KR20190045563A - 능동형 견인장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

능동형 견인장치 및 이의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 골절 정복 시 골절부의 응력 상태를 실시간으로 감지하고 필요한 견인력을 보상하도록 구현한 능동형 견인장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 환자의 골절된 골편을 체결한 후 전후 방향으로 견인하는 견인축; 상기 견인축의 견인 위치 또는 견인력를 측정할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 측정 장치; 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주기 위해 상기 견인축에 연결 설치되는 엑츄에이터; 구동제어신호에 따라 상기 엑츄에이터의 구동에 필요로 하는 전력을 상기 엑츄에이터로 공급하는 드라이버; 및 사용자로부터 입력되는 견인요청값과 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값을 비교하여 상기 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 제어기를 포함한다.

Description

능동형 견인장치 및 이의 제어 방법{Active Retractor and Control Method thereof}
본 발명은 능동형 견인장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 골절 정복 시 골절부의 응력 상태를 실시간으로 감지하고 필요한 견인력을 보상하도록 구현한 능동형 견인장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
골절된 뼈의 고정을 위해 금속판 또는 금속정을 사용하는 것은 보편화되어 있다. 상기 금속판은 외과의사가 환자의 뼈를 안정화시키고, 교정하거나 또는 정렬시키기 위해서 사용된다. 이러한 금속판은 전형적으로 판에 형성된 구멍을 통해 설치되는 나사와 같은 복수의 체결부로 골편에 체결된다.
대부분의 장골 골절의 경우, 골절된 골편은 근육에 의해 수축되게 되며, 골편을 본래의 적절한 위치로 정렬하기 위해서는 원위 골편을 적절히 견인하여야 한다. 본래의 위치까지 견인 후에 골편의 미세한 조작으로 골절 정복을 수행하고, 금속판 또는 금속정으로 고정한다
따라서, 골절된 뼈에 견인력 또는 압박력을 인가하여 정렬 및 후속적인 재결합을 용이하게 하는데 사용될 수 있는 도구가 필요하게 된다.
종래의 견인 장치는, 인력 또는 기계적인 구성에 의하여 견인 후 고정하는 역할만으로 견인의 목적을 달성하였는데, 이러한 방법에서는 골절 정복을 수행하는 과정에서 발생하는 환부의 응력 변화에 대하여 고정된 위치의 견인만 제공됨으로 인해 수술자의 의도에 필요한 견인력 제공에 한계가 발생한다는 단점을 가지고 있다.
한국등록실용신안 제20-0216141호 한국등록특허 제10-1298059호
본 발명의 일측면은 골절 환부의 응력 상태를 검출할 수 있는 센서와 제어기 및 엑츄에어터로 구성하여 골절 부위에 필요한 견인력을 실시간으로 일정하게 제공하는 능동형 견인장치 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치는, 환자의 골절된 골편을 체결한 후 전후 방향으로 견인하는 견인축; 상기 견인축의 견인 위치 또는 견인력를 측정할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 측정 장치; 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주기 위해 상기 견인축에 연결 설치되는 엑츄에이터; 구동제어신호에 따라 상기 엑츄에이터의 구동에 필요로 하는 전력을 상기 엑츄에이터로 공급하는 드라이버; 및 사용자로부터 입력되는 견인요청값과 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값을 비교하여 상기 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 제어기를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 측정 장치는, 상기 견인축의 인장력 또는 압축력을 측정한 후 이에 대응하는 인장력정보 또는 압축력정보를 생성시켜 상기 제어기로 전달할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 견인력 측정 센서; 및 상기 견인축의 이동 위치를 측정한 후 이에 대응하는 위치정보를 생성시켜 상기 제어기로 전달할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 변위 측정 센서를 포함하할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제어기는, 조작에 필요한 수치 정보 및 그래픽 정보를 표시하며, 사용자로부터 견인요청값을 입력받는 사용자 인터페이스부; 및 상기 사용자 인터페이스부로부터 전달되는 견인요청값과 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값을 비교하여 상기 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 구동제어부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 사용자 인터페이스부는, 견인력, 견인 속도, 견인 위치, 견인 시작/정지, 비상 정지, 또는 견인 기구의 자세 조정을 입력받을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 사용자 인터페이스부는, 사용자가 설정한 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하는 견인 거리 모드 또는 사용자가 설정한 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하는 견인력 모드를 사용자로부터 입력받을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 구동제어부는, 상기 견인력 측정 센서로부터 전달되는 인장력정보 또는 압축력정보에 대응하여 견인력정보를 생성시켜 상기 사용자 인터페이스부로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 구동제어부는, 상기 변위 측정 센서로부터 전달되는 위치정보에 대응하여 상기 견인축의 현위치정보 또는 속도정보를 생성시켜 상기 사용자 인터페이스부로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 구동제어신호는, 상기 견인축의 견인 속도, 견인 위치 또는 견인력에 대한 제어 신호이며, 디지털 또는 아날로그 형태의 신호일 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자의 동선(work area) 범위 내에 위치하며, 사용자로부터 견인요청값 또는 동작 모드를 입력받아 상기 제어기로 전송하는 발판 스위치 또는 리모컨을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 엑츄에이터의 일측에 형성되며, 상기 견인축의 구동 위치를 실시간으로 표시하는 위치 표시 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 엑츄에이터의 일측에 형성되며, 환자의 골절 부위의 견인 방향과 정렬 방향을 가이드 하는 레이저 가이드를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 엑츄에이터에 장착 설치되어 전후 방향으로 구동되며, 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 줄 수 있도록 상기 견인축의 일측을 삽입한 후 체결하며, 기 설정된 힘 이상의 힘이 공급되면 상기 견인축을 이완시켜 줄 수 있도록 체결을 푸는 견인아암을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 제어방법은, 일 실시 예에서, 제어기에서 사용자로부터 견인요청값을 입력받아 설정하는 단계; 상기 제어기에서 사용자로부터 견인 모드를 선택받는 단계; 견인축에 연결 설치되는 엑츄에이터에서 상기 제어기의 제어에 따라 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주는 단계; 상기 견인축에 연결 설치된 측정 장치에서 상기 견인축의 견인 속도, 견인 위치 또는 견인력을 측정한 후 이에 대응하는 측정값을 생성시켜 상기 제어기로 전달하는 단계; 상기 제어기에서 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값과 사용자로부터 입력된 견인요청값을 비교하는 단계; 및 상기 제어기에서 상기 측정값이 상기 견인요청값에 도달하면 견인을 완료하고 상기 견인축을 고정된 상태로 유지시켜 주는 단계를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 견인요청값을 입력받아 설정하는 단계 이전에, 환자의 골절된 골편을 투시 영상으로 촬영한 후 견인해야 할 거리를 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 견인 모드를 선택받는 단계는, 설정된 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하는 견인 거리 모드 또는 설정된 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하는 견인력 모드를 사용자로부터 선택받을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 견인 모드를 선택받는 단계는, 거리 모드 또는 견인력 모드 중 하나의 모드로 견인 중, 사용자로부터의 모드 변경 요청이 있는 경우 진행 중인 견인 모드를 일시 정지 후 다른 견인 모드로 견인을 진행할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 측정값을 생성시켜 상기 제어기로 전달하는 단계에서 측정된 견인력이 한계 견인력을 넘은 경우, 상기 제어기에서 상기 견인축의 구동을 비상종료하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 비교하는 단계 후에, 상기 측정값이 상기 견인요청값에 도달하지 못한 경우 상기 견인축의 견인 위치 또는 견인력를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 구동시켜 주는 단계는, 상기 제어기에서 상기 엑츄에이터로 전력을 공급하는 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 단계; 상기 드라이버에서 상기 제어기로부터 전달되는 구동제어신호에 따라 상기 엑츄에이터의 구동에 필요로 하는 전력을 상기 엑츄에이터로 공급하는 단계; 및 상기 엑츄에이터에서 상기 드라이버로부터 공급되는 전력에 따라 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 골절 정복 시 골절 환부의 응력 상태를 검출할 수 있는 센서, 제어기 및 Actuator로 구성하여 골절 부위에 필요한 견인력을 실시간으로 일정하게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 사용상태도이다.
도 3은 도 1에 있는 제어기를 설명하는 제어블록도이다.
도 4는 견인 거리 모드를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 능동형 견인장치의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 8은 도 7에 있는 견인아암을 설명하는 도면이다.
도 9는 도 7에 있는 견인아암의 동작방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 8에 있는 이완댐퍼부를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 8에 있는 부하리미터부를 설명하는 도면이다.
도 12는 도 11에 있는 하우징부를 설명하는 도면이다.
도 13은 도 8에 있는 부하리미터부의 동작방법을 설명하는 도면이다.
도 14는 도 11에 있는 부하조절부를 설명하는 도면이다.
도 15 및 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 17은 도 15에 있는 구동시켜 주는 단계를 설명하는 순서도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 19는 수술자에 의해 골편조직을 움직여 골절 정복을 수행하는 단계를 설명하는 순서도이다.
도 20은 도 19에서 제어 모드가 견인력모드일 경우를 설명하는 순서도이다.
도 21 내지 도 23은 견인기의 각각의 제어 모드에 따른 알고리즘을 설명하는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치 의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치(10)는, 견인축(100), 측정 장치(200), 엑츄에이터(300), 드라이버(400) 및 제어기(500)를 포함한다.
견인축(100)은, 엑츄에이터(300)에 연결 설치되며, 환자의 골절된 골편을 체결한 후 전후 방향으로 견인한다.
일 실시 예에서, 견인축(100)은, 일측 말단에 환자의 골편을 파지하기 위한 파지수단을 포함할 수 있다.
측정 장치(200)는, 견인축(100)의 견인 위치 또는 견인력을 측정할 수 있도록 견인축(100)에 연결 설치된다.
일 실시 예에서, 측정 장치(200)는, 견인력 측정 센서(210) 및 변위 측정 센서(220)를 포함한다.
견인력 측정 센서(210)는, 견인축(100)에 직접 연결 설치되며, 견인축(100)의 인장력 또는 압축력을 측정한 후 이에 대응하는 인장력정보 또는 압축력정보를 생성하며, 해당 생성한 인장력정보 또는 압축력정보를 제어기(500)로 전달한다.
일 실시 예에서, 견인력 측정 센서(210)로 적용할 수 있는 센서로는, Load cell 또는 Pressure sensor 등이 직용될 수 있으며, 작용하는 힘에 의하여 발생하는 변위를 측정하는 원리를 이용할 수 있다.
변위 측정 센서(220)는, 견인축(100)에 직접 연결 설치되며, 견인축(100)의 이동 위치를 측정한 후 이에 대응하는 위치정보를 생성하며, 해당 생성한 위치정보를 제어기(500)로 전달한다.
일 실시 예에서, 변위 측정 센서(220)로 적용할 수 있는 센서로는, 광학식/자기식 절대치(Absolute) 인코더, 광학식/자기식 증분치(Incremental) 인코더 또는 필요한 위치에 Photo interrupt, Hall switch 등이 적용될 수 있다.
엑츄에이터(300)는, 견인축(100)에 연결 설치되며, 드라이버(400)로부터 전력을 공급받으며, 해당 공급받은 전력에 대응하여 견인축(100)을 전후 방향으로 구동시켜 준다.
일 실시 예에서, 엑츄에이터(300)는, 견인에 필요한 위치만큼 골편을 이동하기 위한 직선 이송 및 견인력을 생성하는 구동부에 해당하며, 드라이버(400)의 전기적 제어에 따라 속도, 토크가 조절 가능한 전동기를 기반으로 기계적으로 견인에 적절한 힘과 속도로 변환하는 감속기와 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 볼 스크류(Ball screw)로 구성될 수 있다.
드라이버(400)는, 제어기(500)로부터 구동제어신호를 전달받으며, 해당 전달받은 구동제어신호에 따라 엑츄에이터(300)의 구동에 필요로 하는 전력을 엑츄에이터(300)로 공급한다.
일 실시 예에서, 드라이버(400)는, 엑츄에이터(300)의 제어기(500)의 제어 신호에 따라 구동부에 필요한 전력을 엑츄에이터(300)로 공급하며, 속도 및 토크 제어기가 포함된 형태의 3상 인버터이거나 또는 PWM(Plulse Width Modulation) 제어 형태의 전력 스위치 형태가 될 수 있다.
제어기(500)는, 사용자로부터 입력되는 견인요청값과 측정 장치(200)로부터 전달되는 측정값을 비교하며, 해당 비교한 값에 대응하여 드라이버(400)의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성하며, 해당 생성한 구동제어신호를 드라이버(400)로 전달한다.
일 실시 예에서, 제어기(500)는, 사용자가 설정한 견인력, 견인 위치, 속도에 추종하도록 설정된 견인요청값과 견인력 측정 센서(210) 및 변위 측정 센서(220)의 측정값과 비교하여 드라이버(400)에 필요한 제어 신호를 출력할 수 있다.
일 실시 예에서, 제어기(500)는, 견인력 측정 센서(210)를 통하여 측정한 골절 부위의 응력에 대한 정보를 산출하며, 변위 측정 센서(220)에서 측정한 견인축(100)의 현재 위치 및 시간에 대하여 측정한 위치를 미분함으로 속도를 산출할 수 있으며, 각 센서를 통하여 산출한 정보와 사용자 설정 정보를 비교하여 필요한 견인력 및 견인 위치가 유지되도록 구동제어신호를 드라이버(400)로 전달하며, 드라이버(400)로 전달하는 구동제어신호는 속도 및 위치, 견인력에 대한 제어 신호이며 디지털 또는 아날로그 형태 일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 능동형 견인장치(10)는, 표시 장치(310) 및 레이저 가이드(320)를 더 포함할 수 있다(도 6을 참조).
표시 장치(310)는, 엑츄에이터(300)의 일측에 형성되며, 견인축(100)의 구동 위치를 실시간으로 표시하거나, 견인축(100)의 견인 rod가 최대 수축/이완 상태를 표시한다. 이때, 표시 장치(310)는, 견인축(100)의 최대 신장 상태를 "Full forward"로 표시하고, 최대 수축 상태를 "Full back"으로 구분한 후, 다수 개의 다단으로 구분하여 사용자로 하여금 견인축(100)의 견인 상태를 시각적으로 용이하게 인식하도록 할 수 있다.
레이저 가이드(320)는, 엑츄에이터(300)의 일측에 형성되며, 환자의 골절 부위의 견인 방향과 정렬 방향을 가이드하기 위해 가이드용 레이저를 조사할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 능동형 견인장치(10)는, 골절 정복 시 골절 환부의 응력 상태를 검출할 수 있는 측정 장치(200), 제어기(500) 및 엑츄에이터(300)로 구성하여 골절 부위에 필요한 견인력을 실시간으로 일정하게 제공할 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 제어기를 설명하는 제어블록도이다.
도 3을 참조하면, 제어기(500)는, 사용자 인터페이스부(510) 및 구동제어부(520)를 포함한다.
사용자 인터페이스부(510)는, 조작에 필요한 수치 정보 및 그래픽 정보를 표시하며, 사용자로부터 견인요청값을 입력받으며, 해당 입력받은 견인요청값을 구동제어부(520)로 전달한다.
도 6을 참조하면, 사용자 인터페이스부(510)는, 견인기 특성과 골절 정복 시술의 절차를 고려한 사용자 인터페이스(User Interface)를 구현할 수 있는데, 먼저, 1) Wizard Mode(511)로서, 사용자 매뉴얼 숙지 없이 안전한 조작이 가능한 환경을 구현하며, 단계별 설정 및 확인 사항을 표시하고 사용자의 확인을 입력받는 형태(step by step)를 제공할 수 있으며, 2) Skill Mode(512)는 각종 설정값 및 구동부 상태를 표시하는 기본 패널만 제공하고, 숙련된 사용자의 신속한 사용 환경을 지원할 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스부(510)는, 견인기 조작에 필요한 수치적인 정보 및 그래픽 정보를 표시하는 장치로서, 기계적인 전기 접점 또는 터치스크린 기반의 GUI 프로그램이 활용될 수 있으며, 주요 사용자 표시(출력) 기능은 현재 측정된 견인력, 견인 속도, 견인 위치와 견인 상한, 하한, 견인 중 표시 등 각종 알람을 표시할 수 있으며, 주요 사용자 입력 기능은 견인력 설정 입력, 견인 속도 설정 입력, 견인 위치 설정 입력, 견인 시작/정지, 비상 정지, 견인 기구의 자세 조정을 위한 조작반을 지원할 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스부(510)는, 사용자의 편의성 및 안전한 사용을 위하여 화면에 필요한 설정치 입력 및 표시를 나열한 형태의 단순 표시 형태 또는 사용자의 견인기 조작에 중요한 숙지 사항이나 의료 정보를 수술절차에 맞춰 순차적으로 표시하고 사용자 확인 과정을 가지는 형태의 Manual(마법사) 타입이 될 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스부(510)는, 사용자 편의를 위한 하드웨어 인터페이스로서, 견인기의 조작 패널(사용자 인터페이스)과 거리가 멀거나 조작자의 동선(work area)에 벗어남으로 발생하는 시인성 미확보 및 조작 불편 사항을 개선하기 위하여 조작자의 동선(work area)에 도 5에서 후술할 발판 스위치(700) 및 리모컨(600)을 둘 수 있다.
구동제어부(520)는, 사용자 인터페이스부(510)로부터 견인요청값을 전달받고, 측정 장치(200)로부터 측정값을 전달받으며, 해당 전달받은 견인요청값과 측정값을 비교하며, 해당 비교한 값에 대응하여 드라이버(400)의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성하며, 해당 생성한 구동제어신호를 드라이버(400)로 전달한다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스부(510)는, 견인력, 견인 속도, 견인 위치, 견인 시작/정지, 비상 정지, 또는 견인 기구의 자세 조정을 입력받을 수 있다.
일 실시 예에서, 사용자 인터페이스부(510)는, 사용자가 설정한 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하기 위한 견인 거리 모드 또는 사용자가 설정한 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하기 위한 견인력 모드를 사용자로부터 입력받을 수 있다.
이때, 견인 거리 모드는, 사용자가 설정한 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정함으로써, 골절 정복 완료 후 항상 일정한 위치에 골편을 고정시킬 경우 활용할 수 있으며, 견인력 모드는, 사용자가 설정한 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하는 것으로서, 골절 정복 전 골절부위의 근육 수축에 의한 Over-rap 상태에서의 근육 조직 손상을 최소화한 안정적인 이완이 필요하거나 골절정복 수행 시 활용할 수 있으며, 특히 골절 정복 수행 시 수술자의 의도에 따른 인력의 영향에 대한 골절 부위 응력을 견인기가 보상하는 역할을 수행함으로 수술자의 부담을 줄여주어 안정적인 골절정복 시술이 가능하도록 할 수 있다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 본 발명에 의해 환자의 발을 기 설정된 거리(예를 들어, 5cm 내지 20cm 등) 만큼 견인한 후 고정시켜 줌으로써, 수술자로 하여금 불필요한 힘이 드는 것을 방지하고, 정밀한 견인을 하도록 하여 수술의 정확성 및 안정성을 확보하도록 할 수 있다.
일 실시 예에서, 구동제어부(520)는, 견인력 측정 센서(210)로부터 전달되는 인장력정보 또는 압축력정보에 대응하여 견인력정보를 생성시켜 사용자 인터페이스부(510)로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 구동제어부(520)는, 변위 측정 센서(220)로부터 전달되는 위치정보에 대응하여 견인축(100)의 현위치정보 또는 속도정보를 생성시켜 사용자 인터페이스부(510)로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 구동제어신호는, 견인축(100)의 견인 속도, 위치 또는 견인력에 대한 제어 신호이며, 디지털 또는 아날로그 형태의 신호일 수 있다.
일 실시 예에서, 구동제어부(520)는, 견인력 측정 센서(210)를 통하여 측정한 골절 부위의 응력에 대한 정보를 산출하여 사용자 인터페이스부(510)로 전달하며, 변위 측정 센서(220)에서 측정한 견인축(100)의 현재 위치 및 시간에 대하여 측정한 위치를 미분함으로 속도를 산출하며 해당 산출된 위치, 속도 정보를 사용자 인터페이스부(510)로 전달할 수 있다.
일 실시 예에서, 구동제어부(520)는, 견인력 측정 센서(210) 및 변위 측정 센서(220)에서 측정된 측정값을 사용자 인터페이스부(510)로 전달하여 사용자 인터페이스부(510)에 표시되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치(20)는, 견인축(100), 측정 장치(200), 엑츄에이터(300), 드라이버(400), 제어기(500), 발판 스위치(700) 및 리모컨(600)를 포함한다. 여기서, 견인축(100), 측정 장치(200), 엑츄에이터(300), 드라이버(400) 및 제어기(500)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
리모컨(600)는, 사용자의 동선(work area) 범위 내에 위치하며, 사용자로부터 견인요청값(예를 들어, 견인축(100)의 위치 변경 또는 견인축(100)의 견인력 증가 또는 감소 등) 또는 동작 모드를 입력받아 유선 또는 무선 통신을 통하여 해당 견인요청값을 제어기(500)로 전송한다.
발판 스위치(700)는, 사용자의 동선(work area) 범위 내에 위치하며, 사용자가 수술 등의 이유로 인해 두 손을 사용하지 못하는 경우 사용자의 두 발을 통해 견인요청값(예를 들어, 견인축(100)의 위치 변경 또는 견인축(100)의 견인력 증가 또는 감소 등) 또는 동작 모드를 입력받아 제어기(500)로 전송한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치(30)는, 견인축(100), 측정 장치(200), 엑츄에이터(300), 드라이버(400), 제어기(500) 및 견인아암(800)를 포함한다. 여기서, 견인축(100), 측정 장치(200), 엑츄에이터(300), 드라이버(400) 및 제어기(500)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
견인아암(800)은, 엑츄에이터(300)에 장착 설치되며, 엑츄에이터(300)의 구동에 대응하여 전후 방향으로 구동되며, 견인축(100)을 전후 방향으로 구동시켜 줄 수 있도록 견인축(100)의 일측을 삽입한 후 체결하며, 기 설정된 힘 이상의 힘이 공급되면 견인축(100)을 이완시켜 줄 수 있도록 체결을 푼다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 능동형 견인장치(30)는, 전기적 장치와는 별개의 독립적인 기계적 구성의 안정장치로 이중 안전장치를 구현하여, 견인 도중 과도한 힘이 환부에 전달되는 안전사고를 방지할 수 있다.
도 8은 도 7에 있는 견인아암을 설명하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 견인아암(800)은, 이완댐퍼부(810) 및 부하리미터부(820)를 포함한다.
이완댐퍼부(810)는, 엑츄에이터(300)에 장착 설치되며, 내부에 형성된 삽입홈에 견인축(100)의 일측을 삽입하며, 견인축(100)의 체결이 풀려 삽입홈으로부터 이완될 경우 전달되는 힘 일부를 흡수한다.
부하리미터부(820)는, 이완댐퍼부(810)의 개방된 일측에 장착 설치되며, 견인축(100)을 체결하며, 엑츄에이터(300)로부터 기 설정된 힘 이상의 힘이 공급될 경우 체결을 풀어준다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 견인아암(800)은, 환부를 적당한 힘으로 견인하는 정상 상태에서는 도 9(a)에 도시된 바와 같이 엑츄에이터(300)와 안전장치인 견인아암(800)은 함께 이동되어 엑츄에이터(300)의 견인력을 전달하나, 환부를 파손할 정도의 과도한 힘이 공급되는 비정상 상태에서는 도 9(b)에 도시된 바와 같이 견인축(100)을 체결하고 있는 부하리미터부(820)가 체결을 풀어 견인축(100)을 이완댐퍼부(810)으로부터 분리되도록 하며, 이완댐퍼부(810)는 자체적으로 서서히 최대 스트로크(이완댐퍼부(810)의 최대 스트로크)로 이완 동작을 수행할 수 있다.
도 10은 도 8에 있는 이완댐퍼부를 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 이완댐퍼부(810)는, 피스톤본체부(811), 피스톤부(812) 및 이완탄성부(813)를 포함한다.
피스톤본체부(811)는, 내부에 형성된 삽입홈에 견인축(100)의 일측을 삽입하며, 엑츄에이터(300)에 연결 설치된다.
피스톤부(812)는, 견인축(100)의 일측 말단에 장착 설치되어 피스톤본체부(811)의 삽입홈에서 전후 방향으로 슬라이딩한다.
이완탄성부(813)는, 피스톤부(812)를 일측 방향으로 눌러주기 위해 피스톤본체부(811)의 삽입홈과 피스톤부(812)의 사이에 삽입된다.
일 실시 예에서, 이완탄성부(813)는, 스프링, 고체 또는 유체 등으로 구현 될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 이완댐퍼부(810)는, 견인축(100)이 도 13(b)에 도시된 바와 같이 부하리미터부(820)의 체결이 풀려 구속력이 없는 자유 운동 상태가 될 경우, 이완탄성부(813)의 탄성력에 의해 피스톤부(812)가 급격하게 피스톤본체부(811)의 삽입홈에서 전후 방향으로 슬라이딩하는 것을 방지함으로써 자체적으로 서서히 최대 스트로크(이완댐퍼부(810)의 최대 스트로크)로 이완 동작을 수행할 수 있다.
도 11은 도 8에 있는 부하리미터부를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 부하리미터부(820)는, 하우징부(821), 다수 개의 체결부(822), 누름부(823), 탄성부(824), 지탱부(825) 및 부하조절부(826)를 포함한다.
하우징부(821)는, 이완댐퍼부(810)의 일측에 장착 설치되며, 내부에 형성된 공간에 다수 개의 체결부(822), 누름부(823), 탄성부(824), 지탱부(825) 및 부하조절부(826)를 장착 설치한다.
일 실시 예에서, 하우징부(821)는, 안쪽 부분에 깔때기 형상의 경사면(827)을 형성할 수 있다(도 12를 참조).
일 실시 예에서, 하우징부(821)는, 삽입나사산(8263)을 체결하기 위한 체결나사산(828)을 입구 부분에 형성할 수 있다(도 12를 참조).
체결부(822)는, 견인축(100)의 외측면에 형성된 체결홈(110)에 체결된다.
일 실시 예에서, 체결부(822)는, 구형(球形) 또는 쐐기 형태로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 체결부(822)는, 경사면(822)을 따라 하우징부(821)의 안쪽 방향 이동하여 다른 체결부(822)와의 거리가 가까워지면서 체결홈(110)을 체결할 수 있다.
누름부(823)는, 체결부(822)를 하우징부(821)의 내측 방향으로 눌러줄 수 있도록 체결부(822)의 다른 일측에 연결 설치된다.
탄성부(824)는, 탄성력에 의해 누름부(823)를 하우징부(821)의 안쪽 방향으로 눌러줄 수 있도록 누름부(823)의 다른 일측에 연결 설치된다.
지탱부(825)는, 탄성부(824)를 지탱해 줄 수 있도록 탄성부(824)의 다른 일측에 삽입된다.
부하조절부(826)는, 지탱부(825)의 삽입 위치를 조절할 수 있도록 하우징부(821)의 개방된 일측에 장착 설치된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하리미터부(820)는, 엑츄에이터(300)로부터 공급되는 힘이 체결부(822)가 체결홈(110)을 체결하고 있는 체결력보다 커질 경우 체결부(822)의 체결을 풀어줄 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하리미터부(820)는, 탄성부(824)의 텐션으로 견인축(100)의 체결홈(110)에 안착된 체결부(822)의 체결력을 조절하여, 견인축(100)에 가해지는 힘이 체결력 이상이 될 경우 체결부(822)의 체결을 풀어줄 줌으로써, 견인축(100)으로 과도한 힘이 전달되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 부하리미터부(820)는, 견인축(100)으로 설정된 힘보다 작은 힘이 전달되고 있는 정상 상태의 경우 도 13(a)에 도시된 바와 같이 견인축(100)과 체결이 풀리지 않아 이완댐퍼부(810)와의 좌우 구동을 함께 할 수 있다. 그러나, 견인축(100)으로 설정된 힘보다 큰 힘이 전달되고 있는 비정상 상태의 경우, 체결부(822)가 견인축(100)의 체결홈(110)을 따라 이동하다가 탄성부(824)의 압축력에 밀려 견인축(100)의 체결홈(110)에서 이탈하게 되어 견인축(100)은 도 13(b)에 도시된 바와 같이 견인축(100)과 체결이 풀려 체결부(822)의 구속력에서 벗어나게 됨으로써, 체결부(822)를 통하여 전달된 견인력은 차단되며 견인축(100)은 구속력이 없는 자유 운동 상태가 된다.
이때, 견인축(100)의 자유 운동 상태에서는, 외부환경에 의해 급격한 운동이 일어날 수 있으므로, 이완댐퍼부(810)를 두어 급격한 운동을 방지하도록 한다.
도 14는 도 11에 있는 부하조절부를 설명하는 도면이다.
도 14를 참조하면, 부하조절부(826)는, 손잡이수단(8261), 조절수단(8262) 및 덮개수단(8264)을 포함한다.
손잡이수단(8261)은, 일측에 조절수단(8262)이 형성되며, 사용자가 손으로 파지한 후 회전하도록 한다.
조절수단(8262)은, 손잡이수단(8261)의 회전 방향에 대응하여 하우징부(821)로 삽입 또는 분리되면서 지탱부(825)의 삽입 위치를 조절할 수 있도록 손잡이수단(8261)의 일측에 형성된다.
일 실시 예에서, 조절수단(8262)은, 하우징부(821)에 체결되기 위한 삽입나사산(8263)을 외측면에 형성할 수 있다.
덮개수단(8264)은, 손잡이수단(8261)으로부터 하우징부(821) 방향으로 연장 형성되어 하우징부(821)의 개방된 일측을 덮어준다.
일 실시 예에서, 덮개수단(8264)는, 사용자가 손으로 파지할 경우 마찰력을 형성하기 위한 요철을 외측 면에 형성할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 15를 참조하면, 능동형 견인장치 제어 방법은, 우선 제어기(500)에서 사용자로부터 견인요청값을 입력받아 설정한다(S1410).
상술한 단계 S1410에서 견인요청값을 입력받은 경우, 제어기(500)에서 사용자로부터 견인 모드를 선택받는다(S1420).
일 실시 예에서, 견인 모드를 선택받는 단계(S1420)는, 도 16에 도시된 바와 같이 설정된 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하기 위한 견인 거리 모드(도 16a, 단계 S1420에서 "견인 거리 모드"의 경우) 또는 설정된 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하기 위한 견인력 모드(도 16b, 단계 S1420에서 "견인력 모드"의 경우)를 사용자로부터 선택받을 수 있다.
일 실시 예에서, 견인 모드를 선택받는 단계(S1420)는, 거리 모드 또는 견인력 모드 중 하나의 모드로 견인 중, 사용자로부터의 모드 변경 요청이 있는 경우 진행 중인 견인 모드를 일시 정지 후 다른 견인 모드로 견인을 진행하며, 견인 거리 모드에서 견인력 모드로 모드의 변경이 있는 경우, 견인 거리 모드에서 측정된 견인력 값을 견인력의 초기 설정 값으로 설정한다. 다만 사용자의 입력에 따라 증감/가감 할 수 있다.
상술한 단계 S1420에서 견인 모드를 선택받은 경우, 견인축(100)에 연결 설치되는 엑츄에이터(300)에서 제어기(500)의 제어에 따라 견인축(100)을 전후 방향으로 구동시켜 준다(S1430).
상술한 단계 S1430에서 견인축(100)을 구동시킨 경우, 견인축(100)에 연결 설치된 측정 장치(200)에서 견인축(100)의 인장력, 압축력, 또는 이동 위치를 측정한 후 이에 대응하는 측정값을 생성시켜 제어기(500)로 전달한다(S1440).
일 실시 예에서, 상술한 단계 S1440에서는, 도 16에 도시된 바와 같이 변위 측정 센서(220)에서 견인축(100)의 이동 위치를 측정하거나(도 16a, S1440), 견인력 측정 센서(210)에서 견인축(100)의 견인력을 측정하게 된다(도 16b, S1440).
상술한 단계 S1440에서 측정값을 전달한 경우, 제어기(500)에서 측정 장치(200)로부터 전달되는 측정값과 사용자로부터 입력된 견인요청값을 비교한다(S1450).
일 실시 예에서, 상술한 단계 S1450에서는, 도 16a에 도시된 바와 같이 "견인 거리 모드"에 있어서 견인기(100)의 견인 위치가 견인요청값에 도달하지 못한 경우(단계 S1450의 "No"의 경우) 후술한 바와 같이 견인 위치를 재조정하는 단계(S1470)를 거치게 되고, 견인기(100)의 견인 위치가 견인요청값에 도달하게 되면(단계 S1450의 "Yes"의 경우) 견인이 완료되고 견인기(100)를 고정하는 단계 S1460로 넘어가며, 도 16b 도시된 바와 같이 "견인력 모드"에 있어서 견인기(100)의 견인력이 견인요청값에 도달하지 못한 경우(단계 S1450의 "No"의 경우) 후술할 바와 같이 견인력을 재조정하는 단계(S1470)를 거치게 되고, 견인기(100)의 견인력이 견인요청값에 도달하게 되면(단계 S1450의 "Yes"의 경우) 견인이 완료되고 견인기(100)를 고정하는 단계 S1460로 넘어갈 수 있다.
상술한 단계 S1450에서 견인요청값을 비교한 경우, 제어기(500)에서 측정값이 견인요청값에 도달하면 견인을 완료하고 견인축(100)을 고정된 상태로 유지시켜 준다(S1460).
상술한 바와 같은 단계를 가지는 능동형 견인장치 제어 방법은, 비교하는 단계(S1450) 후에, 측정값이 견인요청값에 도달하지 못한 경우 견인축(100)의 견인력(인장력 또는 압축력) 또는 이동 위치를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다(도 16의 S1470).
도 17은 도 15에 있는 구동시켜 주는 단계를 설명하는 순서도이다.
도 17을 참조하면, 구동시켜 주는 단계(S1430)는, 우선 제어기(500)에서 엑츄에이터(300)로 전력을 공급하는 드라이버(400)의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 드라이버(400)로 전달한다(S1431).
상술한 단계 S1430에서 구동제어신호를 전달한 경우, 드라이버(400)에서 제어기(500)로부터 전달되는 구동제어신호에 따라 엑츄에이터(300)의 구동에 필요로 하는 전력을 엑츄에이터(300)로 공급한다(S1432).
상술한 단계 S1433에서 전력을 공급한 경우, 엑츄에이터(300)에서 드라이버(400)로부터 공급되는 전력에 따라 견인축(100)을 전후 방향으로 구동시켜 준다(S1433).
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 견인장치 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 18을 참조하면, 능동형 견인장치 제어 방법은, 우선, 별도로 구비된 촬영장치(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)에서 견인해야 할 거리가 확인될 때까지(단계 S1902의 "Yes"의 경우) 환자의 골절된 골편을 투시 영상을 촬영한다(S1901).
상술한 단계 S1902에서 견인해야 할 거리가 확인되면, 제어기(500)에서 사용자로부터 초기(pre) 견인 동작 모드로서 견인 거리 모드가 입력되며(S1903), 해당 입력된 견인 거리 모드에 따라 견인 모드가 견인 거리 모드가 설정된다(S1904).
상술한 단계 S1904에서 설정된 초기 견인 동작 모드로서 견인 거리 모드가 설정되며, 엑츄에이터(300)에서 설정된 견인 거리 모드에 따라 견인을 시작하며(S1905), 측정 장치(200)에서 견인 시작 후 견인력을 측정(S1906)하여, 해당 측정한 견인력이 한계 견인력(사용자로부터 미리 입력받아 저장해 둠)을 넘은 경우(단계 S1907의 "Yes"의 경우) 견인을 비상 종료하여 견인을 종료함으로써 한계 견인력이 넘은 견인으로 인해 환자의 환부에 무리한 견인력이 공급되는 것을 방지한다(S1908).
일 실시 예에서, 견인을 비상 종료하여 견인을 종료한 경우, 제어기(500)에서 견인 정지 후 사용자에게 시각적 및 청각적 장치로 비상 종료를 알려주며, 사용자의 확인 입력 후 정상모드로 재진입할 수 있다.
상술한 단계 S1907에서 견인력이 한계 견인력을 넘지 않은 경우(단계 S1907의 "No"의 경우), 제어기(500)의 제어에 따라 엑츄에이터(300)가 초기 설정된 견인 거리 모드에 따라 견인을 진행하며, 견인한 거리를 측정 장치(200)에서 측정(S1909)한 후, 해당 측정한 견인 거리가 설정된 견인 거리에 도달하지 않은 경우(단계 S1910의 "No"의 경우), 제어기(500)는 견인 거리를 조정하도록 한다(S1911).
상술한 단계 S1910에서 측정한 견인 거리가 설정된 견인 거리에 도달한 경우(단계 S1910의 "Yes"의 경우), 제어기(500)에서 견인 모드를 견인력 모드로 변경하여 견인을 진행하며(S1912), 견인력을 측정(S1913)하여, 해당 측정한 견인력을 설정값으로 저장해 둔다(S1914).
상술한 단계 S1914에서 저장해 둔 견인력이 사용자로부터 입력받은 견인요청값에 접근하지 못한 경우(단계 S1915의 "No"의 경우), 제어기(500)에서 견인요청값에 해당할 때까지 견인력을 조정한다(S1916).
상술한 단계 상술한 단계 S1913에서 측정된 견인력이 견인요청값에 해당하게 되면(단계 S1915의 "Yes"의 경우), 견인을 완료하고 고정하게 된다(S1917).
상술한 바와 같은 단계를 가지는 능동형 견인장치 제어 방법은, 도 19에 도시된 바와 같이 견인기에서 목표한 견인 설정으로 도달 후 수술자는 직접 골편 조직을 움직여 골절 정복을 완료하거나 부가적인 견인력이 필요할 경우 견인기를 사용할 수 있는 수술자에 의해 골편조직을 움직여 골절 정복을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
수술자에 의해 골편조직을 움직여 골절 정복을 수행하는 단계는, 우선 환자의 골편 위치를 조정(S1810)한 후, 투시 영상을 촬영(S1820)하여, 상술한 단계 S1810에서의 골편 조정에 의해 골절 정복이 완료된 경우 상술한 바와 같은 견인 절차 없이 바로 수술을 종료(단계 S1830에서 "Yes"의 경우)하게 된다.
상술한 단계 S1830에서 골편 조정에 의해 골절 정복이 완료되지 않은 경우(단계 S1830에서 "No"의 경우), 투시 영상을 통해 견인 거리 조정이 필요하지 않은 경우(단계 S1840에서 "No"의 경우)에는 골편 위치를 다시 조정(S1810)하게 된다.
상술한 단계 S1840에서 골절 정복이 완료되지 아니하여 견인 거리의 조절이 필요하게 되면(단계 S1840에서 "Yes"의 경우), 상술한 단계 S1903로 진입하여 견인 동작 모드를 설정받게 된다.
수술자에 의해 골편조직을 움직여 골절 정복을 수행하는 단계는, 수술자가 견인기를 사용하여 견인 완료 후 골편을 직접(손으로) 움직여 골절 정복을 수행하는 단계로서, 이 때 손으로 골편을 직접 움직이므로 당기는 힘이 골절 부의에 부가되어 견인력이 변화하게 된다. 견인기의 제어 모드가 견인력모드라면, 견인기는 수술자가 당기고 미는(골편 미세 위치 조정 과정(=골절정복)) 힘에 대하여 발생하는 견인력을 보상하려 하는데, 견인기의 견인력 보상은 시스템 상 수술자의 의도를 반영하게 되므로 직접 교시에 의한 견인기 조작이 수행된다.
상술한 수술자에 의해 골편조직을 움직여 골절 정복을 수행하는 단계의 경우에 있어, 견인기의 제어 모드가 견인력모드로 유지될 경우 도 20에 도시된 바와 같은 수술자/견인기 협업 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 단계 S1810에서 골편 위치가 조정된 경우, 동작 모드가 견인력모드인 경우(단계 S2010에서 "Yes"의 경우) 견인력을 측정(S2020)하게 되며, 단계 S2020에서 측정된 견인력이 설정 견인력에 근접한 경우(단계 S2030에서 "Yes"의 경우) 다시 골편 위치를 재조정(S1810)하게 된다. 단계 S2020에서 측정된 견인력이 설정된 견인력에 근접하지 못한 경우(단계 S2030에서 "No"의 경우) 견인력을 조정한 후(S2050) 견인력을 다시 측정하여 설정된 견인력에 근접하게 될 때까지 재측정하게 된다.
마지막으로, 본 발명의 각 실시예에 따른 각각의 견인 모드에서 사용된 제어 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 21은 견인 거리 모드의 제어 알고리즘을 설명하는 도면으로, 견인거리 제어 알고리즘에서는 견인기 UI에서 사용자의 조작에 의하여 입력된 견인 위치(위치 명령값), 견인 속도(속도 리미트), 견인력(토크 리미트)를 기준으로 제어된다.
다음으로, 도 22는 견인력 모드의 제어 알고리즘을 설명하는 도면으로, 견인력 제어 알고리즘에서 로드셀에는 부러진 골편 간의 응력이 측정된 후, 측정된 견인력은 토크 제어 명령이 되며, 견인기UI에서 사용자 조작에 의하여 입력된 견인력 한계치(토크 리미트)를 기준으로 제어된다.
도 23은 도 20의 수술자/견인기 협업 단계에서, 수술자/견인기 협업 제어 알고리즘을 설명하는 도면으로, 수술자-견인기 협업 제어 알고리즘에서 로드셀에는 부러진 골편 간의 응력과 수술자의 골절 정복 작업에 의한 인력이 더하여진 힘이 전달되며, 측정된 견인력은 위치 제어 명령이 되고, 견인기UI에서 사용자 조작에 의하여 입력된 견인 속도(속도 리미트), 견인력(토크 리미트)를 기준으로 제어된다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 견인축 110: 체결홈
200: 측정 장치 210: 견인력 측정 센서
220: 변위 측정 센서
300: 엑츄에이터 310: 위치 표시 장치
320: 레이저 가이드 400: 드라이버
500: 제어기 510: 사용자 인터페이스부
511: Wizard Mode 512: Skill Mode
520: 구동제어부 700: 발판 스위치
600: 리모컨 800: 견인아암
810: 이완댐퍼부 811: 피스톤본체부
812: 피스톤부 813: 이완탄성부
820: 부하리미터부 821: 하우징부
822: 체결부 823: 누름부
824: 탄성부 825: 지탱부
826: 부하조절부 8261: 손잡이수단
8262: 조절수단 8263: 삽입나사산
8264: 덮개수단 827: 경사면
828: 체결나사산

Claims (18)

  1. 환자의 골절된 골편을 체결한 후 전후 방향으로 견인하는 견인축;
    상기 견인축의 견인 위치 또는 견인력를 측정할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 측정 장치;
    상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주기 위해 상기 견인축에 연결 설치되는 엑츄에이터;
    구동제어신호에 따라 상기 엑츄에이터의 구동에 필요로 하는 전력을 상기 엑츄에이터로 공급하는 드라이버; 및
    사용자로부터 입력되는 견인요청값과 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값을 비교하여 상기 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 제어기를 포함하는 능동형 견인장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 장치는,
    상기 견인축의 인장력 또는 압축력을 측정한 후 이에 대응하는 인장력정보 또는 압축력정보를 생성시켜 상기 제어기로 전달할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 견인력 측정 센서; 및
    상기 견인축의 이동 위치를 측정한 후 이에 대응하는 위치정보를 생성시켜 상기 제어기로 전달할 수 있도록 상기 견인축에 연결 설치되는 변위 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는,
    조작에 필요한 수치 정보 및 그래픽 정보를 표시하며, 사용자로부터 견인요청값을 입력받는 사용자 인터페이스부; 및
    상기 사용자 인터페이스부로부터 전달되는 견인요청값과 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값을 비교하여 상기 드라이버의 전력 공급에 필요로 하는 구동제어신호를 생성시켜 상기 드라이버로 전달하는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스부는,
    견인력, 견인 속도, 견인 위치, 견인 시작/정지, 비상 정지, 또는 견인 기구의 자세 조정을 입력받는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스부는,
    사용자가 설정한 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하는 견인 거리 모드 또는 사용자가 설정한 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하는 견인력 모드를 사용자로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 구동제어부는,
    상기 견인력 측정 센서로부터 전달되는 인장력정보 또는 압축력정보에 대응하여 견인력정보를 생성시켜 상기 사용자 인터페이스부로 전달하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 구동제어부는,
    상기 변위 측정 센서로부터 전달되는 위치정보에 대응하여 상기 견인축의 현위치정보 또는 속도정보를 생성시켜 상기 사용자 인터페이스부로 전달하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 구동제어신호는,
    상기 견인축의 견인 속도, 견인 위치 또는 견인력에 대한 제어 신호이며, 디지털 또는 아날로그 형태의 신호인 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  9. 제1항에 있어서,
    사용자의 동선(work area) 범위 내에 위치하며, 사용자로부터 견인요청값 또는 동작 모드를 입력받아 상기 제어기로 전송하는 발판 스위치 또는 리모컨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 엑츄에이터의 일측에 형성되며, 상기 견인축의 구동 위치를 실시간으로 표시하는 위치 표시 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엑츄에이터의 일측에 형성되며, 환자의 골절 부위의 견인 방향과 정렬 방향을 가이드 하는 레이저 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 엑츄에이터에 장착 설치되어 전후 방향으로 구동되며, 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 줄 수 있도록 상기 견인축의 일측을 삽입한 후 체결하며, 기 설정된 힘 이상의 힘이 공급되면 상기 견인축을 이완시켜 줄 수 있도록 체결을 푸는 견인아암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치.
  13. 제어기에서 사용자로부터 견인요청값을 입력받아 설정하는 단계;
    상기 제어기에서 사용자로부터 견인 모드를 선택받는 단계;
    견인축에 연결 설치되는 엑츄에이터에서 상기 제어기의 제어에 따라 상기 견인축을 전후 방향으로 구동시켜 주는 단계;
    상기 견인축에 연결 설치된 측정 장치에서 상기 견인축의 견인 속도, 견인 위치 또는 견인력을 측정한 후 이에 대응하는 측정값을 생성시켜 상기 제어기로 전달하는 단계;
    상기 제어기에서 상기 측정 장치로부터 전달되는 측정값과 사용자로부터 입력된 견인요청값을 비교하는 단계; 및
    상기 제어기에서 상기 측정값이 상기 견인요청값에 도달하면 견인을 완료하고 상기 견인축을 고정된 상태로 유지시켜 주는 단계를 포함하는 능동형 견인장치 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 견인요청값을 입력받아 설정하는 단계 이전에, 환자의 골절된 골편을 투시 영상으로 촬영한 후 견인해야 할 거리를 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 견인 모드를 선택받는 단계는,
    설정된 견인 위치만큼 골편 위치를 이동 후 견인을 고정하는 견인 거리 모드 또는 설정된 견인력만큼 골편의 응력을 일정하게 유지하며 견인하는 견인력 모드를 사용자로부터 선택받는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 견인 모드를 선택받는 단계는,
    거리 모드 또는 견인력 모드 중 하나의 모드로 견인 중, 사용자로부터의 모드 변경 요청이 있는 경우 진행 중인 견인 모드를 일시 정지 후 다른 견인 모드로 견인을 진행하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치 제어 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 측정값을 생성시켜 상기 제어기로 전달하는 단계에서 측정된 견인력이 한계 견인력을 넘은 경우, 상기 제어기에서 상기 견인축의 구동을 비상종료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치 제어 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 비교하는 단계 후에, 상기 측정값이 상기 견인요청값에 도달하지 못한 경우 상기 견인축의 견인 위치 또는 견인력를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 견인장치 제어 방법.
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