KR20140066372A - 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템 - Google Patents

캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관형 기관을 따라서 나선형으로 캡슐 내시경을 구동하기 위한 구동 제어시스템 및 이를 포함한 캡슐형 내시경 시스템에 관한 것으로써, 본 발명의 캡슐 내시경 구동 제어시스템은, 세 개의 직교축 상에 마련되어 자계를 발생시키는 제1코일유니트(110) 및 경사자계를 발생시키기 위한 하나의 코일구조로 이루어진 제2코일유니트(120)로 구성된 자기장생성부(100)와, 제2코일유니트(120)를 입체 회전하기 위한 기구적인 코일 구동부(130)를 포함하여 회전자계와 경사자계를 발생시킴으로써 캡슐 내시경의 나선운동을 위한 회전자계와 경사자계를 최소한의 코일 시스템만으로 구성하여 캡슐 내시경의 구동 제어시스템을 단순화할 수 있는 장점이 있다.

Description

캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템{Capsule endoscope actuation control system, and a capsule endoscope system having the same}
본 발명은 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템에 관한 것으로서, 특히 캡슐 내시경이 관형 기관을 따라서 나선형 운동에 의해 이동이 이루어져 관벽에 대한 정확한 진단이 이루어질 수 있는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 캡슐형 내시경 시스템에 관한 것이다.
소화기관의 내벽의 궤양성 질환을 진단하기 위해서는 유선 내시경을 입이나 항문을 통해 삽입하게 되며, 이러한 과정에서 환자에게 많은 고통이 수반된다. 이를 해결하기 위해 개발된 캡슐형 내시경은, 구강을 통해 소화기관에 진입하기 용이한 형상을 지니며, 소화기관 내부를 소화기관의 연동운동에 의해 이동하며 소화기관 내부를 촬영하여 진단하게 된다.
그러나, 연동운동에 의한 피동적인 이동으로 인해 정확한 진단이 어렵고, 구강을 통해 삽입되어야 하는 크기적 제한으로 인해, 캡슐형 내시경 자체에 구동기능장치를 구비하기 어려운 단점이 있다.
이러한 단점을 개선하기 위해 캡슐형 내시경의 운동 기능을 전자기 구동 시스템을 이용하여 운동 기능을 부여하는 구동 메커니즘에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 캡슐형 내시경 구동을 위한 코일 시스템이 제안되어 있으며, 예를 들어 미국공개특허 US 2008/0272873호(이하, '선행문헌')은 캡슐형 내시경 구동을 위한 코일 시스템을 개시하고 있으며, 총 18개로 구성된 코일을 이용하여 캡슐형 내시경을 임의 방향으로 정렬 및 이동시킬 수 있다.
그러나, 상기 선행문헌은 캡슐 내시경의 움직임을 구현하기 위한 코일의 수가 많아 전력소모가 크고 각 코일의 역할이 명확하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 관형 기관을 이동하면서 영상정보를 얻기 위한 캡슐형 내시경에 있어서, 관벽에 대한 보다 정확한 진단이 이루어질 수 있도록 관형 기관을 따라서 나선형으로 이동이 이루어지는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템을 제공하고자 한다.
다른 한편으로 본 발명은 캡슐형 내시경의 나선형 운동을 구현하기 위하여 외부에서 인가되는 회전자계와 경사자계를 최소한의 코일시스템의 구성만으로 생성이 가능하여 전체 시스템의 구성을 단순화할 수 있으며, 캡슐 내시경의 구동 제어가 용이한 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템을 제공하고자 한다.
또한 다른 한편으로 본 발명은 외부에서 발생되는 회전자계와 경사자계와의 상호작용에 의해 관형 기관을 따라서 나선형 이동이 이루어질 수 있는 자화 배치를 갖는 캡슐 내시경을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 구동 제어시스템은, 서로 직교하는 3개의 축에 각각 고정 설치되되, 각 직교축 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있는 코일부가 각 축에 마련되는 제1코일유니트와; 상기 제1코일유니트에 의해 발생되는 자기장에 대해 일축 방향으로 경사자계를 생성할 수 있도록 마련되는 제2코일유니트와; 상기 제2코일유니트를 입체적으로 구동 가능하여 경사자계 방향을 조정하기 위한 코일구동부와; 캡슐 내시경에서 송출하는 영상신호를 수신하게 되는 수신부와, 상기 제1,2코일유니트에 공급되는 전류를 제어하여 발생 자기장을 조정하고 상기 코일구동부의 구동을 제어하기 위한 제어부로 이루어진 제어유니트에 의해 달성된다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 코일구동부는 독립 구동이 이루어지는 2축 회전에 의해 상기 제2코일유니트의 입체적인 회전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제1코일유니트의 각 코일부는 헬름홀츠 코일인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 제2코일유니트는 하나의 맥스웰 코일인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 시스템은, 상기의 캡슐형 내시경 구동 제어시스템을 포함하는 캡슐형 내시경 시스템으로서, 하우징의 길이 방향에 대해 예각(0< δ< 90°) 범위 내에서 경사된 자화를 가지며, 영상을 촬영 가능한 카메라모듈이 마련되어 촬영된 영상을 외부로 송출이 가능한 캡슐 내시경을 포함하여 달성될 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명에 따른 캡슐 내시경은, 외부에서 발생되는 회전자계와 경사자계에 의해 관형 기관 내부를 따라서 나선 운동에 의해 이동이 이루어질 수 있는 것으로써, 하우징의 길이 방향에 대해 예각(0< δ< 90°) 범위 내에서 경사된 자화를 가지며, 영상을 촬영하여 외부로 송출이 가능함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 캡슐형 내시경 시스템은, 세 개의 직교축 상에 마련되어 자계를 발생시키는 제1코일유니트 및 경사자계를 발생시키기 위한 하나의 코일구조로 이루어진 제2코일유니트로 구성된 자기장형성부와, 제2코일유니트를 입체 회전하기 위한 기구적인 코일 구동부를 포함하여 회전자계와 경사자계를 발생시킴으로써 캡슐 내시경의 나선운동을 위한 회전자계와 경사자계를 최소한의 코일 시스템만으로 구성하여 캡슐 내시경의 구동 제어시스템을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 캡슐 내시경은 외부에서 발생되는 회전자계와 경사자계에 의해 관형 기관 내부를 따라서 나선형으로 이동이 이루어질 수 있는 자화 특성을 가짐으로써, 관형 기관 내에서 나선 운동에 적합한 구조를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템의 구성을 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 제1코일유니트의 바람직한 실시예를 보여주는 도면,
도 3은 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 제2코일유니트와 코일구동부의 바림직한 실시예를 보여주는 도면,
도 4는 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 캡슐 내시경의 바람직한 실시예를 보여주는 구성도,
도 5 및 도 6의 (a)(b)는 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 캡슐 내시경의 자화 구성의 바람직한 실시예를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 캡슐 내시경의 병진운동을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템에 있어서, 캡슐 내시경의 세차운동을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템의 작동예를 보여주는 사진.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 캡슐형 내시경 구동 제어시스템은 자기장을 발생시키기 위한 제1,2코일유니트(110)(120)와, 제2코일유니트(200)를 입체적으로 회전 구동하기 위한 코일구동부(130)와, 캡슐 내시경(300)에서 송출되는 정보를 수신하고 제1,2코일유니트(110)(120)에 인가되는 전원을 제어하여 자기장에 의해 캡슐 내시경(300)의 운동을 제어하게 되는 제어유니트(200)를 포함한다.
이러한 본 발명에 따른 구동 제어시스템은 제1코일유니트(110)에 의해 발생되는 회전자계에 의한 캡슐 내시경(300)의 세차운동과, 제2코일유니트(120)에 의해 발생되는 경사자계에 의한 추진력을 이용하여 캡슐 내시경(300)이 관형 소화기관을 따라서 이동 시에 관벽과 인접하여 나선운동이 이루어질 수 있다. 이하, 각 구성을 살펴보도록 한다.
캡슐 내시경(300)은 제1,2코일유니트(110)(120)로 이루어진 자기장생성부(100)에서 발생되는 자기장에 의해 무선 제어가 이루어진다.
도 2에 예시된 것과 같이, 제1코일유니트(110)는 서로 직교하는 3개의 축에 각각 고정 설치되되, 각 직교축 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있는 코일부(111)(112)(113)가 각 축에 마련되어 제공될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 각 코일부를 고정 설치하기 위하여 지지용 구조물이 마련될 수 있음을 이해하여야 한다.
각 코일부(111)(112)(113)는 각각 x축 코일부(111), y축 코일부(112), 및 z축 코일부(113)로 구성될 수 있으며, 기본적으로 각 코일부(111)(112)(113)는 인가되는 전류의 크기와 방향에 따라서 임의 방향에 대한 균일자계 또는 회전자계 또는 경사자계를 발생시킬 수 있는 코일 구조에 의해 제공될 수 있다.
이러한 구체적인 예로써, 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil) 또는 맥스웰 코일(Maxwell coil)이 사용될 수 있다.
헬름홀츠 코일은 두 개의 코일이 한 쌍을 이루어 구성되며, 중심축 상에서 두 개의 코일이 반경만큼 이격되어 배치된 구조를 갖고 두 코일에 동일한 크기와 방향의 전류가 인가되어 균일한 자기장을 발생시킬 수 있다.
한편, 헬름홀츠 코일은 두 코일에 인가되는 전류의 크기나 방향에 따라서 균일자계를 생성할 수 있으며, 세 쌍의 헬름홀츠 코일을 결합하여 회전자계를 생성할 수 있으며, 이에 대해서는 본 출원인의 등록특허공보 제10-1128034호(등록일자: 2012.03.12)에 상세히 설명되어 있다.
맥스웰 코일은 두 개의 코일이 한 쌍을 이루어 구성되며, 두 개의 코일이 특정한 배치를 갖고 두 코일에 동일한 크기와 서로 반대 방향의 전류가 인가되어 균일한 경사자계를 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 제1코일유니트(110)는 서로 직교하도록 세 개의 축 상에 배치가 용이한 헬름홀츠 코일이 사용됨이 바람직할 것이며, 도 2에서는 헬름홀츠 코일로 이루어진 제1코일유니트를 예시하고 있다.
이와 같이 3개의 축에 각각 고정 설치되어 균일한 자기장을 발생시킬 수 있는 세 개의 코일부(111)(112)(113)는 각 코일부에 인가되는 전류의 크기와 방향에 따라서 회전자계를 생성할 수 있으며, 이를 이용하여 캡슐 내시경의 세차운동을 유도할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 다시 설명될 것이다.
도 3은 본 발명에서 경사자계를 발생시킬 수 있는 제2코일유니트의 바람직한 예를 보여주는 도면으로써, 일축 방향으로 경사자계를 발생시킬 수 있는 코일에 의해 제공될 수 있다.
경사자계를 발생시킬 수 있는 코일유니트로는 나란하게 배치된 두 개의 코일이 한 쌍을 이루어 제공될 수 있으며, 두 코일에 인가되는 전류의 방향이 서로 반대가 되도록 함으로써 경사자계를 발생시킬 수 있다. 본 발명에서 제2코일유니트로는 맥스웰 코일(Maxwell coil)이 사용됨이 바람직할 것이다.
도 3에 예시된 것과 같이, 제2코일유니트(120)로써 한 쌍의 코일로 이루어진 맥스웰 코일(121)이 도시되어 있으며, 맥스웰 코일(121)은 제1코일유니트(110)를 감싸도록 마련된다.
맥스웰 코일(121)은 중심축 방향을 따라서 경사자계가 형성되며, 중앙부에서는 근사적으로 선형(linear)적인 기울기를 갖는 경사자계가 형성된다.
제2코일유니트(120)는 제1코일유니트(110)를 중심으로 입체적으로 구동이 가능하도록 기구적인 구조물로써 코일구동부(130)가 마련된다.
코일구동부(130)는 제2코일유니트(120)를 임의의 두방향(α,β)으로 회전이 가능하며, 따라서 제2코일유니트(120)에서 생성된 경사자계의 방향을 임의 방향으로 조정이 가능하다.
특히, 본 발명에서 캡슐 내시경의 병진 운동을 위한 추진력을 제공하게 되는 제2코일유니트(120)는 하나의 코일구조만을 사용하며, 제2코일유니트(120)를 입체적으로 회전시킬 수 있는 기구적인 코일구동부(130)를 이용하여 경사자계의 방향 조정이 이루어짐으로써 전체적으로 캡슐 내시경을 구동시키기 위한 코일 구동시스템의 구조를 단순화시킬 수 있음을 주요 특징적인 구성 중의 하나로 하는 것이다.
도 3에 예시된 것과 같이, 본 실시예에서 코일구동부(130)는 지면에 수직으로 고정되는 수직포스트(131)와, 수직포스트(131)에 수평방향으로 마련되어 회전 가능한 회동암(132)과, 제2코일유니트(120)를 고정 지지하고 회동암(132)의 선단에 지지되어 상하 이동이 가능한 가동암(133)에 의해 제공될 수 있다.
수직포스트(131)에 회전 가능한 회동암(132)과, 회동암(132)의 선단에 상하 이동이 가능한 가동암(133)에는 모터 등과 같은 주지의 액츄에이터가 마련되어 외부에서 인가되는 전기적 또는 유압 또는 공압 신호에 의해 정확한 구동 제어가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
바람직하게는 가동암(133)은 제2코일유니트(120)의 센터(제1코일유니트의 센터와 일치)(C)를 가상의 회전축으로 하여 제2코일유니트(120)의 입체적인 회전이 이루어질 수 있는 적당한 곡률반경을 갖는 원호 형상을 갖는다.
이와 같이 코일구동부(130)는 제2코일유니트(120)를 2축 회전이 가능하도록 마련됨으로써 입체적인 회전이 이루어져 제2코일유니트(120)의 경사자계 방향을 임의로 조정이 가능하다.
본 실시예에서 코일구동부는 2축 회전이 가능한 짐벌구조(Gimbal)를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 병렬 메커니즘(스튜어트 플랫폼:stewart platform)이나 로봇팔과 같이 제2코일유니트(120)를 입체적으로 회전 운동이 가능한 범위 내에서 다양한 기구적인 장치가 이용될 수 있다.
도 4는 캡슐 내시경의 구성을 도시한 도면으로써, 캡슐 내시경(300)은 외관을 구성하는 하우징(301)을 가지며, 이 하우징(301) 내에는 영구자석(310), 카메라 모듈(320), 데이터 전송 모듈(330) 및 전원 공급 모듈(340)이 수납될 수 있다.
영구자석(310)은 임의 방향으로 자화를 형성하며, 외부 자기장과 상호작용에 의해 캡슐 내시경(300)의 구동력을 제공한다.
카메라 모듈(320)은 영상 정보를 얻기 위한 것으로써, 하우징(301)의 전면/후면 또는 측면에 고정 설치될 수 있다. 한편, 카메라 모듈(320)을 통해 생체 내에서 정확한 영상 정보를 얻기 위하여 캡슐 내시경(300)에는 조명장치가 부가될 수 있다.
데이터 전송 모듈(330)은 카메라 모듈(320)에서 얻은 영상 정보를 외부로 송출하는 기능을 수행한다.
전원 공급 모듈(340)은 카메라 모듈(320)과 데이터 전송 모듈(330)의 구동에 필요한 작동 전원을 공급하게 되며, 기타 조명장치가 부가되는 경우에는 조명장치 등에 필요한 전원을 공급할 수 있으며, 이러한 전원 공급 모듈(340)은 배터리에 의해 제공될 수 있다.
도 5는 캡슐 내시경의 외관 형상을 간략히 예시한 도면으로써, 대략 기다란 원통 형상을 가지며 길이 방향(v)과 자화 방향(M)은 일정 각도(δ)의 경사를 갖는다. 특히 본 발명에서 캡슐 내시경(300)의 자화방향(M)은 길이 방향(v)에 대해 예각(0<δ<90°)을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 작동예에서 다시 구체적으로 설명되겠으나, 자화방향이 길이방향과 일치하는 경우에는 외부의 회전자계에 의해 캡슐 내시경의 세차운동이 이루어지지 않으며, 자화방향이 길이방향과 수직한 경우에는 캡슐 내시경은 정지된 위치에서 세차운동만이 가능하고 외부 경사자계에 의한 병진운동이 불가한 문제점이 있다.
도 6의 (a)(b)는 캡슐 내시경이 임의 방향으로 자화를 갖도록 하기 위한 예시로써, 서로 직각으로 배치되는 두 개의 영구자석(311)(312)이 사용될 수 있다.
도 6의 (a)에 예시된 것과 같이, 캡슐 내시경(300)은 임의 자화(M1)(M2)를 가지면서 서로 직각 배치된 두 개의 영구자석(311)(312)이 마련될 수 있다. 이러한 영구자석의 배치는 두 개의 자화(M1)(M2)에 의해 결정되어 길이 방향에 대해 일정한 각도를 갖는 자화(M)를 형성한다.
다시 도 1을 참고하면, 제어유니트(200)는 자기장생성부(100)를 구성하는 제1,2코일유니트(110)(120)에 공급되는 전류의 크기와 방향을 제어하여 캡슐 내시경(300)의 구동을 제어하게 되는 제어부(220)를 포함하며, 이때 제어부(220)는 코일 구동부(130)의 구동을 제어하여 제2코일유니트(120)의 경사자계의 방향을 조절할 수 있다.
또한 제어유니트(200)는 캡슐 내시경(300)으로부터 송출되는 영상신호를 수신하는 수신부(210)를 포함하며, 제어유니트(200)의 작동 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(230)를 포함한다.
본 실시예에서는 제1,2코일유니트(110)(120) 및 코일 구동부(130)는 하나의 제어부(220)에 의해 제어가 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 각 코일유니트와 코일 구동부는 처리 데이터의 속도 또는 속성에 따라서 별도의 전용제어모듈에 의해 제어가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다.
또한 본 실시예에서 구체적으로 언급하지는 않으나 제어유니트는 X선을 이용하여 캡슐 내시경의 위치를 추적할 수 있는 캡슐 내시경 위치추적장치 또는 수신부(210)에서 수신한 영상정보를 출력하기 위한 디스플레이 등과 같은 주지의 주변장치들이 부가될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캡슐형 내시경 시스템은 고정 설치되는 제1코일유니트(110)에서 발생된 회전자계에 의한 캡슐 내시경(300)이 세차운동과 함께 제2코일유니트(120)에 의해 발생된 경사자계에 의하여 관형 기관을 따라서 나선운동을 하며 이동이 이루어지며, 이동과정에서 필요한 정상정보를 얻을 수 있다. 이하 그 구체적인 작동예를 설명하도록 한다.
이하 설명에서는 제1코일유니트(110)는 직교하는 3개의 축상에 헬름홀츠 코일이 구비되며, 제2코일유니트(120)로써 맥스웰 코일을 예시하여 설명한다.
도 7에서와 같이, 캡슐형 내시경의 축방향을 v라 하며, v축 상에 위치한 MC을 이용하여 경사자계를 발생시킨다면 축 방향(v)으로 g라는 크기의 기울기를 가지는 자계와 함께 반경 방향(r)으로 -0.5g 기울기를 가지는 자계가 발생된다.
이때 캡슐 내시경은 경사자계에 의해 자기력이 발생되며, 그 크기는 다음의 [수학식 1]과 같은 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
[수학식 1]에서 M은 캡슐형 내시경에 포함된 자석의 자화강도이며, V는 자석의 부피, g는 MC에 의해 발생되는 기울기, δ는 축방향 벡터(v)와 자화강도(M) 사이의 각도를 나타낸다.
도 7에서 알 수 있듯이, 이러한 조건에서 캡슐 내시경은 v-r 평면에서 v축과 일정한 각도를 갖는 자기력(F)이 발생되어 대각선 방향으로 병진 운동이 이루어지게 되며, 힘의 방향(이동 방향)은 캡슐 내시경의 자석배치에 의한 자화방향, 즉 δ에 의해서 달라질 것이다.
다음으로 도 8을 참고하면, 3차원 공간상에서 캡슐 내시경의 중심축이 v축 상에 위치하여 δ만큼 기울어진 자화방향에 대해 세차운동이 발생되기 위해서는 헬름홀츠 코일에서 자계의 방향과 크기를 적절히 결정하여 회전자계를 발생시킴으로써 이루어질 수 있다.
도 8에서 v는 회전 중심축을 나타내며, P는 회전 중심축의 법선벡터(v-z 평면)를 나타내며,
Figure pat00002
는 벡터 v를 x-y 평면상에 투영하였을 때 x-y 평면과 이루는 각도이며, θ는 벡터 v를 x-y 평면상에 투영하였을 때 x축과 이루는 각도를 나타낸다.
도 8을 참고하면, v축을 중심으로 캐슐 내시경의 자화방향이 회전하며 v축 상에 위치한 맥스웰 코일에 전류가 인가되면, 캡슐 내시경은 v축 방향으로 발생하는 자기력과, r축 방향(도 7 참고)으로 작용하는 자기력이 동시에 발생하게 되며, 이 두 자기력의 합력에 의해 캡슐 내시경은 회전과 대각 방향으로의 병진 운동에 의해 나선형 운동이 구현될 수 있다.
한편 캡슐 내시경이 3차원 공간 내에서 관형 기관을 따라서 나선 운동이 구현되기 위해서는 다음의 두 가지만 충족되어야 한다.
먼저 도 8을 참고하면, 내시경 캡슐의 세차운동을 위하여 각 헬름홀츠 코일에서 발생되어야 하는 자계는 다음의 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00003
[수학식 2]에서 a와 b는 각각 Mcosδ, Msinδ이며, ω는 회전주파수이다.
다음으로, v축과 맥스웰 코일이 일치하도록 해야 한다. v축과 맥스웰 코일의 방향이 일치함으로써 맥스웰 코일에 인가되는 전류의 세기와 방향의 조절만으로 쉽게 캡슐 내시경의 나선형 운동을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 캡슐형 내시경 시스템의 작동예를 보여주는 사진으로써, 3쌍의 헬름홀츠 코일과 한 쌍의 맥스웰 코일에서 발생된 회전자계와 경사자계에 의해 영구자석이 유리관 벽면에 밀착되어 상하 방향으로 나선형 운동이 이루어지는 것을 보여주고 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
110 : 제1코일유니트 111 : x축 코일부
112 : y축 코일부 113 : z축 코일부
120 : 제2코일유니트 130 : 코일구동부
131 : 수직포스트 132 : 회동암
133 : 가동암 200 : 제어유니트
210 : 수신부 220 : 제어부
300 : 캡슐 내시경 301 : 하우징
310 : 영구자석 320 : 카메라 모듈
330 : 데이터 전송 모듈 340 : 전원 공급 모듈

Claims (6)

  1. 서로 직교하는 3개의 축에 각각 고정 설치되되, 각 직교축 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있는 코일부가 각 축에 마련되는 제1코일유니트와;
    상기 제1코일유니트에 의해 발생되는 자기장에 대해 일축 방향으로 경사자계를 생성할 수 있도록 마련되는 제2코일유니트와;
    상기 제2코일유니트를 입체적으로 구동 가능하여 경사자계 방향을 조정하기 위한 코일구동부와;
    캡슐 내시경에서 송출하는 영상신호를 수신하게 되는 수신부와, 상기 제1,2코일유니트에 공급되는 전류를 제어하여 발생 자기장을 조정하고 상기 코일구동부의 구동을 제어하기 위한 제어부로 이루어진 제어유니트를 포함하며,
    캡슐 내시경은 상기 제1코일유니트에서 발생된 회전자계에 의한 세차운동과 상기 제2코일유니트에 의해 발생된 경사자계에 의하여 관형 기관을 따라서 나선운동이 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일구동부는,
    독립 구동이 이루어지는 2축 회전에 의해 상기 제2코일유니트의 입체적인 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1코일유니트의 각 코일부는 헬름홀츠 코일인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2코일유니트는 하나의 맥스웰 코일인 것을 특징으로 하는 캡슐형 내시경 구동 제어시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 캡슐형 내시경 구동 제어시스템을 포함하는 캡슐형 내시경 시스템으로서,
    하우징의 길이 방향에 대해 예각(0< δ< 90°) 범위 내에서 경사된 자화를 가지며, 영상을 촬영 가능한 카메라모듈이 마련되어 촬영된 영상을 외부로 송출이 가능한 캡슐 내시경을 포함하는 캡슐형 내시경 시스템.
  6. 외부에서 발생되는 회전자계와 경사자계에 의해 관형 기관 내부를 따라서 나선 운동에 의해 이동이 이루어질 수 있는 것으로써, 하우징의 길이 방향에 대해 예각(0< δ< 90°) 범위 내에서 경사된 자화를 가지며, 영상을 촬영하여 외부로 송출이 가능한 캡슐 내시경.
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