KR20240014908A - 베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 로봇의 정확한 이동 제어 및 동시적으로 마이크로 로봇의 위치 인식이 가능하고, 장치의 소형화가 가능하여 기타 의료장비와의 호환성이 우수한 전자기장 장치를 이용함으로써 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식을 동시화하는 방법에 관한 것이다.

Description

베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법{METHOD FOR SYNCHRONIZATION WITH CONTROLLING MOVEMENT AND RECOGNIZING POSITION OF MICROROBOT USING BED-INTEGRATED ELECTROMAGNTIC FIELD DEVICE}

본 발명은 베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체 내에서 마이크로 로봇의 정확한 이동 제어 및 동시적으로 마이크로 로봇의 위치 인식을 가능하게 하는 장치로, 장치의 소형화가 가능하여 기타 의료장비와의 호환성이 우수한 전자기장 장치를 이용함으로써 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식을 동시화하는 방법에 관한 것이다.

마이크로 로봇을 이용한 시술, 예를 들어, 최소 침습시술은 질환에 대한 정밀 타겟팅 및 절개부위의 최소화가 가능하여 환자의 고통을 줄일 수 있고, 회복기간도 짧게 할 수 있는 수술방법으로 최근에 많은 연구가 진행되고 있다.

마이크로 로봇의 움직임을 제어하기 위한 방법은 외부구동과 자체구동방식으로 나눌 수 있다. 자체 구동방식에는 외부유체와 마이크로 로봇 몸체 사이의 상호 화학반응에 의해 발생된 가스의 압력을 이용하여 추진하는 방식, 박테리아 움직임과 같은 생물학적 추진력을 이용하는 방식 등이 있다. 그러나 자체 구동방식은 마이크로 로봇 구동을 위한 낮은 제어 자유도, 낮은 제어 정밀도 및 화학/생물학적 독성문제 등으로 인하여 인체 내에 적용하기 어렵다는 한계가 있다.

자기장을 이용한 마이크로 로봇 구동방식은 인체 내 안전성이 높은 대표적인 외부 구동방식으로서, 영구자석 또는 전자기 구동코일 장치를 이용한 방법으로 구분할 수 있다. 특히, 영구자석을 이용한 방식과 비교하여 전자기 구동 코일을 이용한 마이크로 로봇 제어방식은 코일에 인가되는 전류를 제어하여 자기장의 세기 및 방향을 정밀하게 제어할 수 있다는 장점으로 인해 적용범위가 다양하고 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 분야 중 하나다. 특히, 외부 자기장을 이용해 마이크로 로봇을 추진하거나 치료를 위한 구동을 하는 연구가 많이 진행되고 있는데, 대다수의 연구가 2차원 평면상에서 이루어지거나, 3차원공간을 단순히 이동할 수 있는 연구가 주로 진행되고 있다. 전자기 구동코일 장치는 자기장을 이용하여 제어할 수 있도록 의료용 디바이스는 배터리나 별도의 구동기 없이 일부 또는 전체가 자성체로 구성된다.

이렇게 전자석으로 구동되는 의료용 디바이스는 외부에 고정 배치된 코일에 전류를 인가하여 생성된 자기장으로 제어가 가능하다. 이때, 각 코일에 인가되는 전류의 세기와 방향 등을 제어하게 되면 의료용 디바이스의 원하는 구동을 구현할 수 있다. 전자석을 이용한 방법은 영구자석을 이용한 방법에 비해서 제어가 용이하고, 코일의 특성에 따라 의료용 디바이스의 움직임이 빠르게 제어될 수 있다.

하지만, 이러한 기존의 구동장치는 사용하는 전자석의 개수가 많아 이를 운용하는데 있어서 여러 단점들을 가지고 있다. 구체적으로, 기존의 전자기장 구동장치는 다수개의 전자석을 이용하여 마이크로 로봇을 구동함에 따라, 장치의 크기가 거대화 되어 시술 공간상 장치설치 및 운용이 비효율적이며, 전자석 개수가 많아 전원공급용 파워의 개수 및 필요출력이 증가되고, 전력사용량 또한 매우 높은 문제점이 있다. 또한, 기존 전자기장 구동장치의 크기 및 (전)자석의 배치방향에 한계에 따라 X-ray 장치 등 기타 의료시설에서 사용되는 장비와 호환하여 사용하는데 어려움이 존재하였다.

또한, 종래의 영구자석을 이용하는 전자기장 구동장치는 일반적으로 2개의 영구자석을 이용하여 마이크로 로봇을 제어하고 있으나, 자석이 배치된 방향 이외의 방향으로 로봇을 제어하기데에는 어려움이 있으며, 모터를 이용하여 영구자석을 위한 제어공간을 확보하고 있으나, 모터 이동의 시간차로 인해 실시간 자기장 제어에 어려움이 있는 단점이 있다.

한편, 마이크로 로봇의 위치 인식을 위해 X-ray 장치의 영상 이미지를 활용하거나 자기 유도 기반의 위치 인식 방법이 고안된 바 있으나, X-ray 기반 위치 인식 방법은 다자유도의 위치 인식을 위해서 X-ray 장치를 회전시키며 이미지를 촬영하는 과정이 필요하며, 이로 인해 실시간으로 마이크로 로봇의 위치 정보를 획득하기 어렵고, X-ray 이미지로 마이크로 로봇의 각도 및 벤딩 형상에 대한 정보를 획득하기 어렵다는 문제점이 있다. 자기 유도 기반의 위치 인식 방법은 마이크로 로봇 내에 3축의 코일 배치가 필요하며, 장착시 마이크로 로봇의 크기가 커지게 되며, 중공형으로 이루어진 마이크로 로봇에는 장착 자체가 곤란하다. 또한, X-ray 기반의 위치 인식 방법과 마찬가지로 마이크로 로봇의 벤딩 형상에 대한 정보를 획득하기 어렵다는 문제점이 있다. 개별 장치로 구성하는 위치 인식 방법은 마이크로 로봇의 구동과 이의 위치 인식을 위해 개별적인 기술개발 및 장치구성을 필요로 하는 단점이 있다.

따라서, 유선 또는 무선의 마이크로 로봇에 대한 정확한 이동 제어 및 위치 인식을 동시에 수행 가능하고, 전자석의 개수를 최소화하여 장치의 소형화가 가능하고 의료장비와의 호환성이 우수한 전자기장 구동장치 및 이를 이용하여 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식을 동시화하는 방법에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자들은 베드, 베드 내에 배치되는 제1전자석, 및 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제2전자석 및 제3전자석을 포함하는 베드 통합형 전자기장 장치를 제조하였고, 이의 장치를 이용하여 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식을 동시에 수행할 수 있으며, 나아가 사용자가 표적 병변의 좌표만 입력하면 실시간으로 획득되는 마이크로 로봇의 위치인식 정보와 이를 활용한 마이크로 로봇 구동을 통해 자율적으로 병변부위에 마이크로 로봇을 정확하게 표적화 할 수 있음을 확인하였다.

이에, 본 발명의 목적은 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 실행시키기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 실행하기 위하여, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법, 이를 이용한 병변으로의 마이크로 로봇 자율 표적화 방법, 이를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 시스템에 관한 것이다.

이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.

본 명세서 상의 용어, "인체 삽입형 의료기기"는 부분적이나 전체적으로 외과적, 의학적으로 고안된 모든 인체 삽입형 의료기기를 의미하며, 시술 이후에도 인체 내에 삽입되어 생명 유지를 위한 의료기구일 수 있으며, 또는 시술 또는 진단을 위하여 일시적으로 인체 내에 삽입될 수 있는 의료기기를 모두 포함한다. 특히 본 발명에서 인체 삽입형 의료기기는 자기장 내에서 자화가 이루어지는 자성체를 포함하게 되며, 예를 들어, 영구자석이 자성체로 사용될 수 있다.

본 명세서 상의 용어, "마이크로 로봇"은 인체 삽입형 의료기기의 일종으로, 혈관로봇, 능동캡슐 내시경과 같이 밀리미터 스케일 크기의 자성체로서 영구자석 또는 연자성체를 포함하는 기계/전자식 마이크로 로봇과 DDS용 마이크로캐리어, 세포 치료제 전달용 마이크로스캐폴드, 나노로봇, 대식세포로봇과 같은 마이크로/나노 스케일 크기의 자성체로서 자성 나노입자 (magnetic nanoparticles)를 포함하는 고분자/세포기반 마이크로 로봇으로 분류될 수 있으며, 그 외 다른 형태의 마이크로 로봇이 포함될 수 있다.

본 발명의 일 예는, 제1전자석, 및 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제2전자석 및 제3전자석을 포함한 베드를 포함하는, 베드 통합형 전자기장 장치에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 제1전자석은 솔레노이드, 원형, 사각, 새들 형태의 코일일 수 있다.

본 발명에 있어서 제1전자석은 연자성체 코어 또는 에어코어의 형태일 수 있다.

본 명세서 상의 용어 "원형 전자석 (Circular electromagnet)"은 고리모양의 자석, 즉 끝의 감자력의 영향이 나타나지 않는 무단 자석 (無端磁石)을 의미한다.

본 발명에 있어서 제1전자석은 z축 방향의 자기장을 생성하는 것일 수 있다.

본 명세서 상의 용어 "z축"은 제1전자석의 중심축과 평행하며, 베드의 길이방향과 상측으로 수직한 방향의 축을 의미한다.

본 발명에 있어서 제2전자석은 솔레노이드, 원형, 사각, 새들 형태의 코일일 수 있다.

본 발명에 있어서 제3전자석은 솔레노이드, 원형, 사각, 새들 형태의 코일일 수 있다.

본 발명에 있어서 제2전자석은 연자성체 코어 또는 에어코어의 형태일 수 있다.

본 발명에 있어서 제3전자석은 연자성체 코어 또는 에어코어의 형태일 수 있다.

본 발명에 있어서 제2전자석은 x축 및 y축 방향의 자기장을 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 제3전자석은 x축 및 y축 방향의 자기장을 생성하는 것일 수 있다.

본 명세서 상의 용어 "x축"은 제1전자석의 중심축과 수직하고 베드의 길이방향과 평행한 방향의 축을 의미한다.

본 명세서 상의 용어 "y축"은 제1전자석의 중심축과 수직하고 베드의 길이방향과 수직하면서, x축 및 z축과 동시에 수직한 방향의 축을 의미한다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1전자석은 일측에 배치되는 제1지지판, 제1지지부의 타측에 배치되는 제2지지판, 제1지지판과 제2지지판을 연결부를 통해 연결하는 중심부, 및 중심부의 둘레를 따라 권취되는 제1권선을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 제1전자석의 중심부는 중공을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 연결부는 제1지지판과 제2지지판을 중심부와 각각 연결할 수 있고, 제2전자석 및 제3전자석 각각이 제1전자석과 일정각도를 형성하도록 접촉될 수 있다.

본 발명에 따른 연결부는 제2전자석 및 제3전자석 각각과의 연결을 용이하게 하기 위한 홈부를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1지지판, 제2지지판, 연결부 또는 중심부 중 하나 이상은 Fe-Co계 합금, 알루미늄, 순철, 질화철, 비스무트를 함유한 전자 강재 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1권선은 도전성 금속, 예를 들어, 에나멜, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2전자석은 제1코어부를 포함하고, 제1코어부는 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제1하측면, 제1하측면의 타측에 배치되는 제1상측면을 포함하고, 제2전자석은 제1하측면과 제1상측면의 사이에 권취되는 제2권선을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제3전자석은 제2코어부를 포함하고, 제2코어부는 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제2하측면, 제2하측면의 타측에 배치되는 제2상측면을 포함하고, 제3전자석은 제2하측면과 제2상측면의 사이에 권취되는 제3권선을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1상측면은 제1전자석의 중심축을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2상측면은 제1전자석의 중심축을 향하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2전자석 및 제3전자석은 서로 대향하도록 배치되는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 제2전자석의 제1하측면은 제1전자석의 지지판 또는 제1전자석의 연결부와 0 내지 90 도, 0 내지 80 도, 0 내지 75 도, 0 내지 70 도, 0 내지 65 도, 0 내지 50 도, 0 내지 45 도, 0 내지 40 도, 30 내지 60 도, 30 내지 50 도 또는 35 내지 45 도를 형성하면서 배치될 수 있고, 예를 들어, 0 내지 45 도를 형성하면서 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 제3전자석의 제2하측면은 제1전자석의 지지판 또는 제1전자석의 연결부와 0 내지 90 도, 0 내지 80 도, 0 내지 75 도, 0 내지 70 도, 0 내지 65 도, 0 내지 50 도, 0 내지 45 도, 0 내지 40 도, 30 내지 60 도, 30 내지 50 도 또는 35 내지 45 도를 형성하면서 배치될 수 있고, 예를 들어, 0 내지 45 도를 형성하면서 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2권선은 도전성 금속, 예를 들어, 에나멜, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제3권선은 도전성 금속, 예를 들어, 에나멜, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1코어부는 Fe-Co계 합금, 알루미늄, 순철, 질화철, 비스무트를 함유한 전자 강재 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2코어부는 Fe-Co계 합금, 알루미늄, 순철, 질화철, 비스무트를 함유한 전자 강재 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 베드는 하나 이상의 굴곡부 및 하나 이상의 굴곡부 사이에 배치되는 지지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 굴곡부의 곡률은 상기 제2코일이 배치되는 각도에 대응되는 형상으로 형성되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석은 베드의 내부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 베드는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석에 전력을 공급하는 전원공급부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서 전원공급부는 베드 내부에 배치되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 베드는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석을 선형이동 시키는 이동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 베드는 제1전자석, 제2전자석, 제3전자석 베드, 전원공급부, 또는 이동부에서 발생한 열을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서 냉각부는 베드 내부에 배치되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 장치는 자성체를 포함하는 마이크로 로봇을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 로봇(300)은 유선 또는 무선으로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 로봇은 카메라 모듈, 위치정보 제공부, 구동부, 치료부, 로봇 제어부, 데이터 송수신부 및 무선전력 수신부로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 구성부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 장치는 일측에 배치되는 제1지지판, 제1지지판의 타측에 배치되는 제2지지판, 제1지지판과 제2지지판을 연결부를 통해 연결하는 중심부, 및 중심부의 둘레를 따라 권취되는 제1권선을 포함하는 제1전자석, 제1지지판과 일정각도를 형성하도록 배치되는 제1하측면, 제1하측면의 타측에 배치되는 제1상측면을 포함하는 제1코어부, 및 제1하측면과 제1상측면의 사이에 권취되는 제2권선을 포함하는 제2전자석; 제1지지판과 일정각도를 형성하도록 배치되는 제2하측면, 제2하측면의 타측에 배치되는 제2상측면을 포함하는 제2코어부, 및 제2하측면과 제2상측면의 사이에 권취되는 제3권선을 포함하는 제3전자석; 및 하나 이상의 굴곡부 및 하나 이상의 굴곡부 사이에 배치되는 지지부를 포함하고, 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 내부에 배치되는 베드를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 예는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석을 포함하는 전자기장 장치에 전류를 인가하여 전자기장을 형성하는 인가 단계를 포함하는, 마이크로 로봇 구동방법이다.

본 발명에 따른 마이크로 로봇 구동 방법은 상술한 베드 통합형 전자기장 장치와 동일한 구성을 포함하므로, 이 둘 상에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.

본 발명의 일 구현예에서, 인가 단계는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석에 서로 다른 방향의 전류를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 방법은 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석에 인가되는 전류의 크기 또는 방향을 조절하여 마이크로 로봇의 위치를 조정하는 조정 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 예는 이미지 획득 단계, 전류 인가 단계, 조향 단계 및 위치 인식 단계를 포함하는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법에 포함되는 각 단계는 본 발명의 베드 통합형 전자기장 장치에 포함되거나 별도로 구비될 수 있는 데이터 처리부에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 데이터 처리부는 디지털 명령어의 해석과 자료의 연산, 비교 등의 처리를 제어하는 연산처리장치를 적어도 하나 이상 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 이미지 획득 단계는 X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 조향 단계는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 마이크로 로봇은 카테터형 마이크로 로봇일 수 있다.

본 발명에 있어서 위치 인식 단계는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 위치 인식 단계는 혼합 신호 수신 단계, 제1추출 단계, 제2추출 단계, 통합 단계 및 변환 단계를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 혼합 신호 수신 단계는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장에 의하여 마이크로 로봇에 포함되는 Rx 모듈로부터 생성된 혼합 신호를 수신하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 제1추출 단계는 혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 제2추출 단계는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 제2추출 단계는 의료 영상에 사용되는 영상 처리 기법을 이용하여 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈이 위치할 것으로 추정되는 영역을 추출함으로써 수행되는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 의료 영상은 X-ray 영상, MRI 영상(Magnetic Resonance Imaging), 초음파 영상(Ultra sound imaging) 및 PET(Positron Emission Tomography; 양전자방출단츨촬영기)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, X-ray 영상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 통합 단계는 2자유도(2 Degree of freedom; 2 DoF)를 갖는 위치 추정 정보에 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 변환 단계는 제1위치 정보로부터 5자유도(5 DoF)를 갖는 제2위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 제1추출 단계는 고속 푸리에 변환(fast fourier transform; FFT) 알고리즘을 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 제2추출 단계는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈이 위치할 것으로 추정되는 좌표를 라벨링함으로써, Rx 모듈의 x, y 좌표정보를 포함하는 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 통합 단계는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 x, y 좌표정보를 5자유도 위치화 수식(5DoF Inverse model)으로 전송함으로써 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 Rx 모듈은 적어도 하나 이상의 Rx 코일을 포함하는 것일 수 있고, 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 카테터형 마이크로 로봇의 길이에 따라 적정한 개수의 Rx 코일을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, Rx 모듈은 제1Rx 코일, 제2Rx 코일 및 제3Rx 코일 즉, 3개의 Rx 코일을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 적어도 하나 이상의 Rx 코일은 서로 일정한 간격으로 이격된 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 제1Rx 코일 및 제2Rx 코일은 소정의 간격만큼 이격될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 제2Rx 코일 및 제3Rx 코일은 소정의 간격만큼 이격될 수 있다.

본 발명에 있어서 변환 단계는 5자유도 위치화 수식(5 DoF Inverse model)을 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 구체예에서, 변환 단계는 노이즈 제거 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 노이즈 제거 단계는 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하여 제2위치 정보의 노이즈를 제거하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 예는 좌표 입력 단계, 표적 병변 정보 생성 단계, 경로 생성 단계, 및 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 마이크로 로봇 자율 표적화 방법에 포함되는 각 단계는 본 발명의 베드 통합형 전자기장 장치에 포함되거나 별도로 구비될 수 있는 데이터 처리부에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 좌표 입력 단계는 사용자로부터 표적 병변의 좌표를 입력받는 것일 수 있다. 여기서 좌표는 3차원 좌표일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 표적 병변 정보 생성 단계는 사용자로부터 입력받은 표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 경로 생성 단계는 생성된 병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 3차원 이동 경로를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 현재 위치를 인식하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법에 마찬가지로 이미지 획득 단계, 전류 인가 단계, 조향 단계 및 위치 인식 단계를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 3차원 이동 경로는 마이크로 로봇의 일단부가 표적 병변의 좌표에 도달하기 위한 경로일 수 있다. 다만, 경로 생성 단계가 3차원 이동 경로를 생성된 후 사용자로부터 새로운 표적 병변의 좌표를 입력받는 경우, 경로 생성 단계는 3차원 이동 경로를 수정할 수 있다. 이에, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는 수정된 3차원 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하여 현재 위치를 인식하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 예는 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 실행하기 위하여, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 마이크로 로봇 자율 표적화 시스템의 적어도 하나의 프로세서는 표적 병변의 좌표를 입력받고; 표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하고; 병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하고; 및 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 프로세서는 마이크로 로봇을 구동하기 위해 햅틱 장치로부터 사용자의 조작 정보를 인가받는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 프로세서는 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식함으로써 생성한 위치 정보를 별도의 디스플레이 장치 등에 인가하여 사용자에게 마이크로 로봇의 위치를 실시간으로 표시할 수 있다.

본 발명에 있어서 프로세서는 사용자로부터 입력받은 병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하는 것일 수 있다.

본 발명에 있어서 프로세서는 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 프로세서가 실시간으로 마이크로 로봇을 구동하고 이의 위치를 인식하는 것은 X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하고; 베드 통합형 전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하고; 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하고; 및 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용함으로써 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것일 수 있다. 이를 통해, 프로세서는 표적화 경로를 추종할 수 있는 제어 방법(path-following)을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 컴퓨터 프로그램은 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로 (collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소 (component), 물리적 장치, 가상장치 (virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화 (embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

본 발명의 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독이 가능한 매체에 기록될 수 있다. 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magnetooptical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

본 발명은 베드 통합형 전자기장 장치를 이용한 마이크로 로봇의 이동 제어 및 위치 인식 동시화 방법, 이를 이용한 병변으로의 마이크로 로봇 자율 표적화 방법, 이를 실행시키기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 이의 시스템에 관한 것으로, 본 발명을 이용하면 마이크로 로봇의 구동 제어 및 위치 인식을 동시 수행하여 실시간으로 사용자에게 마이크로 로봇의 위치를 나타낼 수 있고, 나아가 본 발명을 이용하는 사용자가 표적 병변의 좌표만 입력하면 마이크로 로봇이 표적 병변으로 구동됨과 동시에 마이크로 로봇의 위치 인식을 실시간으로 자율 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 전자석 모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 제1전자석 및 제2전자석을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 베드를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치에서의 전자석 모듈의 선형이동을 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 z축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 x축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 y축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 마이크로 로봇을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 X-ray 장치 등의 의료장치와 연계한 사용을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 마이크로 로봇 유도장치 등의 의료장치와 연계한 사용을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 마이크로 로봇의 구동-위치 인식 동시화 기술의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 생성하는 직류(DC)-교류(AC) 통합 자기장을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 구현예에 따라 교류 자기장(DC magnetic field)을 통해 유도되는 기전력(EMF)을 이용하여 마이크로 로봇의 위치 인식을 수행하는 흐름도를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따라 마이크로 로봇의 구동-위치 인식 동시화 기술을 활용한 마이크로 로봇 자율 표적화 기술의 흐름도를 나타낸 것이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "??부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 나아가, "일(a 또는 an)", "하나(one)", 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해 되어야할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 전자석 모듈을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 제1전자석 및 제2전자석(또는 제3전자석)을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 베드를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 제1전자석(110) 및 제1전자석(110)과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))을 포함하는 전자석 모듈(100) 및 베드(200)를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 2에 도시된 것과 같이, 제1전자석(110)은 원형 전자석인 것일 수 있다.

제1전자석(110)은 일측에 배치되는 제1지지판(111), 제1지지판(111)의 타측에 배치되는 제2지지판(112), 제1지지판(111)과 제2지지판(112)을 연결부(115)를 통해 연결하는 중심부(114), 및 중심부(114)의 둘레를 따라 권취되는 제1권선(113)을 포함할 수 있다.

제1지지판(111)은 제1전자석(110)의 상측에 배치되어, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))과 맞닿으면서 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))을 지지할 수 있다.

제1지지판(111)은 홈부(미도시)를 포함할 수 있고, 이에 따라, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))과 연결 시 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))을 견고하게 지지할 수 있다.

제2지지판(112)은 평탄한 형상일 수 있다. 제2지지판(112)은 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))의 하측에 배치되어 배드(200)의 하측면과 맞닿으면서 전자석 모듈(100) 전체를 지지할 수 있고, 제2지지판(112)에 의해 전자석 모듈(100)의 이동시에도 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b)) 서로의 상대적인 위치가 변경되지 않고 견고하게 지지할 수 있다.

연결부(115)는 제1지지판(111) 및 제2지지판(112)을 중심부(114)와 연결할 수 있으며, 도 1 내지 4에 도시된 것과 같이 수직으로 꺾인 부분의 모서리 형태일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 일정 경사를 가진 면의 형태일 수 있다.

제1지지판(111) 또는 연결부(115)에는 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))이 일정 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 연결부(115)는 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))과 결합할 수 있는 홈부(미도시)를 포함할 수 있고, 이때, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))은 연결부(115)의 홈에 맞물리게 되면서 전자석 모듈(100) 내에서 일정한 위치에 견고하게 부착될 수 있다.

중심부(114)는 연결부(115)를 통해 제1지지판(111) 및 제2지지판(112)과 연결될 수 있으며, 제1지지판(111) 및 제2지지판(112)과 각각 수직하도록 배치될 수 있다.

중심부(114)는 제1지지판(111), 제2지지판(112), 및 연결부(115)와 함께 제1전자석(110) 내에 중공을 형성할 수 있다. 제1전자석(110)은 중심에 형성된 중공을 통해 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))이 배치될 수 있는 공간을 형성할 수 있고, 이에 따라, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))의 일부는 중공내에 배치되면서 제1전자석(110)과 일정 각도를 형성할 수 있다.

제1전자석(110)에는 중심부(114)의 둘레를 따라 권취되는 제1권선(113)이 포함될 수 있다.

제1권선(113)에는 베드 통합형 전자기장 장치(1000) 또는 베드(200) 내에 배치된 전원공급부에서 제공된 전류가 흐를 수 있으며, 중심부(114)가 제1지지판(111) 및 제2지지판(112)과 수직한 방향으로 배치됨에 따라, 제1권선(113)은 제1지지판(111) 및 제2지지판(112)과 수직한 방향으로의 전자기장을 형성할 수 있다.

따라서, 제1전자석(110)은 중심부(114)에 권취된 제1권선(113)에 전류가 인가되면서 베드(200)의 상하방향으로의 전자기장을 형성할 수 있고, 이를 통해 인체 삽입형 의료기기, 예를 들어, 마이크로 로봇 등의 의료기기에 내재된 자석을 통해 인체 내에 삽입된 의료기기의 위치를 상하로 조절할 수 있다.

제1전자석(110)의 제1지지판(111), 제2지지판(112), 연결부(115) 및 중심부(114)는, 이에 제한되는 것은 아니나, Fe-Co계 합금, 알루미늄, 순철, 질화철, 비스무트를 함유한 전자 강재 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다.

제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))은 도 1 내지 2에 도시된 것과 같이, 솔레노이드 전자석일 수 있다.

제2전자석(120(a))은 제1전자석(110)과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 하측면(122), 하측면(122)의 타측에 배치되는 상측면(121)을 포함하는 코어(125) 및 하측면(122)과 상측면(121)의 사이에 권취되는 제2권선(123)을 포함할 수 있다.

제3전자석(120(b))은 제2전자석(120(a))과 동일한 구조를 갖는 것으로, 제1전자석(110)과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 하측면(122), 하측면(122)의 타측에 배치되는 상측면(121)을 포함하는 코어(125) 및 하측면(122)과 상측면(121)의 사이에 권취되는 제3권선(123)을 포함할 수 있다.

제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))은 도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 베드 통합형 전자기장 장치(1000)에 포함될 수 있다.

하측면(122)은 제1전자석(110)의 연결부(115) 또는 제1지지판(111)과 일정 각도를 형성하도록 배치될 수 있고, 예를 들어, 제1전자석(110)의 연결부(115) 또는 제1지지판(111)과 0 내지 45 도를 형성하도록 배치되어 동일한 허용전류 내에서 베드(200)의 길이 방향 및 너비 방향으로 자기장의 세기 및 방향 성능을 최적화시킬 수 있고, 제1전자석(100)과 함께 3차원 자기장 제어 성능을 최적화 하는 것이 가능하다.

그리고, 하측면(122)은 제1전자석(110)의 연결부(115) 또는 제1지지판(111)에 형성된 홈부를 통해 이와 견고하게 결합할 수 있다.

제2권선(123)은 하측면(122) 및 상측면(121)의 사이에 권취될 수 있다. 그리고, 제2권선(123)은 도전성 금속, 예를 들어, 에나멜, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

또한, 제3권선(123)은 하측면(122) 및 상측면(121)의 사이에 권취될 수 있다. 그리고, 제3권선(123)은 도전성 금속, 예를 들어, 에나멜, 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

한편, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))은 도 1에 도시된 것과 같이, 제1전자석(110)에 형성된 중공에 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b)) 각각의 일부가 위치하고, 제1지지판(111) 또는 연결부(115)와 일정 각도를 형성하도록 제1전자석(110)과 비스듬하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))은 베드 통합형 전자기장 장치(1000)의 전후좌우 방향으로의 전자기장을 형성하는 것이 가능하다.

바꿔 말하면, 제2 전자석은 도 1에 도시된 것과 같이 상측면(121)은 제1전자석(110)의 중심축(1)을 향하도록 배치될 수 있고, 이에 따라, 후술할 내용과 같이 인체 삽입형 의료기기를 전자석 모듈의 x축 및 y축 방향으로 자유롭게 이동시키는 것이 가능하다.

베드(200)는 하나 이상의 굴곡부(220(a), 220(b)) 및 하나 이상의 굴곡부 사이에 배치되는 지지부(210)를 포함할 수 있고, 베드(200) 내부에는 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))을 포함하는 전자기석 모듈(100)이 배치될 수 있다.

지지부(210)는 환자의 신체를 안정적으로 지지하기 위해 평탄한 형상일 수 있다.

베드(200)는 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 전원공급부를 더 포함할 수 있다.

베드(200)는 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))을 선형이동 시키는 이동부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

베드(200)는 제1전자석(110), 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)), 제3전자석(120(b)), 베드(130), 전원공급부, 또는 이동부에서 발생한 열을 냉각하는 냉각부를 더 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 하나 이상의 굴곡부(220(a), 220(b))의 곡률은 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))이 배치되는 각도에 대응되는 형상으로 형성되는 것일 수 있다. 따라서, 베드(200)의 지지부(210) 및 굴곡부(220(a), 220(b))는 전자석 모듈(100)의 외형과 대응되는 형상으로 형성될 수 있고, 이에 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))과 베드(200)에 위치한 환자의 신체(10) 간의 각각의 거리가 더욱 가까워지도록 할 수 있다.

즉, 전자기석 모듈(100)에 대응되는 베드(200)의 형상을 통해, 환자의 체내에 삽입된 의료기기와 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))의 거리가 현저하게 줄어들게 되면서, 인체삽입형 의료기기의 이동을 위해 전자석에 요구되는 전류의 양을 줄일 수 있어, 높은 전력소모 없이 의료기기를 구동시키는 것이 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치에서의 전자석 모듈의 선형이동을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 전자석 모듈(100)은 베드(200) 또는 전자기장 장치(1000)에 포함된 이동부(미도시)의 모터구동을 통해 베드의 임의의 위치(100(a), 100(b), 100(c))로 선형이동을 할 수 있다.

즉, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 베드(200)에 위치한 환자의 신체 중 질환이 발생하였거나 또는 질환의 발생이 의심되는 위치에 전자석 모듈(100)을 이동시키는 것이 가능하고, 전자석 모듈(100)이 의료기기를 해당 위치로 유도함에 따라, 인체 삽입형 의료기기를 해당부분으로 이동시키는 것이 가능하다.

따라서, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 전자석 모듈(100)의 선형이동을 통해 환자의 체내의 삽입된 의료기기의 위치를 자유롭게 제어하는 것이 가능하다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 z축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 x축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이고, 도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 y축 방향의 전자기장을 형성하는 것을 나타내는 도면이다.

도 7a 내지 7c를 참조하면, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석을 이용하여 자기장을 집속시켜 관심영역으로 마이크로 로봇(300)을 이동시킬 수 있다.

구체적으로, 도 7a에 도시된 것과 같이, 사용자는 제1전자석에 전류를 인가시켜 z축 방향으로 마이크로 로봇(300)을 이동시키는 것이 가능하다. 이때, 사용자는 제1전자석에 인가되는 전류의 방향 및 세기(40(z))를 조절하여 관심영역(20(z))의 z축 방향으로 마이크로 로봇(300)을 z축 방향으로 자유롭게 이동시키는 것이 가능하고, 이에 따라, 사용자는 마이크로 로봇(300)을 환자의 신체내의 관심영역(20(z))에서 z축 방향으로 적절이 구동할 수 있다.

그리고, 도 7b 및 7c에 도시된 것과 같이 사용자는 제2전자석 및 제3전자석에 전류를 인가하여 x축 및 y축 방향으로 마이크로 로봇(300)을 이동시키는 것이 가능하다. 상술한 바와 같이, 제2전자석 및 제3전자석 각각의 상측면은 제1전자석의 중심축을 향하도록 배치되고, 각각의 하측면은 제1전자석의 제1지지판 또는 연결부와 일정 각도를 형성하도록 배치될 수 있으므로, 제2전자석 및 제3전자석은 전자석 모듈의 x축 및 y축 방향으로 마이크로 로봇(300)을 이동시킬 수 있다. 그리고, 마이크로 로봇(300)의 x축 및 y축 방향의 이동은 z축 방향의 이동과 마찬가지로, 사용자가 제2전자석 및 제3전자석에 인가되는 전류의 방향 및 세기(40(x), 40(y))를 조절하여 x축 및 y축 방향으로 마이크로 로봇(300)을 이동시켜 관심영역(20(x), 20(y)) 내에서 마이크로 로봇(300)을 자유롭게 이동시킬 수 있다.

이때, 사용자는 제2전자석 및 제3전자석에는 서로 역방향의 전류를 인가시킬 수 있고, 이에 따라, 자기장을 집속시켜 관심영역에 형성되는 자기장(30(x), 30(y))의 세기를 증가시킬 수 있다.

종합하면, 사용자는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석에 인가되는 전류의 방향 및 세기를 각각 조절하여 환자 체내의 관심영역(20(x), 20(y,) 20(z))에 제1 및 제2전자석에 의한 각각의 자기장(30(x), 30(y), 30(z))을 중첩시켜 관심영역에서 마이크로 로봇을 자유롭고 정밀하게 이동시키는 것이 가능하다. 즉, 제1 및 제2전자석의 특이적인 배치형태 및 각 전자석에 인가되는 전류의 방향 및 세기가 독립적으로 조절됨에 따라 마이크로 로봇(300)을 정확하게 구동시키는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 마이크로 로봇을 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 마이크로 로봇(300)은 임의의 자화 방향을 갖도록 자석을 포함할 수 있다. 그리고, 마이크로 로봇(300)은 전술한 베드 통합형 전자기장 장치에 의해 발생된 자기장에 의해 회전 운동 및/또는 임의 방향으로의 운동이 이루어질 수 있다.

마이크로 로봇(300)은 유선 또는 무선으로 구현될 수 있다.

마이크로 로봇(300)은 로봇 본체를 포함할 수 있다. 마이크로 로봇(300)은 로봇 본체만(310)으로 구성될 수 있고, 카메라 모듈, 위치정보 제공부, 구동부, 치료부, 로봇 제어부, 데이터 송수신부 및 무선전력 수신부으로 이루어지는 그룹 중 선택되는 하나 이상의 하나의 구성부를 더 포함되어 구성될 수 있다.

로봇 본체(310)는 마이크로 로봇(300)의 외부를 규정하기 위한 부분으로써 피검체 내부 또는 혈관 내부에서 이동할 수 있는 크기로 제작될 수 있다. 또한, 로봇 본체(310)의 선두부는 혈류와 마찰이 작도록 유선형으로 제작될 수 있고, 로봇 본체(310)의 선두부에는 혈관 치료시에 발생하는 치료파편들을 포집하기 위한 파편포집기 등을 구비할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 X-ray 장치 등의 의료장치와 연계한 사용을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 병원 내의 X-ray 장치(1100), 영상 내비게이션 시스템(1200), 카테터 삽입-회수장치(1300)와 함께 결합하여 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치의 마이크로 로봇 유도장치 등의 의료장치와 연계한 사용을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 병원 내의 마이크로 로봇 유도장치(1500) 및 영상 내비게이션 시스템(1200)와 함께 결합하여 사용될 수 있다.

따라서, 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 도 9와 같이 카테터 삽입-회수장치(1300)와 함께 혈관 로봇으로서의 마이크로 로봇(300)과 함께 구현될 수 있고, 또는, 도 10과 같이 마이크로 로봇 유도장치(1500)와 함께 소화기 유선내시경으로서의 마이크로 로봇(300)과 함께 구현될 수 있다.

일 실시예에 따른 베드 통합형 전자기장 장치(1000)는 상술한 것과 같이 장치 내에 포함되는 코일의 개수가 최소화되며, 환자의 신체가 위치되는 베드와 통합된 구조를 갖기 때문에 시스템 전체의 크기의 소형화가 가능하다.

이에 따라, 기존의 의료장비와의 호환성이 우수하며, 병원 내 설치가 간편하고, 전자기장 시스템으로 인한 시술동작의 간섭이 발생하지 않아 시술 작업이 용이하다.

도 11은 본 발명의 일 구현예에 따른 마이크로 로봇의 구동-위치 인식 동시화 기술의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 마이크로 로봇 구동-위치 인식 동시화 방법은 X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계(S100); 베드 통합형 전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하는 전류 인가 단계(S200); 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하는 조향 단계(S300); 및 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 위치 인식 단계(S400);를 포함할 수 있다.

이미지 획득 단계(S100)는 X-ray 장치(X-ray device)를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 것일 수 있다. 이미지 획득 단계(S100)는 후술하는 전류 인가 단계(S200) 이전에 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 방법이 수행되는 전 과정에 걸쳐 실시간으로 수행되거나 일정한 시간 간격을 두고 수행되는 것일 수 있다.

전류 인가 단계(S200)는 전원공급부의 제1채널(ch1), 제2채널(ch2) 및 제3채널(ch3)을 통해 직류 전류(DC)와 교류 전류(AC)의 통합 전류를 제1전자석(110)(EM1), 제2전자석(120(a))(EM2) 및 제3전자석(120(b))(EM3)에 각각 독립적으로 인가하여 직류-교류(DC-AC) 통합 자기장을 발생시키는 것일 수 있다.

직류-교류(DC-AC) 통합 자기장에서 직류 자기장(DC magnetic field)은 유선 카테터형 마이크로 로봇(300)의 본체(310) 말단에 위치한 자성체와 반응하여 마이크로 로봇의 조향(steering) 동작을 유도하고(S300), 교류 자기장(AC magnetic field)은 마이크로 로봇의 제1 내지 제3Rx 모듈(322, 324, 326)(Rx Coil 1 내지 3)과 반응하여 기전력(electromotive force; EMF)을 유도할 수 있다(S400).

여기서, 위치 인식 단계(S400)는 마이크로 로봇에 포함되는 Rx 모듈로부터 생성되는 혼합 신호를 수신하는 혼합 신호 수신 단계(S410); 혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출하는 제1추출 단계(S420); X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 제2추출 단계(S430); 2자유도(2 Degree of freedom; 2 DoF)를 갖는 위치 추정 정보에 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 통합 단계(S440); 및 제1위치 정보로부터 5자유도(5 DoF)를 갖는 제2위치 정보를 생성하는 변환 단계(S450)를 포함할 수 있다.

혼합 신호 수신 단계(S410)는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여, 마이크로 로봇에 포함되는 제1 내지 제3Rx 모듈(322, 324, 326)로부터 생성되는 혼합 신호를 수신하는 것일 수 있다. 혼합 신호 수신 단계(S410)는 데이터 획득부(미도시)를 이용하여 수행되는 것일 수 있으며, 데이터 획득부는 무선 신호를 수신할 수 있도록 별도 구비되거나 본 발명의 베드 통합형 전자기장 장치에 구비되는 장치를 의미하는 것일 수 있다.

제1추출 단계(S420)는 혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출하는 것일 수 있고, 제2추출 단계(S430)는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 것일 수 있고, 통합 단계(S440)는 2자유도(2 Degree of freedom; 2 DoF)를 갖는 위치 추정 정보에 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 것일 수 있고, 변환 단계(S450)는 제1위치 정보로부터 5자유도(5 DoF)를 갖는 제2위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

조향 단계(S300)에 의한 마이크로 로봇의 구동은 직류 자기장을 통한 조향(steering)과 피더(feeder) 를 통한 삽입/회수 동작을 통해 구현될 수 있다. 위치 인식 단계(S400)를 통해 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 과정은 마이크로 로봇의 기전력 정보가 유선 통신을 통해 영상 내비게이션 시스템(1200)으로 전송되며, X-ray 이미지를 이용하여 생성된 마이크로 로봇 말단의 X-ray 위치 추정 정보와 통합되어 마이크로 로봇의 5자유도(degree of freedom; DOF) (5 DoF; x, y, z, pitch, yaw)의 말단 위치와 벤딩 형상 정보로 변환됨으로써 수행되는 것일 수 있다.

인체 내에 삽입된 마이크로 로봇을 X-ray를 통해 촬영을 하면 흑백 이미지에서 투과성 높은 재료는 하얀색 계열, 투과성 낮은 재료는 검은색 계열으로 표시된다. X-ray 이미지상 본 발명의 마이크로 로봇을 구성하는 Rx 코일 부분과 자석 부분은 검은색 계열로 나타나는 반면, 마이크로 로봇의 카테터 튜브 부분은 X-ray 투과성이 높아 흰색으로 잘 보이지 않는다. 영상 트래킹 기술을 이용하면 마이크로 로봇의 위치를 추정할 수 있게 되며, 이를 통해 X-ray 위치 추정 정보를 생성할 수 있다.

위치 인식 단계(S400)는 구체적으로 혼합 신호 수신 단계(S410), 혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출하는 제1추출 단계(S420), X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 제2추출 단계(S430), 위치 추정 정보에 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 통합 단계(S440); 및 제1위치 정보로부터 제2위치 정보를 생성하는 변환 단계(S450)를 포함할 수 있다.

한편, 사용자는 X-ray 영상과 제2위치 정보에 나타난 마이크로 로봇의 위치 정보를 별도의 디스플레이 장치 등을 통해 확인한 후 햅틱 장치(haptic device)를 조작함으로써 마이크로 로봇의 다음 움직임 경로를 수동으로 설정할 수 있다. 햅틱 장치가 생성한 조작 정보는 피더(feeder)와 전원공급부로 전송된다. 직류 전류(AC)는 햅틱 장치의 조작에 따라 실시간 변화될 수 있으나, 교류 전류(AC)는 위치 인식을 위해 설정된 주파수(frequency)와 크기값(magnitude)으로 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석에 고정적으로 인가된다. 전류 인가 단계(S200)는 위치 인식 단계(S400) 이후 다시 수행될 수 있으며, 위치 인식 단계와 동시에 수행될 수도 있다.

이러한 위치 인식 단계(S400)는 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어에 의하여 실행 가능한 것일 수 있다. 위치 인식 단계에 포함되는 각 세부 단계는 컴퓨터로 판독 가능한 명령을 실행하도록 구현되는 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행되는 것일 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 구현예에 따른 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 생성하는 직류(DC)-교류(AC) 통합 자기장을 나타낸 것이다.

도 12를 참조하면, 제1전자석 내지 제3전자석 각각은 유선 마이크로로봇의 구동을 위한 직류 자기장(DC magnetic field)과 위치인식을 위한 교류 자기장(AC magentic field)을 통합 생성을 하며, 각각의 자기장은 독립적으로 분리가 가능하여 구동과 위치 인식에 있어 간섭의 영향을 무시할 수 있음을 알 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 구현예에 따라 교류 자기장(DC magnetic field)을 통해 유도되는 기전력(EMF)을 이용하여 마이크로 로봇의 위치 인식을 수행하는 흐름도를 나타낸 것이다.

도 13을 참조하면, 마이크로 로봇의 위치 인식 단계(S400)의 세부 과정을 파악할 수 있다. 유도 기전력(EMF)은 제1전자석(110), 제2전자석(120(a)) 및 제3전자석(120(b))의 교류 자기장(AC magnetic field)을 통해, 단일 축 Rx 모듈에서 혼합된 기전력(Mixed EMF)의 형태로 유도된다. 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각의 교류 자기장(AC magnetic field)은 서로 다른 특정한 주파수(frequency)와 크기(magnitude)를 가지며, 이러한 특징은 Rx 모듈(322, 324, 326)의 유도 기전력에서 혼합된 신호 형태로 나타난다. 이러한 기전력의 혼합 신호는 고속 푸리에 변환(fast fourier transform; FFT) 기술을 통해 주파수별로 구분될 수 있다. 즉, 위치 인식 단계(S400)는 먼저 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장에 의하여 마이크로 로봇에 포함되는 Rx 모듈로부터 생성된 혼합 신호를 수신하고(S410), 혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출(S420)한다.

제2추출 단계(S430)는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 것일 수 있다. 제2추출 단계(S430)는 혼합 신호 수신 단계(S410)나 제1추출 단계(S420)와 동시에 수행되거나, 먼저 또는 나중에 수행되는 것일 수 있다.

통합 단계(S440)는 2자유도(2 Degree of freedom; 2 DoF)를 갖는 상기 위치 추정 정보에 상기 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

변환 단계(S450)는 제1위치 정보로부터 5자유도(5 DoF)를 갖는 제2위치 정보를 생성하는 것일 수 있다. 이를 통해 마이크로 로봇의 3차원 위치를 인식할 수 있게 된다.

구체적으로, 제1추출 단계(S420)에서 생성된 주파수별 기전력 신호는 X-ray 장치를 통한 마이크로 로봇 말단의 X-ray 이미지 평면내 2자유도(2 DoF; x, y position)의 위치 추정 정보와 통합되고, 5자유도 위치화 수식(5 DoF Inverse model)을 활용해 위치 정보로 변환되며, 노이즈 제거를 위해 칼만 필터(Kalman filter)를 거쳐 최종적으로 5자유도의 마이크로 로봇 위치 정보(Catheter Tip 5 DoF Tracking) 및 형상 정보(Catheter Bending Tracking)를 획득할 수 있다.

5자유도 위치화 수식은 공지된 순기구학(Forward kinematics) 및 역기구학(Reverse kinematics)에 의한 해석을 통해, 5자유도를 갖는 로봇의 일측 말단 좌표를 결정하는 것을 의미할 수 있다. 칼만 필터는 노이즈가 포함된 측정치를 바탕으로 선형 역학계의 상태를 추정하는 재귀 필터를 의미하는 것일 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 구현예에 따라 마이크로 로봇의 구동-위치 인식 동시화 기술을 활용한 마이크로 로봇 자율 표적화 기술의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 14를 참조하면, 마이크로 로봇의 구동-위치 인식 동시화 기술을 활용한 마이크로 로봇 자율 표적화 기술은 표적 병변의 좌표를 입력받는 좌표 입력 단계(S1100); 표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하는 표적 병변 정보 생성 단계(S1200); 병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하는 경로 생성 단계(S1300); 및 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계(S1400)를 포함할 수 있다.

이러한 마이크로 로봇 자율 표적화 기술은 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램이나 소프트웨어에 의하여 실행 가능한 것일 수 있다. 마이크로 로봇 자율 표적화 기술에 있어서 좌표 입력 단계는 사용자가 햅틱 장치를 이용하여 수행하는 것일 수 있고, 표적 병변 정보 생성 단계, 경로 생성 단계, 및 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는 컴퓨터로 판독 가능한 명령을 실행하도록 구현되는 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행되는 것일 수 있다.

좌표 입력 단계(S1100)는 표적 병변의 좌표를 입력받는 것일 수 있다. 구체적으로, 좌표 입력 단계는 자율 표적화 기능을 위해 X-ray 기반의 자율 영상 내비게이션 시스템(1200) 내에서 사용자가 목표 병변의 3차원 좌표를 선정하여 입력하는 것(target selection)을 의미할 수 있다.

표적 병변 정보 생성 단계(S1200)는 표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하는 것일 수 있다.

경로 생성 단계(S1300)는 병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하는 것일 수 있다. 즉, 생성된 표적 병변의 위치 정보와 마이크로 로봇의 위치 정보를 통합하여 표적화 경로를 생성(path generation)하는 과정이 추가로 구현될 수 있다.

마지막으로, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계(S1400)는 이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것일 수 있으며, 상세하게는 도 11에서 서술한 것과 동일한 흐름을 나타내며 수행되는 것일 수 있다. 또한, 표적화 경로를 기반으로 마이크로 로봇의 실시간 위치를 통해 표적화 경로를 추종할 수 있는 제어 방법(path-following)이 구현될 수 있다. 이는 실시간으로 표적화 경로를 추종(path-following)하여 마이크로 로봇의 다음 동작을 미리 연산함으로써, 전원공급부 및 피더에 요구 명령(driving command & steering command)을 전송함으로써 수행되는 것일 수 있다.

이러한 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법, 및 이를 이용한 마이크로 로봇 자율 표적화 방법은 방법의 실시를 위한 장치가 상술한 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 총 3개를 포함하는 것이 전체 장치의 크기, 마이크로 로봇의 구동성 및 X-ray 장치와의 호환성 측면에서 최적이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

100: 전자석 모듈 110: 제1전자석
111: 제1지지판 112: 제2지지판
113: 제1권선 114: 중심부
115: 연결부
120(a): 제2전자석 120(b): 제3전자석
121: 상측면 122: 하측면
123: 제2권선, 제3권선 125: 코어부
200: 베드 210: 지지부
220: 굴곡부
300: 마이크로 로봇 310: 로봇 본체
322: 제1Rx 코일 324: 제2Rx 코일
326: 제3Rx 코일
1000: 베드 통합형 전자기장 장치 1100: X-ray 장치
1200: 영상 네비게이션 시스템 1300: 카테터 삽입-회수장치
1500: 마이크로 로봇 유도 장치
S100: 이미지 획득 단계 S200: 전류 인가 단계
S300: 조향 단계 S400: 위치 인식 단계
S410: 혼합 신호 수신 단계 S420: 제1추출 단계
S430: 제2추출 단계 S440: 통합 단계
S450: 변환 단계
S1100: 좌표 입력 단계
S1200: 표적 병변 정보 생성 단계
S1300: 경로 생성 단계
S1400: 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계

Claims (10)

1. X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계;
   전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하는 전류 인가 단계;
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하는 조향 단계; 및
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 위치 인식 단계;를 포함하는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법에 있어서,
   상기 위치 인식 단계는,
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장에 의하여 마이크로 로봇에 포함되는 Rx 모듈로부터 생성된 혼합 신호를 수신하는 혼합 신호 수신 단계;
   혼합 신호로부터 주파수별 신호를 구분 추출하는 제1추출 단계;
   X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 제2추출 단계;
   2자유도(2 Degree of freedom; 2 DoF)를 갖는 위치 추정 정보에 주파수별 신호를 통합하여, 제1위치 정보를 생성하는 통합 단계; 및
   제1위치 정보로부터 5자유도(5 DoF)를 갖는 제2위치 정보를 생성하는 변환 단계;를 포함하는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전자기장 장치는,
   일측에 배치되는 제1지지판, 상기 제1지지판의 타측에 배치되는 제2지지판, 상기 제1지지판과 상기 제2지지판을 연결부를 통해 연결하는 중심부, 및 상기 중심부의 둘레를 따라 권취되는 제1권선을 포함하는 제1전자석;
   상기 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제1하측면 및 상기 제1하측면의 타측에 배치되는 제1상측면을 포함하는 제1코어부, 및 상기 제1하측면과 상기 제1상측면의 사이에 권취되는 제2권선을 포함하는 제2전자석;
   상기 제1전자석과 일정 각도를 형성하도록 배치되는 제2하측면 및 상기 제2하측면의 타측에 배치되는 제2상측면을 포함하는 제2코어부, 및 상기 제2하측면과 상기 제2상측면의 사이에 권취되는 제3권선을 포함하는 제3전자석; 및
   하나 이상의 굴곡부 및 상기 하나 이상의 굴곡부 사이에 배치되는 지지부를 포함하고, 상기 제1전자석, 상기 제2전자석 및 상기 제3전자석이 내부에 배치되는 베드;를 포함하는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1추출 단계는 고속 푸리에 변환(fast fourier transform; FFT) 알고리즘을 이용하여 수행되는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2추출 단계는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈이 위치할 것으로 추정되는 좌표를 라벨링함으로써 Rx 모듈의 위치 추정 정보를 추출하는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 통합 단계는 X-ray 이미지로부터 Rx 모듈의 x, y 좌표정보를 5자유도 위치화 수식(5DoF Inverse model)으로 전송함으로써 수행되는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 변환 단계는 5자유도 위치화 수식(5 DoF Inverse model)을 이용하여 수행되는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 변환 단계는 노이즈 제거 단계를 추가로 포함하고,
   노이즈 제거 단계는 칼만 필터(Kalman filter)를 이용하여 제2위치 정보의 노이즈를 제거하는 것인, 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 동시화 방법.
8. 표적 병변의 좌표를 입력받는 좌표 입력 단계;
   표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하는 표적 병변 정보 생성 단계;
   병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하는 경로 생성 단계; 및
   이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계;를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 방법에 있어서,
   상기 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는,
   X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계;
   전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하는 전류 인가 단계;
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하는 조향 단계; 및
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 위치 인식 단계;를 포함하는 것인, 마이크로 로봇 자율 표적화 방법.
9. 다음의 단계를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 실행시키기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램:
   표적 병변의 좌표를 입력받는 좌표 입력 단계;
   표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하는 표적 병변 정보 생성 단계;
   병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하는 경로 생성 단계; 및
   이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계;를 포함하고,
   상기 마이크로 로봇 구동 및 위치 인식 단계는,
   X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하는 이미지 획득 단계;
   전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하는 전류 인가 단계;
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 직류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하는 조향 단계; 및
   제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용하여 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 위치 인식 단계;를 포함하는 것인, 컴퓨터 프로그램.
10. 마이크로 로봇 자율 표적화 방법을 실행하기 위하여, 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 마이크로 로봇 자율 표적화 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서는,
    표적 병변의 좌표를 입력받고;
    표적 병변의 좌표를 이용하여 병변의 위치 정보를 생성하고;
    병변의 위치 정보를 이용하여 마이크로 로봇이 현재 위치로부터 표적 병변으로 이동하기 위한 이동 경로를 생성하고; 및
    이동 경로에 따라 마이크로 로봇을 구동하며, 실시간으로 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것인, 프로세서로서,
    상기 프로세서가 실시간으로 마이크로 로봇을 구동하고 이의 위치를 인식하는 것은,
    X-ray 장치를 이용하여 Rx 모듈의 X-ray 이미지를 획득하고;
    베드 통합형 전자기장 장치에 포함되는 제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석 각각에 대하여 독립적으로 직류-교류 통합 전류(DC-AC)를 인가하고;
    제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 마이크로 로봇을 구동하고; 및
    제1전자석, 제2전자석 및 제3전자석이 교류 전류를 인가받아 생성한 교류 자기장을 이용함으로써 마이크로 로봇의 위치를 인식하는 것인, 마이크로 로봇 자율 표적화 시스템.