KR20150112286A

KR20150112286A - 내시경 장치

Info

Publication number: KR20150112286A
Application number: KR1020140036125A
Authority: KR
Inventors: 임수광; 이병주; 서종태; 우재홍
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-10-07
Also published as: KR102223768B1

Abstract

삽입 튜브; 삽입 튜브에 구동력을 인가하기 위한 복수의 구동 모터와, 구동 모터 각각에 걸리는 부하를 감지하는 부하 감지 센서(load sensor)가 마련된 슬레이브 장치; 및 삽입튜브를 구동하기 위한 시술자의 조작이 입력되는 입력부와, 조작을 검출하고 구동 모터를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 복수의 변위 센서와, 부하 감지 센서로부터 검출되는 검출 신호에 따라 구동되어 입력부에 저항력을 인가하는 복수의 저항 모터가 마련된 마스터 장치;를 포함하는 내시경 장치가 제공된다.

Description

내시경 장치{ENDOSCOPE APPARATUS}

본 발명은 의료 장비에 관한 것으로서, 특히, 의료용 내시경 장치에 관한 것이다.

피검체의 병변을 조기에 진단하거나 병변을 제거하기 위해 이용되고 있는 의료용 내시경은, 시술자에 의해 수동으로 작동될 수도 있으나, 수동 조작 방법이 직관적이지 못하고, 그 조작이 어려워 상당히 오랜 기간의 수련을 필요로 한다. 최근에는, 이에 대한 대안으로서 시술자가 직접 기구를 조작하는 대신, 의료용 로봇을 사용하여 진단 및 수술을 수행하는 장치가 사용되고 있다. 예를 들면, 시술자의 조작에 의해 필요한 신호를 생성하여 전송하는 마스터(master)입력 장치와, 마스터 입력 장치로부터 수신된 신호를 통해 피검체를 시술하기 위해 필요한 조작을 가하는 슬레이브(slave) 로봇으로 이루어진 내시경 장치가 상용화되었다.

이러한 내시경 장치를 운용함에 있어서 시술자는, 마스터 장치를 이용해 내시경의 움직임을 양 손으로 직접 인가함으로써 슬레이브 로봇을 조작하게 되는데, 이때, 마스터 장치를 조작함에 있어 시술자의 피로도를 줄일 수 있는 기술이 요구된다.

이러한 내시경 장치들이 미국 공개특허번호 US 2012/0197082 A1 (2012. 08. 02. 공개; 이하, '제1 문헌'이라 함), 미국 공개특허번호 US 2008/0242929 A1 (2008. 10. 02. 공개; 이하, '제2 문헌'이라 함) 등을 통해 개시되었다. 제1 문헌의 내시경 장치는, 시술자가 풋 스위치(foot switch)를 이용해 삽입 구동 신호를 송신하고 삽입 튜브의 외피를 나선형으로 구성하여 삽입 튜브가 회전하면서 전진할 수 있는 전동 방식의 삽입 구조를 개시한다. 제2 문헌의 내시경 장치는 내시경의 삽입, 꺾임 등의 움직임에 대한 구동 신호 인가와, 세척/석션(suction) 등의 보조 장치의 제어를 하나의 콘트롤러(controller)에서 가능하게 한 구성을 개시한다.

그러나 제1 문헌에 개시된 구조의 내시경 장치는, 삽입 튜브가 장기의 내부에서 전진과 회전을 동시에 하기 때문에 장기의 내벽에 접촉하게 되면 장기의 꼬임을 유발할 위험이 있다. 또한, 일반적인 내시경의 노브 구조가 사용되기 때문에 시술자의 피로도를 개선하는데 한계가 있다. 제2 문헌에 개시된 내시경 장치는 하나의 콘트롤러 내에서 내시경 및 보조 장치의 동작을 제어할 수 있지만, 삽입 튜브가 전진하는 과정에서, 장기 내부의 꼬임 등 손상을 유발할 위험이 있다. 더욱이 시술자는, 삽입 튜브의 삽입 과정에서 장기의 꼬임이나 장기 내벽의 저항에 따른 반발력을 알 수 없기 때문에, 시술 도중 장기의 손상 여부를 인지하지 못하여 피검체에 더 큰 손상을 입힐 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 실시 예들은, 시술자의 피로도를 개선하는 데 기여할 수 있는 내시경 장치를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예들은, 시술자의 삽입동작을 모사하고, 삽입 튜브의 삽입 과정에서 장기의 꼬임이나 장기 내벽의 저항에 따른 반발력을 시술자가 인지할 수 있게 하는 햅틱 기능을 구비한 내시경 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 삽입 튜브; 상기 삽입 튜브에 구동력을 인가하기 위한 복수의 구동 모터와, 상기 구동 모터 각각에 걸리는 부하를 감지하는 부하 감지 센서(load sensor)가 마련된 슬레이브 장치; 및 상기 삽입튜브를 구동하기 위한 시술자의 조작이 입력되는 입력부와, 상기 조작을 검출하고 상기 구동 모터를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 복수의 변위 센서와, 상기 부하 감지 센서로부터 검출되는 검출 신호에 따라 구동되어 상기 입력부에 저항력을 인가하는 복수의 저항 모터가 마련된 마스터 장치;를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 입력부는, 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 레일을 구비하는 로드(rod)부와, 상기 가이드 레일 상에 배치되어 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 되는 슬라이드부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 제1 저항 모터의 출력부에 의해 회전되는 제1 풀리; 상기 로드부의 일 단부에 배치된 제2 풀리; 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리에 권취되어 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 와이어;를 더 포함하며, 상기 슬라이드부가 상기 와이어에 고정되어, 상기 삽입 튜브의 직선 운동을 방해하는 상기 제1 저항 모터의 저항력을 상기 슬라이드부에 전달할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 로드부의 타 단부에 의해 회전되는 제1 기어부; 및 상기 제2 저항 모터의 출력부에 의해 회전되고, 상기 제1 기어부와 치합되는 제2 기어부;를 더 포함하며, 상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 꼬임(twisting)을 방해하는 제2 저항 모터의 저항력을 상기 로드부를 통해 상기 슬라이드부에 전달할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 제1 기어부가 전면부에 배치되고, 상기 제2 기어부가 일 측면부에 배치되는 브라켓;을 더 포함하며, 상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부는 베벨 기어일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 로드부의 타 단부가 전면부에 고정되고 양 측면 사이에서 연장되는 회전축을 중심으로 회전하는 회전 브라켓; 상기 회전 브라켓의 일 측면에 구동축이 고정되도록 장착된 제3 기어부; 상기 제3 저항 모터의 출력부에 의해 회전되고, 상기 제3 기어부와 벨트를 이용하여 연결된 제4 기어부;를 더 포함하며, 상기 상기 삽입 튜브의 굽힘(bending)을 방해하는 제3 저항 모터의 저항력을 상기 로드부를 통해 상기 슬라이드부에 전달할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 회전 브라켓의 후면부에 고정된 균형추를 더 포함할 수 있다.

또한, 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 내시경 장치의 on/off를 제어할 수 있는 스위치부;를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 스위치부가 상기 슬라이드부의 표면에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치에 있어서, 입력부는, 길이 방향을 따라 연장되는 중심축; 상기 중심축의 일 단부상에 고정되도록 배치된 조작부; 및 상기 조작부와 상기 복수의 저항 모터 중 어느 하나의 저항 모터를 연결하여, 상기 저항 모터에서 발생되는 저항력을 상기 조작부에 전달하는 2절 링크부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 2절 링크부의 일 단부에 고정되는 제1 기어부; 상기 제1 저항 모터에 의하여 회전되고, 상기 제1 기어부와 치합되는 제2 기어부;를 더 포함하며, 상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 직선 운동을 방해하는 상기 제1 저항 모터의 저항력을 상기 2절 링크부를 통해 상기 조작부에 전달할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 중심축의 타 단부에 고정되는 제3 기어부; 및 제2 저항 모터에 의해 회전되고, 상기 제3 기어부와 치합되는 제4 기어부;를 더 포함하며, 상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 꼬임(twisting)을 방해하는 상기 제2 저항 모터의 저항력을 상기 중심축을 통해 상기 조작부에 전달할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 내시경 장치의 on/off를 제어할 수 있는 스위치부;를 더 포함할 수 있으며,

상기 스위치부는 상기 조작부의 표면에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 상기 스위치부와 상기 마스터 장치를 연결하기 위한 연결부재를 더 포함하며, 상기 연결부재는 상기 중심축의 내부에서, 상기 중심축의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치는, 실제 삽입 튜브를 삽입하는 동작을 모사하도록 구동되고 있으므로, 시술자의 숙련 시간을 줄이고 시술자간 숙련도 차이를 줄일 수 있게 된다. 따라서 피검체에게는 시술 시간이나 삽입 속도 등을 균일하게 할 수 있다. 또한, 햅틱 기능을 부가하여 삽입 튜브가 장기의 내벽에 간섭되는 것을 회피할 수 있으므로 장기의 손상을 방지할 수 있다. 아울러, 작동 신호를 인가할 수 있는 스위치부를 부가함으로써, 시술자에게 편안한 시술 환경을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 내시경 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치의 사시도이다.
도 3a는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.
도 3b는, 도 3a에 도시된 내시경 장치의 삽입 구동 방식을 설명하기 위한 내시경 장치의 개략도이다.
도 4a는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치의 부분 평면도이다.
도 4b는, 도 4a에 도시된 내시경 장치의 꼬임 구동 방식을 설명하기 위한 내시경 장치의 개략도이다.
도 5a는, 본 발명의 제1 실시예에 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.
도 5b는, 도 5a에 도시된 내시경 장치의 굽힘 구동 방식을 설명하기 위한 내시경 장치의 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치의 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내시경 장치의 삽입 구동 방식을 설명하기 위한 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 내시경 장치의 꼬임 구동 방식을 설명하기 위한 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.
도 9a는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 동작 스위치의 연결부재가 도시된 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.
도 9b는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동작 스위치의 연결부재가 도시된 삽입 구동 마스터 장치의 부분 사시도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 명세서에서 "피검체"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 피검체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "시술자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경 장치(100)를 나타내며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치(102a)를 나타낸다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내시경 장치(100)에는, 시술자(operator)의 조작에 따라 구동 신호를 발생시키는 마스터 장치(102)와, 상기 구동 신호에 따라 내시경의 삽입 튜브(111)를 피검체의 장기 내부로 삽입하고, 삽입 튜브(111)의 삽입 방향을 제어할 수 있는 슬레이브 장치(101)가 포함된다.

슬레이브 장치(101)에는, 삽입 튜브(111)의 삽입 방향을 조절하기 위한 삽입 구동 슬레이브 장치(101a)와, 삽입 튜브(111)의 선단부가 지향하는 방향, 예를 들면, 촬영 방향을 제어하기 위한 회전 구동 슬레이브 장치(101b)가 포함된다. 삽입 구동 슬레이브 장치(101a)에는, 삽입 튜브(111)의 삽입 방향, 지향 방향을 제어하기 위한 구동력을 발생시킬 수 있는 복수의 구동 모터(113a, 113b, 113c)가 구비된다. 또한, 삽입 과정에서 발생하는 부하, 즉, 반발력을 검출할 수 있는 복수의 부하 감지 센서(load sensor)(117a, 117b, 117c)가 구비될 수 있다. 부하 감지 센서(117a, 117b, 117c)에는, 예를 들어 구동 모터(113a, 113b, 113c)에 연결되어 삽입 튜브(111)에 인가되는 저항력을 인지할 수 있는 토크 센서(torque sensor)등이 이용될 수 있다.

마스터 장치(102)는, 시술자가 삽입 튜브(111)의 삽입 방향, 지향 방향에 대한 명령을 직접 입력하기 위한 장치로서 삽입 구동 마스터 장치(102a)와 회전 구동 마스터 장치(102b)를 포함할 수 있다. 삽입 구동 마스터 장치(102a)는, 시술자에 의해 입력된 명령을 제어 신호로 변환하여 구동 모터(113a, 113b, 113c)로 전달할 수 있으며, 부하 감지 센서(117a, 117b, 117c)들로부터 감지되는 반발력에 따라 시술자에게 저항력을 제공할 수 있는 저항 모터(133a, 133b, 133c)를 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는, 삽입 튜브(111)의 전진 및 후진 이동을 설명하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 부분 사시도 및 내시경 장치의 개략도를 나타낸다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 삽입 구동 마스터 장치(102a)는 고정 브라켓(121), 회전 브라켓(123), 입력부(126) 및 복수의 저항 모터(133a, 133b, 133c)를 포함한다. 고정 브라켓(121)은 구동 마스터 장치(102)의 일정한 위치에 고정되도록 배치되어, 회전 브라켓(123) 등을 장착하기 위한 공간을 제공한다. 회전 브라켓(123)은 고정 브라켓(121) 내부에 배치되며, y축을 중심으로 회전할 수 있다. 입력부(126)는 회전 브라켓(123)으로부터 x축 방향으로 연장되는 로드부(1260)와 슬라이드부(1265)를 포함한다. 가이드 레일(1261)은 로드부(1260)의 길이 방향을 따라 연장되도록 배치되며, 슬라이드부(1265)는, 상기 가이드 레일(1261)을 따라 슬라이드 할 수 있도록 가이드 레일(1261) 상에 배치된다. 제1 풀리(131)는 회전 브라켓(123)의 측면 사이에서 연장되는 제1 회전축(151)에 중심축이 고정되도록 회전 브라켓(123) 내부에 배치되고, 제2 풀리(132)는 로드부(1260)의 일 단부에 배치된다. 와이어(134)는, 제1 풀리(131)와 제2 풀리(132)에 권취되어 제1 풀리(131)와 제2 풀리(132) 사이에서 연장되며, 슬라이드부(1265)는, 제1 풀리(131)와 제2 풀리(132) 사이에서 연장되는 와이어의 일부(1341)에 베어링(1266)을 이용하여 고정됨으로써, 와이어(134)와 함께 x축 방향으로 이동한다. 제1 저항 모터(133a)는, 제1 저항 모터(133a)의 출력부가 제1 회전축(151)에 고정되도록 배치된다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 시술자가 슬라이드부(1265)를 x축 방향으로 이동시킴에 따라 슬라이드부(1265)에 고정된 와이어(134) 또한 x축 방향으로 이동된다. 와이어(134)가 x축 방향으로 이동됨에 따라 와이어(134)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하기 위한 제2 풀리(132)가 제1 방향으로 회전하며, 제2 풀리(132)에 고정된 제1 회전축(151)의 회전량을 제1 변위 센서(135a)가 감지하고 이를 삽입 구동 신호(A)로 변환하여 제1 구동 모터(113a)로 전달한다. 제1 구동 모터(113a)는 삽입 구동 신호(A)에 따라 작동하여 삽입 튜브(111)를 전진 또는 후진시키게 된다.

한편, 삽입 과정에서 삽입 튜브(111)의 선단부(111a)가 장기의 내벽에 간섭된다면, 제1 구동 모터(113a)의 구동에 대한 반발력이 발생하며, 제1 부하 감지 센서(117a)는 이와 같은 반발력을 검출할 수 있다. 이때, 제1 부하 감지 센서(117a)는, 입력되는 삽입 구동 신호(A)와 삽입 튜브(111)를 전진시키기 위한 토크를 비교하여 삽입 동작에서의 반발력을 산출할 수 있다. 이러한 반발력이 검출되면, 제1 부하 감지 센서(117a)는 저항력 구동 신호(B)를 생성하여 제1 저항 모터(133a)로 전달한다. 제1 저항 모터(133a)는, 저항력 구동 신호(B)를 이용하여 저항력을 발생하며, 제1 저항 모터(133a)의 구동축에 고정된 제1 회전축(151)을 통해 제2 풀리(132)로 저항력을 전달한다. 저항력이 제2 풀리(132)로 전달됨에 따라, 제2 풀리(132)는 제1 방향과 반대방향으로 회전하고, 제2 풀리(132)에 권취된 와이어(134) 및 이에 고정된 슬라이드부(1265)는 시술자가 이동시킨 방향의 반대 방향으로 저항력을 인가하여 시술자에게 삽입 튜브(111)가 장기의 내벽 등에 간섭되었음을 인지시킬 수 있다. 이에 따라 시술자는 삽입 구동 마스터 장치(102a)를 조작하여 삽입 튜브(111)의 이동 방향을 조절하여 장기의 손상을 방지할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 삽입 튜브(111)의 꼬임 운동을 설명하기 위해 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 평면도 및 내시경 장치의 개략도를 나타낸다.

도 3a 및 도 4a를 참조하면, 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 회전 브라켓(123)에는 복수의 기어들로 이루어진 기어 조립체(140, 141, 142)가 마련된다. 기어 조립체(140, 141, 142)의 각 기어들은 서로에 대하여 독립적으로 회전되도록 설치되거나 일부는 서로 연동되도록 설치될 수 있다. 기어 조립체(140, 141, 142) 중 제1 기어부(140)는, 회전 브라켓(123)의 전면부에 부착되며, 로드부(1260)에 구동축이 고정되도록 배치된다. 제2 기어부(141)는, 제2 저항 모터(133b)의 출력부에 구동축이 고정되고, 제1 기어부(140)와 치합되도록 배치된다. 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이 제2 저항 모터(133b)가 회전 브라켓(123)의 일 측면에 배치된 경우, 제1 기어부(140)와 제2 기어부(141)는 베벨 기어로 형성되어 동력을 전달할 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 시술자가 슬라이드부(1265) 또는 로드부(1260)를 x축을 중심으로 회전시킴에 따라 로드부(1260)에 구동축이 고정된 제1 기어부(140) 또한 x축을 중심으로 동일한 방향으로 회전한다. 제1 기어부(140)가 x축을 중심으로 회전함에 따라 제1 기어부(140)와 치합된 제2 기어부(141)는 반대 방향으로 회전한다. 이때, 제2 기어부(141)의 구동축의 회전량을 제2 변위 센서(135b)가 감지하고 이를 꼬임 구동 신호(C)로 변환하여 제2 구동 모터(113b)로 전달한다. 제2 구동 모터(113b)는 꼬임 구동 신호(C)에 따라 작동하여 삽입 튜브(111)에 회전력을 인가한다.

꼬임 운동 과정에서 삽입 튜브(111)의 외벽부가 장기의 내벽에 간섭된다면, 제2 구동 모터(113b)의 구동에 대한 반발력이 발생하며, 제2 부하 감지 센서(117b)는 이와 같은 반발력을 검출할 수 있다. 반발력이 검출되면 제2 부하 감지 센서(117b)는 저항력 구동 신호(D)를 생성하여 제2 저항 모터(133b)로 전달한다. 제2 저항 모터(133b)는, 저항력 구동 신호(D)를 이용하여 저항력을 발생하며, 제1 저항 모터(133b)의 구동축에 고정된 제2 기어부(141)의 중심축을 통해 제1 기어부(140)로 저항력을 전달한다. 저항력이 제1 기어부(140)로 전달됨에 따라, 제1 기어부(140)의 중심축에 고정된 로드부(1260)에는 시술자가 입력한 회전 방향의 반대 방향으로 저항력이 인가되며, 로드부(1260)에 고정된 슬라이드부(1265)로 저항력이 전달된다. 이에 따라 시술자는, 삽입 튜브(111)가 장기의 내벽 등에 간섭되었음을 인지할 수 있으며, 삽입 구동 마스터 장치(102a)를 조작하여 삽입 튜브(111)의 이동 방향을 조절할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 삽입 튜브(111)의 굽힘 운동(진행방향으로부터 상하 방향으로 이동하는 운동)을 설명하기 위해 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 사시도 및 내시경 장치의 개략도를 나타낸다.

도 3a 및 도 5a를 참조하면, 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 고정 브라켓(121)의 일 측면에는 기어부(143, 144)가 마련된다. 이와 같은 구성은 삽입 구동 마스터 장치(102a)의 공간상의 제약에 의한 것으로 제3 기어부(143)는 회전 브라켓(123)의 일 측면에 마련될 수도 있다. 제3 기어부(143)는, 고정 브라켓(121)의 일 측면의 외벽부에 회전 가능하도록 마련되며, 제3 기어부(143)의 구동축은 회전 브라켓(121)의 일 측면에 고정되도록 배치된다. 제4 기어부(144)는, 제3 저항 모터(133c)의 출력부에 구동축이 고정되고 제3 기어부(143)와 치합되도록 배치된다. 이때, 제3 기어부(143)와 제4 기어부(144)가 이격되어 직접 치합되기 어려울 수 있으므로, 제3 및 제4 기어부(143, 144)를 연결하는 연결부재, 예를 들어 타이밍 벨트(145)가 배치되어 동력을 전달할 수 있다.

도 2, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 시술자가 슬라이드부(1265) 또는 로드부(1260)를 y축을 중심으로 회전시킴에 따라 로드부(1260)의 타 단부에 전면부가 고정된 회전 브라켓(123)이 동일한 방향으로 회전하고, 회전 브라켓(123)의 일 측면에 구동축이 고정된 제3 기어부(143) 또한 동일한 방향으로 회전한다. 제3 기어부(143)가 y축을 중심으로 회전함에 따라 제3 기어부(143)와 타이밍 벨트(145)로 연결된 제4 기어부(144) 또한, 동일한 방향으로 회전한다. 이때, 제4 기어부(144)의 구동축의 회전량을 제3 변위 센서(135c)가 감지하고 이를 굽힘 구동 신호(E)로 변환하여 제3 구동 모터(113c)로 전달할 수 있다. 제3 구동 모터(113c)는 전달 받은 굽힘 구동 신호(E)에 따라 작동함으로써, 삽입 튜브(111)의 진행 방향에 대해 상하로 이동할 수 있는 구동력, 즉 굽힘 운동을 위한 구동력을 삽입 튜브(111)로 인가할 수 있다.

굽힘 운동 과정에서 삽입 튜브(111)의 외벽부가 장기의 내벽에 간섭된다면, 제3 구동 모터(113c)의 구동에 대한 반발력이 발생하며, 제3 부하 감지 센서(117c)는 이와 같은 반발력을 검출할 수 있다. 이러한 반발력이 검출되면, 제3 부하 감지 센서(117c)는 저항력 구동 신호(F)를 생성하며, 생성된 저항력 구동 신호(F)는 제3 저항 모터(133c)로 전달된다. 제3 저항 모터(133c)는, 저항력 구동 신호(F)를 이용하여 저항력을 발생하며, 제3 저항 모터(133c)에 구동축이 고정된 제4 기어부(144)로 전달된 저항력은 타이밍 벨트(145)를 통해 제3 기어부(143)로 전달된다. 저항력이 제3 기어부(143)로 전달됨에 따라, 제3 기어부(143)의 구동축에 고정된 회전 브라켓(123)을 통해 로드부(1260)로 저항력이 인가되고, 로드부(1260)에 고정된 슬라이드부(1265)에 저항력이 전달된다. 이에 따라 시술자는, 시술자가 입력한 굽힘 방향의 반대 방향으로 저항력이 인가되고 있음을 인지하고, 삽입 튜브(111)가 장기의 내벽 등에 간섭되었음을 확인하여 삽입 튜브(111)를 일시적으로 후퇴시키거나 삽입 방향을 전환함으로써 원활하게 삽입 튜브(111)를 삽입할 수 있다.

한편, 회전 브라켓(123)에는 균형 추(137)가 더 제공되어 시술자의 편의를 도모할 수 있다. 예를 들어 도 2 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 로드부(1260)는, 회전 브라켓(123)의 전면부로부터 x 방향으로 연장되므로, 시술자는, 로드부(1260) 및 슬라이드부(1265)의 무게를 지지하며 삽입 구동 마스터(102a)를 조작해야 한다. 이때, 균형 추(137)가, 로드부(1260)로부터 멀어지도록 연장되어 회전 브라켓(123)의 후면부에 고정되도록 배치된다면 로드부(1260)와 슬라이드부(1265)와 무게 균형을 이룰 수 있다. 이에 따라 슬라이드부(1265)를 조작하는 시술자는, 로드부(1260)와 슬라이드부(1265)의 무게를 감당할 필요가 없으므로, 내시경 시술에 따른 피로도를 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 삽입 구동 마스터 장치(202a)의 사시도를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 삽입 구동 마스터 장치(202a)는 입력부(226), 복수의 저항 모터(233a, 233b) 및 입력부(226)와 복수의 저항 모터(233a, 233b) 사이에서 동력을 전달할 수 있는 복수의 동력 전달 장치(240, 241, 242, 243)를 포함한다. 입력부(226)에는, x축 방향으로 이동하고, x축을 중심으로 회전할 수 있는 중심축(2261), 중심축(2261)상에 고정되도록 배치된 조작부(2262) 및 조작부(2262)와 저항 모터(233a) 사이에서 저항력을 전달하도록 배치된 2절 링크(2263, 2264)가 마련된다. 저항 모터(233a, 233b)에서 발생된 저항력을 입력부(226)로 전달하기 위한 동력 전달 장치(240, 241, 242, 243)가 형성되며, 예를 들어, 동력 전달 장치(240, 241, 242, 243)로서 복수의 기어부를 포함하는 기어 조립체가 마련될 수 있다. 중심축(2261)에 회전축이 고정된 제3 기어부(242)는 제2 저항 모터(233b)의 출력부에 구동축이 고정된 제4 기어부(243)와 치합되고, 2절 링크(2263)의 일 단부에 형성된 힌지부(2265)에 회전축이 고정된 제1 기어부(240)는 제1 저항 모터(233a)의 출력부에 구동축이 고정된 제2 기어부(241)와 치합되도록 형성될 수 있다.

도 7은 삽입 튜브(111)의 전진 및 후진 이동을 설명하기 위해 삽입 구동 마스터 장치(202a)의 사시도를 나타낸다.

도 7을 참조하면, 시술자가 조작부(2262)를 x축 방향으로 이동시킴에 따라 조작부(2262)에 고정된 중심축(2261) 또한 x축 방향으로 이동한다. 중심축(2261)이 x축 방향으로 이동함에 따라, 조작부(2262)에 타 단부가 힌지 연결되고, 제1 기어부(241)의 구동축에 일 단부가 고정된 2절 링크(2263)가 회전한다. 2절 링크(2263)가 회전함에 따라 일 단부에 구동축이 고정된 제1 기어부(241)가 회전할 수 있으며, 이에 따라 구동 모터를 통해 삽입 튜브(111)를 이동시킬 수 있다. 다만, 제1 기어부(241)의 회전량을 감지하고, 이를 구동 신호로 변환한 후, 상기 구동 신호를 이용하여 구동 모터를 통해 삽입 튜브(111)를 이동시키는 과정, 및 삽입 과정에서 삽입 튜브(111)의 선단부가 장기의 내벽에 간섭되어 발생되는 반발력을 검출하고, 부하 감지 센서를 통해 저항력 구동 신호를 생성하고, 이를 이용하여 제1 저항 모터(233a)를 통해 저항력을 발생하는 과정은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 3a 내지 도 3b에서 설명된 내용과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.

제1 저항 모터(233a)를 통해 발생된 저항력은, 제1 저항 모터(233a)의 출력부에 구동축이 고정된 제2 기어부(241)로 전달되고, 이어서 제2 기어부(241)와 치합되는 제1 기어부(240)로 전달될 수 있다. 저항력이 제1 기어부(240)에 전달됨에 따라 제1 기어부(240)의 구동축에 일 단부가 고정된 2절 링크(2263)는, 시술자가 이동시킬 때 회전하였던 방향과는 반대 방향으로 회전한다. 2절 링크(2263)의 회전에 따라, 타 단부에 힌지부로 고정된 조작부(2262)에는, 시술자가 이동시킨 방향과는 반대 방향으로 저항력이 인가되며, 이로 인해 시술자는 삽입 튜브(111)가 장기의 내벽 등에 간섭되었음을 인지할 수 있다. 이때, 시술자는, 삽입 구동 마스터 장치(202a)를 조작하여 삽입 튜브(111)의 이동 방향을 조절할 수 있다.

도 8은 삽입 튜브(111)의 꼬임 운동을 설명하기 위해 삽입 구동 마스터 장치(202a)의 사시도를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 시술자가 조작부(2262)를 x축을 중심으로 회전시킴에 따라, 조작부(2262)에 고정된 중심축(2261) 또한 x축을 중심으로 회전한다. 중심축(2261)이 x축을 중심으로 회전함에 따라 중심축(2261)에 회전축이 고정된 제3 기어부(242)는 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 이에 따라 제3 기어부(242)와 치합된 제4 기어부(243)가 반대 방향으로 회전하며, 이를, 구동 신호로 이용하여 구동 모터를 통해 삽입 튜브(111)를 이동시킬 수 있다. 다만, 제4 기어부(243)의 회전량을 감지하여 이를 구동 신호로 변환한 후, 상기 구동 신호를 이용하여 구동 모터를 통해 삽입 튜브(111)를 이동시키는 과정, 및 삽입 과정에서 삽입 튜브(111)의 선단부가 장기의 내벽에 간섭되어 발생되는 반발력을 검출하고 부하 감지 센서를 통해 저항력 구동 신호를 생성하며, 이를 이용하여 제2 저항 모터(233b)를 통해 저항력을 발생하는 과정은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 4a 내지 도 4b에서 설명된 내용과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다.

제2 저항 모터(233b)를 통해 발생된 저항력은, 제2 저항 모터(233b)의 출력부에 고정된 구동축을 통해 제4 기어부(243)에 전달되고, 이어서 제4 기어부(243)와 치합되는 제3 기어부(241)로 전달될 수 있다. 저항력이 제3 기어부(241)에 전달됨에 따라 제3 기어부(241)의 구동축에 고정된 중심축(2261)은, 시술자가 회전시킨 방향과는 반대 방향으로 회전한다. 그에 따라 조작부(2262)를 통해 시술자가 이동시킨 방향의 반대 방향으로 저항력이 인가되어, 시술자는, 삽입 튜브(111)가 장기의 내벽 등에 간섭되었음을 인지할 수 있다. 이에 따라 시술자는, 삽입 구동 마스터 장치(202a)를 조작하여 삽입 튜브(111)의 전진 방향을 조절하여 피검체의 고통을 줄일 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 동작 스위치(160)와 삽입 구동 마스터 장치(102a, 202a)를 연결할 수 있는 연결 부재(161, 162)를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 슬라이드부(1265)의 외벽부에 동작 스위치(160)가 배치된다. 이에 따라, 시술자가 실제로 삽입 튜브(111)의 삽입을 조절하고자 할 때, 즉, 내시경 장치를 구동시키고자 하는 경우에만, 슬라이드부(1265)를 잡음으로써 동작 스위치(160)가 조작될 수 있으며, 이로 인해 삽입 구동 마스터 장치(102a)에 구동 신호가 생성될 수 있다. 예를 들어, 동작 스위치(160)의 조작에 따라 상기 삽입 구동 마스터 장치(102a)는 작동 모드 또는 대기 모드로 전환할 수 있다. 또한, 동작 스위치가 눌러진 상태에서만 상기 삽입 구동 마스터 장치(102a)가 작동 모드로 설정될 수 있다. 동작 스위치(160)가 삽입 구동 마스터 장치(102a)를 제어하기 위해, 동작 스위치(160)는 삽입 구동 마스터 장치(102a)와 유선 또는 무선 등의 방식으로 연결될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 도 9a를 참조하면, 동작 스위치(160)에서 발생된 신호를 전달할 수 있는 연결부(161)가 삽입 구동 마스터 장치(102a)와 동작 스위치(160) 사이에 배치된다. 상술한 바와 같이 동작 스위치(160)가 배치되는 슬라이드부(1265)는 꼬임 운동 및 직진 운동을 수행하기 때문에, 슬라이드부(1265)에 고정된 제1 연결부(161)에는 꼬임이 발생할 수 있으므로, 제1 연결부(161)는 플렉서블(flexible)한 재질로 마련될 수 있다. 또한, 외부에 신호를 전달하기 위해 제1 연결부(161)와 연통할 수 있는 제1 중간 부재(170)를 삽입 구동 마스터 장치(102a)에 마련하고, 제1 중간 부재(170)와 접촉하여 신호를 송수신 할 수 있는 제2 중간 부재(172)를 마련함으로써, 로드부(1260)에 고정된 제1 중간부재(170)가 회전하는 경우에도 외부로 신호를 송신할 수 있는 제2 연결부(171)를 마련할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 도 9b를 참조하면, 동작 스위치(160)에서 발생된 신호를 전달할 수 있는 제1 연결부(161)가 삽입 구동 마스터 장치(202a)의 중심축(2261) 내부에 배치된다. 동작 스위치(160)가 고정되도록 배치된 조작부(2262)는 중심축(2261)에 고정되므로, 동작 스위치(160)에 연결되어 중심축(2261) 내부에 배치된 제1 연결부(161)는 삽입 구동 마스터 장치(202a)와 연결된 중심축(2261)을 통하여 삽입 구동 마스터 장치(202a)와 연결되고 외부로 직접 신호를 송신할 수 있는 경로를 마련할 수 있다.

100: 내시경 장치 140, 240: 제1 기어부
101: 슬레이브 장치 141, 241: 제2 기어부
102: 마스터 장치 143, 242: 제3 기어부
111: 삽입 튜브 144, 243: 제4 기어부
113a, 113b, 113c: 구동 모터 145: 타이밍 벨트
117a, 117b, 117c: 부하 감지 센서 160: 스위치
123: 회전 브라켓 161: 제1 연결부
126, 226: 입력부 2261: 회전축
1260: 로드부 2262: 조작부
1265: 슬라이드부 2263, 2264: 2절 링크부
131: 제1 풀리
132: 제2 풀리
134: 와이어
137: 균형추
133a, 133b, 133c, 233a, 233b: 저항 모터
135a, 135b, 135c: 변위 센서

Claims

삽입 튜브;
상기 삽입 튜브에 구동력을 인가하기 위한 복수의 구동 모터와, 상기 구동 모터 각각에 걸리는 부하를 감지하는 부하 감지 센서(load sensor)가 마련된 슬레이브 장치; 및
상기 삽입튜브를 구동하기 위한 시술자의 조작이 입력되는 입력부와, 상기 조작을 검출하고 상기 구동 모터를 구동하기 위한 구동신호를 발생시키는 복수의 변위 센서와, 상기 부하 감지 센서로부터 검출되는 검출 신호에 따라 구동되어 상기 입력부에 저항력을 인가하는 복수의 저항 모터가 마련된 마스터 장치;를 포함하는,
내시경 장치.
제1 항에 있어서,
상기 입력부는, 길이 방향을 따라 연장되는 가이드 레일을 구비하는 로드(rod)부와, 상기 가이드 레일 상에 배치되어 상기 가이드 레일을 따라 슬라이드 되는 슬라이드부를 포함하는,
내시경 장치.
제2 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 제1 저항 모터의 출력부에 의해 회전되는 제1 풀리;
상기 로드부의 일 단부에 배치된 제2 풀리;
상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리에 권취되어 상기 제1 풀리와 상기 제2 풀리를 연결하는 와이어;를 더 포함하며,
상기 슬라이드부가 상기 와이어에 고정되어, 상기 삽입 튜브의 직선 운동을 방해하는 상기 제1 저항 모터의 저항력을 상기 슬라이드부에 전달하는,
내시경 장치.
제2 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 로드부의 타 단부에 의해 회전되는 제1 기어부; 및
상기 제2 저항 모터의 출력부에 의해 회전되고, 상기 제1 기어부와 치합되는 제2 기어부;를 더 포함하며,
상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 꼬임(twisting)을 방해하는 제2 저항 모터의 저항력을 상기 로드부를 통해 상기 슬라이드부에 전달하는,
내시경 장치.
제4 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 제1 기어부가 전면부에 배치되고, 상기 제2 기어부가 일 측면부에 배치되는 브라켓;을 더 포함하며,
상기 제1 기어부 및 상기 제2 기어부는 베벨 기어인,
내시경 장치.
제2 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 로드부의 타 단부가 전면부에 고정되고 양 측면 사이에서 연장되는 회전축을 중심으로 회전하는 회전 브라켓;
상기 회전 브라켓의 일 측면에 구동축이 고정되도록 장착된 제3 기어부;
상기 제3 저항 모터의 출력부에 의해 회전되고, 상기 제3 기어부와 벨트를 이용하여 연결된 제4 기어부;를 더 포함하며,
상기 상기 삽입 튜브의 굽힘(bending)을 방해하는 제3 저항 모터의 저항력을 상기 로드부를 통해 상기 슬라이드부에 전달하는,
내시경 장치.
제6 항에 있어서,
상기 회전 브라켓의 후면부에 고정된 균형추를 더 포함하는
내시경 장치.
제2 항에 있어서,
상기 내시경 장치의 on/off를 제어할 수 있는 스위치부;를 더 포함하는
내시경 장치.
제8 항에 있어서,
상기 스위치부가 상기 슬라이드부의 표면에 배치되는,
내시경 장치.
제1 항에 있어서,
상기 입력부는, 길이 방향을 따라 연장되는 중심축; 상기 중심축의 일 단부상에 고정되도록 배치된 조작부; 및 상기 조작부와 상기 복수의 저항 모터 중 어느 하나의 저항 모터를 연결하여, 상기 저항 모터에서 발생되는 저항력을 상기 조작부에 전달하는 2절 링크부;를 포함하는,
내시경 장치.
제10 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 2절 링크부의 일 단부에 고정되는 제1 기어부;
상기 제1 저항 모터에 의하여 회전되고, 상기 제1 기어부와 치합되는 제2 기어부;를 더 포함하며,
상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 직선 운동을 방해하는 상기 제1 저항 모터의 저항력을 상기 2절 링크부를 통해 상기 조작부에 전달하는,
내시경 장치.
제10 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 중심축의 타 단부에 고정되는 제3 기어부; 및
제2 저항 모터에 의해 회전되고, 상기 제3 기어부와 치합되는 제4 기어부;를 더 포함하며,
상기 삽입 튜브의 삽입 방향에 대하여 상기 삽입 튜브의 꼬임(twisting)을 방해하는 상기 제2 저항 모터의 저항력을 상기 중심축을 통해 상기 조작부에 전달하는,
내시경 장치.
제10 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 내시경 장치의 on/off를 제어할 수 있는 스위치부;를 더 포함하는
내시경 장치.
제13 항에 있어서,
상기 스위치부가 상기 조작부의 표면에 배치되는,
내시경 장치.
제13 항에 있어서,
상기 내시경 장치는,
상기 스위치부와 상기 마스터 장치를 연결하기 위한 연결부재를 더 포함하며, 상기 연결부재는 상기 중심축의 내부에서, 상기 중심축의 길이 방향을 따라 연장되는,
내시경 장치.