KR20170132101A - 혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치는, 혈관중재시술 슬래이브 디바이스에 포함된 인체 삽입체의 회전운동을 제어하는 회전운동 액츄에이터, 상기 인체 삽입체의 병진운동을 제어하는 병진운동 액츄에이터, 시술자의 조작에 따라 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 핸들 어셈블리 및 상기 핸들 어셈블리에 의해 구동된 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터의 조작에 따라 상기 인체 삽입체를 구동시키는 구동제어신호를 발생시키고, 상기 구동제어신호에 의해 원격 제어된 상기 인체 삽입체의 반력에 따라 발생된 햅틱제어신호를 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터에 적용하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법{Master Device for Vascular Intervention and the Operating Method Thereof}
본 발명은 혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 가이드 와이어와 삽입도관의 삽입 및 회전을 원격 제어하되, 실제 시술 동작을 모사하여 시술자에게 익숙한 인터페이스를 제공하는 혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법에 관련된 것이다.
혈관중재시술이란 혈관질환이나 암에 대한 치료를 목적으로 하는 최소침습시술로, 주로 X-선 투시 촬영 하에 경피적으로 직경이 수 mm 이하인 가는 삽입도관(카테터)을 혈관을 통해 병소 부위까지 삽입하여 목표 장기에 도달시켜 치료한다. 현재 우리 나라를 비롯한 세계에서 시행되고 있는 혈관 중재시술의 대표적 치료는 간암의 경동맥 화학색전술(Trans-arterial chemoembolization: TACE), 경피적 혈관 성형술, 대동맥 질환에서 인조혈관 스텐트설치술 등이 있다.
도 1을 참조하면, 혈관중재시술의 경우, 삽입도관(20)을 인체 내로 삽입한 상태에서, 상기 삽입도관(20) 내로 가이드 와이어(30)를 삽입시키게 된다. 가이드 와이어(30)가 목표 장기에 도달한 상태에서 치료에 필요한 각 종 동작이 수행될 수 있다. 이를 위하여, 상기 삽입도관(20)과 상기 가이드 와이어(30)는 회전 및 병진운동을 원활히 수행할 수 있어야 한다.
그러나 마스터 장치를 통하여 혈관중재시술 슬레이브 장치의 삽입도관과 가이드 와이어를 원격 조작하는 경우에 있어서, 마스터 장치의 원격 시술 동작과 슬레이브 장치의 실제 시술 동작 간에 차이가 발생하기 때문에 시술의 어려움이 발생하게 된다. 또한 햅틱 기능이 구현되어있지 않은 마스터 장치를 사용할 경우 시술자의 촉각에 크게 의지하는 혈관중재시술에서 혈관의 막힘 등을 알 수 없어 위험을 초래할 가능성이 있다.
이에 본 발명자들은, 실제 시술방식과 유사한 방식으로 조작 가능한 원격 제어 마스터 장치를 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 슬레이브 장치의 조작 환경을 시술자가 느낄 수 있도록 햅틱 피드백을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 시술자의 원격 제어 조작에 따른 불편함을 최소하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 정확한 제어신호를 슬레이브 장치로 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치는 혈관중재시술 슬래이브 디바이스에 포함된 인체 삽입체의 회전운동을 제어하는 회전운동 액츄에이터, 상기 인체 삽입체의 병진운동을 제어하는 병진운동 액츄에이터, 시술자의 조작에 따라 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 핸들 어셈블리 및 상기 핸들 어셈블리에 의해 구동된 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터의 조작에 따라 상기 인체 삽입체를 구동시키는 구동제어신호를 발생시키고, 상기 구동제어신호에 의해 원격 제어된 상기 인체 삽입체의 반력에 따라 발생된 햅틱제어신호를 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터에 적용하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인체 삽입체는 길이 방향으로 중공이 마련된 삽입도관 및 상기 삽입도관의 중공을 통하여 이동하는 가이드 와이어를 포함하되, 상기 제어부는 상기 삽입도관을 원격 구동시키는 삽입도관 구동모드와 및 상기 가이드 와이어를 원격 구동시키는 가이드 와이어 구동모드로 구동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 핸들 어셈블리는 시술자로부터 직접적으로 조작받는 핸들부를 포함하며, 상기 회전운동 액츄에이터는 상기 핸들부의 일 측에 마련되고, 상기 병진운동 액츄에이터는 상기 핸들부의 타 측에 마련될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 핸들 어셈블리는 상기 핸들부로부터 상기 회전운동 어셈블리로 회전운동을 전달하는 회전운동 전달부와 상기 핸들부로부터 상기 병진운동 어셈블리로 가용 스트로크 범위 내에서 병진운동을 전달하는 병진운동 전달부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 핸들 어셈블리의 핸들부는 압력 센서를 더 포함하며, 상기 구동제어신호는, 상기 압력 센서로부터 상기 가용 스트로크 범위 밖으로의 상기 병진운동 발생에 따른 전기 신호를 반영할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전기 신호는 상기 가용 스트로크 경계에서 발생할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 가용 스트로크 범위 내에서 상기 압력 센서로부터 신호가 발생하는 경우, 상기 핸들 어셈블리의 조작 방향으로 상기 병진운동 액츄에이터를 구동시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부가 발생시키는 구동제어신호는 상기 시술자가 상기 핸들 어셈블리를 조작시키는 정도보다 상기 인체 삽입체의 원격 제어 정도를 증폭시키는 관성제어신호를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 인체 삽입체 제어모드와 상기 인체 삽입체 비-제어모드로 구동하며, 상기 인체 삽입체 제어모드인 경우, 상기 구동제어신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치 동작방법은, 시술자가 핸들 어셈블리를 조작함에 따라 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 단계, 상기 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터의 구동에 따라 혈관중재시술 슬래이브 디바이스에 포함된 인체 삽입체가 원격 구동되는 단계 및 상기 원격 구동되는 인체삽입체의 반력에 따라 상기 핸들 어셈블리에 햅틱 반력이 제공되는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 원격 구동되는 단계에 있어서, 상기 핸들 어셈블리의 가용 스트로크 경계에서 압력 신호가 발생하는 경우, 상기 인체 삽입체를 원격 병진운동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치는 슬레이브 장치의 인체 삽입체를 원격으로 병진/회전시킬 수 있되, 원격 제어에 따른 햅틱반력을 시술자에게 제공함으로써, 실제 시술 환경과 유사한 환경을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치는 제한된 가용 스트로크 범위 내에서도 시술자의 제어 의도를 파악할 수 있으므로, 제어의 편의성 및 정확성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치는 인체 삽입체 제어모드 / 비-제어모드와 삽입도관 제어모드 / 가이드 와이어 제어모드를 시술자가 선택할 수 있으므로 원격 제어의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 혈관중재시술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치 및 슬레이브 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치의 측면도 및 측면 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전운동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병진운동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치의 관성보상제어를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구조의 형상 및 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치 및 슬레이브 장치의 블록도를 도시하고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치의 측면도 및 측면 사시도를 도시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전운동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 병진운동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치의 관성보상제어를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치(100)는 원격으로 혈관중재시술 로봇 즉, 슬레이브 장치(10)을 제어하기 위한 원격 제어 장치를 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 시술자가 혈관중재시술 마스터 장치(100)의 핸들 어셈블리를 회전/병진운동 시킴으로써, 혈관중재시술 슬레이브 장치(10)의 삽입도관(20) 및/또는 가이드 와이어(30)를 회전/병진운동 시킬 수 있다. 이로써, 방사선 피폭이 큰 프로시저에 대해 원격 제어를 구현함으로써, 시술자의 방사선 피폭을 줄일 수 있다. 참고로 본 명세서, 상기 삽입도관(20)과 상기 가이드 와이어(30)는 인체 삽입체로 호칭될 수 있다. 이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 각 구성을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치(100)는 핸들 어셈블리(110), 액츄에이터(130) 및 제어부(170)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 핸들 어세블리(110)는 시술자에 의하여 병진/회전 조작됨으로써, 슬레이브 장치의 삽입도관(20) 및/또는 가이드 와이어(30)가 원격 제어되도록 할 수 있다. 이를 위하여, 상기 핸들 어세블리(110)는 핸들부(112), 압력 센서(114a, 114b), 핸들 어셈블리 하우징(116), 회전운동 전달부(120), 병진운동 전달부(125), 보조 레일(128) 중 적어도 하나의 구성을 포함할 수 있다.
상기 하우징(116)은 상기 핸들 어셈블리(110)의 각 구성이 안착되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 하우징(116)의 내측에는 상기 핸들부(112)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 하우징(116)을 관통하여 상기 회전운동 전달부(120)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 하우징(116)의 측면에는 상기 병진운동 전달부(125)가 마련될 수 있다. 나아가, 상기 보조 레일(128)은 상기 하우증(116)의 측면을 관통하여 마련될 수 있다.
상기 하우징(116)은 상기 핸들 어셈블리(110)가 병진운동할 수 있는 가용 스트로크(Stroke Range)를 정의할 수 있다. 구체적으로 상기 하우징(116)의 측 일면과 상기 회전운동 액츄에이터(132)의 측면이 닿는 지점과 상기 하우징(116)의 측 타면과 상기 병진운동 액츄에이터(150)의 측면이 닿는 지점 사이가 가용 스트로크로 정의될 수 있다. 다시 말해, 시술자가 핸들부(112)를 조작하여 상기 핸들 어셈블리를 병진운동 시킬 수 있는 물리적 경로는 가용 스트로크에 의하여 정의될 수 있다.
상기 핸들부(112)는 시술자가 직접적으로 조작하여 회전/병진시키는 구성에 해당한다. 상기 핸들부(112)는 소정의 길이를 가지고 상기 하우징(116)의 중심부에 마련될 수 있다. 다시 말해, 상기 핸들부(112)는 상기 핸들부(112)의 가용 스트로크 의 중심부에 마련될 수 있다. 또한, 상기 핸들부(112)는 상기 회전운동 전달부(120)의 외주면에 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 핸들부(112)는 상기 회전운동 전달부(120)와 동축(co-axial)을 이루되, 더 큰 외경을 가짐으로써, 조작 편의성을 제공할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 핸들부(112)는 상기 회전운동 전달부(120) 자체가 될 수 있다. 상기 핸들부(112)가 회전(R)하는 경우, 상기 회전운동 전달부(120)가 상기 핸들부(112)와 일체를 이루어 함께 회전함은 물론이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 핸들부(112)가 상기 회전운동 전달부(120)의 외주면에 마련된 경우를 상정하기로 한다.
상기 회전운동 전달부(120)는 상기 핸들부(112)에 가해진 회전운동(R)을 상기 회전운동 액츄에이터(132)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 회전운동 전달부(120)의 일 단은 상기 회전운동 액츄에이터(132)와 물리적으로 결합할 수 있다.
상기 병진운동 전달부(125)는 상기 핸들부(112)에 가해진 병진운동(L)을 상기 병진운동 액츄에이터(150)로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 병진운동 전달부(125)의 일 단은 상기 병진운동 액츄에이터(150)와 믈리적으로 결합할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 핸들부(112)의 스트로크를 기준으로 상기 회전운동 액츄에이터(132)는 상기 핸들부(112)의 일 단에 마련되고, 상기 병진운동 액츄에이터(150)는 상기 핸들부(112)의 타 단에 마련될 수 있다. 즉, 상기 회전운동 액츄에이터(132)와 상기 병진운동 액츄에이터(150)가 이원적인 공간에 마련됨으로써, 공간적 설계 편의성이 향상되고, 소형화가 가능하다는 효과가 제공될 수 있다.
또한 일 실시 예에 따르면, 상기 핸들부(112)의 양 단과 상기 하우징(116)의 측면 사이에는 압력 센서(114a, 114b)가 각각 마련될 수 있다. 상기 핸들부(112)가 가용 스트로크 경계 예를 들어, 상기 하우징(116)의 측 일면과 상기 회전운동 액츄에이터(132)가 닿은 지점까지 이동한 경우에도, 지속적으로 회전운동 액츄에이터(132) 방향으로 시술자의 힘이 가해지는 경우, 상기 압력센서(114a)는 전기 신호를 생성할 수 있다. 이 때 생성되는 전기 신호에 의하여 인체 삽입체를 병진운동시키는 구동제어신호가 생성될 수 있는 것이다. 다른 예를 들어, 상기 핸들부(112)가 가용 스트로크 경계 예를 들어, 상기 하우징(116)의 측 타면과 상기 병진운동 액츄에이터(150)가 닿은 지점까지 이동한 경우에도, 지속적으로 병진운동 액츄에이터(150) 방향으로 시술자의 힘이 가해지는 경우, 상기 압력센서(114b)는 전기 신호를 생성할 수 있다. 이 때 생성되는 전기 신호에 의하여 인체 삽입체를 병진운동시키는 구동제어신호가 생성될 수 있는 것이다. 즉 압력센서(114a, 114b)는 제한된 가용 스트로크에 의하여 병진운동 액츄에이터(150)만으로는 인체 삽입체를 병진시키는 구동제어신호를 생성할 수 없는 경우에도, 인체 삽입체를 병진시킬 수 있으므로, 원격 제어의 편의성이 향상될 수 있다. 다시 말해, 압력센서(114a, 114)는 병진운동 액츄에이터(150)와 상호 보완적으로 인체 삽입체를 원격 제어할 수 있는 것이다.
상기 보조 레일(128)은 상기 회전운동 전달부(120) 및 상기 병진운동 전달부(125)와 다른 축 상에 마련될 수 있다. 이로써, 상기 보조 레일(128)은 상기 핸들부(112)에 회전운동 또는 병진운동이 가해지는 경우에도 상기 핸들 어셈블리(110)가 안정적으로 이동되게 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 회전운동 액츄에이터(132)는 회전운동 액츄에이터 하우징(133), 제1 회전 기어(134), 제2 회전 기어(136), 회전 제어 모터(138)를 포함하여 이루어질 수 있다.
시술자가 상기 핸들부(110)를 회전시킨 힘은 상기 회전운동 전달부(120)를 통하여 상기 제1 회전 기어(134)로 전달될 수 있다. 상기 제1 회전 기어(134)와 90도 꺾인 제2 회전 기어(136)는 상기 제1 회전 기어(134)로부터의 회전력을 전달받아 상기 회전 제어 모터(138)로 전달할 수 있다. 상기 회전 제어 모터(138)로 인가된 회전력은 상기 인체 삽입체를 회전시키는 회전 구동제어신호 생성에 활용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 병진운동 액츄에이터(150)는, 랙 앤 피니언 구조를 가질 수 있으며, 병진운동 액츄에이터 하우징(150), 제1 병진 기어(152), 제2 병진 기어(154), 병진 제어 모터(156)를 포함하여 이루어질 수 있다.
시술자가 상기 핸들부(110)를 병진시킨 힘은 상기 병진운동 전달부(125)를 통하여 상기 제1 병진 기어(152)로 전달 수 있다. 상기 제2 병진 기어(154)는 상기 제1 병진 기어(152)로부터의 회전력을 전달받아 상기 병진 제어 모터(156)로 전달할 수 있다. 상기 병진 제어 모터(156)로 인가된 회전력은 상기 인체 삽입체를 병진시키는 병진 구동제어신호 생성에 활용될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 제어부(170)의 구동제어신호 발생부(174)는 상기 핸들 어셈블리(110) 및 상기 액츄에이터(130)의 조작에 따라 상기 인체 삽입체를 제어하기 위한 구동제어신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 핸들부(112)를 시술자가 병진/회전 조작하는 경우, 병진운동은 상기 병진 제어 모터(156)로 제공되고, 회전운동은 상기 회전 제어 모터(138)로 전달될 수 있다. 상기 제어부(170)는 상기 병진 제어 모터(156) 및 상기 회전 제어 모터(138)의 회전량을 기반으로 상기 인체 삽입체를 제어하는 구동제어신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 슬레이브 장치를 원격 제어할 수 있는 것이다.
또한, 구동제어신호는 상기 압력 센서(114a, 114b)로부터 상기 가용 스트로크 범위 밖으로의 병진운동 발생에 따른 전기 신호를 반영할 수 있다. 즉, 핸들 어셈블리(110)가 가용 스트로크의 경계인 회전운동 액츄에이터(132)의 측면 또는 병진운동 액츄에이터(150)의 측면에 도달한 경우에도 시술자가 상기 핸들부(112)를 미는 힘이 발생하는 경우, 인체 삽입체를 시술자의 의도데로 병진시키는 구동제어신호가 생성될 수 있는 것이다. 따라서, 제한된 가용 스트로크 범위 내에서도 시술자가 원하는 원격 병진 제어가 가능하다는 효과가 있다. 특히 인체 삽입체가 인체 내로 삽입되어야 하는 길이가 가용 스트로크 보다 현저히 긴 경우, 조작 편의성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 상기 압력 센서(114a, 114b)는 가용 스트로크 범위 내에서의 원격 제어 편의성을 향상시키는 데 활용될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제어부는, 상기 가용 스트로크 범위 내에서 상기 압력 센서(114a, 114b)로부터 신호가 발생하는 경우, 상기 핸들 어셈블리(110)의 조작 방향으로 상기 병진운동 액츄에이터(150)를 구동시킬 수 있다. 보다 구체적으로 시술자가 회전운동 액츄에이터(132) 방향으로 상기 핸들부(112)를 가용 스트로크 범위 내에서 이동시키는 경우, 상기 압력 센서(114a)에서 압력 신호가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 병진운동 액츄에이터(150)를 제어하여, 상기 핸들부(112)가 상기 회전운동 액츄에이터(132) 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이와 달리, 시술자가 병진운동 액츄에이터(150) 방향으로 상기 핸들부(112)를 가용 스트로크 범위 내에서 이동시키는 경우, 상기 압력 센서(114b)에서 압력 신호가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 제어부는 상기 병진운동 액츄에이터(150)를 제어하여, 상기 핸들부(112)가 상기 병진운동 액츄에이터(150) 방향으로 이동하도록 할 수 있다. 이와 같이, 가용 스트로크 범위 내에서 압력 센서 신호 발생에 따라 핸들부를 시술자의 의도에 부합하게 이동시킴으로써, 제어의 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제어부(170)는 상기 인체 삽입체를 보다 적은 힘으로 원격 제어할 수 있도록 관성 보상 제어를 수행할 수 있다. 상기 제어부(170)는 시술자가 인가한 병진/회전력 보다 큰 힘으로 인체 삽입체를 제어하도록 관성 보상 제어를 수행할 수 있는 것이다. 다시 말해, 관성 보상 제어에 의하여 시술자가 상기 핸들 어셈블리(110)를 조작시키는 정도보다 인체 삽입체의 원격 구동 정도가 증폭될 수 있다.
도 7을 참조하면, 관성 보상 제어 적용 전/후의 센서 데이터를 비교해 볼 때, 센서값이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 센서값이 큰 것은 사용자가 힘을 많이 준다는 것을 의미하고, 작은 것은 힘을 적게 준다는 것을 의미하는데, 관성 보상 제어 적용하여 기어 등 기구적인 마찰을 감소시켜 작은 힘으로 마스터장치를 조작할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기계적인 관성력을 보상하는 제어를 통해 사용자가 느낄 수 있는 무게감을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(170)의 햅틱제어신호 발생부(176)는 상기 원격 제어되는 인체 삽입체의 반력을 기초로 햅틱제어신호를 생성할 수 있다. 상기 제어부(170)에서 생성된 구동제어신호에 의하여 상기 인체 삽입체가 원격 제어되는 경우에 있어서, 인체 삽입체가 인체 내를 이동함에 따라 반력이 발생할 수 있다. 이 경우, 슬레이브 장치의 인체 삽입체를 구동시키는 모터에 반력이 발생하게 되는데, 모터 반력에 기반하여 상기 제어부(180)는 햅틱제어신호를 생성할 수 있다. 상기 제어부(180)가 생성한 햅틱제어신호는 상기 회전 제어 모터(138) 및 상기 병진 제어 모터(156)를 반력의 방향에 따라 회전시킬 수 있다. 이로써, 시술자는 원격 제어임에도 실제 시술하는 환경을 제공받을 수 있다.
또한 상기 제어부(170)의 구동모드 선택부(172)는 인체 삽입체인 삽입도관(20)과 가이드 와이어(30) 중 선택된 인체 삽입체가 제어되도록 할 수 있다. 즉, 상기 구동모드 선택부(172)에 의하여 구동제어신호에 의하여 원격 제어되는 인체 삽입체가 삽입도관(20)인지 가이드 와이어(30)인지 선택될 수 있다. 이를 위하여, 상기 구동모드 선택부(172)는 시술자의 발로 조작하는 패드(pad)로 구성될 수 있다.
나아가, 상기 제어부(170)는 관성 보상 제어의 정도를 인체 삽입체의 종류에 따라 달리할 수 있다. 예를 들어, 인체 조직과 직접적으로 접촉하는 삽입도관이 원격 제어되는 경우에는 삽입도관 내측으로 이동하는 가이드 와이어가 원격 제어되는 경우보다 관성 보상 제어량을 적게 할 수 있다. 이로써, 시술자가 안정적으로 시술을 할 수 있다.
또한 상기 제어부(170)는 인체 삽입체 제어모드와 인체 삽입체 비-제어모드로 구동할 수 있다. 인체 삽입체 제어모드인 경우, 구동제어신호에 의하여 인체 삽입체가 제어될 수 있고, 이와 달리, 인체 삽입체 비-제어모드인 경우, 구동제어신호가 발생하지 않도록 제어될 수 있다. 인체 삽입체 비-제어모드의 경우, 시술자가 핸들부(112)를 원하는 위치에 제 위치시키는 데 활용될 수 있다. 이를 위하여, 시술자가 발로 인체 삽입체 제어모드와 인체 삽입체 비-제어모드를 선택할 수 있는 패드가 제공될 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 마스터 장치의 동작방법이 설명된다. 일 실시 예에 따른 동작방법은, 시술자가 핸들 어셈블리를 조작함에 따라 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 단계, 상기 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터의 구동에 따라 혈관중재시술 슬래이브 디바이스를 포함하는 인체 삽입체가 원격 구동되는 단계, 및 상기 원격 구동되는 인체삽입체의 반력에 따라 상기 핸들 어셈블리에 햅틱 반력이 제공되는 단계를 포함할 수 있다.
나아가, 원격 구동되는 단계에 있어서, 상기 핸들 어셈블리의 가용 스트로크 경계에서 압력 신호가 발생하는 경우, 상기 인체 삽입체가 원격 병진될 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 시술자는 삽입도관 구동모드와 가이드 와이어 도관모드를 선택할 수 있고, 인체 삽입체 제어모드와 인체 삽입체 비-제어모드를 선택할 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법에 따르면, 마스터 장치에서 슬레이브 장치의 인체 삽입체를 원격 제어하는 것은 물론이며, 원격 제어되는 인체 삽입체가 받는 반력에 기반하여 햅틱모션이 시술자에게 제공되므로 실제 시술방식과 유사한 경험이 제공될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술 마스터 장치 및 그 동작방법은 원격 혈관중재시술이 필요한 환경 예를 들어, 심혈관, 간, 뇌혈관 등 혈관질환 치료 시 삽입도관과 가이드 와이어를 원격으로 제어하는 로봇시스템에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
20: 삽입도관
30: 가이드 와이어
100: 혈관중재시술 마스터 장치
110: 핸들 어셈블리
112: 핸들부
114a, 114b: 압력 센서
120: 회전운동 전달부
125: 병진운동 전달부
132: 회전운동 액츄에이터
150: 병진운동 액츄에이터
170: 제어부
172: 구동모드 선택부
174: 구동제어신호 발생부
176: 햅틱제어신호 발생부

Claims (11)

  1. 혈관중재시술 슬래이브 디바이스에 포함된 인체 삽입체의 회전운동을 제어하는 회전운동 액츄에이터;
    상기 인체 삽입체의 병진운동을 제어하는 병진운동 액츄에이터;
    시술자의 조작에 따라 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 핸들 어셈블리; 및
    상기 핸들 어셈블리에 의해 구동된 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터의 조작에 따라 상기 인체 삽입체를 구동시키는 구동제어신호를 발생시키고, 상기 구동제어신호에 의해 원격 제어된 상기 인체 삽입체의 반력에 따라 발생된 햅틱제어신호를 상기 회전운동 액츄에이터 및 상기 병진운동 액츄에이터에 적용하는 제어부를 포함하는 혈관중재시술 마스터 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 인체 삽입체는 길이 방향으로 중공이 마련된 삽입도관 및 상기 삽입도관의 중공을 통하여 이동하는 가이드 와이어를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 삽입도관을 원격 구동시키는 삽입도관 구동모드와 및 상기 가이드 와이어를 원격 구동시키는 가이드 와이어 구동모드로 구동하는, 혈관중재시술 마스터 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 핸들 어셈블리는 시술자로부터 직접적으로 조작받는 핸들부를 포함하며,
    상기 회전운동 액츄에이터는 상기 핸들부의 일 측에 마련되고, 상기 병진운동 액츄에이터는 상기 핸들부의 타 측에 마련되는 혈관중재시술 마스터 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 핸들 어셈블리는 상기 핸들부로부터 상기 회전운동 어셈블리로 회전운동을 전달하는 회전운동 전달부와 상기 핸들부로부터 상기 병진운동 어셈블리로 가용 스트로크 범위 내에서 병진운동을 전달하는 병진운동 전달부를 더 포함하는 혈관중재시술 마스터 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 핸들 어셈블리의 핸들부는 압력 센서를 더 포함하며,
    상기 구동제어신호는, 상기 압력 센서로부터 상기 가용 스트로크 범위 밖으로의 상기 병진운동 발생에 따른 전기 신호를 반영하는 혈관중재시술 마스터 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전기 신호는 상기 가용 스트로크 경계에서 발생하는, 혈관중재시술 마스터 장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가용 스트로크 범위 내에서 상기 압력 센서로부터 신호가 발생하는 경우, 상기 핸들 어셈블리의 조작 방향으로 상기 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 마스터 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부가 발생시키는 구동제어신호는 상기 시술자가 상기 핸들 어셈블리를 조작시키는 정도보다 상기 인체 삽입체의 원격 제어 정도를 증폭시키는 관성제어신호를 포함하는 혈관중재시술 마스터 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 인체 삽입체 제어모드와 상기 인체 삽입체 비-제어모드로 구동하며, 상기 인체 삽입체 제어모드인 경우, 상기 구동제어신호를 발생시키는 혈관중재시술 마스터 장치.
  10. 시술자가 핸들 어셈블리를 조작함에 따라 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터를 구동시키는 단계;
    상기 회전운동 액츄에이터 또는 병진운동 액츄에이터의 구동에 따라 혈관중재시술 슬래이브 디바이스에 포함된 인체 삽입체가 원격 구동되는 단계; 및
    상기 원격 구동되는 인체삽입체의 반력에 따라 상기 핸들 어셈블리에 햅틱 반력이 제공되는 단계를 포함하는 혈관중재시술 마스터 장치의 동작방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 원격 구동되는 단계에 있어서, 상기 핸들 어셈블리의 가용 스트로크 경계에서 압력 신호가 발생하는 경우, 상기 인체 삽입체를 원격 병진운동시키는, 혈관중재시술 마스터 장치의 동작방법.
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