KR20160133048A

KR20160133048A - 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템

Info

Publication number: KR20160133048A
Application number: KR1020150065362A
Authority: KR
Inventors: 박석호; 박종오; 고성영; 최현철; 정세미; 이청; 고광준
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-11-22

Abstract

본 발명은 카테터 삽입 장치에 있어서, 중공형의 카테터; 카테터의 중공으로 삽입되는 가이드 와이어; 카테터를 길이 방향으로 전후 구동시키는 카테터 피딩 유닛; 카테터 피딩 유닛 상에 슬라이딩 이동되도록 마련되어 가이드 와이어를 길이 방향으로 전후 구동시키는 와이어 피딩 유닛; 및 와이어 피딩 유닛에 마련되어 가이드 와이어를 회전 구동시키는 회동 유닛을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전후 구동 되는 카테터 피딩 유닛 상에 와이어 피딩 유닛이 슬라이딩 이동되도록 마련되어 가이드 와이어나 카테터를 독립적으로 압입시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템{DEVICE FOR CATHETER FEEDING AND CATHETER SYSTEM}

본 발명은 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템에 관한 것으로서, 특히 가이드 와이어나 카테터를 독립적으로 회전 및 압입할 수 있고, 시술 목표 부위까지 혈관의 내벽을 손상시키지 않으면서 가이드 와이어를 쉽게 진입시킬 수 있는 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 카테터는 중공축의 유연한 관으로 이를 이용하여 혈관질환 및 특정 병변으로 국부영역에 약물 또는 진단 및 치료기기를 전달하는데 사용되는 의료기기이다. 카테터를 치료부에 도달시키기 위해서는 먼저 가이드 와이어라는 가늘고 유연한 와이어를 이용하여 원하는 부위로 도달시킨 후 와이어를 따라 카테터를 삽입해야 한다.

가이드 와이어의 삽입은 시술자가 실시간으로 혈관 내에 조영제를 투여하면서 X-ray 화면을 보며 수행한다. 이 과정에서 가이드 와이어의 팁 부분의 조향이 어려워서 많은 시간이 소요될 수 있으며, 팁 부분의 방향이 혈관의 중심부를 향하지 않을 경우 시술도중 혈관 내벽의 손상 및 천공을 야기할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 이러한 시술은 시술자로 하여금 고도의 숙련도를 요구하여, 시술자의 능력에 따라서 수술의 성공률이 결정되는 측면이 컸다.

종래의 카테터 삽입 장치는 카테터가 혈관의 내벽에 접촉되어 느껴지는 표면의 질감정보를 획득하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 촉각(HapticInformation)의 부재로 인하여 시술자는 X-ray 화면과 경험에 의존하여 카테터를 조향하게 된다. 최근, 카테터와 같은 최소 침습이 요구되는 수술에서 의사의 경험도나 손떨림 등을 보정하기 위한 로봇들이 개발되고 있다.

이와 관련된 종래기술로, 시술자의 방사선 피폭량을 감소시키기 위해 원격으로 카테터를 삽입할 수 있는 시스템이 한국등록특허 제10-1133268호에 개시되어 있다. 개시된 카테터 원격 제어 시스템에 따르면, 카테터가 회전, 직선 운동이 가능하도록 구비된 슬레이브 유닛을 마스터 유닛을 이용하여 원격으로 제어할 수 있다.

다만, 상기 종래기술은 카테터 또는 가이드 와이어를 독립적으로 제어하여 압입하거나, 가이드 와이어에 가해지는 변형률을 정밀하게 측정할 수 없는 문제점이 있다. 원격으로 제어되는 침습용 수술 로봇에서 힘, 변형률 정보의 부재는 수술의 안정성과 신뢰도를 위협할 수 있다. 카테터의 힘반향, 변형률을 측정하기 위해서는 설치가 간편하고, 안정적인 신호를 내어줄 수 있는 센싱 방법이 요구된다. 이와 관련 미세전기 시스템을 이용한 3축의 힘 센서가 연구된 바 있으나, 전기 시스템은 많은 수의 전선이 필요하고, 전자기 차폐가 불가피하다. 또한, 수술 환경에서 사용하기 위해서는 수분으로 인한 오작동을 막기 위해 코팅이 필수적이다.

카테터에 가해지는 힘이나 변형률을 정밀하게 측정하기 위해서는 카테터 나 가이드 와이어 상에 센서가 직접 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 자기장 환경에서도 사용이 가능하고, 무게가 가볍고 유연하며, 고온에서도 견딜 수 있고, 가느다란 와이어에 간편하게 설치될 수 있는 센서 및 디텍팅 방법이 요구된다.

이에 따라, 카테터 삽입 장치는 시술자의 수동 조작을 대체할 수 있도록 가이드 와이어나 카테터를 독립적으로 회전 및 압입하여 제어할 수 있어야 하며, 삽입시 카테터에 가해지는 변형률이나 힘 등을 정밀하게 감지하여 시술 목표 부위까지 혈관 내벽의 손상 없이 가이드 와이어를 쉽게 진입시킬 수 있도록 제공되어야 한다.

한국등록특허 제10-1133268호

본 발명은 가이드 와이어나 카테터를 독립적으로 회전 및 압입하여 환자에게 삽입할 수 있는 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 가이드 와이어나 카테터에 가해지는 힘이나 변형률을 정밀하게 측정할 수 있는 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 가이드 와이어나 카테터를 자기장을 이용하여 조향할 수 있는 카테터 삽입 장치 및 카테터 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 카테터 삽입 장치에 있어서, 중공형의 카테터; 카테터의 중공으로 삽입되는 가이드 와이어; 카테터를 길이 방향으로 전후 구동시키는 카테터 피딩 유닛; 카테터 피딩 유닛 상에 슬라이딩 이동되도록 마련되어 가이드 와이어를 길이 방향으로 전후 구동시키는 와이어 피딩 유닛; 및 와이어 피딩 유닛에 마련되어 가이드 와이어를 회전 구동시키는 회동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 삽입 장치는, 가이드 와이어의 일단에 접촉되어 가이드 와이어에 인가된 힘과 토크를 검출하는 F/T 센서를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 피딩 유닛은, 전단에 가이드 와이어가 압입되는 관통공이 형성된 제1 가이드 판; 및 카테터의 일단과 연결되고, 관통공을 통과한 가이드 와이어가 상기 카테터의 내부로 삽입될 수 있도록 상기 가이드 판에 배치된 커넥터를 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 삽입 장치는, 상면에 길이 방향으로 형성된 베이스 레일, 베이스 레일을 따라 배치된 제1 볼 스크루, 제1 볼 스크루의 단부에 연결되어 제1 볼 스크루를 회동시키는 제1 액추에이터를 구비하는 베이스 플레이트를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 피딩 유닛은 하부에 제1 볼 스크루에 결착되는 제1 슬라이드 유닛을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 슬라이드 유닛은 제1 볼 스크루를 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 피딩 유닛은 상면에 길이 방향으로 형성된 가이드 레일; 가이드 레일을 따라 배치된 제2 볼 스크루; 및 제2 볼 스크루의 단부에 연결되어 제2 볼 스크루를 회동시키는 제2 액추에이터를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 와이어 피딩 유닛은 하부에 제2 볼 스크루에 결착되는 제2 슬라이드 유닛을 구비할 수 있다. 이 경우, 제2 슬라이드 유닛은 제2 볼 스크루를 따라 직선 왕복 운동할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 회동 유닛은 제2 슬라이드 유닛의 상부에 배치될 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 와이어 피딩 유닛은 전단에 가이드 와이어가 관통되어 지지되는 제2 가이드 판을 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 삽입 장치는 가이드 와이어의 내부로 광을 조사하는 광원을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 가이드 와이어는 광원으로부터 조사된 광이 도파되는 코어(core); 코어의 외주를 덮도록 피복된 클래드(clad); 및 코어의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사하는 격자 센서를 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터는 내부에 중공을 형성하는 제1 클래드층; 제1 클래드층의 외주를 덮도록 피복되어 상기 광원으로부터 조사된 광이 도파되는 코어층; 코어층의 외주를 덮도록 피복된 제2 클래드층; 및 코어의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사하는 격자 센서을 구비할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 카테터 삽입 장치는 가이드 와이어의 내부에서 반사된 광 또는 카테터의 코어층에서 반사된 광을 검출하는 디텍터; 및 디텍터가 검출한 광의 파장을 이용하여 가이드 와이어 또는 카테터에 가해진 변형률을 판단하는 회절 분석부를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 격자 센서는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전후 구동 되는 카테터 피딩 유닛 상에 와이어 피딩 유닛이 슬라이딩 이동되도록 마련되어 가이드 와이어나 카테터를 독립적으로 압입 시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 회동 유닛에 의하여 가이드 와이어를 회전 구동시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 F/T 센서가 가이드 와이어의 일단에 접촉되어 가이드 와이어에 인가된 힘과 토크를 검출할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 가이드 와이어나 카테터에 조사된 광을 이용하여 전자기 간섭에 영향을 받지 않고 가해지는 힘을 측정할 수 있는 이점이 있다.

가이드 와이어나 카테터에 가해지는 변형률이나 힘을 정밀하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 FBG 센서를 가이드 와이어나 카테터 내부에 구비하여 반사된 빛의 세기가 아닌 광의 파장으로부터 가이드 와이어나 카테터에 가해지는 변형률을 측정하기 때문에, 광원의 세기가 일정하지 않거나 주위의 빛에 영향에 따라 결과값이 영향을 받지 않고, 정밀한 변형률을 측정할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베이스 플레이트를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 피딩 유닛을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 피딩 유닛을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 와이어를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카테터를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치가 카테터를 압입 구동하는 모습을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치가 가이드 와이어를 압입 구동하는 모습을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 카테터 시스템을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 카테터 삽입 장치는 가이드 와이어(23), 카테터(21), 베이스 플레이트(10), 카테터 피딩 유닛(30), 와이어 피딩 유닛(50), 회동 유닛(70) 및 F/T 센서(80)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 카테터 삽입 장치는 카테터 시술 동안에 실시간 모니터링을 위한 X선 소스, X선 검출기와 같은 영상 장비와 연계될 수 있다. 또한, 본 출원인의 한국등록특허 제10-1217767호의 전자기 구동 장치와 연계될 수 있다. 전자기 구동 장치는 회전 또는 경사 자계를 형성하여 인체 내부로 삽입된 카테터를 3차원으로 제어할 수 있다. 이 경우, 가이드 와이어(23)는 자기장 안에서 자화가 이루어지는 영구자석과 같은 자성체를 선단에 구비할 수 있다. 카테터(21)는 중공형으로 제공되어 가이드 와이어(23)를 따라 삽입될 수 있다.

베이스 플레이트(10)는 편평한 평판 플레이트 형상으로 형성되며, 카테터 피딩 유닛(30)의 기저부를 이룬다. 카테터 피딩 유닛(30)은 카테터(21)를 길이 방향으로 전후 구동시킬 수 있다. 와이어 피딩 유닛(50)은 카테터 피딩 유닛(30) 상에 슬라이딩 이동되도록 마련되어 가이드 와이어(23)를 길이 방향으로 전후 구동시킬 수 있다. 회동 유닛(70)은 와이어 피딩 유닛(50)에 마련되어 가이드 와이어(23)를 회전 구동시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베이스 플레이트(10)를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 베이스 플레이트(10)는 베이스 레일(101), 제1 볼 스크루(101) 및 제1 액추에이터(105)를 구비할 수 있다. 베이스 레일(101)은 베이스 플레이트(10)의 상면에 길이 방향으로 형성된다. 베이스 레일(101)은 함몰된 홈의 형상으로 제공될 수 있다.

제1 볼 스크루(101)는 베이스 레일(101)을 따라 배치된다. 제1 볼 스크루(101)는 긴 나사 형상으로 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 제1 볼 스크루(101)의 일단부는 제1 액추에이터(105)와 연결될 수 있다.

제1 액추에이터(105)는 외부로부터 인가된 전원으로 제1 볼 스크루(101)를 회동시킬 수 있다. 제1 액추에이터(105)가 구동하게 되면, 제1 볼 스크루(101)의 축이 회전 운동하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 피딩 유닛(30)을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 카테터 피딩 유닛(30)은 제1 슬라이드 유닛(301), 가이드 레일(303), 제2 볼 스크루(305), 제2 액추에이터(307), 제1 가이드 판(302), 및 커넥터(304)를 구비할 수 있다.

제1 슬라이드 유닛(301)은 카테터 피딩 유닛(30)의 하부에 마련될 수 있다. 제1 슬라이드 유닛(301)은 제1 볼 스크루(103)에 결착될 수 있다. 제1 슬라이드 유닛(301)은 제1 볼 스크루(103)의 회전 구동으로 피치 이동하여 직선으로 왕복 구동될 수 있다.

가이드 레일(303)은 카테터 피딩 유닛(30)의 상면에 길이 방향으로 형성될 수 있다. 가이드 레일(303)은 함몰된 홈의 형상으로 제공될 수 있다. 제1 볼 스크루(101)는 베이스 레일(101)을 따라 배치된다.

제2 볼 스크루(305)는 긴 나사 형상으로 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 제2 볼 스크루(305)의 일단부는 제2 액추에이터(307)와 연결될 수 있다.

제2 액추에이터(307)는 외부로부터 인가된 전원으로 제2 볼 스크루(305)를 회동시킬 수 있다. 제2 액추에이터(307)가 구동하게 되면, 제2 볼 스크루(305)의 축이 회전 운동하게 된다.

제1 가이드 판(302)은 카테터 피딩 유닛(30)의 전단에 배치될 수 있다. 제1 가이드 판(302)은 가이드 와이어(23)가 관통하여 압입될 수 있도록 관통공이 하나 이상 형성될 수 있다.

커넥터(304)는 카테터(21)의 일단과 연결되어 카테터(21)를 고정 지지할 수 있다. 커넥터(304)는 제1 가이드 판(302)에 관통공을 통과한 가이드 와이어(23)가 카테터(21)의 내부로 삽입될 수 있도록 배치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 피딩 유닛(50)을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 와이어 피딩 유닛(50)은 제2 슬라이드 유닛(501) 및 제2 가이드 판(503)을 구비할 수 있다.

제2 슬라이드 유닛(501)은 와이어 피딩 유닛(50)의 하부에 마련될 수 있다. 제2 슬라이드 유닛(501)은 제2 볼 스크루(305)에 결착될 수 있다. 제2 슬라이드 유닛(501)은 제2 볼 스크루(305)의 회전 구동으로 피치 이동하여 직선으로 왕복 구동될 수 있다.

제2 가이드 판(503)은 와이어 피딩 유닛(50)의 전단에 배치될 수 있다. 제2 가이드 판(503)은 가이드 와이어(23)가 관통되어 지지될 수 있도록 관통공이 하나 이상 형성될 수 있다. 제2 가이드 판(503)의 높이는 제2 가이드 판(503)의 관통공이 제1 가이드 판(503)의 관통공과 일렬로 정렬되도록 설계될 수 있다.

회동 유닛(70)은 제2 슬라이드 유닛(501)의 상부에 배치될 수 있다. 회동 유닛(70)은 전동 모터 또는 스텝핑 모터와 같은 주지의 전동 장치에 의해 제공될 수 있다.

F/T 센서(80)는 가이드 와이어(23)의 일단에 접촉되어 가이드 와이어(23)에 인가된 힘과 토크를 검출할 수 있다. F/T 센서(80)는 가이드 와이어(23)가 인체 내에 삽입되어 발생되는 선단의 반작용력을 검출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 와이어(23)를 나타낸다. 본 실시예로, 카테터 삽입 장치는 가이드 와이어(23)의 내부로 광을 조사하는 광원(91), 및 가이드 와이어(23)의 내부에서 반사된 광을 검출하는 디텍터(93)를 더 포함할 수 있다. 광원(91)은 와이어 피딩 유닛(50)에 구비될 수도 있고, 광 프로브를 통해 외부의 광 모듈과 연결될 수도 있다.

가이드 와이어(23)는 코어(231), 클래드(233)의 구조로 제공될 수 있으며 코어(231)의 내부에 격자 센서(235)를 구비할 수 있다. 가이드 와이어(23)는 중심 부분에 적당한 굴절률 분포를 갖도록 해서 광이 전파될 수 있는 구조로 제공될 수 있다.

코어(231)로는 광원(91)으로부터 조사된 광이 도파된다. 코어에 입사된 광은 굴절률이 다른 코어(231)와 클래드(233)의 경계면에서 전반사를 반복하며 도파될 수 있다. 이러한 광섬유의 특성은 침습 수술 환경에서 힘 센서로 사용하기에 바람직하다. 코어(231) 및 클래드(233) 구조의 가이드 와이어(23)는 전자기 간섭(EMI)에 영향을 받지 않고, 무게가 가벼우며, 유연하고, 고온에서도 견딜 수 있으며 MRI 환경에서도 사용이 가능하다. 또한, 코어(231)와 클래드(233) 층은 얇은 두께로 가늘고 길게 제작이 가능하다.

가이드 와이어(23)의 선단에서 반사된 반사광의 세기를 측정할 경우 힘 센서의 기능을 할 수 있다. 다만, 광원에서 빛을 쏜 후, 반사되어 돌아오는 반사광의 세기를 측정하여 플랙서(Flexure)의 스트레인을 측정하는 방법은 광원의 세기가 일정하지 않다거나, 주위의 빛에 영향을 받으면 결과값이 변동되는 단점이 있다. 또한, 반사광의 변화를 주기 위해서는 플렉서의 디자인 매우 복잡해지는 단점이 있다.

본 실시예로, 가이드 와이어(23)에는 반사된 광의 파장으로 변형률을 측정하기 위한 격자 센서(235)가 구비될 수 있다. 격자 센서(235)는 코어(231)의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사시킬 수 있다. 격자 센서(235)는 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서일 수 있다. FBG 센서(235)는 센서로 사용하고자 하는 위치에 코어(231)의 굴절률을 반복적으로 변화시킴으로써, 일종의 파장 필터로 사용될 수 있다.

FBG 센서(235)는 온도 및 스트레인의 변형에 반응하여 변하는 빛의 파장을 반사한다. FBG 센서(235) 홀로그램 방해 또는 위상 마스크를 이용하여 짧은 길이의 감광성 섬유를 빛 강도의 주기적 분배에 노출시켜 구성될 수 있다. 섬유의 굴절률은 빛이 노출되는 강도에 따라 영구적으로 변하게 된다. 굴절률에서 결과적인 주기 변형을 Fiber Bragg Grating(FBG)라고 한다. 광이 FBG 센서에 도달하면, grating의 성질에 따라 특정 파장이 반사된다. FBG 센서가 확장되거나 수축되면 grating의 간격도 변하므로 반사된 광의 파장도 변경된다.

FBG 센서(235)는 빛의 세기가 아니라 파장을 측정하기 때문에, 광원이나 주변 빛의 변화나 출렁거림(Fluctuation)의 영향을 받지 않는 장점이 있다. 또한, 측정 위치를 정할 수 있어, 센싱 위치를 특정할 수 있으며, 모재와 함께 변형할 수 있도록 접착이나 클램핑 등으로 고정만 잘 시키면 되기 때문에 설치가 편리하고, 플렉서의 설계도 단순해질 수 있는 장점이 있다. FBG 센서(235)는 가이드 와이어(23)의 선단, 중단, 후단에 하나 이상 배치될 수 있다.

FBG 센서(235)에 의해서 반사된 광의 파장은 디텍터(93)가 감지할 수 있다. 본 실시예에 따른 카테터 삽입 장치는, 디텍터(93)가 검출한 광의 파장을 이용하여 가이드 와이어(23)에 가해진 변형률을 판단하는 회절 분석부(95)를 더 포함할 수 있다.

가이드 와이어(23)의 내부로 입사된 광이 FBG 센서(235)에 전송되면, 굴절률을 대체하는 각 부분으로부터의 반사는 특정 빛 파장인 브래그(Bragg) 파장에 대해서만 구조적으로 방해가 일어난다. 이는 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.

[수학식 1]

여기서

는 브래그 격자에 반사된 광의 파장을 나타내는 브래그 파장,

는 코어부(231)의 유효 굴절률,

는 격자 센서(235)의 격자 간격(grating 구간)을 의미한다.

즉, 격자 센서(235)가 반사하는 특정 파장(

)은 유효 굴절률과 격자 간격의 함수로 나타낼 수 있으며, 이는 온도나 변형률 등의 외란이 가해지면 값이 변하며 브래그 파장이 달라진다. 회절 분석부(95)는 이를 이용하여 격자 센서(235)에 가해진 변형률의 물리량을 하기의 [수학식 2]를 통해서 계산할 수 있다.

[수학식 2]

여기서,

는 광탄성 상수이고,

과

는 변형률 광학 텐서 성분이며, n은 코어(231)의 굴절률, v는 가이드 와이어(23)의 프와송 비이다.

는 가이드 와이어(23)의 열팽창 계수이고,

는 온도 변화에 따른 가이드 와이어(23)의 굴절률 변화를 나타내는 열광학 계수를 의미한다.

격자 센서(235)의 브래그 격자에 아무런 변화가 없을 때에 비해 변형률이나 온도 변화로 인해 격자 간격이 변하게 되면 브래그 파장이 그에 비례하여 변하게 된다. 따라서, 가이드 와이어(23)의 변형률이나 온도 변화 중 하나의 값을 일정하게 통제할 수있다면, 브래그 파장을 측정함으로써, 가이드 와이어(23)의 변형률이나 온도의 변화를 측정할 수 있다.

회절 분석부(95)는 브래그 격자의 FBG 센서(235)로부터 반사된 광 파장의 변이를 측정하여 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 따라 가이드 와이어(23)의 변형률을 측정할 수 있다. 가이드 와이어(23)의 변형률은 반사 파장의 변이로부터 계산되기 때문에 주위 환경 변화에 따른 신호의 외곡이나 광 손실에 무관하게 측정이 가능하다. 이 경우, 변형과 파장의 변이가 선형적이고, 변형의 절대량 측정이 가능하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 카테터(21)를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 카테터(21)는 제1 클래드층(211), 코어층(213), 제2 클래드층(215), 격자 센서(217)를 포함할 수 있다. 도 5의 실시예와 달리 본 실시예에서는 광원(91) 및 디텍터(93)가 커넥터(304)와 연결될 수 있다. 광원(91)은 카테터(21)의 코어층(213) 내부로 광을 조사할 수 있다.

제1 클래드층(211)은 내부에 중공을 형성하며, 제1 클래드층(211)의 내층관으로 가이드 와이어(23)가 관통된다. 코어층(213)은 제1 클래드층(211)의 외주를 덮도록 피복되어 광원(91)으로부터 조사된 광이 도파된다. 제2 클래드층(215)은 코어층(213)의 외주를 덮도록 피복된다. 격자 센서(217)는 코어층(213)의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사한다.

디텍터(91)는 카테터의 코어층(213)에서 반사된 광을 검출할 수 있다. 회절 분석부(95)는 도 5에서 전술한 바와 같이 디텍터(91)가 검출한 광의 파장을 이용하여 카테터(21)에 가해진 변형률을 판단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치가 카테터(21)를 압입 구동하는 모습을 나타낸다. 도 7의 a 내지 도 7의 b를 참조하면, 카테터 피딩 유닛(30)과 와이어 피딩 유닛(50)의 구동 제어에 따라 카테터(21)가 가이드 와이어(23)를 따라 압입되는 모습을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 카테터 삽입 장치가 가이드 와이어(23)를 압입 구동하는 모습을 나타낸다. 도 8의 a 내지 도 8의 b를 참조하면, 와이어 피딩 유닛(50)이 제2 볼 스크루(305)를 따라 전후 구동되어 카테터(21)는 고정된 상태에서 가이드 와이어(23)가 압입되는 모습을 확인할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 카테터 시스템을 나타낸다. 도 9를 참조하면, 카테터 시스템은 제1C암(111)과 제2C암(112)이 서로 직교하게 마련되어 지면에 대해 수평축을 갖고 회동 가능한 회전암(110); 제1C암(111)의 각 선단에 설치되어 영상 이미지를 얻기 위한 영상촬영부(121)(122); 제2C암(112)의 각 선단에 서로 마주하도록 마련되는 한 쌍의 코일(131)(132)과, 코일(131)(132)에 유도 자기장을 발생시키기 위한 자화전류를 공급하게 되는 전원공급부(133)를 포함하는 자기장생성부; 회전암(110)과 인접 배치되어 전후 이동 및 회전이 가능한 가동베드(140); 자기장생성부에서 생성된 자기장에 의해 조향 구동이 이루어지도록 선단에 자성체(239)가 마련된 가이드 와이어(23)가 구비되는 카테터 삽입 장치를 포함할 수 있다.

회전암(110)은 두 개의 C암(111)(112)이 서로 직교하게 마련되어 일체로 회전 구동이 이루어지며, 지면에 대해 수평축을 갖고 회동이 이루어지도록 베이스부재(101)가 마련될 수 있다. 각각 C암은 일정 곡률의 'C'형상으로써 서로 마주하는 말단부를 갖는다.

회전암(110)은 전동식의 구동부가 마련되어 베이스 부재에 설치됨으로써 외부의 전기적인 구동전원 또는 구동신호에 의해 회전 구동이 이루어질 수 있다.

영상촬영부(121)(122)는 제1C암의 각 선단에 마련되어 영상 이미지를 얻게 되며, 바람직하게는, 영상촬영부(121)(122)는 X선 소스(121)와, X선 소스(121)와 마주하여 마련되는 X선 검출기(122)에 의해 제공될 수 있다.

자기장생성부는 제2C암의 각 선단에 서로 마주하도록 설치되는 한 쌍의 코일(131)(132)과, 코일(131)(132)에 유도 자기장을 발생시키기 위한 자화전류를 공급하게 되는 전원공급부(133)를 포함한다.

한 쌍의 코일(131)(132)은 동일한 원형의 코일로써, 균일한 자기장을 발생시키는 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)에 의해 제공될 수 있다.

가동베드(140)는 시술 대상 환자가 위치하게 되며, 지지구조물(141) 상부에 위치하여 전후 및 종축 방향에 대해 회전 가능하게 마련된다. 한편, 가동베드(140)는 별도의 전동식의 구동부가 마련되어 구동부에 의해 전후 또는 회전이 이루어질 수가 있다.

카테터 삽입 장치는 선단에 자성체(239)가 마련된 가이드 와이어(23)를 포함하며, 가이드 와이어(23)는 한 쌍의 코일(131)(132)에 의해 생성된 자기장에 의해 조향 구동이 이루어질 수 있다. 본 발명에서 자성체(239)는 영구자석을 포함하여 자기장 안에서 자화가 이루어지는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.

카테터 삽입 장치는 도 2 내지 도 8에서 설명한 바와 같다. 도 9의 실시예와 같이 카테터 삽입 장치가 자기장 발생 장치와 연계될 경우, 외부의 자기장으로 가이드 와이어(23)의 3차원 제어가 가능한 이점이 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

10: 베이스 플레이트 101: 베이스 레일
103: 제1 볼 스크루 105: 제1 액추에이터
30: 카테터 피딩 유닛 301: 제1 슬라이드 유닛
302: 제1 가이드 판 303: 가이드 레일
304: 커넥터 305: 제2 볼 스크루
307: 제2 액추에이터 50: 와이어 피딩 유닛
501: 제2 슬라이드 유닛 503: 제2 가이드 판
70: 회동 유닛 80: F/T 센서
21: 카테터 211: 제1 클래드층
213: 코어층 215: 제2 클래드층
217: 격자 센서 23: 가이드 와이어
231: 코어 233: 클래드
235: 격자 센서 91: 광원
93: 디텍터 95: 회절 분석부
110 : 회전암 111 : 제1C암
112 : 제2C암 121 : X선 소스
122 : X선 검출기 131, 132 : 코일
133 : 전원공급부 140 : 가동베드
239: 자성체

Claims

중공형의 카테터;
상기 카테터의 중공으로 삽입된 가이드 와이어;
상기 카테터를 길이 방향으로 전후 구동시키는 카테터 피딩 유닛;
상기 카테터 피딩 유닛 상에 슬라이딩 이동되도록 마련되어 상기 가이드 와이어를 길이 방향으로 전후 구동시키는 와이어 피딩 유닛; 및
상기 와이어 피딩 유닛에 마련되어 상기 가이드 와이어를 회전 구동시키는 회동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드 와이어의 일단에 접촉되어 상기 가이드 와이어에 인가된 힘과 토크를 검출하는 F/T 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 카테터 피딩 유닛은,
전단에 상기 가이드 와이어가 압입되는 관통공이 형성된 제1 가이드 판; 및
상기 카테터의 일단과 연결되고, 상기 관통공을 통과한 가이드 와이어가 상기 카테터의 내부로 삽입될 수 있도록 상기 가이드 판에 배치된 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상면에 길이 방향으로 형성된 베이스 레일, 상기 베이스 레일을 따라 배치된 제1 볼 스크루, 상기 제1 볼 스크루의 단부에 연결되어 상기 제1 볼 스크루를 회동시키는 제1 액추에이터를 구비하는 베이스 플레이트를 더 포함하고,
상기 카테터 피딩 유닛은,
하부에 상기 제1 볼 스크루에 결착되는 제1 슬라이드 유닛을 구비하며, 상기 제1 슬라이드 유닛은 상기 제1 볼 스크루를 따라 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 카테터 피딩 유닛은,
상면에 길이 방향으로 형성된 가이드 레일;
상기 가이드 레일을 따라 배치된 제2 볼 스크루; 및
상기 제2 볼 스크루의 단부에 연결되어 상기 제2 볼 스크루를 회동시키는 제2 액추에이터를 구비하고,
상기 와이어 피딩 유닛은,
하부에 상기 제2 볼 스크루에 결착되는 제2 슬라이드 유닛을 구비하며, 상기 제2 슬라이드 유닛은 상기 제2 볼 스크루를 따라 직선 왕복 운동하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 회동 유닛은,
상기 제2 슬라이드 유닛의 상부에 배치된 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 와이어 피딩 유닛은,
전단에 상기 가이드 와이어가 관통되어 지지되는 제2 가이드 판을 구비하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가이드 와이어의 내부로 광을 조사하는 광원을 더 포함하고,
상기 가이드 와이어는,
외부의 광원으로부터 조사된 광이 도파되는 코어(core);
상기 코어의 외주를 덮도록 피복된 클래드(clad); 및
상기 코어의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사하는 격자 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 카테터 삽입 장치.
서로 직교하게 마련된 "C" 형상의 암(arm)의 각 선단에 서로 마주하도록 마련되는 한 쌍의 코일과, 상기 코일에 유도 자기장을 발생시키기 위한 자화전류를 공급하게 되는 전원공급부를 구비하는 자기장 생성부;
상기 자기장 생성부에서 생성된 자기장에 의해 조향 구동이 이루어지도록 선단에 자성체가 마련되고, 특정 파장의 광을 반사하는 격자 센서가 내부에 마련된 가이드 와이어; 및
상기 가이드 와이어를 길이 방향으로 전후 구동시키는 와이어 피딩 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 가이드 와이어는,
외부의 광원으로부터 조사된 광이 도파되는 코어(core); 및
상기 코어의 외주를 덮도록 피복된 클래드(clad)를 구비하고,
상기 격자 센서는 상기 코어의 내부에 마련되어 특정 파장의 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 카테터 시스템.