 심장의 이상 박동을 차단하도록 하는 것이다. 이와 같은 전극도자절제술은 심장수술을 하지 않고도 빈맥을 치료할 수 있다는 장점을 지닌다. 전극도자절제술은 발작성 심실상성 빈맥과 심실빈맥, 심방조동, 심방세동 환자에게 효과적이며, 이 가운데 발작성 심실상성 빈맥이 가장 큰 비율을 차지한다. Electromagnetic ceramic ablation is a method of placing a specially designed catheter at the site of ablation and applying high frequency electricity to the catheter tip to 70-100 ° C, where the heat destroys heart tissue and blocks abnormal heartbeats. To do that. Electrode catheter ablation has the advantage of treating tachycardia without heart surgery. Electrodebridement is effective in patients with paroxysmal ventricular tachycardia, ventricular tachycardia, atrial flutter, and atrial fibrillation.

전극도자절제술을 시술하기 위해서, 공복 상태에서 국소마취하에 좌우측 서혜부의 대퇴동맥이나 대퇴정맥을 통하여 3~4개의 카테터를 삽입하고, 필요에 따라 가슴의 쇄골 하부에 1개의 카테터를 추가로 삽입한다. 이 삽입된 카테터를 통하여 심장의 여러 부위에 전기자극을 주어 부정맥을 유발시켜 발생기전과 발생 부위를 진단하는 것이다. In order to perform electrode ceramic resection, three to four catheters are inserted through the femoral artery or femoral vein of the left and right groin under local anesthesia in a fasted state, and an additional catheter is inserted into the lower part of the clavicle of the chest as needed. Through this inserted catheter, electrical stimulation is applied to various parts of the heart to induce arrhythmia to diagnose the mechanism of occurrence and the site of occurrence.

종래에는, 이와 같은 전극도자절제술을 시술하기 위하여 시술자가 피시술자에게 근접하여 피시술자에게 직접 전극도자절제술을 시술하는 것이 일반적이었다. 그런데, 전극도자절제술의 시술을 위해서는 시술 동안 계속해서 엑스레이 장치를 이용해 피시술자의 혈관 영상을 촬영하여야 하며, 따라서 시술자 역시 시술 중에 지속적으로 방사선에 노출되게 되었다. In the related art, in order to perform such electrode ceramic ablation, it was common for an operator to directly perform an electrode ceramic ablation directly to a subject. However, in order to perform electrode ceramic ablation, the vascular image of the subject must be continuously photographed using the X-ray apparatus during the procedure. Therefore, the operator is continuously exposed to radiation during the procedure.

이와 같이 시술자가 방사선에 장시간 노출되는 문제점을 해결하기 위하여, 마스터-슬레이브 구조의 카테터 원격 제어 시스템을 구성하여, 시술을 위한 카테터가 설치되어 있는 슬레이브 유닛과, 상기 슬레이브를 제어하기 위한 마스터 유닛을 시술실 내, 외부에 각각 분리하여 설치하는 방법이 개발되었다. 즉, 시술실 외부에서 사용자가 마스터 유닛을 통하여 동작 신호를 발생시키면, 시술실 내부의 슬레이브 유닛이 상기 마스터 유닛에서 발생한 동작 신호에 대응하여 작동하면서, 피시술자에게 전극도자절제술을 시술하는 것이다. In order to solve the problem that the operator is exposed to radiation for a long time, a master-slave catheter remote control system is constructed, and a slave unit having a catheter for the procedure and a master unit for controlling the slave are performed. A method of separating and installing each inside and outside of the room has been developed. That is, when the user generates an operation signal through the master unit outside the operating room, the slave unit inside the operating room operates in response to the operation signal generated by the master unit, and performs electrode ceramic ablation on the subject.

그런데, 이와 같은 종래의 카테터 원격 제어 시스템의 경우, 시술자로의 방사선 피폭량을 제거할 수 있기는 하였으나, 마스터 유닛의 동작과 슬레이브 유닛의 동작이 비선형적인 관계를 이룬다는 단점이 존재하였다. 다시 말하면, 마스터 유닛에 가하는 힘을 선형적으로 가한다고 하더라도, 이에 대응하여 동작하는 슬레이브 유닛이 정확히 마스터 유닛에 가해진 힘과 비례하여 동작하지 아니하여, 시술자가 직접 카테터를 조작하는 경우에 비해서 현실성이 떨어지게 된다는 것이다. 그 이유는 다음과 같다. 예를 들어, 카테터의 말단부의 휘어짐을 조정하는 노브를 사용자가 회전시킬 때에는, 백래쉬(backlash)처럼 반대 방향으로 돌리기 시작할 때 느껴지는 비반응 공백 부분이 존재한다. 또한, 현재 카테터의 휘어진 상태에 따라서 노브를 일정량만큼 휘게 하기 위해 사용자가 가해야 하는 힘의 세기가 달라진다. 따라서 노브의 회전 각도와 카테터 말단부의 휘어진 각도가 선형적인 관계가 아닌 비선형적인 관계를 이루게 되는 것이다. By the way, in the conventional catheter remote control system, although the radiation exposure to the operator can be removed, there was a disadvantage that the operation of the master unit and the operation of the slave unit has a non-linear relationship. In other words, even if the force applied to the master unit is linearly applied, the slave unit operating correspondingly does not operate exactly in proportion to the force applied to the master unit, so that the practitioner directly manipulates the catheter. Will fall. The reason for this is as follows. For example, when the user rotates a knob to adjust the warp of the distal end of the catheter, there is a non-responsive void that is felt when starting to turn in the opposite direction, such as backlash. In addition, depending on the current bending state of the catheter, the strength of the force that the user must apply to bend the knob by a certain amount varies. Therefore, the angle of rotation of the knob and the bending angle of the distal end of the catheter form a non-linear relationship, not a linear relationship.

또한, 종래의 카테터 원격 제어 시스템의 경우, 기존에 상용화되어 일반적으로 사용되어 온 카테터가 아닌, 카테터 원격 제어 시스템 전용 카테터를 개발하여 사용하였기 때문에, 시술자가 새로운 방식의 카테터 사용법을 익혀야 하는 번거로움이 있으며, 전체 시스템을 구축하기 위한 연구 개발 비용 및 시간이 증가한다는 문제점이 존재하였다. In addition, in the case of the conventional catheter remote control system, because the catheter dedicated to the catheter remote control system was developed and used instead of the conventionally used catheter commercially available, the trouble of the operator having to learn a new method of catheter use. In addition, there has been a problem of increasing research and development costs and time for building the entire system.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은 마스터 유닛과 슬레이브 유닛 간의 비선형성을 상쇄 보완하여, 마스터 유닛의 제어감이 향상된 카테터 원격 제어 시스템을 제공하는 것을 일 특징으로 한다. In order to solve this problem, the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention to compensate for the non-linearity between the master unit and the slave unit, to provide a catheter remote control system with improved control of the master unit It features.

한편, 상술한 바와 같은 카테터를 원격으로 제어하는 시스템은 시술자의 방사선 피폭을 줄이고 보다 정밀한 카테터 제어를 구현할 수 있게 해주는 장점이 있으나, 마스터 유닛과 슬레이브 유닛으로 분리되기 때문에, 시술자가 손으로 직접 카테터를 조작할 때와는 달리 실제 카테터의 선단부가 체내에서 각종의 구조물, 조직 등과 부딪히거나 마찰할 때 받게 되는 반력을 감지할 수 없다는 단점이 있다. 특히, 카테터 시술의 경우 다양한 영상 정보의 보조를 받아 카테터의 위치를 제어하게 되는데, 주된 실시간 공간 정보인 X선 형광 투시(X-ray fluoroscopy) 영상의 경우, 영상의 특성 상 혈관이나 각종 장기 등 연조직은 그 경계를 명확히 판별하기 어려우며, 시술 전 획득된 CT, MRI 등의 영상으로부터 얻은 3차원 재구성 형상 정보를 간접적으로 활용하기도 하나, 실제 환부 내부 구조상에서의 카테터 선단부의 정확한 위치를 판별하기에는 어려움이 상존한다. 따라서 카테터를 삽입하면서 시술자가 손으로 느끼게 되는 반력감도 카테터의 조향을 위해 간접적인 정보로서 활용하게 된다. 그런데, 원격 제어 시스템의 경우 이와 같은 반력감을 제공하기 어려운 단점이 있으며, 이를 보완하기 위해 카테터 선단부에 전용의 반력 측정 센서를 추가로 구비하거나, 반력이 체외로 전달될 수 있도록 카테터 전체 경로에 대해 로봇화 된 구조물을 적용하여 카테터 제어 시스템을 구현하는 등의 방법이 사용될 수 있다. On the other hand, the system for remotely controlling the catheter as described above has the advantage of reducing the radiation exposure of the operator and to implement a more precise catheter control, but because it is separated into a master unit and a slave unit, the operator directly by hand to the catheter Unlike the operation, the tip of the actual catheter can not detect the reaction force received when hitting or rubbing various structures, tissues, etc. in the body. In particular, in the case of catheterization, the position of the catheter is controlled by the assistance of various image information.In the case of X-ray fluoroscopy image, which is the main real-time spatial information, soft tissue such as blood vessels and various organs due to the characteristics of the image Although it is difficult to clearly identify the boundary and indirectly utilizes 3D reconstructed shape information obtained from CT and MRI images obtained before the procedure, it is difficult to determine the exact position of the catheter tip in the actual lesion internal structure. do. Therefore, the reaction force felt by the operator while inserting the catheter is also used as indirect information for steering the catheter. However, the remote control system has a disadvantage in that it is difficult to provide such a feeling of reaction, and to compensate for this, an additional reaction force measuring sensor is additionally provided at the distal end of the catheter, or a robot is provided for the entire catheter path so that reaction force can be transmitted to the outside of the catheter. A method such as implementing a catheter control system by applying the structured structure may be used.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 카테터의 전체 구동을 담당하는 슬레이브 유닛 외에 반발력의 주된 인자인 직선 구동을 위한 보조 직선 운동 유닛을 부가하여, 직선 삽입 운동 시, 카테터 자체의 구동을 위해 인가되는 힘과 카테터 선단부의 반발 압력에 의한 반력을 구분할 수 있도록 기계 구조 및 제어 방법을 개선한 것을 일 특징으로 한다. In order to solve this problem, in the present invention, in addition to the slave unit responsible for the entire drive of the catheter, an auxiliary linear motion unit for linear driving, which is a main factor of the repulsive force, is added, and applied for driving the catheter itself during a linear insertion motion. It is characterized in that the mechanical structure and control method are improved to distinguish between the force and the reaction force due to the repulsive pressure of the catheter tip.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템의 마스터 유닛, 슬레이브 유닛과 보조 직선 운동 유닛에 대하여 각각 상세하게 살펴본다.Hereinafter, the master unit, slave unit and auxiliary linear motion unit of the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 슬레이브 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 슬레이브 유닛의 평면도이고, 도 4는 도 2의 슬레이브 유닛의 측면도이다. 2 is a perspective view illustrating a slave unit of the catheter remote control system of FIG. 1, FIG. 3 is a plan view of the slave unit of FIG. 2, and FIG. 4 is a side view of the slave unit of FIG. 2.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템의 슬레이브 유닛(100)은 베이스 플레이트(110), 볼 스크루(115), 슬라이드 부재(120), 로드셀 가이드(130), 로드셀(135), 카테터 안착부(140), 카테터(150), 구동부(161, 162, 163)를 포함한다. 2, 3 and 4, the slave unit 100 of the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention is the base plate 110, the ball screw 115, the slide member 120, the load cell The guide 130, the load cell 135, the catheter seating unit 140, the catheter 150, and the driving units 161, 162, and 163 are included.

베이스 플레이트(110)는 편평한 평판 플레이트 형상으로 형성되며, 슬레이브 유닛(100)의 기저부를 이룬다. 상기 베이스 플레이트(110)의 상면 상에는 소정의 홈(111)이 형성되며, 상기 홈(111)에 볼 스크루 축(115)이 배치된다. 볼 스크루 축(115)은 긴 나사 형상으로 형성되며, 그 일 단부는 제1 구동부(161)와 연결되어 있다. 따라서, 제1 구동부(161)가 구동하게 되면, 제1 구동부(161)에 의하여 상기 볼 스크루 축(115)이 도 2의 축 A를 회전축으로 하여 회전 운동하게 된다. The base plate 110 is formed in a flat flat plate shape and forms a base of the slave unit 100. A predetermined groove 111 is formed on an upper surface of the base plate 110, and a ball screw shaft 115 is disposed in the groove 111. The ball screw shaft 115 is formed in an elongated screw shape, one end of which is connected to the first driving unit 161. Therefore, when the first drive unit 161 is driven, the ball screw shaft 115 is rotated by the first drive unit 161 using the axis A of FIG.

상기 베이스 플레이트(110)의 상기 볼 스크루 축(115)이 배치되어 있는 면에는 슬라이드 부재(120)가 배치된다. 슬라이드 부재(120)의 저면에는 상기 볼 스크루 축(115)과 볼 나사 결합되어, 상기 볼 스크루 축(115)의 회전 방향에 따라 직선 왕복 운동을 하는 볼 너트(미도시)가 형성되어 있다. 따라서, 제1 구동부(161)가 구동하면, 상기 슬라이드 부재(120)는 도 2의 축 A를 따라 직선 왕복 운동을 하게 된다. The slide member 120 is disposed on a surface of the base plate 110 on which the ball screw shaft 115 is disposed. A ball nut (not shown) is coupled to the ball screw shaft 115 and the ball screw on the bottom surface of the slide member 120 to perform a linear reciprocating motion according to the rotation direction of the ball screw shaft 115. Therefore, when the first driving unit 161 is driven, the slide member 120 performs a linear reciprocating motion along axis A of FIG. 2.

상기 슬라이드 부재(120)의 상단부는 소정 정도 돌출 형성되어 있으며, 상기 슬라이드 부재(120)의 돌출된 부분의 양단부에는 리니어 베어링(Linear bearing)(171)의 일 단부가 결합된다. 그리고, 상기 리니어 베어링(171)의 타 단부는 로드셀 가이드(130)와 결합한다. 즉, 슬라이드 부재(120)와 로드셀 가이드(130) 사이에 리니어 베어링(171)이 개재되어서, 슬라이드 부재(120)와 로드셀 가이드(130)를 결합시켜 주는 것으로 생각할 수도 있다. 따라서, 슬라이드 부재(120)가 도 2의 축 A를 따라 직선 운동을 하면, 이와 결합된 로드셀 가이드(130)도 함께 축 A를 따라 직선 운동을 하게 된다. An upper end of the slide member 120 protrudes to a predetermined degree, and one end of a linear bearing 171 is coupled to both ends of the protruding portion of the slide member 120. The other end of the linear bearing 171 is coupled to the load cell guide 130. That is, the linear bearing 171 is interposed between the slide member 120 and the load cell guide 130, and may be considered to couple the slide member 120 to the load cell guide 130. Therefore, when the slide member 120 linearly moves along the axis A of FIG. 2, the load cell guide 130 coupled thereto also performs the linear motion along the axis A. FIG.

한편, 상기 슬라이드 부재(120)의 돌출된 부분의 중앙에는 로드셀(load cell)(135)이 배치된다. 상기 로드셀(135)은 로드셀 가이드(130)와 접촉 가능하도록 형성되어 있다. 여기서, 로드셀(135)은 무게측정 소자라고도 하며, 로드셀(135)에 작용하는 힘을 측정하여 이를 전기 신호로 출력하는 일종의 힘 센서라고 생각할 수 있다. 이와 같은 로드셀(135)은 로드셀 가이드(130)가 접촉할 때 로드셀 가이드(130)가 로드셀(135)에 가하는 압력을 측정하여, 이를 제어부에 전달하는 역할을 수행한다. Meanwhile, a load cell 135 is disposed at the center of the protruding portion of the slide member 120. The load cell 135 is formed to be in contact with the load cell guide 130. Here, the load cell 135 is also referred to as a weighing element, it can be thought of as a kind of force sensor that measures the force acting on the load cell 135 and outputs it as an electrical signal. The load cell 135 measures the pressure applied to the load cell 135 by the load cell guide 130 when the load cell guide 130 is in contact with the load cell 135, and transmits the pressure to the control unit.

상기 로드셀 가이드(130)의 상단부는 소정 정도 돌출 형성되어 있으며, 상기 로드셀 가이드(130)의 돌출된 부분의 중심부에는 제2 구동부(162) 및 베어링 케이스(173)가 서로 연결되도록 결합되어 있다. 그리고 베어링 케이스(173) 내부에는 베어링(미도시)이 수용되어 있으며, 상기 베어링(미도시)은 상기 제2 구동부(162)에서 발생하는 소정의 회전 구동력을 후술할 카테터 안착부(140) 및 카테터(150)에 전달하는 역할을 수행한다. The upper end of the load cell guide 130 is protruded to a predetermined degree, and the second driving unit 162 and the bearing case 173 are coupled to the center of the protruding portion of the load cell guide 130. In addition, a bearing (not shown) is accommodated in the bearing case 173, and the bearing (not shown) includes a catheter seating unit 140 and a catheter, which will describe a predetermined rotational driving force generated by the second driving unit 162. Serves to deliver to 150.

한편, 베어링 케이스(173)의 일 측에는 카테터 안착부(140)가 결합된다. 상기 카테터 안착부(140)는 전술한 베어링(미도시)을 통해 제2 구동부(162)와 연결되어 있다. 따라서, 제2 구동부(162)가 도 2의 축 B를 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 발생시키면, 카테터 안착부(140)도 이와 함께 축 B를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하게 된다. On the other hand, the catheter seating portion 140 is coupled to one side of the bearing case 173. The catheter seating part 140 is connected to the second driving part 162 through the aforementioned bearing (not shown). Therefore, when the second drive unit 162 generates a predetermined rotational driving force with the axis B of FIG. 2 as the rotation axis, the catheter seating unit 140 also performs a predetermined rotational motion with the axis B as the rotation axis.

카테터 안착부(140)에는 카테터(150)가 안착된다. 그리고, 상기 카테터 안착부(140)의 상부에는 카테터 고정부(145)가 결합된다. 이와 같이 카테터 안착부(140)의 상부에 카테터 고정부(145)가 결합하면서, 카테터 고정부(145)가 카테터(150)를 가압함으로써 카테터(150)가 카테터 안착부(140)에 확실히 고정될 수 있다. The catheter 150 is seated in the catheter seating portion 140. The catheter fixing part 145 is coupled to the upper portion of the catheter seating part 140. As the catheter fixing part 145 is coupled to the upper portion of the catheter seating part 140 as described above, the catheter fixing part 145 presses the catheter 150 so that the catheter 150 is firmly fixed to the catheter seating part 140. Can be.

카테터(150)에는 노브(152)가 형성되어 있으며, 상기 노브(152)를 도 2의 축 C를 중심으로 회전 운동시키면, 카테터(150)의 팁(tip)(151)이 도 2의 E 방향을 따라 좌우로 휘어지는 굴곡 운동을 하게 된다. 이와 같은 카테터(150)로 기존에 상용화되어 있는 카테터를 사용할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서는 생략하기로 한다. 이와 같이, 별도의 카테터를 개발할 필요 없이, 기존의 상용 카테터를 그대로 적용할 수 있기 때문에, 제품 연구 개발 비용 및 시간이 절감되는 효과를 얻을 수 있다. The catheter 150 is formed with a knob 152. When the knob 152 is rotated about the axis C of FIG. 2, the tip 151 of the catheter 150 moves in the direction E of FIG. Along the side will bend bending movements. Such a catheter 150 can be used conventionally commercially available catheter, a detailed description thereof will be omitted herein. In this way, since the existing commercial catheter can be applied as it is, without developing a separate catheter, it is possible to obtain an effect of reducing product research and development cost and time.

카테터 안착부(140) 상에서 상기 카테터(150)의 노브(152)와 대응하는 부분에는 노브 수용부(141)가 형성되어 있다. 상기 노브 수용부(141)는 카테터 안착부(140)에 대하여 회전 가능하도록 형성될 수 있다. 따라서, 노브 수용부(141)가 카테터 안착부(140)에 대하여 회전하면, 노브 수용부(141)에 수용되어 있는 카테터(150)의 노브(151)가 노브 수용부(141)와 함께 회전하게 된다. A knob receiving portion 141 is formed at a portion of the catheter seating portion 140 that corresponds to the knob 152 of the catheter 150. The knob accommodating part 141 may be formed to be rotatable with respect to the catheter seating part 140. Therefore, when the knob receiving portion 141 rotates with respect to the catheter seating portion 140, the knob 151 of the catheter 150 accommodated in the knob receiving portion 141 rotates together with the knob receiving portion 141. do.

카테터 안착부(150)의 하부에는 제3 구동부(163) 및 이와 연결되어 있는 웜(175)과 웜 기어(176)가 구비되어 있다. 그리고, 웜 기어(176)는 노브 수용부(141)와 연결되어 있다. 따라서, 제3 구동부(163)가 도 2의 축 D를 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 발생시키면, 상기 회전 구동력은 웜(175)과 웜 기어(176)를 통해 노브 수용부(141)에 전달되어, 노브 수용부(141) 및 이에 수용되어 있는 노브(152)가 축 C를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하게 된다. 그리고, 노브 수용부(141) 및 이에 수용되어 있는 노브(152)가 축 C를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하면, 전술한 바와 같이 카테터(150)의 팁(151)이 도 2의 E 방향을 따라 좌우로 휘어지는 굴곡 운동을 하게 되는 것이다.
The lower portion of the catheter seating unit 150 is provided with a third drive unit 163 and a worm 175 and a worm gear 176 connected thereto. The worm gear 176 is connected to the knob accommodating part 141. Therefore, when the third driving unit 163 generates a predetermined rotational driving force with the axis D of FIG. 2 as the rotational axis, the rotational driving force is transmitted to the knob receiving unit 141 through the worm 175 and the worm gear 176. Thus, the knob accommodating part 141 and the knob 152 accommodated therein perform a predetermined rotational motion with the axis C as the rotation axis. Then, when the knob accommodating part 141 and the knob 152 accommodated therein perform a predetermined rotational motion with the axis C as the rotation axis, the tip 151 of the catheter 150 moves in the direction E of FIG. 2 as described above. Along the side will bend bending movements.

도 5는 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 마스터 유닛을 나타내는 사시도이다. 5 is a perspective view illustrating a master unit of the catheter remote control system of FIG. 1.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템의 마스터 유닛(200)은 베이스 플레이트(210), 가이드 부재(215), 로드(220), 케이블(230), 케이블 권취부(235), 구동부(251, 252, 253), 제1 회전 조작부(261) 및 제2 회전 조작부(262)를 포함한다. Referring to Figure 5, the master unit 200 of the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention is a base plate 210, guide member 215, rod 220, cable 230, cable winding 235, driving units 251, 252, and 253, a first rotation manipulation unit 261, and a second rotation manipulation unit 262.

베이스 플레이트(210)는 편평한 평판 플레이트 형상으로 형성되며, 마스터 유닛(200)의 기저부를 이룬다. The base plate 210 is formed in a flat flat plate shape and forms a base of the master unit 200.

상기 베이스 플레이트(210)의 일면 상에는 가이드 부재(215)가 돌출 형성되어 있다. 그리고, 가이드 부재(215)에는 복수 개의 홀이 L축 방향으로 관통 형성되어 있으며, 상기 홀에는 각각 로드(220)가 끼워진다. 그리고, 복수 개의 로드(220)들의 양단부는 로드 고정부(225)에 의하여 결합될 수 있다. 이와 같이 로드 고정부(225)에 의하여 복수 개의 로드(220)들의 단부들이 결합됨으로써, 복수 개의 로드(220)들이 일체로 이동할 수 있다. 상기 로드(220)들은 가이드 부재(215)에 대하여 L축 방향을 따라 슬라이드 될 수 있다. The guide member 215 protrudes from one surface of the base plate 210. A plurality of holes are formed through the guide member 215 in the L-axis direction, and the rods 220 are fitted into the holes. Both ends of the plurality of rods 220 may be coupled by the rod fixing part 225. As the ends of the plurality of rods 220 are coupled by the rod fixing part 225, the plurality of rods 220 may move integrally. The rods 220 may slide along the L-axis direction with respect to the guide member 215.

한편, 두 개의 로드 고정부(225) 사이는 케이블(230)에 의하여 연결될 수 있다. 그리고, 상기 케이블(230)의 중앙 부분은 베이스 플레이트(210)로부터 돌출 형성된 케이블 권취부(235)에 권취되어 있을 수 있으며, 케이블 권취부(235)는 제4 구동부(251)와 연결되어 있을 수 있다. 제4 구동부(251)는 케이블 권취부(235)에 축 K를 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 가하여, 로드(220)의 슬라이드 운동에 소정의 반력을 가할 수 있다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다. Meanwhile, the two rod fixing parts 225 may be connected by the cable 230. The central portion of the cable 230 may be wound around the cable winding 235 protruding from the base plate 210, and the cable winding 235 may be connected to the fourth driving unit 251. have. The fourth drive unit 251 may apply a predetermined rotational drive force having the axis K as the rotation axis to the cable winding unit 235, and may apply a predetermined reaction force to the slide motion of the rod 220. This will be described later in detail.

한편, 로드 고정부(225)의 일 단부에는 제5 구동부(252)가 결합된다. 그리고, 제5 구동부(252)의 일 측에는 연결부(240) 및 제1 회전 조작부(261)가 차례로 배치된다. 연결부(240)와 제5 구동부(252)는 L축 방향으로 연장된 소정의 회전축(미도시)에 의하여 연결되어 있을 수 있다. 따라서, 연결부(240) 및 이와 결합된 제1 회전 조작부(261)는 제5 구동부(252)에 대하여 축 L을 회전축으로 하여 회전 운동할 수 있도록 구비된다. Meanwhile, the fifth driver 252 is coupled to one end of the rod fixing part 225. In addition, the connection part 240 and the first rotation manipulation part 261 are sequentially disposed on one side of the fifth driving part 252. The connection part 240 and the fifth driver 252 may be connected by a predetermined rotation axis (not shown) extending in the L-axis direction. Accordingly, the connection part 240 and the first rotation manipulation part 261 coupled thereto are provided to rotate in the axis L with respect to the fifth driving part 252.

이때, 제5 구동부(252)는 연결부(240) 및 이와 결합된 제1 회전 조작부(261)에 축 L을 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 가하여, 연결부(240) 및 이와 결합된 제1 회전 조작부(261)의 회전 운동에 소정의 반력을 가할 수 있다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다. In this case, the fifth driving unit 252 applies a predetermined rotation driving force with the axis L as the rotation axis to the connection unit 240 and the first rotation operation unit 261 coupled thereto, and thus the connection unit 240 and the first rotation operation unit coupled thereto. A predetermined reaction force can be applied to the rotational motion of 261. This will be described later in detail.

한편, 연결부(240)의 저면에는 제2 회전 조작부(262)가 축 M을 회전축으로 하여 회전 운동할 수 있도록 구비된다. 한편, 제2 회전 조작부(262)의 회전축 상에는 제6 구동부(253)가 더 구비될 수 있다. 제6 구동부(253)는 제2 회전 조작부(262)에 축 M을 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 가하여, 제2 회전 조작부(262)의 회전 운동에 소정의 반력을 가할 수 있다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다. On the other hand, the bottom surface of the connecting portion 240 is provided with a second rotation operation unit 262 to rotate the axis M as the rotation axis. Meanwhile, the sixth driving unit 253 may be further provided on the rotation axis of the second rotation manipulation unit 262. The sixth drive unit 253 may apply a predetermined rotational drive force having the axis M as the rotation axis to the second rotation operation unit 262, thereby applying a predetermined reaction force to the rotational movement of the second rotation operation unit 262. This will be described later in detail.

도 6은 도 1의 카테터 원격 제어 시스템의 보조 직선 운동 유닛의 내부 구조를 나타내는 평면도와 측면도이다.6 is a plan view and a side view showing the internal structure of the auxiliary linear motion unit of the catheter remote control system of FIG.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템의 보조 직선 운동 유닛(400)은 베이스 플레이트(410), 하우징(415), 카테터 인입구(416), 카테터 인출구(417), 제1 상부 롤러(421), 제1 하부 롤러(425), 제1 롤러 구동부(429), 제1 상부 롤러 수평 가이드(431), 제1 하부 롤러 수평 가이드(435), 제1 롤러 수평 가이드 간격 조절 축(438)과 제1 롤러 수평 가이드 간격 조절 구동부(439)를 포함하는 제1 롤러 간격 조절부, 제2 롤러(441), 및 제2 롤러 구동부(449)를 포함한다. Referring to Figure 6, the auxiliary linear motion unit 400 of the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention is the base plate 410, the housing 415, the catheter inlet 416, the catheter outlet 417, First upper roller 421, first lower roller 425, first roller driver 429, first upper roller horizontal guide 431, first lower roller horizontal guide 435, first roller horizontal guide spacing And a first roller gap adjusting part including an adjusting shaft 438 and a first roller horizontal guide gap adjusting driving part 439, a second roller 441, and a second roller driving part 449.

베이스 플레이트(410)는 편평한 평판 플레이트 형상으로 형성되며, 보조 직선 운동 유닛(400)의 기저부를 이룬다. 하우징(415)은 보조 직선 운동 유닛 전체를 감싸는 외부 포장 구조물로, 환자의 카테터 삽입점 근위부에 위치하게 되는 보조 직선 운동 유닛(400)의 특성 상 혈액, 기타 약물 등 액체와 기계 구조물을 격리 보호하기 위해 구비되어야 하며, 카테터의 삽입 및 배출을 위한 인입구(416), 인출구(417)를 포함한다.The base plate 410 is formed in a flat flat plate shape and forms the base of the auxiliary linear motion unit 400. The housing 415 is an outer packaging structure that surrounds the entire auxiliary linear motion unit. The housing 415 is used to isolate and protect the liquid and mechanical structures such as blood and other drugs due to the characteristics of the auxiliary linear motion unit 400 positioned proximal to the catheter insertion point of the patient. It should be provided for the purpose, and includes an inlet 416, the outlet 417 for insertion and discharge of the catheter.

제1 롤러 구동부(429)와 제2 롤러 구동부(449)는 회전 운동력을 서로 반대 방향으로 제공하여 두 개의 롤러 사이에 압착 결착된 카테터가 전후로 직진 운동을 할 수 있도록 하며, 구동 중 모터 전류 혹은 구동 위치 오차를 이용하여 카테터 선단부의 반력을 감지 추정할 수 있는 신호를 제공한다. 이에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.The first roller driver 429 and the second roller driver 449 provide rotational movement force in opposite directions so that the catheter compressed and fastened between the two rollers can be moved straight forward and backward. The positional error is used to provide a signal for sensing and estimating the reaction force at the tip of the catheter. This will be described later in detail.

제1 롤러는 제1 상부 롤러(421)와 제1 하부 롤러(425)를 포함하며, 이는 서로 다른 직경의 카테터를 삽입하였을 때 압착 정도를 조정하여 적절한 압착 결착이 이루어지도록 하기 위함이다. 또한 두 롤러 간 압착이 필요 이상으로 과도할 경우, 롤러를 통해 카테터를 전/후진 이동시키는 구동 자체만으로도 많은 힘이 인가되어, 상대적으로 작은 카테터 선단부의 반력이 감지되기 어려울 수 있으므로, 반력에 대한 감지 추정의 효과를 제고하기 위하여, 압착 정도를 적절히 동적으로 조절하여, 카테터 직선 구동을 위한 최소 요구량만의 결착력을 유지하도록 조절해 주는 기능을 겸할 수도 있다. 여기서, 제1 하부 롤러(425)는 구성에 따라 그 높이가 조절되지 않고 고정될 수도 있다. 또한, 제1 상부 롤러(421)는 도 6에서 점선으로 표시한 바와 같이 상하 높이 조절이 가능하며, 제1 상부 롤러(421) 중심부 가장 자리를 둘러 위치한 홈에 제1 롤러 수평 가이드 간격 조절축(438)에 연결된 제1 상부 롤러 수평 가이드(431)가 삽입된 형태로 조립되어, 제1 상부 롤러(421)의 자체 회전에 방해를 주지 않으면서 그 높이만 제1 상부 롤러 수평 가이드(431)에 의해 조절될 수 있도록 한다.The first roller includes a first upper roller 421 and a first lower roller 425 to adjust the degree of compression when a catheter of different diameters is inserted so that an appropriate compression binding can be made. In addition, when the compression between the two rollers is excessively necessary, a large amount of force is applied only by the drive itself for moving the catheter forward and backward through the rollers, so that the reaction force of the relatively small catheter tip may be difficult to detect. In order to enhance the effect of the estimation, the degree of compression may be dynamically adjusted appropriately, and the function may be adjusted to maintain the binding force of the minimum required amount for linear catheter driving. Here, the height of the first lower roller 425 may be fixed without being adjusted according to the configuration. In addition, the first upper roller 421 is adjustable in the vertical height, as indicated by the dotted line in Figure 6, the first roller horizontal guide gap adjusting shaft in the groove located around the edge of the first upper roller 421 ( The first upper roller horizontal guide 431 connected to the 438 is assembled into an inserted shape, so that its height is not limited to the first upper roller horizontal guide 431 without interfering with the rotation of the first upper roller 421. To be adjusted.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템의 작동 방법에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of operating a catheter remote control system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 시술자는 마스터 유닛(200)의 제1 회전 조작부(261)를 잡고 제1 회전 조작부(261)를 L축 방향으로 밀고 당김으로써, 슬레이브 유닛(100)의 카테터(150)가 도 2의 A축을 따라 직선 운동을 하도록 할 수 있다. 상세히, 시술자가 마스터 유닛(200)의 제1 회전 조작부(261)를 잡고 제1 회전 조작부(261)를 L축 방향으로 밀고 당기면, 제1 회전 조작부(261)와 연결되어 있는 로드(220)가 가이드 부재(215)를 따라 직선 운동을 하게 된다. 이와 같은 마스터 유닛(200)의 로드(220)의 직선 운동은 제어부(미도시)에서 검출되고, 이는 연결 부재(300)를 통해 슬레이브 유닛(100)에 전달된다. 그리고, 제어부(미도시)는 상기 검출된 로드(220)의 직선 운동에 대응하는 만큼, 슬레이브 유닛(100)의 제1 구동부(161)를 구동시킨다. 제1 구동부(161)가 구동하게 되면, 제1 구동부(161)에 의하여 상기 볼 스크루 축(115)이 도 2의 축 A를 회전축으로 하여 회전 운동하게 되고, 따라서 볼 스크루 축(115)과 결합되어 있는 슬라이드 부재(120) 및 그 위에 설치되어 있는 카테터(150)가 도 2의 축 A를 따라 직선 운동을 하게 된다. First, the operator grasps the first rotation manipulation unit 261 of the master unit 200 and pushes and pulls the first rotation manipulation unit 261 in the L-axis direction, whereby the catheter 150 of the slave unit 100 is A in FIG. 2. You can do linear motion along the axis. In detail, when the operator grasps the first rotation manipulation unit 261 of the master unit 200 and pushes and pulls the first rotation manipulation unit 261 in the L-axis direction, the rod 220 connected to the first rotation manipulation unit 261 is Linear motion is performed along the guide member 215. The linear movement of the rod 220 of the master unit 200 is detected by the controller (not shown), which is transmitted to the slave unit 100 through the connection member 300. The controller (not shown) drives the first driver 161 of the slave unit 100 as much as the linear motion of the detected rod 220. When the first drive unit 161 is driven, the ball screw shaft 115 is rotated by the first drive unit 161 using the axis A of FIG. 2 as the rotation axis, and thus the ball screw shaft 115 is engaged with the ball screw shaft 115. The slide member 120 and the catheter 150 provided thereon linearly move along the axis A of FIG. 2.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은 마스터 유닛과 슬레이브 유닛 간의 A축 방향 직선 운동의 제어감을 향상시키기 위하여, 카테터(150)의 팁(151)에서 감지되는 반력을 시술자에게 전달하기 위한 피드백 제어를 수행한다. 예를 들어, 카테터(150)가 환자의 신체 내부에서 혈관을 타고 진행하다가 표적에 도달하여 표적과 접촉하였을 경우, 카테터(150)가 가압되고, 따라서 로드셀 가이드(130)가 로드셀(135)과 접촉하게 된다. 이때, 로드셀(135)은 로드셀 가이드(130)가 로드셀(135)에 가하는 압력을 측정하여 이를 제어부(미도시)에 전달하고, 제어부(미도시)는 상기 전달받은 데이터를 바탕으로 하여 카테터(150)가 표적에 도달하였다고 판단했을 경우, 마스터 유닛(200)의 제4 구동부(251)에 로드(220)의 진행 방향과 반대 방향으로 구동력을 제공하도록 제어할 수 있다. 따라서, 시술자는 로드(220)를 L축 방향으로 밀고 당기는데 상당한 저항력을 느끼게 되며, 이를 통해 카테터(150)가 표적에 도달하였음을 판단할 수 있는 것이다. Here, the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention transmits the reaction force sensed at the tip 151 of the catheter 150 to the operator in order to improve the control of the A-axis linear motion between the master unit and the slave unit. To perform the feedback control. For example, when the catheter 150 proceeds in a blood vessel inside the patient's body and reaches the target and contacts the target, the catheter 150 is pressurized, so that the load cell guide 130 contacts the load cell 135. Done. In this case, the load cell 135 measures the pressure applied by the load cell guide 130 to the load cell 135 and transmits the pressure to the control unit (not shown), and the control unit (not shown) catheter 150 based on the received data. If it is determined that reaches the target, it can be controlled to provide a driving force to the fourth drive unit 251 of the master unit 200 in the direction opposite to the traveling direction of the rod 220. Therefore, the operator feels a considerable resistance to pushing and pulling the rod 220 in the L-axis direction, through which the catheter 150 can determine that the target has been reached.

한편, 시술자는 마스터 유닛(200)의 제1 회전 조작부(261)를 잡고 제1 회전 조작부(261)를 축 L을 회전축으로 하여 회전 운동시킴으로써, 슬레이브 유닛(100)의 카테터(150)가 도 2의 축 B를 회전축으로 하여 회전 운동을 하도록 할 수 있다. 상세히, 시술자가 마스터 유닛(200)의 제1 회전 조작부(261)를 잡고 제1 회전 조작부(261)를 축 L을 회전축으로 하여 회전 운동시키면, 제1 회전 조작부(261) 및 이와 결합된 연결부(240)는 제5 구동부(252)에 대하여 축 L을 회전축으로 하여 회전 운동을 하게 된다. 이와 같은 마스터 유닛(200)의 제1 회전 조작부(261)의 회전 운동은 제어부(미도시)에서 검출되고, 이는 연결 부재(300)를 통해 슬레이브 유닛(100)에 전달된다. 그리고, 제어부(미도시)는 상기 검출된 제1 회전 조작부(261)의 회전 운동에 대응하는 만큼, 슬레이브 유닛(100)의 제2 구동부(162)를 구동시킨다. 그리고, 제2 구동부(162)가 축 B를 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 발생시키면, 카테터 안착부(140) 및 그 위에 안착된 카테터(150)도 이와 함께 축 B를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하게 된다. On the other hand, the operator grasps the first rotation operation unit 261 of the master unit 200 and rotates the first rotation operation unit 261 with the axis L as the rotation axis, whereby the catheter 150 of the slave unit 100 is shown in FIG. 2. It is possible to make the rotary motion by using the axis B of the rotation axis. In detail, when the operator grasps the first rotation manipulation unit 261 of the master unit 200 and rotates the first rotation manipulation unit 261 using the axis L as the rotation axis, the first rotation manipulation unit 261 and the connection portion coupled thereto ( 240 performs a rotational movement with the axis L as the rotation axis with respect to the fifth drive unit 252. The rotational movement of the first rotation manipulation unit 261 of the master unit 200 is detected by a controller (not shown), which is transmitted to the slave unit 100 through the connection member 300. The controller (not shown) drives the second driver 162 of the slave unit 100 as much as the rotational movement of the detected first rotation manipulation unit 261. When the second drive unit 162 generates a predetermined rotational driving force with the axis B as the rotation axis, the catheter seating unit 140 and the catheter 150 seated thereon also have a predetermined rotation with the axis B as the rotation axis. You exercise.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은 마스터 유닛과 슬레이브 유닛 간의 축 B를 회전축으로 하는 회전 운동의 제어감을 향상시키기 위하여, 카테터(150)의 팁(151)에서 감지되는 반력을 시술자에게 전달하기 위한 피드백 제어를 수행한다. 즉, 카테터(150)가 환자의 신체 내부에서 혈관을 타고 진행하기 위해 회전하다가 장애물과 접촉하였을 경우, 카테터(150)를 더 이상 회전시켜서는 아니된다. 따라서, 제어부(미도시)는 카테터(150)의 회전 도중 카테터(150)가 장애물과 접촉하였다고 판단했을 경우, 마스터 유닛(200)의 제5 구동부(252)에 제1 회전 조작부(261)의 회전 방향과 반대 방향으로 구동력을 제공하도록 제어할 수 있다. 따라서, 시술자는 제1 회전 조작부(261)를 회전시키는데 상당한 저항력을 느끼게 되며, 이를 통해 카테터(150)가 장애물에 접촉하였음을 판단할 수 있는 것이다. Here, the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention is applied to the reaction force sensed by the tip 151 of the catheter 150 in order to improve the control of the rotational movement of the axis B between the master unit and the slave unit as the rotation axis. Perform feedback control for delivery to the operator. That is, when the catheter 150 rotates to travel in a blood vessel inside the patient's body and contacts an obstacle, the catheter 150 should not be rotated any more. Therefore, when the controller (not shown) determines that the catheter 150 is in contact with an obstacle during the rotation of the catheter 150, the control unit (not shown) rotates the first rotation manipulation unit 261 to the fifth drive unit 252 of the master unit 200. It can be controlled to provide the driving force in the opposite direction. Therefore, the operator feels a considerable resistance to the rotation of the first rotation manipulation unit 261, through which the catheter 150 can determine that the obstacle is in contact.

또한, 시술자는 마스터 유닛(200)의 제2 회전 조작부(261)를 축 M을 회전축으로 하여 회전 운동시킴으로써, 슬레이브 유닛(100)의 카테터(150)의 노브(152)가 도 2의 축 C를 회전축으로 하여 회전 운동을 하도록 할 수 있다. 상세히, 시술자가 마스터 유닛(200)의 제2 회전 조작부(262)를 축 M을 회전축으로 하여 회전 운동시키면, 제2 회전 조작부(262)는 연결부(240)에 대하여 축 M을 회전축으로 하여 회전 운동을 하게 된다. 이와 같은 마스터 유닛(200)의 제2 회전 조작부(262)의 회전 운동은 제어부(미도시)에서 검출되고, 이는 연결 부재(300)를 통해 슬레이브 유닛(100)에 전달된다. 그리고, 제어부(미도시)는 상기 검출된 제2 회전 조작부(262)의 회전 운동에 대응하는 만큼, 슬레이브 유닛(100)의 제3 구동부(163)를 구동시킨다. 그리고, 제3 구동부(163)가 축 D를 회전축으로 하는 소정의 회전 구동력을 발생시키면, 상기 회전 구동력은 웜(175)과 웜 기어(176)를 통해 노브 수용부(141)에 전달되며, 따라서 노브 수용부(141) 및 이에 수용되어 있는 노브(152)가 축 C를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하게 된다. 그리고, 노브 수용부(141) 및 이에 수용되어 있는 노브(152)가 축 C를 회전축으로 하여 소정의 회전 운동을 하면, 전술한 바와 같이 카테터(150)의 팁(151)이 E 방향을 따라 좌우로 휘어지는 굴곡 운동을 하게 되는 것이다. In addition, the operator rotates the second rotation operation unit 261 of the master unit 200 with the axis M as the rotation axis, so that the knob 152 of the catheter 150 of the slave unit 100 moves the axis C of FIG. 2. The rotary shaft can be rotated. In detail, when the operator rotates the second rotation manipulation unit 262 of the master unit 200 with the axis M as the rotation axis, the second rotation manipulation unit 262 rotates the rotation M with the axis M as the rotation axis with respect to the connecting portion 240. Will be The rotational movement of the second rotation manipulation unit 262 of the master unit 200 is detected by a controller (not shown), which is transmitted to the slave unit 100 through the connection member 300. The controller (not shown) drives the third driver 163 of the slave unit 100 as much as the rotational movement of the detected second rotation manipulation unit 262. When the third driving unit 163 generates a predetermined rotational driving force with the axis D as the rotational axis, the rotational driving force is transmitted to the knob accommodating unit 141 through the worm 175 and the worm gear 176. The knob accommodating portion 141 and the knob 152 accommodated therein perform a predetermined rotational motion with the axis C as the rotation axis. When the knob accommodating part 141 and the knob 152 accommodated therein perform a predetermined rotational motion with the axis C as the rotation axis, the tip 151 of the catheter 150 is left and right along the E direction as described above. Will be doing a bending exercise.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 관한 카테터 원격 제어 시스템은 마스터 유닛과 슬레이브 유닛 간의 비선형성을 상쇄 보완하기 위하여, 소정의 피드백 제어를 수행한다. 즉, 카테터(150)의 팁(151)이 E 방향을 따라 굴곡 운동을 하기 위해 주어지는 힘(다시 말하면, 제3 구동부의 회전력)과 굴곡 운동의 변위 사이의 관계는, 비반응 공백부분 또는 혈관의 굴곡 또는 이미 카테터의 팁이 굴곡되어 있는 정도 등에 의하여, 비선형적인 관계를 이루게 된다. 즉, 슬레이브 유닛(100)의 제3 구동부(163)에 가하는 힘이 선형적으로 증가한다고 하더라도, 그 힘이 소정의 임계치(최대 정지 마찰력)에 이르기 전까지는 노브(152)는 회전하지 않게 된다. 즉, 카테터에 주어지는 힘과 카테터의 변위 사이의 관계가 비선형적인 관계를 이루게 되는 것이다. Here, the catheter remote control system according to an embodiment of the present invention performs a predetermined feedback control to compensate for the nonlinearity between the master unit and the slave unit. That is, the relationship between the force (that is, the rotational force of the third drive unit) and the displacement of the bending motion that the tip 151 of the catheter 150 is subjected to the bending motion along the E direction is determined by the unresponsive void portion or the blood vessel. By the bending or the degree to which the tip of the catheter is already bent, a nonlinear relationship is achieved. That is, even if the force applied to the third drive unit 163 of the slave unit 100 increases linearly, the knob 152 does not rotate until the force reaches a predetermined threshold (maximum static frictional force). In other words, the relationship between the force given to the catheter and the displacement of the catheter is a non-linear relationship.

이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 슬레이브 유닛(100)의 카테터(150)의 팁(151)의 굴곡 운동을 위한 노브(152)의 제어에 있어서, 마스터 유닛(200)의 노브(즉, 제2 회전 조작부)를 일정한 힘으로 회전시키면, 슬레이브 유닛(100)의 노브(152)는 마스터 유닛(200)의 노브(즉, 제2 회전 조작부)의 회전 명령을 정확히 그대로 추종하도록 구성할 수 있다. In order to solve this problem, in the present invention, in the control of the knob 152 for the bending motion of the tip 151 of the catheter 150 of the slave unit 100, the knob of the master unit 200 (that is, the second rotation) When the operation unit is rotated with a constant force, the knob 152 of the slave unit 100 may be configured to exactly follow the rotation command of the knob of the master unit 200 (that is, the second rotation operation unit).

더불어, 팁(151)의 굴곡 운동을 위한 노브(152)의 회전 각도와, 실제 팁(151)의 휘어진 각도 사이의 비선형적 관계를 선형적 관계로 변환하는 관계식 또는 테이블이 사전에 미리 정의하고, 이러한 관계식 또는 테이블에 의해, 마스터 유닛(200)의 노브(즉, 제2 회전 조작부)의 회전 성분이 실제 카테터(150)의 팁(151)의 회전 각도에 선형적으로 대응되도록 슬레이브 유닛(100)의 노브(152)의 회전 각도를 제어할 수 있다. In addition, a relationship or table for converting a nonlinear relationship between the rotation angle of the knob 152 for the bending motion of the tip 151 and the actual bending angle of the tip 151 into a linear relationship is previously defined. By this relation or table, the slave unit 100 such that the rotational component of the knob of the master unit 200 (ie, the second rotational manipulation unit) linearly corresponds to the rotational angle of the tip 151 of the actual catheter 150. The rotation angle of the knob 152 can be controlled.

마스터 유닛(200)의 제2 회전 조작부(262)에 연결된 토크 센서에는 기본적으로 카테터 팁(151)의 휘어짐을 위한 토크 성분(T1)과, 휘어진 팁(151)과 외부 조직과의 상호 작용에 의한 토크 성분(T2)이 합해져서 검출된다. 이중, 토크 성분 T1은 팁(151)이 휘어진 각도에 따라 비선형적이며, 이는 사용자 입장에서는 제거되어야 할 성분이다. 따라서, 팁(151)의 휘어진 각도에 대하여, 노브(152)를 작동하기 위한 토크 정보를, 노브(152)의 회전 각도에 대해 미리 관계식을 구해 놓는다. 그 후, 실제로 본 발명의 카테터 원격 제어 시스템을 사용함에 있어서, 상기 관계식을 토대로, 시술자 입장에서는 기본적인 노브(152)의 회전을 위한 토크는 일정한 토크 크기로 변환되어 느껴질 수 있도록 제2 회전 조작부(262)의 모터 토크를 제어한다. 이 과정에 있어서 노브(152)의 토크 센서에서 측정된 값에서, 위의 관계식 (기본적으로 노브(152)를 회전시키기 위해, 노브(152)의 회전 각도에 따른 필요 토크)에 따라 기본적인 회전을 위한 토크 값을 뺀 성분은, 팁(151)이 외부 조직과의 상호 작용에 의해 생성된 반력으로써, 제2 회전 조작부(262)에는 이러한 반력만 전달될 수 있도록 제어하는 것이다. The torque sensor connected to the second rotation manipulation unit 262 of the master unit 200 basically includes a torque component T1 for bending the catheter tip 151 and an interaction between the curved tip 151 and the external tissue. The torque components T2 are added together and detected. Of these, the torque component T1 is nonlinear according to the angle at which the tip 151 is bent, which is to be removed from the user's point of view. Therefore, with respect to the bending angle of the tip 151, the torque information for operating the knob 152 is calculated | required in advance with respect to the rotation angle of the knob 152. Subsequently, in actually using the catheter remote control system of the present invention, based on the relational expression, the second rotation operation unit 262 so that the torque for the rotation of the basic knob 152 can be converted into a constant torque magnitude from the operator's point of view. To control the motor torque. In this process, from the value measured by the torque sensor of the knob 152, it is necessary to perform basic rotation according to the above relation (basically the required torque according to the rotation angle of the knob 152 to rotate the knob 152). The component minus the torque value is the reaction force generated by the tip 151 by the interaction with the external tissue, so that only the reaction force can be transmitted to the second rotation manipulation unit 262.

이와 같은 본 발명에 의해서, 마스터 유닛과 슬레이브 유닛 간의 비선형성을 상쇄 보완하여 선형적인 관계로 변환함으로써, 마스터 유닛의 제어감이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention as described above, the nonlinearity between the master unit and the slave unit is compensated for and converted into a linear relationship, whereby the control of the master unit can be improved.

한편, 향상된 반력 피드백 등을 위하여 시술자는 보조 직선 운동 유닛(400)을 추가한 구성으로 슬레이브 시스템을 구성할 수 있다. 상세히, 카테터 시술 시 사용되는 동작은 크게 세 가지로서, 카테터의 전진과 후진, 카테터의 직선 축을 중심으로 한 회전, 카테터 선단부의 좌우 혹은 상하를 포함한 굴곡이 그것이다. 이 중에서 회전 및 굴곡 운동은 카테터 구조의 특성 상 카테터를 쥐고 있는 시술자의 손에 까지 그 반력의 전달이 어려우며, 시술자가 느끼는 반력은 주로 전진 및 후진 시의 주변 조직 혹은 구조물과의 충돌 혹은 마찰에 의한 직선 방향 반력이다. On the other hand, for improved reaction force feedback, etc., the operator can configure the slave system in a configuration in which the auxiliary linear motion unit 400 is added. In detail, there are three major operations used during catheterization, including forward and backward movement of the catheter, rotation about the linear axis of the catheter, and flexion including the left and right or top and bottom of the catheter tip. Among them, the rotational and flexing motions are difficult to transmit the reaction force to the operator's hand holding the catheter due to the nature of the catheter structure, and the reaction force felt by the operator is mainly caused by collision or friction with surrounding tissues or structures during the forward and backward movements. Reaction in a linear direction.

이때, 상기 슬레이브 유닛(100) 내에 구비된 로드셀(135)를 이용하면 이와 같은 반력에 직결된 힘 성분의 정밀한 측정이 가능하나, 카테터 본체 후단에 로드셀이 위치하게 되는 구조의 특성 상, 다른 중간에 개입되는 반력 요소, 즉 기계 내부의 마찰력과 카테터 본체를 포함하여 움직이는 구동체의 무게에 따른 중력 영향 등이 더해져서, 순수한 카테터 선단부의 반력 요소를 추출해 내기가 상대적으로 어려운 단점이 있다. In this case, if the load cell 135 provided in the slave unit 100 is used, accurate measurement of the force component directly connected to such a reaction force is possible, but due to the characteristic of the structure in which the load cell is located at the rear of the catheter body, The reaction force involved, that is, the frictional force of the moving body including the catheter body and the frictional force inside the machine is added, there is a disadvantage that it is relatively difficult to extract the reaction element of the pure catheter tip.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 보조 직선 운동 유닛(400)을 병용하여, 직선 운동을 구현하는 경우에, 슬레이브 유닛(100)은 상기 기계 내부의 마찰력, 중력의 영향 등을 상쇄하도록 하는 보상 제어모드로 구동하고, 이 과 정에서 상기 로드셀(135)의 정보를 간접적으로 활용할 수도 있으며, 카테터 본체가 가상의 무중력, 무마찰력 상태가 되는 효과를 내도록 한다. 이와 같은 보상 제어는 마찰력 및 중력 보상 제어를 위한 널리 알려진 종래의 자동제어 기술을 통해 구현할 수 있다. 이 때 상기 보조 직선 운동 유닛(400)은 카테터 자체 구동에 소모되는 힘을 슬레이브 유닛에서 제공하는 가운데 마스터 유닛(200)을 통해 사용자가 지령하는 직선 구동 명령을 주되게 수행하며, 이 과정에서 구동 모터의 전류 신호의 변화 혹은 구동 모터의 위치 제어 오차 값의 변화를 관찰함으로써 카테터 선단부에 가해지는 외력에 의한 반발력 성분을 추정할 수 있다. In order to solve such a problem, in the present invention, when the auxiliary linear motion unit 400 is used in combination, and the linear motion is implemented, the slave unit 100 may cancel the influence of friction force, gravity, etc. in the machine. In the compensation control mode, the process may indirectly utilize the information of the load cell 135, thereby allowing the catheter body to have a virtual weightlessness and frictionless state. Such compensation control can be implemented through conventional automatic control techniques that are well known for friction and gravity compensation control. At this time, the auxiliary linear motion unit 400 performs a linear driving command commanded by the user through the master unit 200 while providing the power consumed by the catheter itself. By observing the change in the current signal or the change in the position control error of the drive motor, the repulsive force component due to the external force applied to the distal end of the catheter can be estimated.

이에 더하여, 보조 직선 운동 유닛(400)을 슬레이브 유닛(100)과 동조된 상태에서 직선 구동을 하게 하면, 반력 감지의 효과는 없으나, 카테터의 중간 꺾임에 의한 오동작을 방지하는 안전 기제의 역할을 하는 효과를 얻을 수도 있다.In addition, when the auxiliary linear motion unit 400 is driven in a linear state in synchronization with the slave unit 100, there is no reaction force sensing effect, but serves as a safety mechanism that prevents malfunction due to intermediate bending of the catheter. You might get the effect.

이와 같은 본 발명에 의하여, 보다 향상된 반력의 감지 및 피드백 제어 효과를 얻을 수 있으며, 카테터의 보다 안전한 원격 제어 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, it is possible to obtain more improved reaction force detection and feedback control effect, and more secure remote control effect of the catheter.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.In the present specification, the present invention has been described with reference to limited embodiments, but various embodiments are possible within the scope of the present invention. In addition, although not described, equivalent means will also be referred to as incorporated in the present invention. Therefore, the true scope of the present invention will be defined by the claims below.

100: 슬레이브 유닛 200: 마스터 유닛
300: 연결 부재 400: 보조 직선 운동 유닛100: slave unit 200: master unit
300: connection member 400: auxiliary linear motion unit

Claims

A slave unit having a catheter;
The catheter provided in the slave unit performs a linear motion moving along a first direction, a rotational motion with the first direction as the rotation axis, and a rotational motion with the second axis perpendicular to the first direction. A master unit for generating a predetermined control command so as to generate a predetermined control command;
An auxiliary linear motion unit to assist the catheter to perform a linear motion moving along the first direction; And
A control unit for controlling control of the master unit and the slave unit and data communication between the master unit and the slave unit,
The control unit,
The force applied to the master unit and the linear momentum and rotational momentum of the slave unit is controlled to have a linear relationship,
And, during the linear movement of the catheter, control the master unit and the auxiliary linear movement unit together to sense a reaction force applied to the end of the catheter and perform feedback control thereto.

The method of claim 1,
The slave unit includes:
A base plate provided with a ball screw on one surface;
A slide member disposed on the base plate and engaged with the ball screw to linearly move along the first direction;
A first driving part connected to the ball screw and providing a predetermined driving force for the slide member to perform the linear motion;
A catheter seating portion connected to the slide member and linearly moving along the first direction along the slide member, the knob receiving portion being formed on one surface;
A catheter disposed on the catheter seat so that a knob is received in the knob receptacle;
A second driving part provided at one side of the catheter seating part and providing a predetermined driving force to rotate the catheter disposed in the catheter seating part and the catheter seating part with the first direction as a rotation axis; And
And a third driving unit connected to the knob receiving unit and providing a predetermined driving force to rotate the knob receiving unit and the knob accommodated in the knob receiving unit with the second axis as the rotation axis. system.

The method of claim 2,
The master unit,
A guide plate protrudingly formed on one surface, and the guide member having a base plate through which holes are formed in a predetermined third direction;
A rod inserted through the hole;
A first rotation manipulation unit connected to one side of the rod such that the third direction is rotatable with respect to the rod; And
And a second rotation manipulation portion connected to the first rotation manipulation portion, the second rotation manipulation portion being rotatable with a fourth direction perpendicular to the third direction as the rotation axis.

The method of claim 3, wherein
When the rod slides in the third direction with respect to the guide member, the controller controls the first driving unit to linearly move the slide member and the catheter connected to the slide member along the first direction. Catheter remote control system.

The method of claim 4, wherein
The master unit further comprises a fourth drive unit for providing a reaction force in a direction opposite to the slide direction of the rod.

The method of claim 5, wherein
And the control unit determines whether the fourth drive unit provides the reaction force to the rod from the pressure applied to the tip of the catheter.

The method of claim 3, wherein
When the first rotation manipulation unit is rotated using the third direction as the rotation axis, the control unit includes the second driving unit such that the catheter provided on the catheter seating unit and the catheter seating unit rotates with the first direction as the rotation axis. Catheter remote control system, characterized in that for controlling.

The method of claim 3, wherein
When the second rotation operation unit is rotated using the fourth direction as the rotation axis, the control unit is configured to rotate the knob accommodating part and the knob of the catheter accommodated in the knob accommodation part to rotate the second direction as the rotation axis. A catheter remote control system, characterized in that for controlling the third drive.

The method of claim 1,
The auxiliary linear motion unit,
A first roller including a first upper roller and a first lower roller formed to face each other;
A first roller gap adjusting unit configured to adjust a gap between the first upper roller and the first lower roller;
A first roller driver for providing a predetermined driving force to rotate the first roller;
A second roller formed on one side of the first roller; And
And a second roller driver for providing a predetermined driving force to rotate the second roller.

The method of claim 9,
And a first roller spacing adjuster controlling the distance between the first upper roller and the first lower roller in real time, thereby providing a minimum binding force for non-slip linear driving of the catheter.

The method of claim 9,
The auxiliary linear motion unit estimates the tip reaction force information of the catheter by using the change of the current signal of the driving units or the error of the rotation position control of the rollers when the catheter is linearly driven, and the value is obtained through the master unit. A catheter remote control system, characterized by providing reaction force feedback.

The method of claim 9,
And the auxiliary linear motion unit controls the catheter to provide a linear drive synchronized with the slave unit to prevent intermediate bending of the catheter.

The method of claim 1,
The slave unit performs compensation control to cancel the influence of friction and gravity inside the catheter remote control system, and controls the auxiliary linear motion unit to perform a linear drive command of the catheter input through the master unit. Catheter remote control system, characterized in that.