KR20180125844A - 가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템 - Google Patents

가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템 Download PDF

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Abstract

가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템이 개시된다. 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어를 구비하고, 가요성 연성부에 삽입되는 프로브, 및 상기 프로브의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 회전정보 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템{APPARATUS FOR ESTIMATING SHAPE OF FLEXIBLE PORTION AND ENDOSCOPE SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것으로서, 특히 내시경과 같이 선형으로 이루어진 가요성 연성부가 피검체의 내부를 진행함에 따라 발생하는 가요성 연성부의 형상 변화를 추정할 수 있는 가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 내시경과 같이 선형으로 이루어진 가요성 연성부(flexible portion)가 앞쪽으로 진행할 때, 가요성 연성부의 진행 방향에 저항이 발생하여 가요성 연성부가 구부러지거나 비틀리는 현상이 종종 발생한다. 예를 들어 인체 내부 장기의 질병의 진단을 목적으로 대장 내시경(colonoscopy)을 시행하는 경우, 대장이 복강 내(abdominal cavity)의 특정한 부위에 고정되어 있는 것이 아니고 복강 내에서 자유롭게 움직이며 그 길이도 길기 때문에, 대장내시경을 대장의 내강을 통해 진입시킬 때 내시경의 선단을 보고 진행시킨다 해도 대장 및 주변 조직의 저항 때문에 대장내시경이 구부러지고 비틀리는 현상이 발생할 수 있다.
이렇게 대장내시경이 구부러지고 비틀린 상태에서는 내시경을 앞쪽으로 진행시키는 것이 불가능하므로, 대장내시경은 항상 구부러지거나 비틀리지 않은 상태를 유지해야 한다. 대장내시경 시술자는 대장내시경이 어떤 변형 상태에 있는지를 알아야만 내시경이 구부러지거나 비틀리지 않은 상태로 유지할 수 있다. 즉, 내시경이 시계 방향으로 비틀려져 있는지 아니면 반시계 방향으로 비틀려져 있는지, 한 곳이 아니라 여러 곳에서 비틀려져 있는지 등의 정보를 대장내시경 시술자가 알아야만 내시경을 곧게 펴는 조작을 수월하게 할 수 있다.
종래에는 내시경과 같은 가요성 연성부의 형상 변화를 알아내기 위하여 방사선을 이용한 형광 투시법(fluoroscopy)이나 방사선 촬영(radiography)과 같이 방사선(radiation)을 이용하는 방법이 주로 사용되고 있었다. 그러나 이러한 종래의 방법은 대장내시경을 받고 있는 환자나 시술자 모두가 반복적으로 다량의 방사선(radiation)에 노출될 수밖에 없고 장비의 비용 또한 적지 않은 문제점이 있었다. 이 때문에 현실적으로 이러한 장비를 사용하는 경우는 소수에 불과하였고, 단지 시술자의 오랜 경험과 반복적인 시행착오를 통하여 위와 같은 문제를 극복할 수밖에 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내시경과 같이 선형으로 이루어진 가요성 연성부가 피검체의 내부를 진행함에 따라 발생하는 가요성 연성부의 형상 변화를 추정할 수 있는 가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어를 구비하고, 가요성 연성부에 삽입되는 프로브, 및 상기 프로브의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 회전정보 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로브는, 튜브 형태로 형성되고 내부에 와이어 통로를 포함하는 튜브 외피부를 더 포함하고, 상기 토크 전송 와이어는 상기 튜브 외피부 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로에 배치되고, 상기 토크 전송 와이어의 일 영역은 상기 튜브 외피부 내측면에 결합되어 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 토크 전송 와이어는 상기 튜브 외피부의 선단을 향해 삽입되어 상기 튜브 외피부의 선단 주변에서 상기 튜브 외피부와 결합되어 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 튜브 외피부의 내측면과 상기 토크 전송 와이어 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 와이어 통로에 윤활제가 수용될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 회전정보 측정부는, 상기 토크 전송 와이어의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서, 및 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 프로브는, 상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되는 금속봉을 더 포함하고, 상기 회전정보 측정부는, 상기 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 내시경 처치기구 삽입부 주변에 배치되고, 상기 프로브가 상기 내시경 처치기구 삽입부를 통과하여 상기 가요성 연성부에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 측정하는 프로브 삽입길이 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 프로브 삽입길이 측정부로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 상기 프로브가 내시경 처치기구 삽입부를 통과하여 상기 가요성 연성부에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 사용자로부터 입력받는 프로브 삽입길이 입력부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 프로브 삽입길이 입력부는, 페달 형태로 형성되며 상기 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 프로브 삽입길이를 입력할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 프로브 삽입길이 입력부로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템은, 외력에 의해 만곡 가능하며 내부에 와이어 통로를 포함하는 가요성 연성부, 상기 가요성 연성부 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로에 배치되고, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어, 및 상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되어 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 회전정보 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 토크 전송 와이어의 일 영역은 상기 가요성 연성부 내측면에 결합되어 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 토크 전송 와이어는 상기 가요성 연성부의 선단을 향해 삽입되어 상기 가요성 연성부의 선단 주변에서 상기 가요성 연성부와 결합되어 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가요성 연성부의 내측면과 상기 토크 전송 와이어 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 와이어 통로에 윤활제가 수용될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 회전정보 측정부는, 상기 토크 전송 와이어의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서, 및 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되는 금속봉을 더 포함하고, 상기 회전정보 측정부는, 상기 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 시스템은, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 시스템은, 상기 가요성 연성부를 포함하는 내시경 삽입부가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 측정하는 내시경 삽입길이 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 시스템은, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 측정부로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 시스템은, 상기 가요성 연성부를 포함하는 내시경 삽입부가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 사용자로부터 입력받는 내시경 삽입길이 입력부를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 삽입길이 입력부는, 페달 형태로 형성되며 상기 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 내시경 삽입길이를 입력할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 내시경 시스템은, 상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 입력부로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부, 및 상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치 및 이를 포함하는 내시경 시스템은, 내시경과 같이 선형으로 이루어진 가요성 연성부가 피검체의 내부를 진행함에 따라 발생하는 가요성 연성부의 형상 변화를 방사선을 사용하지 않고도 추정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치가 적용되는 내시경 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 나타내는 블록다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 사용상태도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브가 가요성 연성부에 삽입된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브가 삽입된 가요성 연성부가 휘어진 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 나타내는 블록다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 사용상태도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템을 나타내는 블록다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템의 가요성 연성부를 나타내는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템의 가요성 연성부가 휘어진 상태를 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부의 형상 변화 추정 원리를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치가 적용되는 내시경 장치를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 상기 내시경 장치는 내시경 삽입부(70), 내시경 조작부(80) 및 유니버설 코드(90)를 구비할 수 있다.
내시경 삽입부(70)는 내시경 조작부(80)의 일 영역에 결합될 수 있고 피검체 내에 삽입될 수 있다. 내시경 삽입부(70)는 만곡이 자유로운 만곡부(71, bendible part) 및 외력에 따라 쉽게 휠 수 있고 원형으로 회복될 수 있는 가요성(flexibility)을 갖는 가요성 연성부(73)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았으나 만곡부(71)의 일단에는 관찰창이나 조명창, 처치구 삽통 채널 개구부, 송기 송수 노즐 등이 배치될 수 있다.
내시경 조작부(80)는 내시경 삽입부(70)와 유니버설 코드(90) 사이에 형성될 수 있다. 시술자는 내시경 조작부(80)를 쥐고 내시경 장치를 조작할 수 있다. 내시경 조작부(80)는 만곡 조작 레버(81) 및 조작 스위치부(83)를 포함할 수 있으며, 측면에 내시경 처치기구 삽입부(85)를 더 포함할 수 있다.
만곡 조작 레버(81)는 내시경 삽입부(70)에 형성되는 만곡부(71)의 만곡 동작을 제어할 수 있다. 시술자는 만곡 조작 레버(81)를 조작하여 만곡부(71)가 특정 방향으로 휘거나 펴지는 동작 등을 수행할 수 있다. 조작 스위치부(83)는 복수 개의 스위치를 포함할 수 있다. 각각의 스위치는 내시경 화상의 프리즈 및 릴리스를 제어하거나, 내시경 삽입부(70)를 통해 송기(送氣), 송수(送水) 및 흡입(suction) 등의 동작을 수행하기 위한 스위치일 수 있다. 시술자는 조작 스위치부(83)를 이용하여 피시술자의 체내에 공기나 물을 주입하거나 흡입할 수 있으며, 내시경 화상을 정지시키거나 재생하도록 할 수 있다.
내시경 처치기구 삽입부(85)는 도 1에 도시된 바와 같이 내시경 조작부(80)의 일 영역에 형성될 수 있다. 내시경 처치기구 삽입부(85)는 겸자 등과 같은 내시경 처치기구가 삽입될 수 있도록 통공될 수 있고, 내시경 삽입부(70)의 내부에 형성되는 내시경 처치기구 통로(도 5의 74)와 연통될 수 있다.
유니버설 코드(90)는 내시경 조작부(80)의 일 영역에 결합될 수 있고, 내시경의 카메라 또는 광원장치를 위한 전송코드, 송기관, 송수관, 흡입관 등을 내부에 포함할 수 있다. 상기 전송코드, 송기관, 송수관 및 흡입관 등은 내시경 조작부(80)의 내부를 통과하여 내시경 삽입부(70)까지 연장될 수 있다. 내시경 삽입부(70)의 내부에는 전송코드, 송기관, 송수관 및 흡입관 등이 통과할 수 있는 통로(channel)가 형성될 수 있다. 도 1에 도시되지는 않았으나 유니버설 코드(90)의 타단은 상기 내시경 장치의 전자기적 상황을 모니터링하는 내시경 모니터링 장치(도 10의 55) 등에 연결될 수 있다.
도 1에 도시된 내시경 장치는 예시적인 것으로서 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치가 적용될 수 있는 내시경 장치는 다양하게 변경될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 나타내는 블록다이어그램이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)는 프로브(10) 및 회전정보 측정부(20)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)는 프로브 삽입길이 측정부(30), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)를 더 포함할 수 있다.
프로브(10)는 도 1에 도시된 내시경 장치의 가요성 연성부(73)에 삽입될 수 있다. 프로브(10)는 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어(도 3의 13, torque transmission wire)를 구비할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 강성의 스테인리스 스틸 재질 등으로 제작될 수 있고, 한쪽 끝에 작용되는 토크를 다른 쪽 끝으로 거의 동일하게 1:1의 비율로 전달할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 휘어진 상태에서도 토크 전달 비율이 1:1에 근접한 결과를 나타낸다. 일례로서, ASAHI INTECC사의 토크 전송 와이어가 시중에 알려져 있다.
상기 프로브(10)는 튜브 형태로 형성되고 내부에 와이어 통로(도 3의 15)를 포함하는 튜브 외피부(도 3의 11)를 더 포함할 수 있다. 상기 토크 전송 와이어(13)는 튜브 외피부(11) 내부의 와이어 통로(15)에 배치될 수 있다. 프로브(10)의 구체적인 형태에 대해서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 상술하기로 하고 여기에서는 자세한 설명을 생략한다.
회전정보 측정부(20)는 프로브(10)의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 튜브 외피부(11) 내부의 와이어 통로(15)에 배치되는 토크 전송 와이어(13)의 타단이 회전정보 측정부(20)와 연결될 수 있다. 일례로서, 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보는 토크 전송 와이어(13) 타단의 토크 또는 회전각 등 토크 전송 와이어(13)의 타단이 어느 정도 회전하는지를 알 수 있는 정보들을 포함하는 개념일 수 있다.
상기 회전정보 측정부(20)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서(미도시) 및 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서(미도시) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 토크 센서는 표면 파장을 이용하는 SAW(Surface Acoustic Wave) 기술, 회전에 의해 발생하는 자기장의 변화를 측정하는 EMD(Embedded Magnetic Domain) 기술, 레이저 다이오드 및 포토다이오드를 이용하는 광센서 기술 등의 토크 측정 기술을 이용하여 토크를 측정하는 센서일 수 있다. 상기 회전각 센서는 홀센서와 자석을 이용한 비접촉 방식 등으로 회전각을 측정할 수 있다. 이외에도 상기 토크 센서 및 회전각 센서는 토크 전송 와이어(13)의 토크 및 회전각 등을 측정할 수 있는 다양한 센서로 변경될 수 있다.
프로브 삽입길이 측정부(30)는 내시경 처치기구 삽입부(85) 주변에 배치될 수 있다. 프로브 삽입길이 측정부(30)는 상기 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과하여 가요성 연성부(73)에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 측정할 수 있다. 프로브(10)가 가요성 연성부(73)로 어느 정도 삽입되었는지를 알아야 제어부(50)가 가요성 연성부(73)의 현재 형태를 정확히 추정할 수 있게 된다. 상기 프로브 삽입길이 측정부(30)는 회전식 롤러나, 레이저, 초음파 등을 이용하여 구현될 수 있다. 일례로서, 프로브 삽입길이 측정부(30)가 회전식 롤러로 구현되는 경우를 가정하면, 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통해 가요성 연성부(73) 내부로 삽입될 때 프로브(10)에 접촉되는 회전식 롤러가 회전하게 되므로 상기 회전식 롤러의 회전 횟수와 둘레의 길이를 이용하여 프로브(10)가 가요성 연성부(73)로 어느 정도 삽입되었는지를 측정할 수 있게 된다. 실시예에 따라, 프로브(10)가 가요성 연성부(73)의 내부에서 후퇴하는 경우에는 상기 프로브 삽입길이 측정부(30)에 의해 측정되는 프로브 삽입길이가 감소되도록 구현될 수 있다. 프로브 삽입길이 측정부(30)가 회전식 롤러로 구현되는 경우에는 회전식 롤러가 회전하는 방향에 따라 프로브 삽입길이를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 프로브 삽입길이 측정부(30)로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 제어부(50)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 및 회전각 중 적어도 하나를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 얻을 수 있다.
실시예에 따라, 제어부(50)는 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수도 있다. 일례로서, 프로브 삽입길이 측정부(30)가 생략될 수 있으며, 제어부(50)는 상기 프로브 삽입길이가 제공되지 않는 경우 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 시간에 따라 순차적으로 디스플레이부(60)에 표시할 수 있다.
디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시할 수 있다. 일례로서, 상기 디스플레이부(60)는 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 2차원이나 3차원 이미지로 표시할 수 있다. 실시예에 따라, 디스플레이부(60)는 프로브 삽입길이를 X축, 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전각을 Y축으로 대응시킨 그래프를 표시할 수 있으며, 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 또는 회전각에 관한 정보만을 제공할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 사용상태도이다. 도 2를 참조하여 상술한 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)가 도 3에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)는, 프로브(10), 회전정보 측정부(20), 프로브 삽입길이 측정부(30), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)를 포함할 수 있다.
프로브(10)는 튜브 형태의 관형체로 형성될 수 있고, 내시경 처치기구 삽입부(85)에 삽입될 수 있다. 프로브(10)는 회전정보 측정부(20)와 연결될 수 있다. 프로브(10)는 튜브 외피부(11), 토크 전송 와이어(13) 및 와이어 통로(15)를 포함할 수 있다. 튜브 외피부(11)는 튜브 형태로 형성되고 내부에 와이어 통로(15)를 포함할 수 있다.
토크 전송 와이어(13)는 튜브 외피부(11) 내부에 삽입되어 와이어 통로(15)에 배치될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 일 영역은 튜브 외피부(11)의 내측면에 결합되어 고정될 수 있다. 튜브 외피부(11) 내부의 특정 부위에서 토크 전송 와이어(13)가 튜브 외피부(11)에 고정될 수 있다. 일례로서, 토크 전송 와이어(13)는 튜브 외피부(11)의 선단을 향해 삽입되어 튜브 외피부(11)의 선단 주변에서 튜브 외피부(11)와 결합되어 고정될 수 있다. 이에 따라, 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통해 내시경 삽입부(70) 내부로 삽입되어 만곡부(71)를 향해 진행되는 경우, 내시경 삽입부(70)가 구부러지거나 비틀린 형태에 따라 프로브(10)가 회전할 때 발생하는 토크가 토크 전송 와이어(13)를 통해 회전정보 측정부(20)로 전달될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 프로브(10)는 튜브 외피부(11) 없이 토크 전송 와이어(13)만으로 이루어질 수도 있다.
회전정보 측정부(20)는 프로브(10)의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 프로브 결합부(21)를 통해 상기 프로브(10)와 회전정보 측정부(20)가 서로 연결될 수 있다. 일례로서, 프로브(10)에 구비되는 토크 전송 와이어(13)의 타단은 프로브 결합부(21)를 통과하여 회전정보 측정부(20) 내부에 배치될 수 있다. 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단은 회전정보 측정부(20)에 구비되는 토크 센서나 회전각 센서와 인접한 위치에 배치될 수 있다.
회전정보 측정부(20)는 토크 전송 와이어(13)에 의해 발생하는 토크를 측정하거나, 상기 토크로 인해 발생하는 토크 전송 와이어(13)의 회전각을 측정할 수 있다. 상기 회전정보 측정부(20)와 프로브 삽입길이 측정부(30)는 통신선(91)을 통해 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다. 상기 회전정보 측정부(20)와 제어부(50)는 통신선(92)을 통해 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다.
프로브 삽입길이 측정부(30)는 내시경 처치기구 삽입부(85)에 장착될 수 있다. 프로브 삽입길이 측정부(30)는 상기 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과하여 가요성 연성부(73) 내부에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 측정할 수 있다. 상기 프로브 삽입길이는 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과한 후 만곡부(71)를 향하여 진행한 거리일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 프로브 삽입길이 측정부(30)는 프로브(10)가 통과할 수 있는 통공이 형성되고 상기 통공 주변에 회전식 롤러 등이 형성되어 상기 프로브 삽입길이를 측정할 수 있다. 프로브(10)는 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통해 내시경 삽입부(70)의 내부에 형성되는 내시경 처치기구 통로(도 5의 74)에 삽입될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 프로브 삽입길이 측정부(30)로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 제어부(50)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 및 회전각 중 적어도 하나를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 얻을 수 있다.
제어부(50)는, 프로브(10)가 가요성 연성부(73)의 내부로 삽입되는 동안 측정되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보들을 프로브 삽입길이 측정부(30)로부터 입력받은 프로브 삽입길이에 각각 대응시킬 수 있다. 이를 통해 상기 제어부(50)는 상기 프로브(10)의 각 지점에 대응되는 회전정보를 추출할 수 있고, 이로부터 프로브(10)의 전체 형상을 추정할 수 있다. 상기 프로브(10)는 가요성 연성부(73)의 내부를 관통하여 진행하는 것이므로 상기 프로브(10)의 형상을 상기 가요성 연성부(73)의 형상으로 추정할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(50)는 내시경 형상 표시 장치로 구현된 PC 단말기의 본체로 구현될 수 있고, 데이터 입출력 및 데이터 처리가 가능한 중앙처리장치(CPU) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받을 수 있고, 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 사용자에게 표시할 수 있다. 디스플레이부(60)는 제어부(50)로부터 입력받은 디스플레이 신호에 따라 화면을 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다. 디스플레이부(60)는 내시경 형상 표시 장치로 구현된 PC 단말기에 연결된 모니터로 구현될 수 있다. 디스플레이부(60)는 제어부(50)의 외면에 형성되거나 외부장치로 연결될 수 있으며, 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이 액정표시장치(LCD), 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLED) 등 다양한 형태의 디스플레이 장치에 의해 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)는, 내시경 삽입부(70)가 피검체 내로 삽입되어 진행할 때, 가요성 연성부(73)의 진행 방향으로 저항이 발생할 경우 가요성 연성부(73)의 장축이 스프링의 코일과 같이 구부러질 수 있다. 이로 인해 발생한 탄성에너지의 일부가 가요성 연성부(73)의 장축을 중심으로 토크를 발생시킬 수 있고, 이러한 토크로 인해 상기 가요성 연성부(73)가 장축을 중심으로 회전하게 될 수 있다.
이후 가요성 연성부(73) 내부의 내시경 처치기구 통로(74)를 통해 프로브(10)가 진입하는 경우, 가요성 연성부(73)의 비틀린 형상을 따라 프로브(10)도 회전하게 되므로 토크 전송 와이어(13)의 선단에서 토크가 발생하게 된다. 토크 전송 와이어(13)의 선단에서 발생된 토크는 회전정보 측정부(20)로 전달될 수 있다. 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통해 가요성 연성부(73)의 내부로 진행할 때, 상기 프로브(10)와 연계되어 있는 프로브 삽입길이 측정부(30)가 가요성 연성부(73)의 내부에서 프로브(10)가 진행된 거리를 측정할 수 있다.
상기 토크 전송 와이어(13)의 회전으로 인한 토크 전송 와이어(13)의 회전정보와 상기 프로브(10)가 가요성 연성부(73)의 내부에서 선단을 향해 진행한 거리는 가요성 연성부(73)의 형상 변화와 일관된 관계를 가지게 된다. 즉, 프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부에서 진행한 단위 거리당 토크 전송 와이어(13)에 전송되는 토크의 변화 또는 프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부에서 진행한 단위 거리당 토크 전송 와이어(13)의 회전으로 인한 회전각의 변화가 클수록 상기 가요성 연성부(73)의 비틀림의 정도는 증가하게 되는 것이다. 이를 이용하여 제어부(50)는 가요성 연성부(73)의 구부러지거나 비틀림으로 인한 형상 변화를 추정할 수 있다.
한편, 도 3에는 회전정보 측정부(20), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)가 서로 물리적으로 분리된 형태로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 회전정보 측정부(20), 제어부(50) 및 디스플레이부(60) 등은 하나의 본체로 통합될 수 있다. 또한, 상기 통신선(91, 92)은 변경되거나 생략될 수도 있고, 실시예에 따라 회전정보 측정부(20), 프로브 삽입길이 측정부(30) 및 제어부(50) 등은 무선 통신 방식을 통해 서로 데이터를 주고 받을 수도 있다.
한편, 실시예에 따라, 상기 프로브(10)는 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되는 금속봉(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속봉은 회전정보 측정부(20)에 연결될 수 있고, 회전정보 측정부(20)는 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 직접 측정하기 어려울 경우, 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되는 금속봉의 회전정보를 측정하여 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 간접적으로 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브를 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)의 프로브(10)의 선단부 주변을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)의 프로브(10)는, 튜브 외피부(11), 토크 전송 와이어(13), 와이어 통로(15) 및 와이어 고정부(17)를 구비할 수 있다. 상술한 바와 같이, 프로브(10)는 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과하여 내시경 삽입부(70)의 내시경 처치기구 통로(74)에 삽입 관통될 수 있다.
튜브 외피부(11)는 튜브 형태의 관형체(tubular body)로 형성되고 내부에 와이어 통로(15)를 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 와이어 통로(15)는 비어 있을 수 있다.
토크 전송 와이어(13)는 상기 튜브 외피부(11) 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로(15)에 배치될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 일 영역은 상기 튜브 외피부(11)의 내측면에 결합되어 고정될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 튜브 외피부(11)의 선단을 향해 삽입되어 튜브 외피부(11)의 선단 주변에서 튜브 외피부(11)와 결합되어 고정될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 튜브 외피부(11)의 선단 내측에는 와이어 고정부(17)가 형성될 수 있고, 상기 와이어 고정부(17)에 의해 토크 전송 와이어(13)가 튜브 외피부(11)의 선단에 고정될 수 있다. 와이어 고정부(17)는 토크 전송 와이어(13)와 튜브 외피부(11)를 서로 고정 결합시킬 수 있는 다양한 결합수단으로 구현될 수 있다.
실시예에 따라, 튜브 외피부(11)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 와이어 통로(15)에 윤활제가 수용될 수 있다. 상기 윤활제에 의해 토크 전송 와이어(13)가 튜브 외피부(11)의 내측면에 닿지 않게 되거나 튜브 외피부(11)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력이 감소되므로, 토크 전송 와이어(13)의 일단에서 발생한 토크가 중간에서 손실되지 않고 토크 전송 와이어(13)의 타단으로 정확하게 전달될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 튜브 외피부(11)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 토크 전송 와이어(13)의 표면에 마찰력 감소 재질이 코팅될 수 있다. 일례로서, 상기 마찰력 감소 재질은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)일 수 있으며, 이외에도 다양한 재질로 변경될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브가 가요성 연성부에 삽입된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 내시경 삽입부(70)에 포함되는 가요성 연성부(73)는 내부에 내시경 처치기구 통로(74)가 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 내시경 처치기구 통로(74)는 선단에서 외부에 연통될 수 있다. 도 5에는 도시하지 않았으나, 도 3에 도시된 바와 같이 가요성 연성부(73)의 일단에는 만곡부(71)가 형성될 수 있다.
프로브(10)는 상기 내시경 처치기구 통로(74)에 삽입될 수 있다. 프로브(10)는, 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 튜브 외피부(11), 토크 전송 와이어(13), 와이어 통로(15) 및 와이어 고정부(17)를 구비할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 프로브가 삽입된 가요성 연성부가 휘어진 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6은 구부러진 가요성 연성부(73) 내부를 통해 프로브(10)가 삽입되는 상태를 도시한다.
프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부의 내시경 처치기구 통로(74)를 통과하면서 구부러지거나 비틀리는 경우, 와이어 고정부(17) 주변의 프로브(10) 선단에서 발생한 회전력이 토크 전송 와이어(13)를 통해 회전정보 측정부(20)까지 전달될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 프로브 삽입길이 측정부(30)로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받을 수 있고, 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 사용자에게 표시할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 나타내는 블록다이어그램이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)는 프로브(10) 및 회전정보 측정부(20)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)는 프로브 삽입길이 입력부(40), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)를 더 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)는 도 2를 참조하여 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(100)와 유사하나, 프로브 삽입길이 측정부(30) 대신 프로브 삽입길이 입력부(40)를 구비하는 차이가 있다.
프로브(10)는 도 1에 도시된 내시경 장치의 가요성 연성부(73)에 삽입될 수 있다. 프로브(10)는 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어(13)를 구비할 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 프로브(10)의 타단에 결합되고 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 튜브 외피부(11) 내부의 와이어 통로(15)에 배치되는 토크 전송 와이어(13)의 타단이 회전정보 측정부(20)와 연결될 수 있다. 프로브(10) 및 회전정보 측정부(20)는 도 2 내지 도 6을 참조하여 상술한 바 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
프로브 삽입길이 입력부(40)는, 상기 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과하여 가요성 연성부(73)에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 사용자로부터 입력받을 수 있다. 사용자는 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통해 가요성 연성부(73) 내부로 삽입될 때, 프로브(10)가 삽입된 길이를 보면서 프로브 삽입길이 입력부(40)를 이용하여 상기 프로브 삽입길이를 입력할 수 있다. 일례로서, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 페달 형태로 형성될 수 있고, 사용자가 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 프로브 삽입길이를 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부로 소정 길이(예: 10cm)만큼 삽입될 때마다 상기 페달 형태로 구현된 프로브 삽입길이 입력부(40)를 밟을 수 있다. 사용자가 프로브 삽입길이 입력부(40)를 통해 입력한 신호는 제어부(50)로 전송될 수 있다.
실시예에 따라, 프로브(10) 외측면에 소정 길이 간격으로 프로브 길이 마커가 표시될 수 있고, 사용자는 상기 프로브 길이 마커를 참고하여 프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부로 삽입된 길이를 판단하여 프로브 삽입길이 입력부(40)를 조작할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 페달 형태 이외에도 토글 스위치 형태, 프로브 삽입길이를 직접 숫자로 입력할 수 있는 키패드 등 프로브 삽입길이를 입력할 수 있는 다양한 입력수단으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 프로브(10)가 가요성 연성부(73)의 내부에서 후퇴하는 경우에는 사용자가 프로브 삽입길이 입력부(40)를 통해 전진 신호가 아닌 후퇴 신호를 입력할 수 있고, 이에 따라 상기 프로브 삽입길이가 감소되도록 구현될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 제어부(50)는 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 입력받은 신호를 통해 해당 신호가 입력된 시점의 프로브 삽입길이를 알 수 있고, 해당 프로브 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시켜 상기 프로브(10)의 형상 및 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 순차적으로 입력되는 신호들을 분석하여 해당 프로브 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시키면 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 전체 형상을 추정할 수 있게 된다. 실시예에 따라, 제어부(50)는 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수도 있다. 이 경우, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 생략될 수도 있다.
디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)는 프로브 삽입길이 측정부(30) 및 프로브 삽입길이 입력부(40)를 동시에 구비할 수 있고, 사용자가 선택에 따라 프로브 삽입길이 측정부(30) 및 프로브 삽입길이 입력부(40) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치의 사용상태도이다. 도 7을 참조하여 상술한 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)가 도 8에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치(200)는, 프로브(10), 회전정보 측정부(20), 프로브 삽입길이 입력부(40), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)를 포함할 수 있다.
프로브(10)는 튜브 형태의 관형체로 형성될 수 있고, 내시경 처치기구 삽입부(85)에 삽입될 수 있다. 프로브(10)는 회전정보 측정부(20)와 연결될 수 있다. 프로브(10)는 튜브 외피부(11), 토크 전송 와이어(13) 및 와이어 통로(15)를 포함할 수 있다. 튜브 외피부(11)는 튜브 형태로 형성되고 내부에 와이어 통로(15)를 포함할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 튜브 외피부(11) 내부의 와이어 통로(15)에 배치될 수 있다. 상기 프로브(10)의 구체적인 특징 및 상기 프로브(10)가 가요성 연성부(73)에 삽입되는 형태 등은 도 3 내지 도 6을 참조하여 상술한 바와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
회전정보 측정부(20)는 프로브(10)의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 프로브 결합부(21)를 통해 상기 프로브(10)와 회전정보 측정부(20)가 서로 연결될 수 있다. 일례로서, 프로브(10)에 구비되는 토크 전송 와이어(13)의 타단은 프로브 결합부(21)를 통과하여 회전정보 측정부(20) 내부에 배치될 수 있다. 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단은 회전정보 측정부(20)에 구비되는 토크 센서나 회전각 센서와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 토크 전송 와이어(13)에 의해 발생하는 토크를 측정하거나, 상기 토크로 인해 발생하는 토크 전송 와이어(13)의 회전각을 측정할 수 있다. 회전정보 측정부(20)와 제어부(50)는 통신선(92)을 통해 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다.
프로브 삽입길이 입력부(40)는, 상기 프로브(10)가 내시경 처치기구 삽입부(85)를 통과하여 가요성 연성부(73)에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 사용자로부터 입력받을 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 페달 형태로 형성될 수 있고, 사용자가 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 프로브 삽입길이를 입력할 수 있다. 사용자가 프로브 삽입길이 입력부(40)를 통해 입력한 신호는 제어부(50)로 전송될 수 있다. 상기 회전정보 측정부(20)와 프로브 삽입길이 입력부(40)는 통신선(91)을 통해 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다. 일례로서, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 회전정보 측정부(20) 주변에 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 프로브 삽입길이 입력부(40)는 페달 형태가 아니라 별도의 토글 스위치 형태로 구현될 수 있다. 사용자는 토글 스위치로 구현된 프로브 삽입길이 입력부(40)를 눌러 상기 프로브 삽입길이를 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 프로브(10)가 가요성 연성부(73) 내부로 소정 길이(예: 10cm)만큼 삽입될 때마다 상기 토글 스위치를 누를 수 있다. 토글 스위치를 통해 사용자가 입력한 신호는 제어부(50)로 전송될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 제어부(50)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 및 회전각 중 적어도 하나를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 얻을 수 있다.
제어부(50)는 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 입력받은 신호를 통해 해당 신호가 입력된 시점의 프로브 삽입길이를 알 수 있고, 해당 프로브 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시켜 상기 프로브(10)의 형상 및 상기 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 순차적으로 입력되는 신호들을 분석하여 해당 프로브 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시키면 프로브(10)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 전체 형상을 추정할 수 있게 된다. 제어부(50)는 프로브 삽입길이 입력부(40)로부터 신호를 입력받은 각 시점에서 토크 전송 와이어(13)의 토크 또는 회전각 등이 어떻게 변화하는지를 측정할 수 있다.
디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받을 수 있고, 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 사용자에게 표시할 수 있다. 디스플레이부(60)는 제어부(50)로부터 입력받은 디스플레이 신호에 따라 화면을 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템을 나타내는 블록다이어그램이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은, 토크 전송 와이어(13), 회전정보 측정부(20)를 포함할 수 있고, 실시예에 따라, 내시경 삽입길이 입력부(45), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)를 더 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 8을 참조하여 상술한 내용은 상기 내시경 시스템(300)의 특징과 모순되지 않는 범위에서 상기 내시경 시스템(300)에도 유사하게 적용될 수 있다..
토크 전송 와이어(13)는 가요성 연성부(73) 내부에 삽입될 수 있다. 가요성 연성부(73)는 외력에 의해 만곡 가능하며 내부에 와이어 통로(75)를 포함할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 상기 와이어 통로(75)에 배치될 수 있고, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달할 수 있다.
회전정보 측정부(20)는 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되어 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 회전정보 측정부(20)는, 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서 및 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
내시경 삽입길이 입력부(45)는 가요성 연성부(73)를 포함하는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 사용자로부터 입력받을 수 있다. 일례로서, 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 페달 형태로 형성되며 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 내시경 삽입길이를 입력할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 상술한 프로브 삽입길이 입력부(40)와 유사할 수 있고 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(50)는 상기 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 실시예에 따라, 제어부(50)는 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수도 있다. 이 경우 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 생략될 수도 있다.
디스플레이부(60)는 상기 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받고 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 사용자에게 표시할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템을 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하여 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은 도 10에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은 내시경 삽입부(70) 및 내시경 조작부(80)를 구비할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 내시경 시스템(300)은 제어부(50), 내시경 모니터링 장치(55), 디스플레이부(60) 및 유니버설 코드(90) 등을 더 포함할 수 있다.
내시경 삽입부(70)는 내시경 조작부(80)의 일 영역에 결합될 수 있고 피검체 내에 삽입될 수 있다. 내시경 삽입부(70)는 만곡이 자유로운 만곡부(71) 및 외력에 따라 쉽게 휠 수 있고 원형으로 회복될 수 있는 가요성을 갖는 가요성 연성부(73)를 포함할 수 있다. 가요성 연성부(73)는 내부에 와이어 통로(75)를 포함할 수 있다. 상기 와이어 통로(75)는 내시경 삽입부(70)의 내부에 형성되고 내시경 처치기구 삽입부(85)와 연통되는 내시경 처치기구 통로(74)와 다른 별개의 통로일 수 있다. 도 10에 도시되지는 않았으나, 내시경 삽입부(70)의 내부에는 내시경 처치기구 삽입부(85)와 연통되는 내시경 처치기구 통로(74)가 형성될 수 있다. 만곡부(71)의 일단에는 관찰창이나 조명창, 처치구 삽통 채널 개구부, 송기 송수 노즐 등이 배치될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 토크 전송 와이어(13)는 가요성 연성부(73) 내부에 삽입될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 상기 와이어 통로(75)에 배치될 수 있고, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 타단은 회전정보 측정부(20)와 연결될 수 있다.
회전정보 측정부(20)는 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되어 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 내시경 조작부(80)의 내부에 배치될 수 있다. 회전정보 측정부(20)는, 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서 및 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 타단은 회전정보 측정부(20)에 구비되는 토크 센서나 회전각 센서와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 유니버설 코드(90)를 통해 내시경 모니터링 장치(55) 및 제어부(50)로 전송할 수 있다.
내시경 조작부(80)는 내시경 삽입부(70)와 유니버설 코드(90) 사이에 형성될 수 있다. 내시경 조작부(80)는 만곡 조작 레버(81) 및 조작 스위치부(83)를 포함할 수 있으며, 측면에 내시경 처치기구 삽입부(85)를 더 포함할 수 있다.
내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)는 가요성 연성부(73)를 포함하는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 사용자로부터 입력받을 수 있다. 사용자는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부로 삽입될 때, 내시경 삽입부(70)가 삽입된 길이를 보면서 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)를 이용하여 상기 내시경 삽입길이를 입력할 수 있다. 상기 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)는 만곡 조작 레버(81) 또는 조작 스위치부(83)에 형성될 수 있다. 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)는 토글 스위치 형태로 구현될 수 있으며, 사용자는 토글 스위치로 구현된 내시경 삽입길이 입력부(45)를 눌러 상기 내시경 삽입길이를 입력할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부로 소정 길이(예: 10cm)만큼 삽입될 때마다 상기 토글 스위치를 누를 수 있다. 토글 스위치를 통해 사용자가 입력한 신호는 유니버설 코드(90) 및 통신선(91)을 통해 내시경 모니터링 장치(55) 및 제어부(50)로 전송될 수 있다.
실시예에 따라, 내시경 삽입부(70) 외측면에 소정 길이 간격으로 내시경 길이 마커가 표시될 수 있고, 사용자는 상기 내시경 길이 마커를 참고하여 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부로 삽입된 길이를 판단하여 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)를 조작할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 도 8에 도시된 바와 같이 페달 형태로 형성될 수 있고, 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 내시경 삽입길이를 입력할 수 있다. 실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 페달 형태나 토글 스위치 이외에도 내시경 삽입길이를 직접 숫자로 입력할 수 있는 키패드 등 내시경 삽입길이를 입력할 수 있는 다양한 입력수단으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부에서 후퇴하는 경우에는 사용자가 내시경 삽입길이 입력부(45)를 통해 전진 신호가 아닌 후퇴 신호를 입력할 수 있고, 이에 따라 상기 내시경 삽입길이가 감소되도록 구현될 수 있다.
유니버설 코드(90)는 내시경 조작부(80)의 일 영역에 결합될 수 있고, 내시경의 카메라 또는 광원장치를 위한 전송코드, 송기관, 송수관, 흡입관 등을 내부에 포함할 수 있다. 상기 전송코드, 송기관, 송수관 및 흡입관 등은 내시경 조작부(80)의 내부를 통과하여 내시경 삽입부(70)까지 연장될 수 있다. 내시경 삽입부(70)의 내부에는 전송코드, 송기관, 송수관 및 흡입관 등이 통과할 수 있는 통로(channel)가 형성될 수 있다. 유니버설 코드(90)의 타단은 내시경 모니터링 장치(55)에 연결될 수 있다.
내시경 모니터링 장치(55)는 내시경의 광원장치나 송기, 송수, 흡입관 및 내시경의 전자기적인 상황을 모니터링할 수 있다. 내시경 모니터링 장치(55)는 통신선(91)을 통해 제어부(50)와 연결될 수 있다. 내시경 모니터링 장치(55)에 의해 모니터링된 내시경 관련 정보는 디스플레이부(60)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 실시예에 따라, 상기 내시경 모니터링 장치(55)는 생략될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 제어부(50)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 및 회전각 중 적어도 하나를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 얻을 수 있다.
제어부(50)는 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 입력받은 신호를 통해 해당 신호가 입력된 시점의 내시경 삽입길이를 알 수 있고, 해당 내시경 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시켜 상기 토크 전송 와이어(13)의 형상 및 상기 토크 전송 와이어(13)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 순차적으로 입력되는 신호들을 분석하여 해당 내시경 삽입길이에 대응되는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 대응시키면 토크 전송 와이어(13)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 전체 형상을 추정할 수 있게 된다. 제어부(50)는 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 신호를 입력받은 각 시점에서 토크 전송 와이어(13)의 토크 또는 회전각이 어떻게 변화하는지를 측정할 수 있다.
실시예에 따라, 제어부(50)는 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 토크 전송 와이어(13)가 삽입된 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수도 있다. 이 경우 상기 내시경 삽입길이 입력부(45)는 생략될 수 있다.
디스플레이부(60)는 상기 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시할 수 있다. 디스플레이부(60)는 제어부(50)로부터 입력받은 디스플레이 신호에 따라 화면을 표시하여 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 도 10에는 내시경 모니터링 장치(55), 제어부(50) 및 디스플레이부(60)가 서로 분리된 형태로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 내시경 모니터링 장치(55), 제어부(50) 및 디스플레이부(60) 등은 하나의 본체로 통합될 수 있다. 또한, 상기 통신선(91)은 변경되거나 생략될 수도 있고, 실시예에 따라 내시경 모니터링 장치(55) 및 제어부(50) 등은 무선 통신 방식을 통해 서로 데이터를 주고 받을 수도 있다.
도 10에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은, 내시경 삽입부(70)의 내부에 형성되는 와이어 통로(75)를 통해 토크 전송 와이어(13)를 삽입하고 상기 가요성 연성부(73)의 선단 부위에 상기 토크 전송 와이어(13)가 고정될 수 있다.
가요성 연성부(73)가 피검체의 내부로 삽입되어 진행할 때, 가요성 연성부(73)의 진행 방향으로 저항이 발생할 경우 가요성 연성부(73)의 장축이 스프링의 코일과 같이 구부러지고 이로 인해 발생한 탄성에너지의 일부가 상기 가요성 연성부(73)의 장축을 중심으로 토크를 발생시킬 수 있다. 이러한 토크로 인해 가요성 연성부(73)가 장축을 중심으로 회전하게 될 수 있다.
가요성 연성부(73)의 선단에 토크 전송 와이어(13)의 일단이 고정될 수 있으므로, 가요성 연성부(73)가 구부러지거나 비틀림으로 인해 발생하는 토크는 토크 전송 와이어(13)를 통해 회전정보 측정부(20)로 전달될 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 토크 또는 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전각을 측정할 수 있다. 회전정보 측정부(20)에서 측정된 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보는 유니버설 코드(90)를 통해 내시경 모니터링 장치(55) 및 제어부(50) 중 적어도 하나로 전송될 수 있고, 내시경 모니터링 장치(55) 및 제어부(50) 중 적어도 하나는 가요성 연성부(73)의 구부러지거나 비틀림으로 인한 형상 변화를 추정할 수 있다.
한편, 내시경 삽입부(70)의 가요성 연성부(73)가 내시경의 장축 방향으로 진행할 때, 가요성 연성부(73)의 선단부가 진행하지 않는 경우에는 가요성 연성부(73)의 선단 이외의 부분이 구부러지거나 비틀리게 되는데 이렇게 구부러지거나 비틀린 부위를 특정하기 어려울 수 있다.
내시경 조작부(80)의 조작 스위치부(83) 등에 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)가 구현되면, 위와 같은 경우 내시경 삽입부(70)가 피검체 내에서 전방을 향해 진행하기 전과 일정한 거리를 진행한 후의 순간을 상기 내시경 삽입길이 입력부(도 9의 45)를 이용하여 회전정보 측정부(20)에 전달할 수 있다. 회전정보 측정부(20)는 내시경 삽입부(70)가 피검체 내에서 전방을 향해 진행하기 전과 일정한 거리를 진행한 후의 순간의 토크 전송 와이어(13)의 회전각의 변화를 측정할 수 있다.
가요성 연성부(73)의 비틀림으로 인한 토크 전송 와이어(13)의 회전정보와 상기 가요성 연성부(73)가 피검체 내에서 진행한 거리는 가요성 연성부(73)의 형상 변화와 일관된 관계를 가지게 된다. 즉, 가요성 연성부(73)가 피검체 내에서 진행한 단위 거리당 토크 전송 와이어(13)에 전송되는 토크의 변화 또는 가요성 연성부(73)가 피검체 내에서 진행한 단위 거리당 토크 전송 와이어(13)의 회전으로 인한 회전각의 변화가 클수록 상기 가요성 연성부(73)의 비틀림의 정도는 증가하게 되는 것이다.
이를 이용하여 제어부(50)는 가요성 연성부(73)의 구부러지거나 비틀림으로 인한 형상 변화를 추정할 수 있다. 제어부(50)는 토크 전송 와이어(13)의 회전각의 변화를 이용하여 가요성 연성부(73) 선단의 단위 거리 이동에 대한 비틀림의 정도를 추정할 수 있다. 제어부(50)는 추정된 가요성 연성부(73)의 형상을 디스플레이부(60)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 상기 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되는 금속봉(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속봉은 회전정보 측정부(20)에 연결될 수 있고, 회전정보 측정부(20)는 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 측정할 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 직접 측정하기 어려울 경우, 토크 전송 와이어(13)의 타단에 결합되는 금속봉의 회전정보를 측정하여 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보를 간접적으로 측정할 수 있다.
한편, 실시예에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은, 내시경 삽입부(70)가 피검체 내부로 진행할 때, 상기 내시경 삽입부(70)와 연계되어 있는 내시경 삽입길이 측정부(미도시)가 내시경 삽입부(70)의 삽입길이를 측정할 수 있다. 일례로서, 상기 내시경 삽입길이 측정부는, 피검체에 삽입되는 내시경 삽입부(70)의 주변 또는 내시경 삽입부(70)가 삽입되는 피시술자의 신체 부위 주변에 배치될 수 있다. 내시경 삽입길이 측정부는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 측정할 수 있다. 실시예에 따라, 내시경 삽입길이 측정부는 프로브 삽입길이 측정부(30)와 유사하게 회전식 롤러나, 레이저, 초음파 등을 이용하여 구현될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 측정부는 내시경 삽입부(70)의 외측면에 소정 간격으로 구비되는 복수 개의 압력센서(미도시)를 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 복수 개의 압력센서는 내시경 삽입부(70)의 외측면에 10cm마다 배치될 수 있다. 복수 개의 압력센서는 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체(예: 항문) 내부로 진입하는 경우에 발생하는 압력의 차이를 감지하여 제어부(50)로 전송할 수 있다. 제어부(50)는 복수 개의 압력센서로부터 전송받은 압력 감지 신호를 이용하여 내시경 삽입부(70)의 어느 지점까지 피시술자의 신체 내부로 삽입되었는지를 분석할 수 있다. 이와 같은 방식으로 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이가 측정될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 측정부는 내시경 삽입부(70)의 일 영역에 배치되는 온도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 일례로서 상기 온도 센서는 내시경 삽입부(70)의 만곡부(71)의 외측면에 배치되거나 가요성 연성부(73)의 선단부의 외측면에 배치될 수 있다. 상기 온도 센서는, 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부로 삽입되면 피시술자의 체온에 의해 내시경 삽입부(70) 주변의 온도가 높아지는 원리를 이용하는 것이다. 상기 온도 센서에서 감지된 온도 정보는 제어부(50)로 전송될 수 있다. 제어부(50)는 상기 온도 센서에 의해 감지되는 체온이 높아질수록 내시경 삽입부(70)가 피시술자의 신체 내부로 깊이 삽입된 것으로 판단하고, 상기 내시경 삽입길이를 추정할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 내시경 삽입길이 측정부는 유선 또는 무선으로 제어부(50)와 연결될 수 있다. 상기 내시경 삽입길이 측정부는 피시술자의 신체 일 영역에 부착되어 내시경 삽입길이를 측정할 수 있다. 제어부(50)는 상기 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 측정부로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)은, 내시경 삽입길이 측정부 및 내시경 삽입길이 입력부(45)를 동시에 구비할 수 있고, 사용자가 선택에 따라 내시경 삽입길이 측정부 및 내시경 삽입길이 입력부(45) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템의 가요성 연성부를 나타내는 단면도이다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템(300)의 가요성 연성부(73)의 선단부 주변을 도시한 것이다. 도 11에 도시되지는 않았으나, 도 10에 도시된 바와 같이 가요성 연성부(73)의 일단에는 만곡부(71)가 형성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 튜브 형태의 관형체로 형성되는 가요성 연성부(73)의 내부에 와이어 통로(75)가 형성될 수 있다. 일례로서, 상기 와이어 통로(15)는 비어 있을 수 있다.
토크 전송 와이어(13)는 가요성 연성부(73)의 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로(75)에 배치될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)의 일 영역은 상기 가요성 연성부(73)의 내측면에 결합되어 고정될 수 있다. 토크 전송 와이어(13)는 가요성 연성부(73)의 선단을 향해 삽입되어 가요성 연성부(73)의 선단 주변에서 가요성 연성부(73)와 결합되어 고정될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 가요성 연성부(73)의 선단 내측에는 와이어 고정부(17)가 형성될 수 있고, 상기 와이어 고정부(17)에 의해 토크 전송 와이어(13)가 가요성 연성부(73)의 내측에 고정될 수 있다. 와이어 고정부(17)는 토크 전송 와이어(13)와 가요성 연성부(73)를 서로 고정 결합시킬 수 있는 다양한 결합수단으로 구현될 수 있다.
실시예에 따라, 가요성 연성부(73)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 와이어 통로(75)에 윤활제가 수용될 수 있다. 상기 윤활제에 의해 토크 전송 와이어(13)가 가요성 연성부(73)의 내측면에 닿지 않게 되거나 가요성 연성부(73)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력이 감소되므로, 토크 전송 와이어(13)의 일단에서 발생한 토크가 중간에서 손실되지 않고 토크 전송 와이어(13)의 타단으로 정확하게 전달될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 가요성 연성부(73)의 내측면과 토크 전송 와이어(13) 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 토크 전송 와이어(13)의 표면에 마찰력 감소 재질이 코팅될 수 있다. 일례로서, 상기 마찰력 감소 재질은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)일 수 있으며, 이외에도 다양한 재질로 변경될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템의 가요성 연성부가 휘어진 상태를 나타내는 도면이다. 도 12는 와이어 고정부(17)에 의해 가요성 연성부(73)의 내측에 토크 전송 와이어(13)의 일단이 고정되고, 가요성 연성부(73)가 구부러짐에 따라 토크 전송 와이어(13)도 동일하게 구부러질 수 있음을 도시한다.
내시경 삽입부(70)가 피검체의 내부로 삽입되면서 가요성 연성부(73)가 구부러지거나 비틀리는 경우, 와이어 고정부(17) 주변의 가요성 연성부(73)의 선단에서 발생한 회전력이 토크 전송 와이어(13)를 통해 회전정보 측정부(20)까지 전달될 수 있다.
제어부(50)는, 회전정보 측정부(20)로부터 입력받은 토크 전송 와이어(13)의 타단의 회전정보 및 내시경 삽입길이 입력부(45)로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다. 디스플레이부(60)는, 제어부(50)로부터 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받을 수 있고, 상기 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 사용자에게 표시할 수 있다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부의 형상 변화 추정 원리를 설명하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가요성 연성부의 형상 변화 추정 원리를 설명하기 위한 가요성 연성부 모델(P)이 도시되어 있다. 상기 가요성 연성부 모델(P)은 내시경과 같이 선형으로 이루어지고 만곡 가능할 수 있다. 도 13은 상기 가요성 연성부 모델(P)이 구부러지거나 비틀림 현상을 일으키지 않은 경우를 도시한다.
가요성 연성부 모델(P)은 특정한 다각형(예: 삼각형)의 물질이 가요성 연성부(flexible portion)의 장축을 따라서 일관되게 포함될 수 있다. 가요성 연성부 모델(P)의 좌측 단면 및 우측 단면에 상기 다각형(A1, A2)이 표시될 수 있다. 가요성 연성부 모델(P)의 비틀림 현상을 보여주기 위한 마커(B)가 가요성 연성부 모델(P)의 외측면에 표시될 수 있다.
도 14는 가요성 연성부 모델이 시계방향으로 1회전한 상태를 나타내는 도면이다.
상기 가요성 연성부 모델(P)의 장축을 따라서 특정한 다각형의 물질이 일관되게 포함되어 있으므로, 가요성 연성부 모델(P)을 따라서 어느 곳의 단면을 잘라본다 해도 특정한 다각형의 물질이 포함된 동일한 패턴의 단면이 보인다는 것을 알 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 가요성 연성부 모델(P)이 시계방향으로 1회전한 상태에서 중간 부위의 단면을 잘라보면, 두 개의 비틀린 모양을 한 2개의 가요성 연성부 모델(P1, P2)로 나누어질 수 있다.
제1 가요성 연성부 모델(P1)의 좌측에 노출되는 다각형(A11)은 공간상의 세 점으로 이루어져 있으며, 각 점들의 3차원 좌표는 각각 (a, b, c), (d, e, f), (g, h, i)일 수 있다. 이러한 공간의 세 점으로 이루어진 다각형이 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 장축을 따라서 일관되게 포함되어 있으므로, 제1 가요성 연성부 모델(P1)의 우측에 노출되는 다각형(A12)도 제1 가요성 연성부 모델(P1)의 좌측에 노출되는 다각형(A11)과 동일한 형상일 수 있다. 제1 가요성 연성부 모델(P1)의 우측에 노출되는 다각형(A12)을 이루는 각 점들의 3차원 좌표는 각각 (a1, b1, c1), (d1, e1, f1), (g1, h1, i1)일 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 가요성 연성부 모델(P2)의 좌측에 노출되는 다각형(A21)을 이루는 세 점은 제1 가요성 연성부 모델(P1)의 우측에 노출되는 다각형(A12)을 이루는 세 점과 동일한 공간상의 좌표를 가질 수 있다. 제2 가요성 연성부 모델(P2)의 우측에 노출되는 다각형(A22)을 이루는 각 점들의 3차원 좌표는 각각 (a2, b2, c2), (d2, e2, f2), (g2, h2, i2)일 수 있다.
2개의 가요성 연성부 모델(P1, P2)이 서로 연결될 때, 제1 가요성 연성부 모델(P1)의 우측에 존재하는 다각형(A12)과 제2 가요성 연성부 모델(P2)의 좌측에 존재하는 다각형(A21)을 서로 동일한 공간에서 일치하도록 정렬시킨다면 두 개의 서로 다른 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 접합된 모습을 2차원 공간이나 3차원 공간에서 도시할 수 있게 된다.
각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 좌우 양단의 회전정보를 측정하면, 가요성 연성부 모델(P1, P2) 각각이 특정한 방향으로 어느 정도로 회전하였는지를 알 수 있다. 또한, 가요성 연성부 모델(P1, P2)은 장축을 따라 물리적 성질이 동일하다고 가정하면, 각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 좌우 양단의 회전정보를 이용하여 각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 좌우 양단을 제외한 나머지 부분의 회전정보도 추정할 수 있다. 이러한 각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2)의 비틀림 정도에 따라 전체 가요성 연성부 모델(P)의 형상 변화를 3차원 모델링 방법으로 3차원 표면의 수학적 표현으로 나타낼 수 있으며, 이를 이용하여 서로 다른 형상을 가진 각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2)들을 접합하여 2차원 공간이나 3차원 공간에서 도시할 수 있게 되는 것이다.
제어부(50)는, 위와 같은 원리로 토크 전송 와이어(13) 타단의 회전정보가 입력되는 순간의 프로브 삽입길이 또는 내시경 삽입길이에 따라, 프로브(10) 또는 가요성 연성부(73)의 형상을 추정할 수 있다.
도 15는 서로 다른 형상을 가진 가요성 연성부 모델들을 접합하여 2차원 공간이나 3차원 공간에 표시하는 것을 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 상술한 바와 같이 복수 개의 가요성 연성부 모델들(P1, P2, P3, P4)이 서로 접합될 수 있고, 각각의 가요성 연성부 모델(P1, P2, P3, P4)의 회전정보를 측정함으로써 전체 가요성 연성부 모델의 형태를 추정할 수 있게 된다.
디스플레이부(60)는 제어부(50)의 제어에 따라 도 15와 유사한 형태로 가요성 연성부(73)의 형태를 추정하여 표시할 수 있다. 디스플레이부(60)는 가요성 연성부(73)의 추정된 형상을 2차원이나 3차원 이미지로 표시할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 프로브 11: 튜브 외피부
13: 토크 전송 와이어 15: 와이어 통로
17: 와이어 고정부 20: 회전정보 측정부
21: 프로브 결합부 30: 프로브 삽입길이 측정부
40: 프로브 삽입길이 입력부 45: 내시경 삽입길이 입력부
50: 제어부 55: 내시경 모니터링 장치
60: 디스플레이부 70: 내시경 삽입부
71: 만곡부 73: 가요성 연성부
74: 내시경 처치기구 통로 75: 와이어 통로
80: 내시경 조작부 81: 만곡 조작 레버
83: 조작 스위치부 85: 내시경 처치기구 삽입부
90: 유니버설 코드 91, 92: 통신선

Claims (24)

  1. 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어를 구비하고, 가요성 연성부에 삽입되는 프로브; 및
    상기 프로브의 타단에 결합되고 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 회전정보 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프로브는,
    튜브 형태로 형성되고 내부에 와이어 통로를 포함하는 튜브 외피부를 더 포함하고,
    상기 토크 전송 와이어는 상기 튜브 외피부 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로에 배치되고, 상기 토크 전송 와이어의 일 영역은 상기 튜브 외피부 내측면에 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 토크 전송 와이어는 상기 튜브 외피부의 선단을 향해 삽입되어 상기 튜브 외피부의 선단 주변에서 상기 튜브 외피부와 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 튜브 외피부의 내측면과 상기 토크 전송 와이어 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 와이어 통로에 윤활제가 수용되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전정보 측정부는,
    상기 토크 전송 와이어의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서; 및
    상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로브는,
    상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되는 금속봉을 더 포함하고,
    상기 회전정보 측정부는,
    상기 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는,
    내시경 처치기구 삽입부 주변에 배치되고, 상기 프로브가 상기 내시경 처치기구 삽입부를 통과하여 상기 가요성 연성부에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 측정하는 프로브 삽입길이 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 프로브 삽입길이 측정부로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는,
    상기 프로브가 내시경 처치기구 삽입부를 통과하여 상기 가요성 연성부에 삽입되는 길이인 프로브 삽입길이를 사용자로부터 입력받는 프로브 삽입길이 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프로브 삽입길이 입력부는,
    페달 형태로 형성되며 상기 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 프로브 삽입길이를 입력하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가요성 연성부 형태 추정 장치는,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 프로브 삽입길이 입력부로부터 입력받은 프로브 삽입길이를 분석하여 상기 프로브가 삽입된 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치.
  13. 외력에 의해 만곡 가능하며 내부에 와이어 통로를 포함하는 가요성 연성부;
    상기 가요성 연성부 내부에 삽입되어 상기 와이어 통로에 배치되고, 일단에 작용되는 토크를 타단으로 전달하는 토크 전송 와이어; 및
    상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되어 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 회전정보 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 토크 전송 와이어의 일 영역은 상기 가요성 연성부 내측면에 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 토크 전송 와이어는 상기 가요성 연성부의 선단을 향해 삽입되어 상기 가요성 연성부의 선단 주변에서 상기 가요성 연성부와 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 가요성 연성부의 내측면과 상기 토크 전송 와이어 사이의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 와이어 통로에 윤활제가 수용되는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 회전정보 측정부는,
    상기 토크 전송 와이어의 타단의 토크를 측정하는 토크 센서; 및
    상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전각을 측정하는 회전각 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 토크 전송 와이어의 타단에 결합되는 금속봉을 더 포함하고,
    상기 회전정보 측정부는,
    상기 금속봉의 회전각 및 토크 중 적어도 하나를 측정하여 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 측정하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  19. 제13항에 있어서, 상기 내시경 시스템은,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  20. 제13항에 있어서, 상기 내시경 시스템은,
    상기 가요성 연성부를 포함하는 내시경 삽입부가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 측정하는 내시경 삽입길이 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 내시경 시스템은,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 측정부로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  22. 제13항에 있어서, 상기 내시경 시스템은,
    상기 가요성 연성부를 포함하는 내시경 삽입부가 피시술자의 신체에 삽입되는 길이인 내시경 삽입길이를 사용자로부터 입력받는 내시경 삽입길이 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 내시경 삽입길이 입력부는,
    페달 형태로 형성되며 상기 사용자가 상기 페달을 밟는 횟수 및 간격 중 적어도 하나를 이용하여 상기 내시경 삽입길이를 입력하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 상기 내시경 시스템은,
    상기 회전정보 측정부로부터 입력받은 상기 토크 전송 와이어의 타단의 회전정보 및 상기 내시경 삽입길이 입력부로부터 입력받은 내시경 삽입길이를 분석하여 상기 가요성 연성부의 형상을 추정하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 상기 가요성 연성부의 추정된 형상에 관한 정보를 전송받아 사용자에게 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 연성부 형태 추정 장치를 포함하는 내시경 시스템.
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