KR20180129394A - 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로로봇 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로로봇을 제어하기 위한 코일 시스템과 영상 시스템 간의 기계적인 간섭을 해결하는 것이 가능한 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템은 방사선을 수신하는 디텍터와, 디텍터와 독립적으로 구성되고 디텍터의 움직임에 따라 위치가 조정되어 방사선을 방출하는 소스를 포함하는 영상 모듈 및 베드 위의 타겟에 대한 시술을 위한 자기장을 방출하는 자기장 방출부로 제어 신호를 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING MICROROBOT COMBINED WITH VISION SYSTEM}
본 발명은 마이크로로봇 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로로봇을 제어하기 위한 코일 시스템과 영상 시스템 간의 기계적인 간섭을 해결하는 것이 가능한 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 자기장 제어 시스템은 영상 시스템으로 획득한 이미지를 이용하여 정밀 제어를 수행하는 기술을 제안하고 있으나, 솔레노이드 코일 시스템과 영상 시스템의 위치 이동이 자유롭지 않은 한계점으로 인해 환자의 특정 환부(뇌, 안구, 심장 등)에 대하여만 시술이 가능하고, 시술자의 환자 접근이 제한되어 응급상황에서 환자에게 적절한 조치를 제공하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 영상 모듈의 디텍터와 소스가 별도로 구성되어, 타겟의 포지션에 따라 하드웨어적으로 6자유도 이동이 가능하여, 자기장 제어 모듈과의 기계적인 간섭 없이 특정 부위에 대한 촬상과 시술을 동시에 수행하는 것이 가능한 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일면에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템은 방사선을 수신하는 디텍터와, 디텍터와 독립적으로 구성되고 디텍터의 움직임에 따라 위치가 조정되어 방사선을 방출하는 소스를 포함하는 영상 모듈 및 베드(bed) 위의 타겟(target)에 대한 시술을 위한 자기장을 방출하는 자기장 방출부로 제어 신호를 전송하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템은 심장 또는 안구 등에 특화된 시술 시스템과 상이하게, 솔레노이드 코일 시스템과 영상 모듈이 위치 및 회전 자유도를 가지며 이동이 가능하여, 하나의 통합된 시스템을 이용하여 특화된 부위(심장, 안구, 뇌 등) 이외에도 여러 인체 부위에 대한 촬영과 시술을 동시 수행하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 C-arm 형 X-ray 장비와 상이하게 영상 장비의 모듈을 구성하는 소스와 디텍터가 분리되어, 타 장비간의 기계적인 간섭을 방지하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 종래 MRI를 이용한 자기장 수술 시스템과 같이 터널 내로 수술용 침대가 진입된 상태이거나, 종래 Aeon사의 자기장 수술 시스템과 같이 수술용 침대의 양 옆으로 자기장 시스템이 상호 접근 및 결합되는 경우, 시술자가 환자에게 접근하기 어려운 문제점을 해결하여, 시술 중 응급 상황 발생 시에도 시술자가 용이하게 환자에게 접근하여 적절한 조치를 취하는 것이 가능하다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 MRI 또는 X-Ray기반의 자기장 수술 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 방출부의 배치 및 작동을 나타내는 도면이다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 기술적 배경에 대하여 먼저 서술하기로 한다.
현대 의료기기 산업은 기존 산업의 각 부문에서의 첨단 기술이 융합되고 있으며, 최근에는 인체의 내부 등의 국소부위 진단 및 수술에 있어서도 상당한 기술 발전이 이루어져, 이제는 주기적인 건강 검진을 통해 조기 치료가 가능하게 되었다. 수술 중 육안으로 확인하기 어려운 부위가 존재하거나 정밀한 시술이 요구되는 경우, 의료용 진단 장치를 활용하면 침습 부위를 최소화하며 진행할 수 있으며, 이러한 의료용 진단 장치들 중 엑스레이 발생기는 통상적으로 물질에 따라 흡수도가 달라지는 방사선(X-ray)을 이용하여 인체 내부의 여러 기관의 흡수율의 차이를 방사선 영상(인체내의 각종 구조가 필름 위에 투영된 그림자의 영상)으로 보여준다.
한편, 의료용 마이크로 로봇은 자기장을 통해 인체(혈관 내부, 뇌 조직,안구 등)의 국소부위 진단, 치료 및 수술을 고정밀도로 수행할 수 있고, 최소 침습적인 방식의 혁신적인 의료 시스템 구현이 가능하다.
종래 기술에 따른 자기장 시스템 중 도 1(a)에 도시한 Aeon사의 자기장 수술 시스템은 기설치된 레일을 기반으로 구성되어, 환자가 누워있는 수술용 침대의 양쪽에서 환자의 환부로 접근하여 시술을 시행하고 있어, 솔레노이드 코일시스템과 영상 시스템의 위치 이동이 자유롭지 않으며, 이러한 한계점으로 인해 특정 부위(뇌, 안구, 심장 등) 이외의 시술을 시행하는 것이 어려운 문제점이 있다. 또한, 자기장 시스템이 수술용 침대 양쪽에서 접근하여 결합된 후에는 시술자가 환자에게 접근하는 것이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 도 1(b)에 도시한 종래 기술에 따른 MRI 기반의 자기장 수술 시스템은 시술 중에 침대를 이동시키지 않는 경우(즉 터널 밖으로 다시 침대를 빼내지 않는 경우에는), 시술자의 접근 자체가 어려워지므로, 응급 상황에서 여러 의료장치를 부착한 상태의 환자에게 치명적인 결과를 초래하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템에 있어서, 영상 모듈과 솔레노이드 코일 간의 기계적인 간섭이 없는 독립적인 이동성을 확보하여, 마이크로로봇 제어를 이용한 시술과 동시에 영상 모듈을 이용한 촬영이 가능하고, 시술자가 환자로 접근하는 것이 가능하여 시술 중 응급상황에 유연한 대처가 가능하도록 하는 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템을 제안한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템을 나타내는 측면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기장 방출부의 구성 및 작동 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템은 방사선을 수신하는 디텍터(110)와, 디텍터(110)와 독립적으로 구성되고 디텍터(110)의 움직임에 따라 위치가 조정(align)되어 방사선을 방출하는 소스(120)를 포함하는 영상 모듈(100) 및, 베드(500) 위의 타겟(400)에 대한 시술을 위한 자기장을 방출하는 자기장 방출부(200)로 제어 신호를 전송하되, 영상 모듈(100)의 촬영 범위에 대하여 물리적인 간섭이 없도록 제어 신호를 전송하는 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.
종래 기술에 따른 C-Arm형 X-ray는 솔레노이드 코일 시스템과 영상 시스템을 함께 이용하는 경우, 즉 시술과 촬영을 동시 수행하는 경우 기계적인 간섭이 발생하는 문제점이 있는 바, 본 발명의 실시예에 따르면 디텍터(110)와 소스(120)가 상호 분리되어 구동되는 영상 모듈(100)을 제안한다.
디텍터(110)와 소스(120)는 회전축을 중심으로 좌/우 회전 가능하며, 전술한 바와 같이 디텍터(110)의 위치에 따라 소스(120)가 얼라인(align)되어 위치가 이동되며 회전된다.
디텍터(110) 및 소스(120)는 타겟(400)의 포지션(위치, 높이 등)에 따라 6자유도 이동하여 촬영 범위를 정의하며, 디텍터(110)의 위치 변동에 연동하여 소스(120)의 위치 조정을 위해 센서(111, 121)가 포함된다.
이러한 센서는 예컨대 자이로 센서 등을 포함하여, 디텍터(110)의 포지션 변화를 감지하고, 그 센싱 데이터를 소스(120) 또는 제어부로 전송함으로써, 디텍터의 변경된 포지션에 따라 소스(120)의 위치가 조정(align)되도록 한다.
디텍터(110)는 위치 정보 송신부(111), 소스(120)는 위치 정보 수신부(121)를 포함하여, 디텍터(1110)의 이동에 따라 소스(120)의 위치를 조정하기 위한 위치 정보를 송수신한다.
이러한 위치 정보의 송수신은 BLE 등 저전력 무선 통신 방식에 의한 것이 바람직하나, 본 발명의 범주가 통신 방식에 의하여 제한되지 아니한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부는 전술한 위치 정보 송수신 또는 마커를 이용한 위치 정보 확인을 통해, 디텍터(110)의 위치에 대응되도록 소스(120)의 위치를 제어하는 신호를 소스(120)에 부착된 구동부로 전송하여, 도 2는 이러한 구동부의 예로서 소스(12)의 위치 이동 및 회전 제어가 가능한 모터(300)를 도시한 것이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 자기장 방출부(200)의 구성을 나타내며, 도 3의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 코일의 이동(전후진, 회전)을 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 자기장 방출부(200)의 솔레노이드 코일(222)을 4개 구비한 것을 예로 들어 도시한 것이나, 이는 그 개수의 변동이 가능함이 물론이고, 본 발명의 범주가 본 도면의 기재에 의해 제한되는 것은 아니다.
자기장 방출부(200)는 베드의 하부에 배치되어, 솔레노이드 코일(222)로 인가되는 배치 조정 및 전류 조정에 의해 정밀 제어된 자기장을 방출하여 고정밀도의 마이크로로봇 제어를 수행한다.
자기장 방출부(200)의 지지대(210)는 베이스부(211)와 돌출부(212)로 이루어지고, 솔레노이드 코일(222) 및 몸체부(221)는 돌출부(212)의 일단에 배치된다.
몸체부(221)는 지지대(210)의 돌출부(212)의 일단에 배치되어 내부에 수용공간이 형성되고, 솔레노이드 코일(222)은 몸체부(221)의 수용공간에 슬라이딩방식으로 이동 가능하게 삽입되어, 전원이 인가됨에 따라 슬라이딩방식으로 전진 또는 후진한다.
솔레노이드 코일(222)은 몸체부(221)로부터 슬라이딩방식으로 전진 또는 후진함으로써, 금속으로 이루어진 솔레노이드 코일(222)이 영상 모듈(100)의 촬영 범위를 간섭하지 않도록 제어된다.
회전부(230)는 솔레노이드 코일(222) 및 몸체부(221)가 지지대(210)를 기준으로 회전하도록 하는 구성으로서, 제1돌기(231), 제2돌기(232) 및 회전축(234)을 포함하고, 제2돌기(232)의 안착부에 제1 돌기(231)가 삽입된다.
회전축(234)은 제1돌기(231)와 제2돌기(232)의 포개진 영역을 관통하여, 솔레노이드 코일(222) 및 몸체부(221)는 회전부(230)를 매개로 하여 지지대(210)에 회전가능하게 결합된다.
솔레노이드 코일(222)는 전술한 구성으로부터 30~45도(전범위 60~90도) 기울여짐으로써 다양한 구동 영역(working space), 자유도를 형성할 수 있다.
자기장 방출부(200)는 위치 조정이 가능하며, 환자의 위급한 상황 발생 시 영상 모듈(100)과 자기장 방출부(200)간의 마찰이 발생하면 안전장치의 제어에 의해 즉시 정지된다.
다른 실시예로서, 솔레노이드 코일(222)은 그 일단의 결합 부재에 의하여 고정되나, 지지대(211)가 상하좌우 슬라이딩 이동 또는 회전함에 따라, 결과적으로 솔레노이드 코일(222)의 위치가 변동하도록 제어하는 것 역시 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 모듈(100) 및 자기장 방출부(200)는 상호 기계적인 간섭이 없는 독립적인 이동성을 가지고 있으므로, 인체의 특정 부위(뇌, 안구, 심장 등)에 시술 가능 부위가 국한되지 아니하며, 특정 부위 이외의 영역에 대하여도 환부 시술이 가능하며, 시술자의 접근성을 향상시켜 시술 성공율을 증대하는 것이 가능하다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 영상 모듈 110: 디텍터
111: 마커/위치 정보 송신부 120: 소스
121: 마커/위치 정보 수신부 200: 자기장 방출부
210: 지지대 211: 베이스부
212: 돌출부 221: 몸체부
222: 솔레노이드 코일 230: 회전부
231: 제1돌기 232: 제2돌기
233: 안착부 234: 회전축
300: 모터 400: 타겟
500: 베드

Claims (8)

  1. 방사선을 수신하는 디텍터와, 상기 디텍터와 독립적으로 구성되고 상기 디텍터의 움직임에 따라 위치가 조정되어 방사선을 방출하는 소스를 포함하는 영상 모듈; 및
    상기 디텍터 및 소스 사이에 배치되는 베드 위의 타겟에 대한 시술을 위한 자기장을 방출하는 자기장 방출부로 제어 신호를 전송하되, 상기 영상 모듈의 촬영 범위에 대하여 물리적인 간섭이 없도록 제어 신호를 전송하는 제어부
    를 포함하는 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터 및 소스는 상기 타겟의 포지션에 따라 6자유도 이동하여 촬영 범위를 조정하는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터 및 소스는 상기 디텍터의 이동에 따른 상기 소스의 위치 조정을 위한 센서를 포함하는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디텍터는 위치 정보 송신부, 상기 소스는 위치 정보 수신부를 포함하여, 상기 디텍터의 이동에 따른 상기 소스의 위치 조정을 위한 위치 정보를 송수신하는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 디텍터의 위치에 대응되도록 상기 소스의 위치를 제어하는 신호를 구동부로 전송하는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 방출부는 베이스부 및 상기 베이스부의 일단에서 상기 타겟을 향해 돌출된 돌출부로 이루어진 지지대와, 돌기 및 회전축을 이용하여 솔레노이드 코일이 상기 지지대로부터 회전되도록 하는 회전부를 포함하는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 방출부에 포함되는 솔레노이드 코일은 지지대가 상, 하, 좌, 우 슬라이딩 및 회전함에 따라 그 위치가 변경되는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 방출부에 포함되는 솔레노이드 코일은 내부 수용 공간이 형성된 몸체부에 슬라이딩 방식으로 이동 가능하게 삽입되어, 전진 또는 후진되는 것
    인 영상 시스템이 결합된 마이크로로봇 제어 시스템.
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