KR20230077802A - 카테터 시스템 - Google Patents

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KR20230077802A
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장건희
박지민
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Abstract

카테터 시스템이 개시된다. 카테터 시스템은 카테터 모듈; 및 상기 카테터 모듈과 결합가능한 마그네틱 로봇을 포함하되, 상기 마그네틱 로봇은 상기 카테터 모듈과의 결합 위치에서, 외부 회전 자기장의 인가 시 공회전이 가능하다

Description

카테터 시스템{Catheter system}
본 발명은 카테터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카테터 모듈을 이용하여 마그네틱 로봇의 분리 및 결합이 가능한 카테터 시스템에 관한 것이다.
혈전 등으로 인하여 협착되어 막히거나 좁아진 부분에서의 혈관질환을 치료하기 위해, 대퇴동맥을 통하여 카테터를 삽입한 후 의사의 수동조작으로 혈관을 넓히고, 넓힌 혈관을 유지시켜줄 수 있는 기구를 창작하는 순서로 관상동맥 형성술을 진행하는 것이 일반적이다. 그러나 카테터의 구조적인 특성으로 인해 복잡한 혈관에 적용하기 어렵고, 시술의 성공여하가 의사의 숙련도에 따라 크게 좌우되는 문제점이 있었다.
기존의 카테터 시스템에서는 영구자석의 자기력과 스크류 결합을 이용하여 마그네틱 로봇과 카테터 튜브를 결합 및 분리하는 메커니즘이 개발되었다.
한국등록특허 제10-1818400호에는 영구자석의 자기력을 이용하여 마그네틱 로봇과 카테터 튜브를 결합 및 분리하는 메커니즘이 개시된다. 영구 자석의 자기력으로 결합할 경우, 영구 자석의 정렬 방향에 따라 척력 등 원하지 않는 방향으로 힘이 발생할 수 있으며, 자석 부피로 인해 카테터 튜브의 기능, 예컨대 조영제 투입, 약물 주입, 그리고 석션 등이 제한되는 문제가 발생하다.
한국등록특허 제10-1749586호에는 스크류 결합을 이용하여 마그네틱 로봇과 카테터 튜브를 결합 및 분리하는 메커니즘이 개시된다. 스쿠류 결합의 경우 마그네틱 로봇과 카테터 튜브가 정확하게 센터링되지 않으면 결합이 불가능한 문제가 발생한다.
또한, 위 두가지 결합 방법은 마그네틱 로봇이 카테터 튜브와 결합되어 있을 때, 마그네틱 로봇의 영구자석과 외부 자기장의 정렬 방향에 따라 카테터 튜브의 조향이 어려운 문제가 발생한다. 구체적으로, 마그네틱 로봇의 영구자석과 외부 자기장의 방향이 정렬되지 않은 상태에서 외부 자기장이 인가될 경우, 자기력 결합의 경우 마그네틱 로봇이 회전하여 외부 자기장의 방향으로 정렬되는 과정에서 마그네틱 로봇이 분리될 수 있으며, 스크류 결합의 경우 마그네틱 로봇의 회전으로 카테터 튜브가 꼬이는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 외부 자기장의 방향으로 카테터 모듈을 정확하게 조향할 수 있는 카테터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 카테터 모듈과 마그네틱 로봇이 결합된 상태에서 약물을 주입할 수 있는 카테터 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 마그네틱 로봇을 카테터 모듈에 정확하게 센터링할 수 있는 카테터 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 카테터 시스템은 카테터 모듈; 및 상기 카테터 모듈과 결합가능한 마그네틱 로봇을 포함하되, 상기 마그네틱 로봇은 상기 카테터 모듈과의 결합 위치에서, 외부 회전 자기장의 인가 시 공회전이 가능하다.
또한, 상기 카테터 모듈은 결합 공간과, 상기 결합 공간보다 큰 내경을 갖는 결합 해제 공간이 순차적으로 내부에 형성된 결합 링; 및 상기 결합 링과 결합하는 유연한 재질의 카테터를 포함하고, 상기 마그네틱 로봇은 상기 결합 링의 내부로 삽입 가능한 결합 영역이 후단에 형성된 바디; 및 상기 바디의 내부에 제공되는 구동 자석을 포함하되, 상기 결합 영역은, 상기 결합 공간의 내경과 상응하는 외경을 갖는 제1영역; 및 상기 제1영역과 상기 구동 자석 사이에 위치하며, 상기 제1영역보다 작은 외경을 갖는 제2영역을 가질 수 있다.
또한, 상기 결합 공간의 내주면에는 나선형 홈이 형성되고, 상기 제1영역의 외주면에는 상기 나선형 홈과 체결 가능한 나선형 돌기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1영역의 길이는 상기 결합 해제 공간의 길이와 동일하거나 그보다 작고, 상기 제2영역의 길이는 상기 결합 공간의 길이와 동일하거나 그보다 길 수 있다.
또한, 상기 제1영역에는 상기 제1영역의 외주면으로부터 내측으로 만입된 유로가 상기 바디의 길이방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 바디의 선단에는 드릴링 팁이 형성되고, 외주면에는 그 둘레를 나선형 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 카테터 모듈과 마그네틱 로봇의 결합 상태에서 마그네틱 로봇의 공회전이 가능하므로, 카테터의 꼬임 없이 마그네틱 로봇이 외부 자기장의 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 카테터 모듈과 마그네틱 로봇의 결합 상태에서 결합 링과 결합 영역의 사이 갭을 통해 혈관 내로 약물을 주입할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 외부 자기장 제어와 카테터 모듈의 석션으로 마그네틱 로봇을 카테터 모듈에 정확하게 센터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 카테터 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 카테터 시스템에서 카테터 모듈과 마그네틱 로봇이 분리된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1의 카테터 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 로봇을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 카테터 시스템을 이용하여 인체의 혈관 질환을 치료하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 카테터 모듈을 외부 자기장의 제어로 조향하는 모습들을 나타내는 도면이다.
도 12는 비교 예에 따른 카테터 모듈이 외부 자기장 제어로 조향되는 모습을 나타내는 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 구체화될 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, 막 및 영역들의 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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 카테터 시스템을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 카테터 시스템에서 카테터 모듈과 마그네틱 로봇이 분리된 모습을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1의 카테터 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 카테터 시스템(10)은 카테터 모듈(100)과 마그네틱 로봇(200), 그리고 자기장 생성부(미도시)를 포함한다. 카테터 모듈(100)은 마그네틱 로봇(200)과 결합 및 분리가능하며, 마그네틱 로봇(200)이 결합된 상태로 마그네틱 로봇(200)을 병변부 근처까지 전개할 수 있다.
카테터 모듈(100)은 카테터(110)와 결합 링(120)을 포함한다.
카테터(110)는 소정 길이를 갖는 튜브 형상으로, 신체 관상 조직 내에 삽입될 수 있다. 상기 카테터(110)는 변형 가능한 유연한 재질로 제공된다.
결합 링(120)은 카테터(110)의 선단에 고정 결합한다. 결합 링(120)은 소정 길이를 가지며, 카테터(110)에 상응하는 외경을 갖는다. 결합 링(120)의 내부에는 결합 해제 공간(130)과 결합 공간(140)이 순차적으로 형성된다. 결합 해제 공간(130)은 카테터(110)와 인접한 결합 링(120)의 후단에 형성되고, 결합 공간(140)은 결합 링(120)의 선단에 인접하여 형성된다. 결합 해제 공간(130)의 내경과 결합 공간(140)의 내경은 서로 상이할 수 있다. 실시 예에 의하면, 결합 해제 공간(130)의 내경은 결합 공간(140)의 내경보다 클 수 있다.
결합 공간(140)의 내경에는 그 둘레를 따라 나선형 홈(141)이 형성된다. 나선형 홈(141)은 결합 링(120)의 선단에서부터 결합 해제 공간(130)의 직전까지 연장된다.
마그네틱 로봇(200)은 바디(210)와 구동자석(250)을 포함한다.
바디(210)는 소정 길이를 가지며, 비자성 재질로 제공된다. 바디(210)의 선단에는 드릴링 팁(211)이 형성되고, 외주면에는 나선형 돌기(212)가 형성된다. 상기 바디(210)의 내부에는 내부 공간(213)이 형성된다.
바디(210)의 후단에는 결합 영역(220)이 제공된다. 결합 영역(220)은 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)과 결합 시 카테터 모듈(100)의 내부로 삽입되는 영역으로, 결합 링(120)에 상응하거나 그보다 긴 길이로 제공된다.
결합 영역(220)은 제1영영(230)과 제2영역(240)을 포함한다. 제1영역(230)은 바디(210)의 후단에 위치하고, 제2영역(240)은 제1영역(210)과 내부 공간(213) 사이에 위치한다.
제1영역(230)은 결합 공간(140)의 내경과 상응하는 외경을 가지고, 제2영역(240)은 제1영역(230)보다 작은 외경을 갖는다. 제1영역(230)의 외주면에는 그 둘레를 따라 나선형 돌기(231)가 형성될 수 있다. 나선형 돌기(231)는 결합 링(120)에 형성된 나선형 홈(141)과 체결 가능하다. 바디(210)의 길이 방향으로 제1영역(230)의 길이는 결합 해제 공간(130)의 길이와 동일하거나 그보다 작을 수 있다.
제2영역(240)은 제1영역(230)의 외경 및 결합 공간(140)의 내경보다 작은 외경을 가진다. 바디(210)의 길이 방향으로 제2영역(240)의 길이는 결합 공간(140)의 길이와 동일하거나 그보다 길 수 있다.
마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)과 결합한 상태에서, 제1영역(230)의 외경은 결합 해제 공간(130)의 내경보다 작고, 제2영역(240)의 외경은 결합 공간(140)의 내경보다 작으므로, 결합 링(120)과 결합 영역(220) 사이에는 갭(gap)이 존재한다. 카테터 모듈(100)은 마그네틱 로봇(200)이 결합된 상태에서 갭을 통해 약물을 혈관 내로 공급할 수 있다.
구동자석(250)은 바디(210)의 내부 공간(213)에 삽입되며, 바디(210)와 고정 결합한다. 구동자석(250)은 바디(210)와 일체로 구동한다. 구동자석(250)은 원통 형상이며, 바디(210)의 지름 방향으로 자화되어 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마그네틱 로봇을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 결합 영역(220)의 제1영역(230)에는 유로(232)가 형성될 수 있다. 유로(232)는 제1영역(230)의 외주면으로부터 내측으로 소정 깊이로 만입될 수 있다. 유로(232)는 제1영역(230)의 둘레를 따라 서로 이격하여 복수 개 형성되며, 바디(210)의 길이방향으로 형성된다. 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)과 결합할 경우, 유로(232)에 의해 결합 링(120)과 제1영역(230)의 갭이 커지므로, 약물이 유로(232)를 통해 원활히 공급될 수 있다.
이하, 상술한 카테터 시스템(10)을 이용하여 인체의 혈관 질환을 치료하는 과정에 대해 자세하게 설명한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 카테터 시스템을 이용하여 인체의 혈관 질환을 치료하는 과정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6을 참조하면, 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)과 결합한 상태에서 병변부(20) 근처까지 이동한다. 일 실시 예에 의하면, 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)의 결합 상태에서, 약물 및 조영제 주입이 가능하다. 약물 및 조영제는 카테터 모듈(100)을 통해 공급되며, 결합 링(120)과 결합 영역(220) 사이의 갭을 통해 병변부(20) 측으로 공급될 수 있다. 자기장 생성부에서 회전 자기장(M)이 인가되면, 마그네틱 로봇(200)이 회전하고, 외주면에 형성된 나선형 돌기(212)에 의해 추진력(F)이 형성된다. 추진력(F)에 의해 마그네틱 로봇(200)이 전방으로 이동하고, 결합 영역(220)이 결합 공간(140)을 통과하면서 카테터 모듈(100)과 분리된다.
도 7을 참조하면, 카테터 모듈(100)과 분리된 마그네틱 로봇(200)은 회전 자기장(M)에 의해 회전하면서 추진력(F)을 생성하여 병변(20) 근처로 이동한다. 병변(20)에 도착한 마그네틱 로봇(200)은 고속으로 회전하여 병변(20)을 제거한다. 이 때, 카테터 모듈(100)을 통해 약물 및 조영제가 주입될 수 있다.
도 8을 참조하면, 마그네틱 로봇(200)의 드릴링 작업동안 발생하는 파편(21)은 카테터 모듈(100)에서의 석션으로 카테터 모듈(100) 내로 흡입될 수 있다. 이때, 마그네틱 로봇(200)은 카테터 모듈(100) 측으로 빨려 들어가지 않아야 하므로, 외부 자기장의 제어로 추진력을 생성하거나, 혈관 벽에 고정될 수 있다. 이에 의해, 카테터 모듈(100)은 병변의 파편과 혈액만 흡입할 수 있다.
도 9를 참조하면, 파편(21)의 흡입이 완료되면, 회전 자기장(M)을 인가하여 마그네틱 로봇(200)을 회전 및 부양시키고, 마그네틱 로봇(200)을 카테터 모듈(100)과 정렬시킨다. 이 상태에서 카테터 모듈(100) 내부에 음압을 인가하면, 혈액이 카테터 모듈(100) 내로 유입되고 혈액의 유동에 의해 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100) 측으로 이동한다. 이 때, 마그네틱 로봇(200)의 후진 과정에서 자중에 의해 마그네틱 로봇(200)이 가라앉으면서 카테터 모듈(100)과의 정렬이 흐트러질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 외부 자기장(M)의 방향을 중력의 역방향, 즉 위쪽을 향하도록 발생시켜, 자중의 영향을 상쇄시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 마그네틱 로봇(200)의 결합 영역(220)이 결합 링(120)의 내측에 위치하면, 역방향의 회전 자기장(M)이 발생된다. 회전 자기장(M)에 의해 마그네틱 로봇(200)이 역방향으로 회전하여 후방으로 추진력(F)이 생성되며, 결합 영역(220)의 제1영역(230)에 형성된 나선형 돌기(231)가 결합 공간(140)의 내측에 형성된 나선형 홈(141)과 결합한다. 마그네틱 로봇(200)이 추가로 회전하면 제1영역(230)과 결합 공간(140)의 체결이 해제되고, 제1영역(230)이 결합 해제 공간(130) 내에 위치한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카테터 시스템(10)은 마그네틱 로봇(200)과 카테터 모듈(100)의 결합 상태에서 마그네틱 로봇(200)의 공회전이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 카테터 모듈을 외부 자기장의 제어로 조향하는 모습들을 나타내는 도면이고, 도 12는 비교 예에 따른 카테터 모듈이 외부 자기장 제어로 조향되는 모습을 나타내는 도면이다. 비교 예에서는 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)과 나사 체결되어 고정 결합된 상태에서 외부 자기장 제어로 조향된다. 도 11 및 도 12에서는 외부 자기장의 방향으로 구동 자석이 정렬되는 모습을 나타내기 위해 구동 자석이 외부에 노출되도록 표현하였다.
먼저, 도 11을 참조하면, 카테터 모듈(100)에 의해 마그네틱 로봇(200)이 병변부 근처로 전개되는 과정에서, 구동 자석(220)이 외부 자기장(M) 방향으로 정렬되면서 카테터 모듈(100)이 조향된다.
도 12와 같이, 마그네틱 로봇(200)이 카테터 모듈(100)에 고정 결합되고, 구동 자석(210)의 자기장 방향이 외부 자기장 방향과 정렬되지 않은 상태에서 외부 자기장(M)이 인가될 경우, 구동 자석(220)이 회전하면서 외부 자기장(M)의 방향으로 정렬된다. 이 때, 구동 자석(220)이 마그네틱 로봇(200)과 카테터 모듈(100)의 결합 방향으로 회전할 경우, 카테터 모듈(100)이 함께 회전하여 카테터(110)가 꼬이게 된다. 이와 달리, 구동 자석(220)이 마그네틱 로봇(200)과 카테터 모듈(100)의 결합 해제 방향으로 회전할 경우, 마그네틱 로봇(200)과 카테터 모듈(100)의 결합이 해제될 수 있다. 또한, 구동 자석(220)의 회전 크기가 클 경우, 마그네틱 로봇(200)과 카테터 모듈(100)의 결합 부분이 파손될 수 있다. 이 상태에서 카테터 모듈(100)이 조향될 경우, 정확한 방향 제어가 쉽지 않다.
그러나 본 발명의 경우, 구동 자석(220)의 자기장 방향이 외부 자기장의 방향과 정렬되지 않은 상태에서 외부 자기장(M)이 인가될 경우, 마그네틱 로봇(200)이 공회전하여 구동 자석(220)의 자기장 방향이 외부 자기장(M) 방향으로 정렬된다. 때문에, 카테터(110)의 꼬임없이 마그네틱 로봇(200)이 정렬될 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.
10: 카테터 시스템
100: 카테터 모듈
110: 카테터
120: 결합 링
200: 마그네틱 로봇
210: 바디
220: 결합 영역
250: 구동자석

Claims (6)

  1. 카테터 모듈; 및
    상기 카테터 모듈과 결합가능한 마그네틱 로봇을 포함하되,
    상기 마그네틱 로봇은 상기 카테터 모듈과의 결합 위치에서, 외부 회전 자기장의 인가 시 공회전이 가능한 카테터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카테터 모듈은
    결합 공간과, 상기 결합 공간보다 큰 내경을 갖는 결합 해제 공간이 순차적으로 내부에 형성된 결합 링; 및
    상기 결합 링과 결합하는 유연한 재질의 카테터를 포함하고,
    상기 마그네틱 로봇은
    상기 결합 링의 내부로 삽입 가능한 결합 영역이 후단에 형성된 바디; 및
    상기 바디의 내부에 제공되는 구동 자석을 포함하되,
    상기 결합 영역은,
    상기 결합 공간의 내경과 상응하는 외경을 갖는 제1영역; 및
    상기 제1영역과 상기 구동 자석 사이에 위치하며, 상기 제1영역보다 작은 외경을 갖는 제2영역을 갖는 카테터 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합 공간의 내주면에는 나선형 홈이 형성되고,
    상기 제1영역의 외주면에는 상기 나선형 홈과 체결 가능한 나선형 돌기가 형성되는 카테터 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1영역의 길이는 상기 결합 해제 공간의 길이와 동일하거나 그보다 작고,
    상기 제2영역의 길이는 상기 결합 공간의 길이와 동일하거나 그보다 긴 카테터 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1영역에는 상기 제1영역의 외주면으로부터 내측으로 만입된 유로가 상기 바디의 길이방향으로 형성된 카테터 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 바디의 선단에는 드릴링 팁이 형성되고, 외주면에는 그 둘레를 나선형 돌기가 형성된 카테터 시스템.
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