KR20160122558A

KR20160122558A - 모발 이식 장치

Info

Publication number: KR20160122558A
Application number: KR1020150052638A
Authority: KR
Inventors: 서정욱; 배태욱; 김규형; 김대식; 이수인; 이형수; 정용철; 최은창; 홍창혁
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2016-10-24

Abstract

모발 이식 장치는 베이스와 베이스에 조절 가능하도록 결합되며 말단에 바늘을 포함하는 식모기가 장착되어 있는 로봇 암을 포함하며, 로봇 암은 환자의 두상 중심에 있는 제1 포인트를 중심으로 회전하여 두피 상에 상기 바늘의 위치를 결정하는 위치 조절 RCM(remote center of motion) 기구부와 상기 두피 상의 상기 위치를 중심으로 회전하여 상기 바늘의 접근 각도를 결정하는 각도 조절 RCM 기구부를 포함한다.

Description

모발 이식 장치{HAIR TRANSPLANT APPARATUS}

본 발명은 모발 이식 장치에 관한 것으로, 특히 기구적으로 안전한 동시에 움직임을 최소화할 수 있는 모발 이식 장치에 관한 것이다.

현재의 모발이식은 주로 수동 모발 이식기를 이용하여 수행된다. 수동 모발 이식기를 이용하여 모낭을 하나씩 채취한 후 이를 또 하나씩 이식하기 때문에, 시술을 진행하는 의사와 보조하는 간호사가 느끼는 피로도가 매우 크다. 또한 긴 수술 시간으로 인해 수술을 받는 환자에게도 큰 부담이 된다.

기존의 모낭 채취/이식용 로봇의 개발로 인해 모낭의 채취를 위해 필요한 시간과 비용이 절감될 수 있다고는 하지만, 아직은 수작업에 비해 생착률이 낮은 실정이다. 또한 모낭 채취/이식용 로봇이 모낭의 채취만 가능 할 뿐, 이식을 위한 기능이 아직은 불완전한 것으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 기존의 모낭 채취/이식용 로봇은 전형적인 산업용 로봇(articulated)의 구조를 가지고 있기 때문에 수술에 필요한 작업 영역에 비해 로봇의 덩치가 지나치게 크고, 바늘의 접근 각도 조정을 위해서 로봇의 모든 관절의 움직임이 동시에 필요하다. 또한 로봇의 작업 영역에 환자의 신체(머리 등)가 포함되어 있으므로, 시스템이 오작동을 일으킬 경우 큰 사고로 이어질 수 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 기존의 모낭 채취/이식용 로봇이 가지는 문제점을 해소할 수 있는 모발 이식 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시 예에 따르면, 모발 이식 장치가 제공된다. 모발 이식 장치는 베이스, 그리고 상기 베이스에 조절 가능하도록 결합되며, 말단에 바늘을 포함하는 식모기가 장착되어 있는 로봇 암을 포함하고, 상기 로봇 암은 환자의 두상 중심에 있는 제1 포인트를 중심으로 회전하여 두피 상에 상기 바늘의 위치를 결정하는 위치 조절 RCM(remote center of motion) 기구부, 그리고 상기 두피 상의 상기 위치를 중심으로 회전하여 상기 바늘의 접근 각도를 결정하는 각도 조절 RCM 기구부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치는 구 형태를 가지는 사람의 두상 외부에서 식모기 바늘의 위치와 각도를 바꿔가며 반복적인 작업을 수행하기에 적합하며, 식모기 바늘의 위치와 각도 조정에 필요한 모발 이식 장치의 움직임을 최소화할 수 있는 동시에, 그 정확도를 높일 수 있다. 또한 모발 이식 장치의 작업영역이 기구적으로 제한되어 환자의 두상 내부로 진입할 수 없기 때문에, 안전성 확보에서도 큰 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 조절 RCM 기구부의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치가 식모기 바늘의 접근 각도를 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치가 식모기 바늘의 위치를 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 베이스의 일 예를 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치의 개념도이다.

도 1을 참고하면, 모발 이식 장치(10)는 일종의 모발 이식 로봇으로, 베이스(100), 베이스(100)에 조절 가능하도록 결합되는 로봇 암(200) 및 로봇 암(200)의 말단에 장착된 기구물 즉, 식모기를 포함한다. 식모기는 바늘(300)을 포함한다.

베이스(100)은 로봇 암(200)을 지지하는 역할을 한다. 베이스(100)는 수평 및 수직 방향으로 이동이 가능하도록 설계될 수 있다.

로봇 암(200)은 식모기 바늘(300)에 RCM(remote center of motion) 운동을 제공할 수 있는 다관절 구조를 가진다. 특히, 로봇 암(200)은 위치 조절 RCM 기구부(210) 및 각도 조절 RCM 기구부(220)를 포함한다. 위치 조절 RCM 기구부(210) 및 각도 조절 RCM 기구부(220)는 각각 RCM 메커니즘에 따라 설계될 수 있다. RCM 메커니즘에는 구형 링크(spherical linkages) 타입, 평행 사변형(parallelogram) 타입, 중심점(isocenter) 타입, 벨트(belt) 타입, 기어 트레인(gear train) 타입, 짐발(gimbal) 타입 등 다양한 메커니즘이 있으며. 이들 중 하나가 위치 조절 RCM 기구부(210) 및 각도 조절 RCM 기구부(220)에 적용될 수 있다. 이들 RCM 메커니즘에 대한 구체적인 설명은 문헌(C. Kuo, et al., "Kinematic Design Considerations for Minimally Invasive Surgical Robots: An Overview," The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Vol. 8, No. 2, pp. 127-145, 2012)에 도시되어 있다.

도 1에서는 편의상 구형 링크 타입으로 설계된 위치 조절 RCM 기구부(210) 및 각도 조절 RCM 기구부(220)를 도시하였다.

이러한 로봇 암(200)은 복수의 링크(211~216) 및 복수의 관절(201~206)을 포함한다. 로봇 암(200)은 기본적으로 6개의 관절(201~206)로 구성되지만, 6개의 관절(201~206) 중 일부는 제거될 수 있다. 관절(201~206)은 각각 두 링크 사이를 나타낸다. 편의상 6개의 관절(201~206)을 각각 제1 내지 제6 관절(201~206)이라 명명하고, 6개의 링크(211, 212, 213, 214, 215, 216)를 각각 제1 링크 내지 제6 링크(211~216)라 명명한다.

제1 링크(211)는 베이스(100)에 회전 가능하도록 결합된다. 따라서, 베이스(100)의 말단 링크와 링크(211) 사이의 제1 관절(201)은 회전 운동하는 형태를 갖는다.

제2 링크(212)는 제1 링크(211)와 직렬로 연결되어 있으며, 제1 링크(211)에 회전 가능하도록 결합된다. 따라서, 제1 링크(211)와 제2 링크(212) 사이의 제2 관절(202)은 회전 운동하는 형태를 갖는다. 제2 링크(212)를 제1 링크(211)에 회전 가능하도록 결합하는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(211)의 말단에 핀을 장착하고, 제1 링크(211)와 연결될 제2 링크(212)의 말단에 핀보다 직경이 큰 관통공을 형성하여, 제1 링크(211)의 말단에 장착된 핀을 제2 링크(212)의 말단에 형성된 관통공에 삽입함으로써, 제2 링크(212)를 제1 링크(211)에 회전 가능하도록 결합할 수 있다.

제1 관절(201)과 제2 관절(202)은 환자의 두상 중심에 있는 한 점(RCM 포인트, P1)을 중심으로 회전하도록 동작하여 식모할 위치 즉, 바늘(300)의 위치를 결정한다. 이와 같이, 제1 관절(201)과 제2 관절(202)이 환자의 두상 중심의 한 점(P1)을 중심으로 회전 동작을 수행함으로써, 바늘(300)이 두상의 내부로 진입하지 않도록 제한 할 수 있다.

이러한 제1 관절(201), 제2 관절(202), 제1 링크(211) 및 제2 링크(212)가 위치 조절 RCM 기구부(210)에 해당한다.

제1 링크(211)와 결합된 제2 링크(212)의 반대편 말단에 제3 링크(213)가 결합된다.

제3 링크(213)는 제2 링크(212)의 반대편 말단에 마련된 관통공을 관통하여 왕복 운동하도록 결합될 수 있다. 따라서, 제2 링크(212)와 제3 링크(213) 사이의 제3 관절(203)은 직선 운동하는 형태를 갖는다. 이러한 제3 관절(203)의 직선 운동을 통해 바늘(300)이 위치한 두상의 반경이 설정된다. 이때 제3 링크(213)가 제2 링크(212)에 마련된 관통공을 이탈되지 않도록 멈춤 요소 예를 들면, 이-링(E-ring) 등이 제3 링크(213)의 말단에 체결될 수 있다. 제3 관절(203)이 직선 운동하도록, 제3 링크(213)가 제2 링크(212)에 결합되는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다.

제4 링크(214)는 제3 링크(213)의 반대편 말단에 회전 가능하도록 결합된다. 따라서 제3 링크(213)와 제4 링크(214) 사이의 제4 관절(204)은 회전 운동하는 형태를 갖는다. 제4 링크(214)를 제3 링크(213)에 회전 가능하도록 결합하는 방법으로는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제4 링크(214)의 말단에 관통공이 형성되고, 제4 링크(214)의 말단에 형성된 관통공으로 제3 링크(213)의 반대편 말단이 삽입되어, 제3 링크(213)에 회전 가능하도록 결합될 수 있다.

제5 링크(215)는 제4 링크(214)와 직렬로 연결되어 있으며, 제4 링크(214)에 회전 가능하도록 결합된다. 따라서, 제4 링크(214)와 제5 링크(215) 사이의 제5 관절(205)은 회전 운동하는 형태를 갖는다. 제4 링크(214)와 제5 링크(215)의 결합 방법은 제1 링크(211)와 제2 링크(212)의 결합 방법과 동일할 수도 있고, 다른 방법이 적용될 수도 있다.

제4 관절(204)과 제5 관절(205)은 환자의 두피 위의 한 점(RCM 포인트, P2)을 중심으로 회전하도록 동작하여 두피 상에서 바늘(300)의 접근 각도를 결정한다. 이러한 제4 관절(204), 제5 관절(205), 제4 링크(214) 및 제5 링크(215)가 각도 조절 RCM 기구부(220)에 해당한다.

제6 링크(216)에는 식모기가 장착되며, 제6 링크(216)는 제4 링크(214)가 결합된 제5 링크(215)의 반대편 말단에 식모기의 바늘(300)이 전후진 동작을 수행하도록 결합될 수 있다. 따라서, 제5 링크(215)와 제6 링크(216) 사이의 제6 관절(206)은 직선 운동하는 형태를 갖는다. 이러한 제6 관절(206)의 직선 운동을 통해서 식모 또는 모낭 채취 작업이 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치(10)는 제1 관절(201)과 제2 관절(202)을 이용하여 식모할 위치를 결정하고, 제3 관절(203)을 움직여서 두상의 반경을 설정한다. 다음, 제4 관절(204)과 제5 관절(205)을 이용하여 바늘(300)의 접근 각도를 결정한 후에, 제6 관절(206)을 이용하여 바늘(300)을 움직여 식모 또는 모낭 채취 작업을 수행한다.

한편, 로봇 암(200)은 영상 촬영 장치(230)를 더 포함할 수 있다. 영상 촬영 장치(230)는 두상의 형태와 모낭을 촬영하며, 촬영된 영상을 화면부(도시하지 않음)를 통해 디스플레이한다. 이러한 영상 촬영 장치(230)는 두상에 가까운 곳에 위치하도록 제4 링크(214)나 제5 링크(215)에 설치될 수 있다. 영상 촬영 장치(230)는 제1 링크(211)나 제2 링크(212)에 설치될 수도 있으며, 영상 촬영 장치(230)는 두상의 형태와 모낭을 촬영할 수 있는 위치라면 모발 이식 장치(10)의 그 어떠한 곳에 설치될 수 있다.

로봇 암(200)은 식모기와 영상 촬영 장치(230)뿐만 아니라, 식모한 모발(모낭)을 안정시키고 피를 닦아내기 위해 두드리는 작업과, 가르마를 타는 작업 등을 위한 장치를 더 포함할 수 있다. 이들 장치들은 각도 조절 RCM 기구부(220)에 설치될 수 있으며, 이와 다른 위치에 설치될 수도 있다.

또한 도 1에서는 위치 조절 RCM 기구부(210)에 하나의 각도 조절 RCM 기구부(220)가 결합되어 있는 것으로 도시하였지만, 위치 조절 RCM 기구부(210)에 하나 이상의 각도 조절 RCM 기구부(220)가 결합될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위치 조절 RCM 기구부의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 위치 조절 RCM 기구부(210')는 도 1과 달리 이중 평행사변형(double parallelogram) RCM 메커니즘에 따라 구현될 수 있다. 즉 위치 조절 RCM 기구부(210')의 관절 구조가 이중 평행사변형 구조로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3을 참고하면, 모발 이식 장치(10)는 베이스(100)를 조절하여 위치 조절 RCM 기구부(210)를 위한 RCM 포인트(P1)를 환자의 두상 중심에 일치하도록 설정한다(S310). 이와 달리, 환자가 앉는 의자나 환자가 눕는 침대를 움직여서 위치 조절 RCM 기구부(210)를 위한 RCM 포인트(P1)를 환자의 두상 중심에 일치하도록 설정할 수도 있다.

모발 이식 장치(10)는 두상의 크기에 맞게 제3 관절(203)의 직선 운동을 통해서 두상의 반경을 설정한다(S320).

모발 이식 장치(10)는 위치 조절 RCM 기구부(210)의 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)의 회전 운동을 이용하여 식모할 위치에 해당하는 바늘(300)의 위치를 결정한다(S330). 즉, 모발 이식 장치(10)는 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)의 회전 운동을 이용하여 바늘(300)을 식모(또는 모낭 채취)가 필요한 곳에 위치시킬 수 있다. 이렇게 하면, 각도 조절 RCM 기구부(220)를 위한 RCM 포인트(P2)가 두피 상에 위치하게 된다.

모발 이식 장치(10)는 각도 조절 RCM 기구부(220)의 제4 관절(204)과 제5 관절(205)의 회전 운동을 이용하여 식모기 바늘(300)의 접근 각도를 설정한다(S340).

다음, 모발 이식 장치(10)는 제6 관절(206)의 직선 운동을 통해서 바늘(300)을 움직여서 식모(또는 모낭 채취) 작업을 수행한다(S350).

해당 위치에서 식모(또는 모낭 채취) 작업이 완료되면, 모발 이식 장치(10)는 단계(S330~S350)를 반복함으로써, 다른 위치에서 식모(또는 모낭 채취) 작업을 수행한다.

또한 모발 이식 장치(10)는 환자의 두상 형태 또는 시술 중 환자의 움직임 등에 의해, 필요에 따라 단계(S310~S350)를 전체적으로 반복 수행할 수도 있다.

이러한 모발 이식 장치(10)의 동작은 로봇 제어기 내의 프로세서에 의해 결정되고, 제어될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치가 식모기 바늘의 접근 각도를 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)을 이용하여 식모기 바늘(300)의 위치(P2)를 결정한다.

위치(P2)에서, (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 각도 조절 RCM 기구부(220)의 제4 관절(204) 및 제5 관절(205)을 이용하여 바늘(300)의 접근 각도를 조절할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모발 이식 장치가 식모기 바늘의 위치를 조절하는 일 예를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)을 이용하여 식모기 바늘(300)의 위치를 조절할 수 있다.

예를 들어, (a)에 도시한 바와 같이, 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)을 이용하여 바늘(300)을 P2 위치에 위치시킬 수 있고, (b)에 도시한 바와 같이, 제1 관절(201) 및 제2 관절(202)을 이용하여 바늘(300)을 P3 위치로 이동시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 베이스의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 베이스(100)로 스카라(SCARA) 로봇(600)이 사용될 수 있다.

스카라 로봇(600)은 수평적 평면상에서 2개의 축을 따라 회전하고, 위아래 방향으로 선형적으로 움직인다.

스카라 로봇(600)에서 위아래 방향으로 움직이는 링크(601) 말단에 위치 조절 RCM 기구부(210)의 제1 링크(211)가 결합될 수 있다.

이러한 스카라 로봇(600)에 의해, 위치 조절 RCM 기구부(210)의 위치를 조절할 수 있다.

이상에서는 로봇 암(200)의 말단에 바늘(300)이 장착되어 로봇 암(200)이 식모 작업을 위해 동작하는 모발 이식 장치(10)를 설명하였으나, 본 발명의 실시 예에 따른 로봇 암(200)의 말단에 다른 기구물이 장착되어 다른 분야에도 적용될 수도 있다. 예를 들어, 로봇 암(200)의 말단에 용접기를 장착함으로써, 로봇 암(200)을 용접 작업에 사용할 수도 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

베이스, 그리고
상기 베이스에 조절 가능하도록 결합되며, 말단에 바늘을 포함하는 식모기가 장착되어 있는 로봇 암
을 포함하고,
상기 로봇 암은
환자의 두상 중심에 있는 제1 포인트를 중심으로 회전하여 두피 상에 상기 바늘의 위치를 결정하는 위치 조절 RCM(remote center of motion) 기구부, 그리고
상기 두피 상의 상기 위치를 중심으로 회전하여 상기 바늘의 접근 각도를 결정하는 각도 조절 RCM 기구부를 포함하는 모발 이식 장치.