KR20190010799A

KR20190010799A - 전자기 코일시스템 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190010799A
Application number: KR1020170092668A
Authority: KR
Inventors: 이종희; 이청; 임영철; 전충일; 김지현
Original assignee: 주식회사 우영메디칼
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-01-31
Also published as: KR102061263B1; WO2019017745A1

Abstract

본 발명은 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 코일시스템을 각 코일별로 전류에 기반하여 동작시키되, 도입 장치의 사용 전에는 코일시스템의 각 코일의 동작 환경에 의한 왜곡된 자기장을 보정하여 전류 보정값을 추출하고, 도입 장치의 사용 중에는 각 코일의 온도 상승에 따라 각 코일의 임피던스가 변하더라도 각 코일이 일정한 자기장을 형성하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 코일시스템의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치를 운전자가 의도한대로 정밀하게 조종할 수 있는 효과가 있다.

Description

전자기 코일시스템 제어 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTROMAGNETIC COIL SYSTEM}

본 발명은 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자기 코일시스템이 체내 도입 장치를 정밀하게 조종할 수 있도록 코일시스템의 자기장을 균질하게 유지하게 하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

체내 도입 장치의 대표적인 예로서 캡슐 내시경이 있다. 수술을 하지 않고 사람 또는 동물의 체내 장기의 상태를 촬영하거나 조직을 채취하거나 약물을 투입하는 등의 의료 행위를 하기 위해 내시경이 많이 사용되는데, 내시경은 튜브를 통해 체내에 투입되기 때문에 고통과 불편함이 있어서, 이러한 문제를 해결하고자 튜브가 없는 무선의 캡슐 내시경이 개발되어 의료 현장에서 사용되고 있다.

캡슐 내시경은 환자가 삼킴으로써 체내에 도입되는데, 외부에서 캡슐 내시경의 이동을 제어하지 않고 캡슐 내시경이 자연적인 장기의 연동 운동으로 배출되는 방식이 있고, 외부에서 자기장으로 캡슐 내시경의 이동을 제어하여 필요한 체내 부위만 집중적으로 의료 행위를 하는 방식이 있다.

캡슐 내시경 같은 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템은 일본특허 제5436447호에서와 같이 10개 내외의 코일로 구성된다. 코일시스템을 구성하는 각 코일은 체내 도입 장치를 조종하기 위해 각각의 역할이 있다. 예를 들면, 각 코일은 X, Y, Z 축상에서의 병진, 세차, 틸팅 등의 움직임을 각각 담당하며, 각 코일의 독립적인 역할을 조합하여 자유자재로 도입 장치를 조종할 수 있다. 따라서, 각 코일이 필요한 역할을 잘 수행하도록 하기 위해서는 각 코일의 자기장이 균질하게 형성이 되어야 한다.

자기장이 균질하게 형성되지 않고 오차나 왜곡이 발생하는 주요 원인으로 크게 두 가지가 있는데, 코일시스템의 동작 환경의 변화 및 사용 중 코일의 온도변화이다. 코일시스템의 동작 환경의 변화로는, 주변 온도의 변화 또는 전력 시스템의 출력 오차 등에 따른 자기장의 변화가 있다. 계절 변화 등의 이유로 주변 온도에 차이가 발생하면 코일의 임피던스가 변할 수 있고, 전력 시스템이 안정성이 낮으면 사용시마다 전류 제어에 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 동작 환경의 변화로 자기장이 변하게 되면 체내 도입 장치의 움직임에 오차나 왜곡이 생기는 문제점이 있다.

또한, 코일시스템은, 사용 중에 일정한 전압을 유지하도록 제어를 하게 되면, 코일이 온도가 상승하면서 코일의 임피던스가 차츰 변하게 되고, 시간이 지남에 따라 코일의 전류값이 작아져서 결국 자기장이 약해지는 상황이 발생하는 문제점이 있다.

JP 5436447 B2.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 코일시스템의 자기장을 균질하게 유지하게 하여 전자기 코일시스템이 체내 도입 장치를 정밀하게 조종할 수 있도록 하는 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 장치로서, 상기 코일시스템의 각 코일의 자기장을 측정하는 자기장측정부; 상기 각 코일의 측정된 자기장에 기초하여 상기 각 코일의 전류 보정값을 추출하는 보정부; 및 상기 전류 보정값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어하는 전류제어부를 포함하는, 코일시스템 제어 장치가 제공된다.

상기 전류제어부는, 상기 각 코일의 온도 변화에 따라 상기 각 코일의 임피던스가 변하더라도 상기 각 코일이 균질한 자기장을 형성하도록 전류를 제어하는 것일 수 있다.

상기 보정부는, 상기 각 코일의 측정된 자기장을 보정하여 회귀(regression) 모형을 추출하고, 상기 각 코일의 미리 저장되어 있는 기준 모형 및 상기 각 코일의 추출된 회귀 모형에 기초하여 상기 전류 보정값을 추출할 수 있다.

상기 측정된 자기장은 상기 각 코일로부터 상기 도입 장치의 위치로 예상되는 지점에서 측정된 값일 수 있다.

상기 자기장측정부는 복수의 전류값 또는 복수의 온도에서 자기장을 측정할 수 있다.

상기 전류제어부는 상기 각 코일의 실시간 온도 변화에 기초하여 상기 전류 보정값을 선택할 수 있다.

상기 코일시스템 제어 장치는 상기 각 코일의 전류 변동값을 감지하는 전류측정부를 더 포함하되, 상기 전류제어부는 상기 감지된 전류 변동값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어할 수 있다.

상기 자기장의 측정은 상기 도입 장치를 사용하기 전에 수행할 수 있다.

상기 전류 변동값의 감지는 상기 도입 장치를 사용하는 중에 수행할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 방법으로서, 상기 코일시스템의 각 코일의 자기장을 측정하는 단계; 상기 각 코일의 측정된 자기장에 기초하여 상기 각 코일의 전류 보정값을 추출하는 단계; 상기 각 코일의 전류 변동값을 감지하는 단계; 및 상기 전류 보정값 및 상기 감지된 전류 변동값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어하는 단계를 포함하는, 코일시스템 제어 방법이 제공된다.

상기 전류를 제어하는 단계는, 상기 각 코일의 온도 상승에 따라 상기 각 코일의 임피던스가 변하더라도 상기 각 코일이 균질한 자기장을 형성하도록 전류를 제어할 수 있다.

상기 전류 보정값을 추출하는 단계는, 상기 각 코일의 측정된 자기장을 보정하여 회귀 모형을 추출하는 단계; 및 상기 각 코일의 미리 저장되어 있는 기준 모형 및 상기 각 코일의 추출된 회귀 모형에 기초하여 상기 전류 보정값을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 전류를 제어하는 단계는, 상기 각 코일의 온도 변화에 기초하여 상기 전류 보정값을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 코일시스템을 각 코일별로 전류에 기반하여 동작시키되, 도입 장치의 사용 전에는 코일시스템의 각 코일의 동작 환경에 의한 왜곡된 자기장을 보정하여 전류 보정값을 추출하고, 도입 장치의 사용 중에는 각 코일의 온도 상승에 따라 각 코일의 임피던스가 변하더라도 각 코일이 일정한 자기장을 형성하도록 제어함으로써, 코일시스템의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치를 운전자가 의도한대로 정밀하게 조종할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치 및 주변 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치 및 코일시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코일시스템의 자기장 측정 위치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자기장 보정 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 방법에 대한 구체적인 일례를 나타내는 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 도시되고 설명되며 그 이외 부분의 도시와 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략하였다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우만을 한정하는 것이 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 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.

설명의 간략함을 위해, 본 명세서에서는 예시를 들어 순서도 또는 플로우 차트의 형태로 하나 이상의 방법이 일련의 단계로서 도시되고 기술되어 있지만, 본 발명이 단계들의 순서에 의해 제한되지 않는데 그 이유는 본 발명에 따라 본 명세서에 도시되고 기술되어 있는 것과 다른 순서로 또는 다른 단계들과 동시에 행해질 수 있기 때문이라는 것을 잘 알 것이다. 또한, 예시된 모든 단계들이 본 발명에 따라 방법을 구현해야만 하는 것은 아닐 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들을 설명함에 있어, 대응되는 구성요소에 대해서는 동일한 명칭 및 동일한 참조부호를 부여하여 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성요소의 크기나 선의 두께 등은 이해의 편의상 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

캡슐 내시경 등의 체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템은 10개 내외의 코일로 구성되는데, 코일시스템을 구성하는 각 코일은 체내 도입 장치를 조종하기 위해 각각의 역할이 정해져 있다. 예를 들면, 각 코일은 X, Y, Z 축상에서의 병진, 세차, 틸팅 등의 움직임을 각각 담당하며, 각 코일의 독립적인 역할을 다양한 방법으로 조합하여 자유자재로 체내 도입 장치를 조종할 수 있도록 구성된다.

따라서, 각 코일이 필요한 역할을 잘 수행하도록 하기 위해서는 각 코일의 자기장이 균질하게 형성이 되어야 하는데, 코일시스템 주변 온도의 변화 또는 전력 시스템의 출력 오차 등에 따라 자기장의 변화나 왜곡이 발생할 수 있다. 계절 변화 등의 이유로 주변 온도에 차이가 발생하면 코일의 임피던스가 변할 수 있고, 전력 시스템이 안정성이 낮으면 사용시마다 전류 제어에 오차가 발생할 수 있으므로, 이러한 동작 환경 요인에 의한 자기장 오차를 최소화하기 위해, 코일시스템을 사용하기 직전에 자기장 보정을 해주는 것이 바람직하다.

또한, 코일시스템은, 체내 도입 장치 조종을 위해 각 코일에 일정한 전압을 유지하도록 제어를 하게 되면, 코일이 온도가 점점 상승하면서 코일의 임피던스가 차츰 변하게 되고, 시간이 지남에 따라 코일의 전류값이 작아져서 결국 자기장이 약해지는 상황이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 전압의 크기로 코일을 제어하는 것 보다는 일정한 전류가 흐를 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 코일시스템을 각 코일별로 전압이 아닌 전류에 기반하여 동작시키고, 도입 장치의 사용 전에는 코일시스템의 각 코일의 동작 환경에 의한 왜곡된 자기장을 보정하여 전류 보정값을 추출하고, 도입 장치의 사용 중에는 각 코일의 온도 상승에 따라 각 코일의 임피던스가 변하더라도 각 코일이 일정한 자기장을 형성하도록 제어함으로써, 코일시스템의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치를 보다 더 정밀하게 조종하기 위한 장치 및 방법으로서, 후술되는 다양한 실시예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치(10) 및 주변 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 코일시스템 제어 장치(10), 조향부(40) 및 코일시스템(20)이 도시되어 있다.

조향부(40)는 체내 도입 장치(30)를 조종하기 위해 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 다양한 명령을 내리는 장치이다. 이 명령에 의해 체내에 도입된 장치(30)가 운전자가 의도한 조향대로 움직이게 된다.

코일시스템(20)은 체내 도입 장치(30)를 전자기 유도 원리를 사용하여 조종하는 시스템이며 일반적으로 10개 내외의 복수개 코일(21, 22, … , 28)로 구성이 되고, 각 코일은 X, Y, Z 축상에서의 병진, 세차, 틸팅 등의 움직임을 각각 독립적으로 담당한다. 각 코일은 자기장을 발생시키기 위하여 전류에 의하여 구동이 되고, 전류의 크기에 따라 자기장의 세기가 변하고, 각 코일에서 생성된 다양한 크기와 방향의 조합으로 체내 도입 장치(30)를 조종하게 된다.

체내 도입 장치(30)는 영구 자석을 구비하고 있어서 체외에서 전자기 유도로 조종이 가능하다.

본 발명에 따른 제어 장치(10)는 조향부(40)로부터 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 명령을 수신하고, 수신한 명령에 따라 코일시스템(20)를 제어하는 장치이다. 제어 장치(10)는 조향부(40)로부터 수신한 명령을 코일시스템(20) 구동에 필요한 전류로 변환하는 기능을 한다. 즉, 전류에 기반한 제어를 한다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 8개의 코일(21, 22, … , 28)로 구성된 코일시스템(20)이라면, 8개의 코일 각각에 전류를 공급하는데, 이때 조향을 위해 각각의 코일에 공급되는 전류의 증감분은 코일마다 모두 다를 수 있다.

제어 장치(10)는 체내 도입 장치(30)의 사용 직전, 또는 주기적으로 코일시스템(20)의 각 코일(21, 22, … , 28)의 왜곡되거나 오차가 발생하는 자기장을 보정할 수 있다. 왜곡된 자기장을 보정을 해주고 동작중에서 자기장이 균질하게 형성될 수 있도록 제어를 해야, 원래 조향부(40)와 약속된 제어대로 코일시스템(20)이 동작을 하게 된다.

본 발명에 따른 자기장의 보정 방법은 두가지가 있는데, 첫째는, 동작 환경에 의한 자기장 오차 또는 왜곡을 보정하는 것이고, 둘째는, 도입 장치의 사용 중에 각 코일의 온도 상승에 따른 자기장 오차 또는 왜곡을 보정하는 것이다 이에 대하여는 후술하는 다양한 실시예에서 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치(10)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 제어 장치(10)는 자기장측정부(12), 보정부(14) 및 전류제어부(16)를 포함하여 구성될 수 있고, 전류측정부(18)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

자기장측정부(12)는 코일시스템(20)의 각 코일(21, 22, … , 28)의 자기장을 측정할 수 있다. 동작 환경에 의한 자기장 왜곡, 즉, 주변 온도나 전력시스템의 출력 오차 등에 의해 자기장의 변화가 생기는 것을 보정하기 위해 자기장을 측정하는 것이다. 또한, 코일이 노후(aging)하거나 일부 파손되는 경우에도 자기장의 변화가 발생할 수 있다. 이렇게 자기장의 왜곡이 발생하면, 동일 전류에 대하여 서로 다른 값의 자기장이 형성될 수 있다. 따라서, 자기장의 측정은 동작 환경이나 주변 환경의 변화를 최소로 하기 위해 체내 도입 장치(30)를 사용하기 직전에 측정하는 것이 바람직하나, 주기적으로 또는 비주기적으로 측정할 수도 있다.

보정부(14)는 각 코일(21, 22, … , 28)에서 측정된 자기장 값들에 기초하여 각 코일(21, 22, … , 28)의 자기장을 보정하기 위해 전류 보정값을 추출한다. 즉, 각 코일(21, 22, … , 28)별로, 특정 전류에는 기존의 미리 정해진 특정 값의 자기장이 형성되어야 하는데, 미리 정해진 값보다 크거나 작은 자기장이 형성된다면 전류를 조절하여 기존의 자기장 값을 유지하도록 보정을 하는 것이다. 전류를 조절한다는 것은 전류증감분을 조절한다는 의미이다. 예를 들면, 특정 전류값에서 측정된 자기장이 기존의 자기장보다 작을 경우에는 전류를 더 많이 흘려주어 자기장의 세기를 크게 하는 것이고, 측정된 자기장이 기존의 자기장보다 클 경우에는 전류를 적게 흘려주어 자기장의 세기를 작게 하는 것이다.

보정을 위해서는 자기장측정부(12)에서 측정된 값들로부터 회귀 모형(regression model)을 추출하고, 각 코일(21, 22, … , 28)별로 미리 저장되어 있는 기준 모형(reference model)과 비교하여 전류증감분을 추출할 수 있다. 회귀 모형을 추출하는 방법은 다양한 방법들이 있는데, 그 중의 하나로서 일차 선형 회귀 모델에 대하여 도 4 및 5에서 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 전류 제어는 각 코일(21, 22, … , 28)에 일정한 전류가 흐르게 하여 균질한 자기장이 형성되도록 하는 것이다. 종래에는 각 코일(21, 22, … , 28)에 일정한 전압을 유지하도록 전류를 공급하여 제어를 하는데, 이렇게 전압 기반의 제어를 하면, 코일이 온도가 점점 상승하면서 코일의 임피던스가 차츰 변하게 되고, 시간이 지남에 따라 코일의 전류값이 작아져서 결국 자기장이 약해지는 상황이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 전압의 크기로 코일을 제어하는 것 보다는 일정한 전류가 지속적으로 흐를 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다.

제어 장치(10)는 전류측정부(18)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 전류측정부(18)는 각 코일(21, 22, … , 28)의 전류 변동값을 감지한다. 상기 언급한 이유로 체내 도입 장치(30) 조종 중에 각 코일(21, 22, … , 28)의 온도가 상승하면서 임피던스가 변하면서 전류에도 변동이 발생할 수 있는데, 이를 감지하여 전류제어부(16)에 피드백을 줄 수 있다.

전류제어부(16)는 각 코일(21, 22, … , 28)별로 전류를 제어한다. 전류를 제어한다는 것은 각 코일(21, 22, … , 28)별로 전류의 크기를 조절함을 의미한다. 전류제어부(16)는 보정부(14)에서 추출된 전류 보정값을 사용하여 주변 환경에 의한 자기장 왜곡을 보상할 수 있다. 또한, 전류제어부(16)는 전류측정부(18)에서 감지된 전류 변동값에 기초하여 각 코일(21, 22, … , 28)의 전류를 제어할 수 있다. 물론 전류 보정값과 전류 변동값에 기초하여 전류를 제어할 수도 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 동작 환경에 의한 자기장 왜곡을 보정하기 위해 보정부(14)에서 추출된 전류 보정값을 사용하고, 도입 장치의 사용 중에 각 코일(21, 22, … , 28)의 온도 상승에 따른 자기장 왜곡을 보정하기 위해 전류측정부(18)에서 감지된 전류 변동값을 사용함으로써, 코일시스템(20)의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치(30)를 운전자가 의도한대로 정밀하게 조종할 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치(10) 및 코일시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 전류제어부(16) 및 전류측정부(18)가 코일시스템(20)의 N개의 각 코일(21, 22, … , 28)과 연결되는 구성이 도시되어 있다. 도면에서는 N=8인 경우의 코일 시스템이 도시되어 있는데, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.

전류제어부(16)는 각 코일(21, 22, … , 28)에 각각 별도의 연결로 독립적으로 전류를 공급하고 제어할 수 있다. 보정부(14)에서 추출된 전류 보정값도 각 코일(21, 22, … , 28)별로 모두 다른 값을 가질 수 있다.

전류제어부(10)는 각 코일(21, 22, … , 28)을 전류로 제어를 할 때, 전류 보정값에 따른 전류 증감분을 가감하여 제어를 할 수 있다.

전류측정부(18)는 각 코일(21, 22, … , 28)에 각각 별도의 연결로 독립적으로 전류 변동값을 감지할 수 있다.

각 코일(21, 22, … , 28)별로 감지된 전류 변동 값은 전류제어부(16)로 피드백되어 각 코일(21, 22, … , 28)별로 가감되어 전류 제어에 사용될 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에 의하면, 도입 장치의 사용 중에 각 코일의 온도 상승에 따라 각 코일의 임피던스가 변하더라도 각 코일이 일정한 자기장을 형성하도록 제어함으로써, 코일시스템의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치를 보다 더 정밀하게 조종할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 코일시스템의 자기장 측정 위치를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 자기장 보정 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 자기장측정부(12)가 자기장을 측정하기 위해, 자기 센서(35)의 바람직한 위치를 도시하고 있다.

각 코일은 각각의 역할이 독립적으로 존재하기 때문에, 자기장을 측정할 때는, 코일시스템(20)을 구성하는 각각의 코일(21, 22, … , 28)별로 자기장을 측정하는 것이 바람직한데, 8개의 코일 중에서 하나씩 전류를 공급하여 측정을 하는 것이 바람직하다. 또한, 자기장의 측정 위치는, 실제로 체내 도입 장치(30)를 사용할 때 체내 도입 장치(30)의 위치로 예상되는 지점에 자기 센서(35)를 위치시키는 것이 바람직하다. 이를 위하여 신체를 모델링한 팬텀을 제작하여 사용할 수도 있다.

예를 들어, 도 4(a)는 4번 코일(24)에만 전류를 공급하는 것과, 형성되는 자기장을 측정하는 바람직한 자기 센서(35)의 위치를 도시하고 있다. 도 4(b)는 7번 코일(27)에만 전류를 공급하는 것과, 형성되는 자기장을 측정하는 바람직한 자기 센서(35)의 위치를 도시하고 있다.

상술한 바와 같이 자기장을 측정하면, 각 코일(21, 22, … , 28)별로 실제로 체내 도입 장치(30) 위치에서 작용하는 자기장을 효과적으로 측정할 수 있다.

도 5를 참조하면, 보정부(14)가 각 코일(21, 22, … , 28)에서 측정된 자기장 값들에 기초하여 각 코일(21, 22, … , 28)의 자기장을 보정하기 위해 전류 보정값을 추출하는 회귀 모형으로서, 일차 선형 회귀 모형을 사용한 실시예가 도시되어 있다.

도 5(a)는 복수의 전류값(I)에 대한 자기장 측정값(B)을 각각 가로축과 세로축으로 나타낸 것이다. 가로축을 복수의 온도로 할 수도 있으며, 여러 개의 온도에 대하여 각각의 전류값을 측정할 수 있다.

도 5(b)는 도 5(a)에서 측정된 값들을 일차 선형 회귀 모형을 사용하여 g(i) 를 추출한 것이다.

도 5(c)는 원래 정의되어 있던, 또는 미리 기준값으로 세팅되어 있던 기준 모형 f(i) 를, 추출된 g(i)와 함께 도시한 그래프이다.

도 5(c)를 참조하면, 특정 전류값 i 에서 f(i) 와 g(i) 가 차이를 보이며, 원래 정의되어 있던 f(i) 의 자기장을 형성하려면, i' 의 전류를 공급 해야함을 알 수 있다.

이를 수학식으로 나타내어 보면, 자기장은 전류에 비례하여 형성되므로, 원래 조향부(40)와 미리 정의되어 있던 전류대 자기장 함수 f(i) 를 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

일차 선형 회귀 모형으로 추출된 g(i) 는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 도 5(c)의 I 대 i' 의 관계는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 도 5의 실시예에 의하면 i' 는 (

)만큼 전류 증분이 발생하므로, 기존과 동일한 자기장을 형성시키기 위해서는 기존 전류(i)의 (

) 배수만큼 전류를 증가시켜야 한다.

자기장의 보정 방법은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 회귀 모형을 사용할 수 있고, 또한, 전류 제어가 주로 이루어지는 관심 전류 구간에서만 회귀 모형을 사용할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자기 코일시스템 제어 방법에 대한 구체적인 일례를 나타내는 순서도(S50)이다.

도 6을 참조하면, S51 단계에서는, 체내 도입 장치(30) 사용 직전에 자기장측정부(12)가 복수의 전류값 및/또는 복수의 온도에서 각 코일(21, 22, … , 28)의 자기장을 측정할 수 있다.

S53 단계에서는, 보정부(14)가 도 5의 실시예처럼 회귀 모형을 추출할 수 있다.

S55 단계에서는, 도 5의 실시예처럼, 보정부(14)가 미리 정해져 있는 기준 모형과 S53 단계에서 추출된 회귀 모형에 기초하여 코일의 전류 보정값을 추출할 수 있다.

S57 단계에서는, 체내 도입 장치(30) 사용 중에 전류측정부(18)가 도 4의 실시예처럼 각 코일(21, 22, … , 28)의 전류 변동값을 감지할 수 있다.

S59 단계에서는, S55 단계에서 추출된 전류 보정값 및 감지된 S57 단계에서 감지된 전류 변동값에 기초하여 각 코일(21, 22, … , 28)의 전류를 제어할 수 있다.

이상과 같이, 상술한 실시예들에 의하면, 본 발명에 따른 전자기 코일시스템 제어 장치(10) 및 방법은 코일시스템(20)을 각 코일(21, 22, … , 28)별로 전류에 기반하여 동작시키되, 체내 도입 장치(30)의 사용 전에는 코일시스템(20)의 동작 환경에 의한 왜곡된 자기장을 보정하여 전류 보정값을 추출하고, 체내 도입 장치(30)의 사용 중에는 각 코일(21, 22, … , 28)의 온도 상승에 따라 각 코일의 임피던스가 변하더라도 각 코일이 일정한 자기장을 형성하도록 제어함으로써, 코일시스템(20)의 자기장이 균질하게 유지되어 체내 도입 장치를 운전자가 의도한대로 정밀하게 조종할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 코일시스템 제어 장치
12: 자기장측정부
14: 보정부
16: 전류제어부
18: 전류측정부
20: 코일시스템
21, 22, …, 28: 코일
30: 체내 도입 장치
35: 자기 센서
40: 조향부

Claims

체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 장치로서,
상기 코일시스템의 각 코일의 자기장을 측정하는 자기장측정부;
상기 각 코일의 측정된 자기장에 기초하여 상기 각 코일의 전류 보정값을 추출하는 보정부; 및
상기 전류 보정값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어하는 전류제어부;
를 포함하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는,
상기 각 코일의 온도 변화에 따라 상기 각 코일의 임피던스가 변하더라도 상기 각 코일이 균질한 자기장을 형성하도록 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 보정부는,
상기 각 코일의 측정된 자기장을 보정하여 회귀(regression) 모형을 추출하고, 상기 각 코일의 미리 저장되어 있는 기준 모형 및 상기 각 코일의 추출된 회귀 모형에 기초하여 상기 전류 보정값을 추출하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 측정된 자기장은 상기 각 코일로부터 상기 도입 장치의 위치로 예상되는 지점에서 측정된 값인 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기장측정부는 복수의 전류값 또는 복수의 온도에서 자기장을 측정하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 전류제어부는 상기 각 코일의 실시간 온도 변화에 기초하여 상기 전류 보정값을 선택하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 각 코일의 전류 변동값을 감지하는 전류측정부를 더 포함하되,
상기 전류제어부는 상기 감지된 전류 변동값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 1항에 있어서,
상기 자기장의 측정은 상기 도입 장치를 사용하기 전에 수행하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
제 7항에 있어서,
상기 전류 변동값의 감지는 상기 도입 장치를 사용하는 중에 수행하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 장치.
체내 도입 장치를 전자기 유도로 조종하는 코일시스템을 제어하는 방법으로서,
상기 코일시스템의 각 코일의 자기장을 측정하는 단계;
상기 각 코일의 측정된 자기장에 기초하여 상기 각 코일의 전류 보정값을 추출하는 단계;
상기 각 코일의 전류 변동값을 감지하는 단계; 및
상기 전류 보정값 및 상기 감지된 전류 변동값에 기초하여 상기 각 코일의 전류를 제어하는 단계;
를 포함하는, 코일시스템 제어 방법.
제 10항에 있어서,
상기 전류를 제어하는 단계는,
상기 각 코일의 온도 상승에 따라 상기 각 코일의 임피던스가 변하더라도 상기 각 코일이 균질한 자기장을 형성하도록 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 방법.
제 10항에 있어서,
상기 전류 보정값을 추출하는 단계는,
상기 각 코일의 측정된 자기장을 보정하여 회귀 모형을 추출하는 단계; 및
상기 각 코일의 미리 저장되어 있는 기준 모형 및 상기 각 코일의 추출된 회귀 모형에 기초하여 상기 전류 보정값을 추출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 방법.
제 10항에 있어서,
상기 전류를 제어하는 단계는,
상기 각 코일의 온도 변화에 기초하여 상기 전류 보정값을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일시스템 제어 방법.