KR20240009375A - 힘 센싱부를 구비한 수술 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체의 내부에 삽입되는 오버 튜브를 가지는 내시경; 상기 오버 튜브의 내부에 삽입되는 수술 도구; 및 상기 내시경 또는 수술 도구를 상기 인체의 내부에 삽입 또는 인출시 발생하는 힘을 측정하는 힘 센싱부; 를 포함하는 수술 로봇이 제공될 수 있다.

Description

힘 센싱부를 구비한 수술 로봇{Surgical robot with force sensing unit}

본 발명은 힘 센싱부를 구비한 수술 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 힘 센싱부를 통해 수술 과정에서 발생할 수 있는 힘을 측정하여 안전한 수술을 할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 인체 내에 존재하는 결석은 유기질 이온이 pH의 변화에 따른 용해도 변화에 의해 침착된 것으로서, 결석이 발생하는 부위에 따라 요로 결석, 담관결석(담석(Gallstone)) 등으로 구분할 수 있으며, 이러한 결석이 형성될 경우에는 정상적인 흐름의 장애를 유발하여 이에 따른 증상 유발의 요인이 된다.

이와 같은 결석의 제거에는 여러 가지 방법이 있지만, 보통 내시경, 바스켓 카테터(basket catheter), 쇄석용 탐침을 갖는 전기수압쇄석장치 등을 이용하여 제거하게 된다.

신장 결석을 제거하기 위해 인체의 요관내로 억세스 시스(access sheath)를 삽입하고, 억세스 시스의 내부로 오버 튜브가 이동되면서 결석 제거를 하게 된다. 억세스 시스는 오버 튜브가 요관 내벽에 손상을 가하지 않도록 요관 내벽을 보호해주는 역할을 한다.

그런데, 결석을 제거하기 위해서, 억세스 시스를 요관내에 거치하는 과정에서 요관과의 접촉에 의해 힘을 받게되고, 그러면 억세스 시스가 요관의 내벽에 손상을 줄 수 있다.

또한, 결석을 제거하기 위해서, 억세스 시스안으로 오버 튜브를 삽입하는 과정, 또는 파쇄된 결석을 빼낼 때, 결석에 의해 오버 튜브가 억세스 시스의 단부에 걸려서 원활하게 인출되지 못할 수 있다. 이때, 억세스 시스는 오버 튜브의 전진 또는 후진 동작에 의한 힘을 받게 되고, 그러면 억세스 시스가 요동하여 요관 내벽에 손상을 줄 수 있다.

또한, 억세스 시스의 직경(내경)보다 큰 직경의 결석을 억세스 시스를 통해서 꺼내려고 할 때, 결석이 억세스 시스의 말단부에 걸려서 빠지지 않는데도 무리하게 결석을 꺼내려고 시도하면 이 또한 요관이 찢어지는 등 요관 내벽에 손상을 줄 수 있다.

또한, 억세스 시스를 요관안에 삽입후 내시경을 통해 수술하는 과정에서 환자의 호흡에 의해 요관이 움직일 수 있고, 이러한 경우에 움직이는 요관에 의해 고정된 상태의 억세스 시스에 누르는 힘이 작용할 수 있으며, 이러한 요관에 의해 억세스 시스에 가해지는 힘에 대하여 요관에 악영향을 주지 않도록 대응할 필요가 있다.

결석의 제거시, 내시경 또는 결석이 억세스 시스에 마찰 또는 걸림으로 인해 억세스 시스가 움직여서 요관 내벽에 손상을 줄 수 있기 때문에, 여러 원인에 의해 억세스 시스에 작용하는 힘을 측정하여 요관 내벽의 손상을 방지하고 안전한 수술을 진행할 필요가 있다.

또한, 억세스 시스를 요관안에 삽입하지 않고, 내시경만을 바로 삽입하여 수술하는 경우에, 내시경 및/또는 내시경의 오버 튜브안에 구비되는 수술 도구의 움직임에 따라 요관 내벽에 마찰 또는 걸림이 발생할 수 있으므로, 이러한 현상에 대하여 내시경 또는 수술 도구에 작용하는 힘을 측정하여 수술 과정에서의 요관 내벽의 손상을 방지할 필요가 있다.

본 발명은 내시경을 이용한 수술시 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스 또는 내시경에 작용하는 힘을 측정하여 기준값 이상이 나오면 안전 조치를 취할 수 있도록 함으로써, 수술상의 안전성을 높일 수 있도록 한 수술 로봇을 제공하는 것이다.

본 발명은 인체의 내부에 삽입되는 오버 튜브를 가지는 내시경; 상기 오버 튜브의 내부에 삽입되는 수술 도구; 및 상기 내시경을 상기 인체의 내부에 삽입 또는 인출시 발생하는 힘을 측정하는 힘 센싱부; 를 포함하는 수술 로봇이 제공될 수 있다.

본 발명은 인체의 내부에 삽입되는 오버 튜브를 가지는 내시경; 상기 오버 튜브의 내부에 삽입되는 수술 도구; 상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스; 상기 인체와 상기 억세스 시스 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘 센싱부; 를 포함하는 수술 로봇이 제공될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 예를 들어 환자의 신장 결석을 제거하기 위한 수술시, 요관의 내부로 요관을 보호하기 위한 억세스 시스를 삽입하고, 억세스 시스의 내부로 결석을 제거하기 위한 내시경을 삽입하는 과정에서 내시경의 오버 튜브가 억세스 시스의 내부에 걸리거나 마찰이 커지는 경우, 억세스 시스에 작용하는 미는 힘을 힘 센싱부에 의해 측정할 수 있고, 기준값을 초과하면 안전을 위해 수술 로봇의 동작을 정지시키거나, 알람을 울려서 사용자에게 알려줄 수 있다.

또한, 억세스 시스를 통해 내시경에 의해 결석을 환자의 몸 밖으로 빼내기 위해서 억세스 시스를 통과시 결석이 억세스 시스에 걸리면 억세스 시스를 후진시키는 힘인 당기는 힘이 작용하며, 이처럼 억세스 시스를 미는 힘 및 당김 힘을 힘 센싱부에 의해 측정하여 기준값을 초과하면, 안전을 위해 수술 로봇의 동작을 정지시키거나 또는 알람을 울려서 후속 조치를 취할 수 있다.

또한, 본 발명은 힘 센싱부에 의해 억세스 시스에 작용하는 힘을 측정할 수 있으므로, 측정값이 기준값을 초과하면, 초과된 힘을 감소시킬 수 있도록 억세스 시스의 셋팅 위치를 변경하고 다시 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 수술 로봇은 내시경을 장착하고 왕복 이동하는 마운팅 유니트와, 마운팅 유니트가 왕복 이동되도록 하는 이동 유니트를 포함하고, 이동 유니트에는 억세스 시스를 홀딩하는 홀더를 포함하며, 홀더는 억세스 시스를 홀딩하는 홀딩부와, 홀딩부와 연결되고 이동 유니트의 내부에 연결되어서 회동하는 아암부를 포함하여, 아암부의 단부측에는 아암부의 회동시 작용하는 힘을 측정하는 힘 센싱부에 의해 억세스 시스에 가해지는 양 방향의 힘을 즉각적으로 측정할 수 있다.

따라서, 본 발명은 힘 센싱부에 의해 수술하는 과정에서 안전 장치로서의 역할을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇을 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇을 이루는 이동 유니트 및 마운팅 유니트의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇에서 이동 유니트의 내부 구조를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇에서 힘 센싱부에 의해 힘이 측정되는 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 본 발명의 지지 홀더 및 억세스 시스의 결합 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇의 억세스 시스가 홀딩된 지지 홀더와 힘 센싱부의 배치 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇의 억세스 시스 및 내시경이 신장안에 삽입되어 결석을 제거하는 모습을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇의 억세스 시스안에 삽입된 내시경에 의해 결석을 파지하는 모습을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 내시경이 억세스 시스의 내부를 관통하여 결석을 제거할 때 억세스 시스에 힘이 걸리면 힘 센싱부에 의해 힘을 측정하는 모습을 일례로 도시한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 억세스 시스에 걸리는 힘을 측정하면 제어부에서 판단하여 기준값 이상이면 알람부를 통해 알려주는 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 제한되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술적 사상 범위 내에서 실시 예들간 구성 요소 중 적어도 하나 이상은 선택적으로 결합 및/또는 치환될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 용어는 특별하게 정의하지 않는 한 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있고, 일반적으로 사용하는 용어는 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 해석할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 용어는 실시 예의 설명을 위한 것으로서 본 발명을 제한하는 것은 아니며, 단수는 문구에 언급하지 않는 한 복수를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소에서, 제1, 제2, 제3, 또는 A, B, C 등의 용어를 사용할 수 있고, 이러한 용어는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별을 위한 것일 뿐 순서나 차례 등을 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 “연결된다”, “접속된다”, “결합된다” 등으로 기재되는 것은, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 접속, 결합되는 것뿐만 아니라, 두 구성 요소 사이의 또 다른 구성 요소에 의해 간접적으로 연결, 접속, 결합되는 것도 의미할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소의 상 또는 하, 위 또는 아래에 배치, 형성, 위치하는 것은, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접적 또는 간접적으로 배치, 형성, 위치하는 것을 포함할 수 있다. 상 또는 하, 위 또는 아래에 대한 표현은, 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향도 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명의 수술 로봇의 일 실시 예를 나타낸 정면도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇을 이루는 이동 유니트 및 마운팅 유니트의 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇은 본체 유니트(100), 본체 유니트(100)에 구비되는 이동 유니트(200), 이동 유니트(200)의 일면에 슬라이딩 왕복 이동 가능하게 구비되고, 내시경(500)을 착탈 가능하게 구비하는 마운팅 유니트(300), 내시경(500) 및 억세스 시스(600)(access sheath)를 홀딩하고 이동시키는 홀딩 유니트(400)를 포함할 수 있다.

본체 유니트(100)에는 수술 로봇의 전반적인 동작을 제어할 수 있는 콘트롤러 및 제어 패널이 마련될 수 있다.

이동 유니트(200)에는 소정의 길이를 가지는 케이스(210)를 포함하고, 본체 유니트(100)로부터 구동 수단(모터 등)에 의해 회전가능하게 결합될 수 있으며, 케이스(210)의 일면에는 마운팅 유니트(300)가 구동 수단(모터 및 직선 이동 기구 등)에 의해 길이 방향을 따라 직선 왕복 이동할 수 있도록 구비될 수 있다.

마운팅 유니트(300)에는 내시경(500)을 장착할 수 있는 장착부(310)가 마련될 수 있다.

장착부(310)는 마운팅 유니트(300)의 바디부에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 장착부(310)는 마운팅 유니트(300)의 바디부안에 구비된 구동 수단(모터 등)와 연결될 수 있고, 구동 수단의 정방향 및 역방향 회전에 의해 장착부(310)가 정역 회전하며, 그에 따라 내시경(500)도 정역 회전될 수 있다.

홀딩 유니트(400)에는 억세스 시스(600)를 홀딩할 수 있는 지지 홀더(410)와, 간격을 두고 복수로 마련되면서 내시경(500)을 안정적으로 가이드할 수 있는 가이드 홀더(420)를 포함할 수 있다.

가이드 홀더(420)는 내시경(500)의 오버 튜브(520)가 관통되는 콘 형태의 삽입 부재(421)와, 삽입 부재(421)로부터 연장되어 형성되고 이동 유니트(200)의 케이스(210)에 연결되는 연결 부재(422)를 포함할 수 있다.

가이드 홀더(420)는 내시경(500)의 오버 튜브(520)를 지지할 수 있고, 마운팅 유니트(300)가 이동 유니트(200)에 대하여 이동하거나, 장착부(310)가 회전하는 경우 내시경(500)의 버클링(buckling)되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 홀딩 유니트(400)에는 복수의 가이드 홀더(420)를 지지하고, 복수의 가이드 홀더(420)간의 간격을 유지시킴과 동시에 간격을 조절할 수 있도록 움직이는 접철 부재(430)가 마련될 수 있다.

도 3을 참조하면, 복수의 가이드 홀더(420)는 접철 부재(430)에 X자형 2개의 링크가 교차하는 지점에 간격을 두고 결합 부재(423)에 의해 결합될 수 있다.

접철 부재(430)는 예를 들어, X자형으로 길이가 가변되게 연결되는 복수의 링크로 이루어질 수 있다.

따라서, 접철 부재(430)의 조절된 길이에 의해 복수의 지지 홀더(410)는 서로 간의 간격을 동일한 간격으로 유지되게 할 수 있다.

내시경(500)은 조작 부재(510)와, 조작 부재(510)로부터 소정 길이 연장되어 형성되고, 조작 부재(510)에 의해 동작하는 오버 튜브(520)를 포함할 수 있다. 오버 튜브(520)의 내부에는 와이어(광섬유) 형태의 레이저부 또는 결석을 제거하기 위한 바스켓(basket)과 같은 수술 도구가 삽입될 수 있다. 따라서, 내시경(500)의 오버 튜브(520)는 보호 튜브(620)의 내부를 관통할 수 있다.

내시경(500)은 마운팅 유니트(300)의 장착부(310)에 장착시, 오버 튜브(520)는 가이드 홀더(420)의 삽입 부재(421)를 관통하고, 억세스 시스(600)의 내부로 삽입될 수 있다.

조작 부재(510)에는 레이저부 또는 와이어로 연결된 바스켓을 오버 튜브(520)의 내부로 삽입할 수 있는 삽입관(511)이 구비될 수 있다.

조작 부재(510)는 마운팅 유니트(300)의 장착부(310)에 착탈 가능하게 구비될 수 있다. 조작 부재(510)의 선단에는 소정의 길이를 가지는 오버 튜브(520)가 구비되어 있으므로, 조작 부재(510)를 마운팅 유니트(300)의 장착부(310)에 장착하면, 오버 튜브(520)는 횡방향을 따라 가이드 홀더(420)를 관통하고 억세스 시스(600)의 내부로 삽입될 수 있다.

억세스 시스(600)는 예를 들어, 신장(kidney)의 결석을 제거하는 수술을 하는 경우, 요관(ureter)(U)의 내부에 내시경(500)을 삽입 또는 인출시키는 동작을 반복하는 과정에서 요관 내벽의 손상을 방지할 수 있도록 보호해주는 역할을 할 수 있다.

억세스 시스(600)는 지지 홀더(410)에 홀딩되는 콘(cone) 형태의 입구 부재(610)와, 입구 부재(610)로부터 소정 길이 연장되어 형성되는 보호 튜브(620)를 포함할 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 환자의 요관(U)을 통해 억세스 시스(600)를 삽입하고, 억세스 시스(600)의 내부에는 신장(K)안에 생긴 결석(S)을 제거하기 위해서, 억세스 시스(600)의 내부로 내시경(500)의 오버 튜브(520)를 삽입하며, 이때 오버 튜브(520)의 내부에는 수술 도구로서, 가이드 튜브(530), 가이드 튜브(530)의 내부를 관통하는 와이어(540), 와이어(540)의 단부에는 결석을 제거하기 위해 파지할 수 있는 바스켓(550)을 포함할 수 있다.

지지 홀더(410)는 억세스 시스(600)의 입구 부재(610)가 착탈 가능하게 홀딩되는 홀딩부(411)와, 홀딩부(411)로부터 이동 유니트(200)의 케이스(210)에 연결되는 아암부(412)를 포함할 수 있다.

홀딩부(411)는 탄성을 가지고 억세스 시스(600)의 입구 부재(610)의 일부가 착탈되도록 개구부가 형성될 수 있다. 따라서, 억세스 시스(600)의 입구 부재(610)를 홀딩부(411)의 개구부를 통해 끼우면, 개구부가 벌어지면서 입구 부재(610)가 홀딩부(411)안으로 삽입되어 장착될 수 있다.

지지 홀더(410)와 힘 센싱부(320)는 이동 유니트(200)에서 필요에 따라 설치 위치를 변경하고 고정시킬 수 있다. 수술 로봇과 환자 사이의 거리에 따라 초기 셋팅시, 힘 센싱부(320)에 힘이 작용하지 않도록 적절한 거리를 두고 억세스 시스(600)를 셋팅하기 위함일 수 있다.

지지 홀더(410)와 힘 센싱부(320)는 별도 마련된 액츄에이터(모터, 리니어스크류 및 LM 가이드)에 연결되어서 직선 왕복 이동할 수 있다.

더욱이, 억세스 시스(600)는 환자의 요관(U) 안에 삽입시, 삽입 위치가 정렬된 상태로 삽입되게 함이 바람직할 수 있다. 삽입 위치가 정렬되지 못하면, 그로 인해 힘이 발생하여 힘 센싱부(320)에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 즉, 초기값을 제로(0)로 셋팅되게 한 상태에서, 순수하게 억세스 시스(600)안에 삽입되는 오버 튜브(520)의 동작에 따라 발생하는 힘을 측정할 필요가 있다.

본 발명의 일 실시 예에 있어서, 아암부(412)는 이동 유니트(200)의 케이스(210)로부터 연장되어서 하향되게 벤딩되고, 아암부(412)의 단부와 홀딩부(411)가 연결될 수 있다.

따라서, 홀딩부(411)와 복수의 가이드 홀더(420)의 콘 형태의 삽입 부재(421)는 일렬로 배치될 수 있고, 내시경(500)의 오버 튜브(520)는 용이하게 억세스 시스(600)의 내부로 삽입될 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이동 유니트(200)의 케이스(210) 내부에는 아암부(412)의 움직임에 따른 힘을 측정할 수 있는 힘 센싱부(320)가 고정될 수 있다. 다시 말해서, 힘 센싱부(320)는 이동 유니트(200)의 케이스(210) 내부에 고정된 브래킷(413)에 결합되어 고정될 수 있고, 지지 홀더(410)의 아암부(412) 단부와 접촉될 수 있는 상태일 수 있다.

힘 센싱부(320)는 예를 들어 로드셀, 스트레인게이지, FBG(Fiber Bragg Gratings) 센서, 피에조 센서 등 축방향 힘을 측정할 수 있는 다양한 센서를 포함할 수 있다.

힘 센싱부(320)는 억세스 시스(600)의 내부에서 이동하는 내시경(500)의 전진 및/또는 후진시에 따라 작용하는 힘에 대하여 측정할 수 있다.

또한, 힘 센싱부(320)는 억세스 시스(600)를 요관안에 삽입한 후, 내시경(500)을 통해 결석을 제거하는 과정에서 내시경(500) 또는 결석이 억세스 시스(600)의 내부에서 마찰 또는 걸림으로 인해 억세스 시스(600)에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.

또한, 힘 센싱부(320)는 내시경(500)을 삽입하기 전 상태에서 억세스 시스(600)를 요관안에 삽입하고 지지 홀더(410)에 장착하는 과정에서 요관이 억세스 시스에 작용하는 힘을 측정할 수 있다.

또한, 힘 센싱부(320)는 억세스 시스(600)를 지지 홀더(410)에 장착한 상태에서 수술 도중에 환자의 호흡에 의해 요관이 움직임에 따라 억세스 시스(600)에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.

지지 홀더(410)에 장착된 억세스 시스(600)에 힘이 작용하면, 아암부(412)의 단부를 중심으로 회동하거나 또는 평행이동하며, 이러한 아암부(412)의 움직임을 유발하는 힘을 힘 센싱부(320)에서 측정할 수 있다.

도 4를 참조하면, 아암부(412)의 단부가 연결되어서 힌지점으로 작용하는 경우, 아암부(412)에 힘이 가해지면, 힌지점을 중심으로 아암부(412)가 원호를 그리면서 움직일 수 있지만. 변위가 작기 때문에 직선 운동으로 간주할 수 있고, 이러한 힌지 동작에 의해 힘 센싱부(320)에 힘이 가해지면, 가해진 힘을 측정할 수 있다. 이때, 힘 센싱부(320)는 이동 유니트(200)의 케이스(210) 내부에 고정된 브래킷(413)에 결합되어 고정된 상태를 유지할 수 있다.

또는, 아암부(412)의 단부는 힌지 동작에 의해 힘 센싱부(320)에 힘을 가하지 않고 평행 이동하여 힘을 가할 수 있도록 마련될 수 있다. 이러한 경우에는 아암부(412)의 단부에 평행 이동을 가이드해주는 가이드 부시가 적어도 1개 이상 구비될 수 있다.

한편, 인체의 내부인 요관내로 억세스 시스(600)를 삽입하지 않고, 내시경(500)만을 요관내로 삽입하여 수술을 진행할 수 있다.

이런 경우에, 내시경(500)의 삽입 및 인출시 요관과의 접촉 등에 의해 힘을 받게 되므로, 이러한 내시경(500)의 움직임에 따른 힘을 측정할 필요가 있다.

따라서, 억세스 시스(600)를 지지 홀더(410)에 홀딩하지 않은 상태에서 내시경(500)의 오버 튜브(520)는 지지 홀더(410)의 홀딩부(411)를 거쳐서 수술하고자 하는 요관내로 삽입될 수 있다. 이때, 내시경(500)의 오버 튜브(520)는 홀딩부(411)와 마찰력을 가지고 거치되어 있으므로, 내시경(500)의 오버 튜브(520)에 작용하는 힘에 의해 지지 홀더(410)가 움직일 수 있다.

그에 따라, 내시경(500)을 통해 요관내로 삽입 또는 인출시 작용하는 힘은 홀딩부(411)를 통해 지지 홀더(510)의 아암부(412)로 전달될 수 있고, 힘 센싱부(320)에 의해 내시경(500)에 작용하는 힘을 측정할 수 있다.

한편, 다른 예로서, 내시경(500)의 조작 부재(510)가 장착되는 마운팅 유니트(300)의 장착부(310)에 힘 센싱부를 구비하고, 내시경(500)의 축방향(길이 방향) 움직임에 따른 힘을 측정할 수 있다. 이때, 장착부(310)는 내시경(500)을 홀딩하는 홀더 역할을 할 수 있다.

장착부(310)에 구비되는 힘 센싱부는 내시경(500)이 힘을 받는 축방향상에 배치되도록 할 수 있다.

장착부(310)에 장착되는 내시경(500)의 조작 부재(510)는 마운팅 유니트(300)를 이동 유니트(200)로부터 길이 방향을 따라 이동시키는 경우, 어느 정도의 마찰력을 가지고 장착된 상태를 유지하고, 내시경(500)의 수술 동작에 따른 움직임이 발생하면, 장착부(310)내에서 축방향으로 왕복 이동할 수 있으며, 이러한 왕복 이동에 따른 힘을 장착부(310)에 마련된 힘 센싱부에서 측정할 수 있다.

또한, 내시경(500)에 작용하는 힘을 측정하기 위한 힘 센싱부의 설치 위치는 이에 한정되지 않고, 장착부(310)와 마운팅 유니트(300)의 바디부 사이에 힘 센싱부를 구비하여 내시경(500)의 축방향(길이 방향) 움직임에 따른 힘을 측정할 수 있다.

다시 말해서, 내시경(500)에 작용하는 힘은, 억세스 시스(600)에 작용하는 힘과 마찬가지로 내시경(500)을 요관안에 삽입 또는 인출시 작용하는 힘, 수술중 환자의 호흡에 의해 요관에 의해 가해지는 힘, 수술후 결석 제거 동작시 마찰 또는 걸림 등에 의해 요관내에서 발생하는 힘 등일 수 있고, 이러한 힘을 힘 센싱부에서 측정할 수 있다.

힘 센싱부(320)는 양 방향으로 작용하는 힘에 대하여 측정할 수 있으므로, 지지 홀더(410) 또는 내시경(500)의 양 방향으로 힘(미는 힘과 당기는 힘)이 작용하면, 힘 센싱부(320)는 모두 측정할 수 있다.

다시 말해서, 힘 센싱부(320)는 억세스 시스(600) 또는 내시경(500)에 작용하는 미는 힘과 당기는 힘이 작용함에 따라 눌려지거나 늘어나면서 힘을 측정할 수 있다. 힘 센싱부(320)에 연결된 지지 홀더(410)의 아암부(412) 단부측, 또는 내시경(500)은 힘의 작용에 의한 변위가 일어난 후 힘 센싱부(320)에 의해 원위치될 수 있다.

또한, 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇은 제어부(700)를 포함할 수 있다. 제어부(700)에서는 힘 센싱부(320)에서 측정된 측정값을 전달받아서 기 설정된 기준값과 비교하여 기준값보다 크면 후속 조치로서, 수술 로봇의 동작을 정지시키거나, 또는 별도의 알람부(710)를 통해 알람을 울려서 사용자(의사 등)에게 알려줄 수 있다.

또한, 본 발명은 힘 센싱부(320)에서 억세스 시스(600)에 작용하는 힘을 측정한 측정값이 기준값을 초과하면, 측정된 힘을 감소시키기 위해 억세스 시스(600)를 지지하는 지지 홀더(410) 및 힘 센싱부(320)의 셋팅 위치를 변경함으로써 억세스 시스(600)의 설치 위치를 이동시킬 수 있다.

다시 말해서, 제어부(700)에서는 힘 센싱부(320)에 의해 제공받은 억세스 시스(600)에 가해지는 힘에 대한 측정값과 기준값을 비교하고, 비교 결과, 기준값보다 측정값이 크면, 기준값을 초과하지 않도록 액츄에이터를 제어하여 지지 홀더(410)와 힘 센싱부(320)의 조립체를 이동 유니트(200) 내에서 이동시켜서 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇은, 예를 들어 환자의 신장(K)의 결석(S)을 제거하기 위해서, 먼저 억세스 시스(600)를 요관(U)의 내부로 삽입하고, 이어서 내시경(500)을 억세스 시스(600)의 내부를 통해 삽입하여 신장(K) 내부의 결석(S)에 접근할 수 있다.

내시경(500)은 오버 튜브(520)를 포함하고, 오버 튜브(520)의 단부는 내시경(500)의 동작에 따라 벤딩됨으로써, 결석이 위치한 곳을 향하여 움직일 수 있다.

내시경(500)은 수술 로봇의 마운팅 유니트(300)에 장착된 상태로서, 내시경(500)의 오버 튜브(520)가 홀딩 유니트(400)의 지지 홀더(410)에 홀딩된 억세스 시스(600)의 입구 부재(610) 및 보호 튜브(620)를 관통하여 설치되고, 이때 마운팅 유니트(300)는 이동 유니트(200)에서 길이 방향을 따라 왕복 이동할 수 있기 때문에, 내시경(500)의 오버 튜브(520)는 억세스 시스(600)의 내부를 왕복 이동할 수 있다.

요관(U)은 직선 형태로만 이루어져 있지 않기 때문에, 요관(U)안에 억세스 시스(600)를 삽입하면, 구부러진 구간이 발생할 수 있다. 따라서, 내시경(500)의 오버 튜브(520)를 억세스 시스(600)안으로 삽입하는 과정에서 억세스 시스(600)의 구부러진 구간으로 인해 큰 마찰이 발생할 수 있고, 이때 힘 센싱부(320)에 의해 오버 튜브(520)의 삽입 동작시 억세스 시스(600)에 가해지는 힘을 측정할 수 있다.

또한, 억세스 시스(600)안에 내시경(500)을 삽입하지 않은 상태에서, 요관(U)에 억세스 시스(600)를 삽입시, 요관이 억세스 시스를 누를 수 있다.

다시 말해서, 내시경(500)을 삽입하기 전에 억세스 시스(600)를 요관 입구안에 진입후 지지 홀더(410)에 올바르게 정렬되지 않은 부적절한 상태로 거치(홀딩)하면, 억세스 시스(600)가 요관을 밀게 될 때 요관이 접히게 되고, 이때 억세스 시스(600)가 요관안에 삽입되는 과정에서 억세스 시스(600)에 오히려 누르는 힘이 가해질 수 있다. 이러한 힘에 의해 요관 내벽이 손상될 수 있다.

따라서, 이러한 요관에 의해 누르는 힘이 억세스 시스(600)에 작용하면, 홀딩된 지지 홀더(410)를 통해 힘 센싱부(320)에 전달되어 요관에 의한 누르는 힘을 측정할 수 있다.

이렇게 측정된 힘을 파악하여 요관에 의한 누르는 힘에 대한 측정값이 제로(0)가 되는 위치가 되도록 억세스 시스(600)를 다시 셋팅할 수 있다. 이런 다음에, 내시경(500)을 셋팅된 억세스 시스(600)의 내부로 삽입하여 수술을 진행할 수 있다.

또한, 억세스 시스(600)의 셋팅후 수술하는 과정에서 환자의 호흡에 의해 요관이 움직일 수 있고, 그러면 고정된 상태의 억세스 시스(600)와 움직이는 요관에 의해 억세스 시스(600)를 누르는 힘이 작용할 수 있다. 따라서, 이러한 상황일 경우에, 요관에 의해 억세스 시스(600)에 누르는 힘을 힘 센싱부(320)에 의해 측정할 수 있다.

내시경(500)의 오버 튜브(520)에는 레이저부 또는 바스켓이 삽입될 수 있고, 오버 튜브(520)가 억세스 시스(600)의 내부에 삽입되면, 레이저부가 삽입된 경우, 오버 튜브(520)의 단부로부터 돌출되고, 결석에 소정 거리 이격된 상태에서 결석을 파쇄할 수 있다.

신장(K)의 결석(S)을 파쇄한 후, 후속 조치로서, 바스켓(550)이 구비된 오버 튜브(520)가 마련된 내시경(500)을 통해 결석을 포획하고 억세스 시스(600)의 외부로 빼낼 수 있다.

그러나, 이에 한정되지 않고 오버 튜브(520)의 채널안에 레이저부와 바스켓(550)을 모두 갖춘 내시경을 마련하고 수술을 진행할 수 있다.

이때, 가이드 튜브(530)는 오버 튜브(520)의 내부 공간에 삽입되어서 이동될 수 있다. 가이드 튜브(530)는 와이어(540) 및 바스켓(550)을 결석이 위치한 장소로 가이드해줄 수 있다.

가이드 튜브(530)는 내시경(500)의 일부가 될 수 있으므로, 내시경(500)의 동작에 따라 가이드 튜브(530)의 단부는 벤딩됨으로써 결석이 위치한 곳을 향하여 움직일 수 있다.

와이어(540)는 가이드 튜브(530)의 내부에 삽입되어 이동될 수 있다.

또한, 와이어(540)는 바스켓(550)이 가이드 튜브(530)의 전방에 걸려서 더 이상 후방으로 이동하지 못하는 상태가 될 때까지 가이드 튜브(530)에 대해 상대적으로 후방으로 이동할 수 있다.

바스켓(550)은 와이어(540)의 전방에 구비되어 결석을 파지할 수 있고, 확장 또는 수축 상태로 전환되면서 결석을 파지할 수 있다.

바스켓(550)은 외력이 가해지지 않을 때 원래의 형상으로 복원되는 재질로 이루어질 수 있다.

촬영부(560)는 가이드 튜브(530)의 전방 단부에 구비되어 바스켓(550)으로 파지된 결석을 촬영할 수 있다.

촬영부(560)는 고화질의 초소형 내시경 카메라를 포함할 수 있다.

촬영부(560)는 결석이 파지된 바스켓(550)을 회전시켜 결석의 외형 둘레 모양 전체를 촬영할 수 있다. 따라서, 촬영부(560)는 바스켓(550) 내부에 파지된 결석의 전체 형상을 한번에 파악할 수 있는 경우, 회전없이 한번에 촬영을 수행할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 바스켓(550)이 결석을 파지한 상태에서, 억세스 시스(600)의 내부를 통해 후진할 때, 결석의 크기가 억세스 시스(600)의 내부 공간을 통과하기 어려운 크기를 가지거나, 또는 통과는 하지만, 원활하게 통과하지 못하는 크기일 수 있다.

바스켓(550)이 억세스 시스(600)의 내부를 통해 후진하는 방향은 신장으로부터 밖으로 나오는 방향일 수 있다.

이런 경우에는 후진하는 내시경(500)의 오버 튜브(520)의 후진력이 억세스 시스(600)에 전달되고, 억세스 시스(600)는 원래의 위치로부터 후진되려는 힘을 받을 수 있다.

이때, 억세스 시스(600)를 홀딩하고 있는 홀딩 유니트(400)의 지지 홀더(410)가 후진되는 힘을 받게되고, 그에 따라 지지 홀더(410)의 아암부(412)는 움직여서 고정된 상태의 힘 센싱부(320)에 의해 힘이 측정될 수 있다.

또한, 바스켓(550)에 의해 포획한 결석을 제거하는 과정에서 결석이 억세스 시스(600)에 걸린 상황임에도 불구하고 무리하게 결석을 인출(추출)하려고 하는 경우, 바스켓(550) 또는 와이어(540)가 끊어질 수 있다. 이런 상황이 발생하면 수습이 매우 곤란할 수 있기 때문에, 결석이 억세스 시스(600)에 걸림에 따라 작용하는 당기는 힘을 힘 센싱부(320)에 의해 측정함으로써, 측정값이 기준값을 초과하면 무리한 동작을 멈추고 후속 조치를 취할 수 있다.

이와 같이, 억세스 시스(600)에는 오버 튜브(520)의 움직임에 따라 2가지 방향의 힘이 작용할 수 있고, 힘 센싱부(320)는 상기 억세스 시스(600)에 작용하는 2가지 방향의 힘을 측정할 수 있다.

억세스 시스(600)안으로 삽입하는 방향을 제1 방향이라고 하고, 억세스 시스(600)안으로부터 인출하는 방향을 제2 방향이라고 할 때, 제1 방향의 힘은 오버 튜브(520)를 억세스 시스(600)안으로 삽입하는 과정에서 발생하는 힘이고, 제2 방향의 힘은 오버 튜브(520)를 상기 억세스 시스(600)로부터 밖으로 인출하는 과정에서 발생하는 힘일 수 있다.

다시 말해서, 제1 방향의 힘은 오버 튜브(520)를 억세스 시스(600)안으로 삽입하는 과정에서 발생하는 미는 힘이고, 제2 방향의 힘은 오버 튜브(520)를 억세스 시스(600)로부터 밖으로 인출하는 과정에서 발생하는 당기는 힘일 수 있다.

또한, 오버 튜브(520)를 억세스 시스(600)안으로 삽입하는 과정에서 원활한 삽입이 이루어지지 못하면 후진하는 동작을 병행하여 전후진 동작을 하면서 삽입할 수도 있다.

따라서, 제1 방향의 힘은 억세스 시스(600)안에 오버 튜브(520)의 삽입시 구부러진 구간에 의해 발생하는 마찰 또는 걸림 등에 의해 발생하는 힘일 수 있고, 제2 방향의 힘은 파쇄한 신장내의 결석을 억세스 시스(600)의 내부에서 후진하여 환자의 몸 밖으로 인출시 결석에 의해 억세스 시스(600)에 걸리는 힘일 수 있다.

또한, 억세스 시스(600)의 내부에 내시경(500)을 삽입하지 않은 상태에서, 요관으로부터 미는 힘이 억세스 시스(600)에 가해질 수 있고, 이처럼 요관에 의해 억세스 시스(600)에 가해지는 힘을 힘 센싱부(320)에서 측정할 수 있다.

이와 같이, 억세스 시스(600) 또는 내시경(500)에 작용하는 힘에 대하여 힘 센싱부(320)에서 측정하면, 측정값에 대한 정보는 제어부(700)에 인가될 수 있다. 제어부(700)에서는 힘 센싱부(320)에 의해 측정된 측정값과 기준값을 비교하고, 기준값보다 크게 되면, 알람부(710)를 통해 안내해주어서 수술 로봇의 동작을 일시 정지시키고, 다시 결석의 파쇄 작업을 통해 억세스 시스(600) 또는 요관내를 원활하게 통과할 수 있는 크기로 만든 다음, 다시 바스켓(550)을 통해 신장의 내부로부터 몸 밖으로 빼내는 작업을 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수술 로봇은 본체 유니트(100)에서 이동 유니트(200)가 회전하고, 이동 유니트(200)에서 마운팅 유니트(300)가 왕복 이동하며, 내시경(500)은 마운팅 유니트(300)에 구비된 장착부(310)에 의해 회전 가능하므로, 환자 신장내의 결석을 제거하는 수술 동작을 확실하게 구현함과 동시에, 힘 센싱부(320)에 의해 수술 동작중 발생하는 힘을 정확하게 측정하여 적절한 조치를 취할 수 있으므로, 보다 안전하게 수술을 진행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서는 신장 결석을 제거하는 수술에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 내시경을 이용한 다양한 부위의 수술, 예를 들어 담관 결석 제거 수술 등에 적용할 수 있다.

이상에서 실시 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 실시 예의 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100... 본체 유니트
200... 이동 유니트 210... 케이스
300... 마운팅 유니트 310... 장착부
320... 힘 센싱부
400... 홀딩 유니트 410... 지지 홀더
411... 홀딩부 412... 아암부
413... 브래킷
420... 가이드 홀더 421... 삽입 부재
422... 연결 부재 423... 결합 부재
430... 접철 부재
500... 내시경 510... 조작 부재
511... 삽입관
520... 오버 튜브 530... 가이드 튜브
540... 와이어 550... 바스켓
560... 촬영부
600... 억세스 시스 610... 입구 부재
620... 보호 튜브
700... 제어부 710... 알람부
K... 신장 S... 결석
U... 요관

Claims (12)

1. 인체의 내부에 삽입되는 오버 튜브를 가지는 내시경;
   상기 오버 튜브의 내부에 삽입되는 수술 도구; 및
   상기 내시경 또는 수술 도구를 상기 인체의 내부에 삽입 또는 인출시 발생하는 힘을 측정하는 힘 센싱부; 를 포함하는 수술 로봇.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스를 포함하며,
   상기 힘 센싱부는,
   상기 내시경 또는 상기 수술 도구를 삽입하지 않고 상기 억세스 시스를 인체의 내부에 형성된 요관안에 삽입시 상기 요관에 의해 가해지는 힘을 측정하는 수술 로봇.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스를 포함하고,
   상기 억세스 시스의 내부에 상기 내시경이 삽입되며,
   상기 힘 센싱부는 상기 인체의 내부에 형성된 결석을 제거하기 위해 상기 내시경 또는 상기 수술 도구를 상기 억세스 시스안에 삽입 또는 인출시 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 측정하는 수술 로봇.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
   상기 내시경이 착탈가능하게 장착되는 마운팅 유니트, 및
   상기 마운팅 유니트가 왕복 이동되도록 하는 이동 유니트를 포함하고,
   상기 이동 유니트에는 상기 억세스 시스를 착탈 가능하게 홀딩하는 지지 홀더를 포함하는 수술 로봇.
   
5. 제4 항에 있어서,
   상기 지지 홀더는,
   상기 억세스 시스를 홀딩하는 홀딩부와,
   상기 홀딩부와 연결되고 상기 이동 유니트에 결합되는 아암부를 포함하며,
   상기 힘 센싱부는 상기 이동 유니트의 내부에 고정되고,
   상기 힘 센싱부는 상기 억세스 시스안으로 상기 오버 튜브를 삽입하거나, 인출하는 과정에서 발생하는 마찰 또는 걸림에 의해 상기 아암부에 전달되는 힘을 측정하는 수술 로봇.
   
6. 제1 항에 있어서,
   지지 홀더가 구비되는 이동 유니트를 포함하고,
   상기 내시경은 상기 지지 홀더에 거치되고,
   상기 내시경에 작용하는 힘은 상기 지지 홀더를 통해 상기 힘 센싱부에 의해 측정되는 수술 로봇.
   
7. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
   상기 힘 센싱부에 의해 상기 내시경 또는 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 분석하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 힘 센싱부에 의해 측정된 측정값이 기준값보다 크면 상기 내시경의 동작을 정지시키는 수술 로봇.
   
8. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
   상기 힘 센싱부에 의해 상기 내시경 또는 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 분석하는 제어부를 포함하고,
   상기 힘 센싱부에 의해 측정된 측정값에 따라 작동되는 알람부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 힘 센싱부에 의해 측정된 값이 기준값보다 크면, 상기 알람부를 작동시켜서 알려주는 수술 로봇.
   
9. 제1 항에 있어서,
   상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
   지지 홀더가 구비되는 이동 유니트를 포함하고,
   상기 인체의 내부는 요관이며,
   상기 억세스 시스는 상기 요관의 내부에 삽입된 후 상기 지지 홀더에 착탈 가능하게 결합되고,
   상기 힘 센싱부는 상기 억세스 시스안으로 상기 내시경 또는 수술 도구를 삽입하기 전에 요관에 의해 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 측정하는 수술 로봇.
   
10. 제1 항에 있어서,
    상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
    지지 홀더가 구비되는 이동 유니트를 포함하며,
    상기 인체의 내부는 요관이며,
    상기 지지 홀더에 상기 억세스 시스를 착탈 가능하게 결합하고,
    상기 힘 센싱부는,
    상기 수술 도구를 통해 수술중, 환자의 호흡에 의해 움직이는 상기 요관에 의해 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 측정하는 수술 로봇.
    
11. 제1 항에 있어서,
    상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스와,
    상기 억세스 시스를 착탈 가능하게 지지하는 지지 홀더를 구비하는 이동 유니트를 포함하고,
    상기 힘 센싱부에 의해 상기 내시경 또는 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 분석하는 제어부를 포함하며,
    상기 지지 홀더의 단부측에는 상기 힘 센싱부가 구비되고,
    상기 지지 홀더와 상기 힘 센싱부를 이동시키는 액츄에이터를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 힘 센싱부에 의해 측정된 측정값이 기준값보다 크면,
    상기 제어부는 상기 억세스 시스에 가해지는 힘을 감소시키기 위해 상기 액츄에이터를 동작시켜서 상기 이동 유니트에서 상기 지지 홀더 및 힘 센싱부를 이동시키는 수술 로봇.
    
12. 인체의 내부에 삽입되는 오버 튜브를 가지는 내시경;
    상기 오버 튜브의 내부에 삽입되는 수술 도구; 및
    상기 인체의 내부에 삽입되는 억세스 시스;
    상기 인체와 상기 억세스 시스 사이에 작용하는 힘을 측정하는 힘 센싱부; 를 포함하는 수술 로봇.

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