WO2016204437A1 - 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템 - Google Patents

혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템 Download PDF

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WO2016204437A1
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conduit
guide wire
robot
rotating
longitudinal direction
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PCT/KR2016/005857
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이병주
차효정
정관영
원종윤
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한양대학교에리카산학협력단
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Publication date
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    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/09—Guide wires
    • A61M25/09041—Mechanisms for insertion of guide wires

Definitions

  • the vascular intervention procedure system includes a frame for fixing the vascular intervention procedure robot according to the first and / or second embodiment of the present invention so as to be relatively movable with respect to the procedure bed.
  • a frame for fixing the vascular intervention procedure robot according to the first and / or second embodiment of the present invention so as to be relatively movable with respect to the procedure bed.
  • claim 1 or claim 11 may include a vertical rotation part for adjusting the angle of the vascular intervention procedure robot in the vertical direction.
  • the cover can be separated from the plurality of tubular structures, there is an effect that can easily disinfect the inside of the tubular structure.
  • FIG. 1 shows a schematic of liver cancer and nourishing liver arteries.
  • FIG. 28 is a view for explaining a mount unit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 30 to 32 are views for explaining driving of a conduit guide part according to a second exemplary embodiment of the present invention.
  • 33 to 35 are views for explaining a method of driving the vascular intervention procedure robot according to the second embodiment of the present invention.
  • 39 to 43 are views for explaining in detail the vascular intervention procedure system according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
  • connection is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
  • Figure 5 shows the entire process of vascular intervention.
  • guide wires are inserted, and conduits are inserted through these guide wires.
  • the guide wire and the conduit have a degree of freedom to insert and rotate.
  • the radiation exposure process is only 3 and 6, so the robot system to be developed is responsible for remote control of the 3 and 6 times, and the rest of the process can be performed by a doctor. This has the advantage of simplifying the overall system and using existing surgical tools (catheter, etc.) as they are.
  • the vascular intervention robot needs 4 degrees of freedom. 6 is a four degree of freedom catheter drive mechanism.
  • the three-stage telescope structure is designed to achieve co-axial motion of the guide wire and the catheter. This telescope structure prevents the guide wire and the catheter from sagging.
  • the telescope structure was separated up and down, and the cover was simply designed to be assembled by mounting the cover after placing the catheter (catheter) (see FIG. 7). This separate prefabricated design also has an advantage in disinfection.
  • the catheter is fixed to the end of the telescope with a surgical tool called a Y-connector to the conduit rotating body of FIG. 8.
  • Catheter insertion is driven by folding the telescope structure by a rack and pinion mechanism located at the base of the robot.
  • the rotation of the catheter is driven by turning the entire conduit rotating part by a motor fastened to the conduit rotating part by a gear.
  • the guide wire is fixed to the guide wire rotational supply located behind the conduit fixture of FIG. 9.
  • the guide wire rotation supply part is brought into contact with the two rollers by the spring, the guide wire is fixed by the friction between the two rollers.
  • the insertion of the guide wire is driven by the friction of the roller (see FIG. 9).
  • the rotation of the guide wire is driven by rotating the entire roller mechanism by a motor fastened to the roller mechanism.
  • the vascular intervention procedure robot according to an embodiment of the present invention was actually manufactured, and the size of the manufactured vascular intervention procedure robot was approximately 160 (W) X 1170 (L) X 260 (H) mm, and the stroke of the conduit was 425 mm.
  • FIGS. 10 is an exploded perspective view of the vascular intervention procedure robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 11 is a combined perspective view of the vascular intervention procedure robot according to an embodiment of the present invention
  • Figure 12 is a vascular intervention according to an embodiment of the present invention Side view of the surgical robot.
  • FIGS. 13 to 15 In describing the vascular intervention robot shown in FIGS. 10 to 12, reference will be made to FIGS. 13 to 15.
  • the vascular intervention procedure robot according to the present embodiment of the conduit rotating part 100, the conduit rotating part 100 to rotate the conduit 20 in the longitudinal direction of the conduit 20 It is provided on one side, in the state in which the guide wire 10 is inserted into the conduit 20, the guide wire 10 is transferred in the longitudinal direction of the guide wire 10 and the longitudinal direction of the guide wire 10 is rotated about the axis. It is provided on the other side of the guide wire rotation supply unit 200, the conduit rotation unit 100 and the guide wire rotation supply unit 200 to convey in the longitudinal direction of the conduit 20, and the conduit rotation unit 100, While supporting the conduit 20, when the conveying part 300 conveys the conduit rotating part 100 and the guide wire rotation supply part 200 in the longitudinal direction of the conduit 20, it is stretchable along the longitudinal direction of the conduit 20.
  • the stretching unit 400 may be included.
  • the vascular intervention robot basically serves to remotely control the conduit 20 and the guide wire 10 inserted into the conduit 20, and the conduit rotating part 100 and the guide wire rotating supply part ( 200, the transfer part 300, and the stretchable part 400 may be included.
  • the conduit rotating unit 100 may serve to rotate the conduit 20.
  • the conduit rotating part 100 is connected to the conduit rotating body 130 of the cylindrical, and the conduit rotating body 130 and the gear 115, the conduit drive body 110, such as a motor to rotate the conduit rotating body 130 It may include.
  • the Y-shaped connector 120 is coupled to the inside of the conduit rotating body 130.
  • the Y-type connector 120 may be composed of a main body 123 and a branch 125 (see FIG. 13). Specifically, the main body 123 is formed in a tubular shape, the conduit 20 is fixed at one end, the guide wire 10 is inserted from the other end, the guide wire 10 is inserted into the conduit 20 at one end.
  • the branch portion 125 is formed in a tubular shape, is coupled between one end and the other end of the main body 123 to communicate with the interior of the main body 123, a fluid such as contrast media (contrast media) can be injected.
  • a fluid such as contrast media (contrast media)
  • the conduit rotating body 130 may include a rotating body 133 and a rotating cover 135 that is coupled to and detachable from an upper side of the rotating body 133.
  • the guide wire rotation supply unit 200 (refer to FIG. 10) serves to transport and rotate the guide wire 10.
  • the guide wire rotation supply unit 200 may include a guide wire supply unit 210 for transferring the guide wire 10, and a guide wire rotation unit 220 for rotating the guide wire 10.
  • the transfer part 300 is provided with a first insertion hole 370 (refer to FIG. 12), and the support rod 340 is inserted into the first insertion hole 370 so that the transfer part 300 is connected to the base part 310.
  • the transfer unit 300 may move along the support rod 340. That is, the transfer unit 300 may move while being guided to the support rod 340.
  • the expansion and contraction unit 400 may serve to support the conduit 20 while stretching in the longitudinal direction of the conduit 20.
  • the stretchable unit 400 may be provided on the other side of the conduit rotating unit 100 (the opposite side of the guide wire rotation supply unit 200), and may be formed as a telescope structure that can be stretched as a whole.
  • the expansion and contraction unit 400 includes a plurality of tubular structures 410, such a plurality of tubular structures 410 are continuously provided from the other side of the conduit rotation unit 100, can support the conduit 20 have.
  • the N (N is a natural number of two or more) tubular structures 410 on the other side of the conduit rotating part 100 is the inside or outside of the N-1 th tubular structure 410 from the other side of the conduit rotating part 100 or N +.
  • the third tubular structure 410 from may slide in and out of the second tubular structure 410 from the other side of the conduit rotating part 100.
  • the stretchable portion 400 may include a plurality of supports 420 each supporting a plurality of tubular structures 410.
  • the plurality of supports 420 are provided continuously from the other side of the conduit rotating part 100, similar to the plurality of tubular structures 410, and are slidable into and out of the adjacent support 420.
  • N supports 420 may be provided to support each of the plurality of tubular structures 410, and the N-th support 420 from the other side of the conduit rotating part 100 is the other side of the conduit rotating part 100. It can slide in and out of the N-1 th support 420 from.
  • the plurality of tubular structures 410 may include a cover 430 that is provided at an upper side thereof and is detachable. Therefore, after the conduit 20 is disposed in the plurality of tubular structures 410 continuously provided, and the detachable cover 430 is combined, the conduits 20 may be disposed in the tubular structure 410. . In addition, if the cover 430 is separated when necessary, there is an advantage that can easily disinfect the tubular structure (410).
  • 16 to 19 are side views showing the operation of the vascular intervention procedure robot according to the first embodiment of the present invention, with reference to this to look at the operation of the vascular intervention procedure robot according to the first embodiment.
  • the rotating cover 135 is separated from the rotating body 133, the Y-shaped connector 120 is disposed inside the rotating body 133, and then the rotating body ( The rotary cover 135 is coupled to the 133, and the Y-type connector 120 is coupled to the conduit rotating body 130.
  • the conduit 20 is fixed to one end of the Y-type connector 120, the guide wire 10 is inserted in one direction from the other end of the Y-type connector 120, and guided at one end of the Y-type connector 120 Wire 10 is inserted into conduit 20.
  • the guide wire 10 is inserted between the two rollers 211 of the guide wire rotation supply unit 200.
  • the conduit rotating part 100 drives the conduit driving body 110 to rotate the conduit rotating body 130, thereby making the conduit 20 the axis of the conduit 20 axially.
  • the conveying part 300 drives the pinion driver to convey the conduit rotating part 100 and the guide wire rotation supply part 200 with respect to the support part 305, thereby conveying the conduit 20 in the longitudinal direction of the conduit 20. (Arrow B). That is, by using the conduit rotating part 100 and the conveying part 300, it is possible to perform the rotational movement and the front and rear movement of the conduit 20.
  • the conveying part 300 conveys the conduit rotating part 100 and the guide wire rotation supply part 200 with respect to the support part 305
  • the plurality of tubular structures 410 of the elastic part 400 are adjacent tubular structures 410 Sliding in and out of) supports the conduit 20.
  • the guide wire rotation supply unit 200 drives the roller driving unit to rotate the two rollers 211, thereby guiding the guide wires 10 inserted between the two rollers 211. It can be conveyed in the longitudinal direction of the wire 10 (arrow C).
  • the guide wire rotation supply unit 200 drives the guide wire driving body 225 to rotate the guide wire rotating body 221 to rotate the guide wire 10 in the longitudinal direction of the guide wire 10 to the axis. (Arrow D). That is, by using the guide wire rotation supply unit 200, it is possible to perform the rotational movement and the front and rear movement of the guide wire 10.
  • the above-described rotational motion and the forward and backward motion of the conduit 20 and the rotational motion and the forward and backward motion of the guide wire 10 may not only be performed sequentially but also may be performed simultaneously.
  • the vascular intervention robot according to the present embodiment can realize four degrees of freedom in which the conduit 20 and the guide wire 10 can be rotated and inserted.
  • the vascular intervention robot according to the second embodiment of the present invention may include at least one of a conduit rotating part 600, a guide wire rotation supply part 700, a transfer part 800, and a conduit guide part 900.
  • the vascular intervention robot may provide rotational and translational motion in a state where the conduit 20 and the guide wire 10 are drawn into the coaxial system.
  • the conduit 20 in the second embodiment of the present invention corresponds to the conduit 20 according to the first embodiment of the present invention
  • the guide wire 10 in E corresponds to the guide wire 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the conduit rotating part 600 may rotate the conduit 20 in a state of holding the conduit 20.
  • the conduit rotating part 600 may rotate the conduit 20 about the longitudinal direction of the conduit 20.
  • the conduit rotating part 600 may include at least one of a gear 615, a Y-type connector 620, a rotating body 633, and a rotating cover part 635.
  • the guide wire rotation supply part 700 may include a guide roller part 750 and a roller driving part 760.
  • the guide roller 750 may receive a driving force from the roller driver 760 to grip and guide the guide wire 10 in the longitudinal direction.
  • the guide roller 750 is illustrated in FIG.
  • the guide wire 10 may be drawn in the direction of the arrow of a).
  • the guide roller portion 750 may include rollers 751 and 753 facing each other.
  • the guide wire 10 is positioned between the rollers 751 and 753, and may be conveyed in the longitudinal direction in a state in which the guide wire 10 is gripped by the relative rotation of the rollers 751 and 753.
  • at least one of the rollers 751 and 753 may be supplied with a rotational force, and in this embodiment, it is assumed that the roller 751 receives the rotational force.
  • Each sub conduit guide portion may comprise a conduit cover portion 910 and a conduit support portion 930.
  • the conduit support 930 may provide a space in which the conduit 20 is seated, and the conduit cover 910 may cover the conduit 20 to provide a function of protecting the conduit 20.
  • the first sub conduit guide part may include a conduit cover part 911 and a conduit support part 931
  • the second sub conduit guide part may include a conduit cover part 915 and a conduit support part ( 935
  • the third sub conduit guide part may include a conduit cover part 919 and a conduit support part 939.
  • the fixing pin 953 may provide a function of preventing deviation of the fitting portion in a state where the fitting portion of the conduit support portion is fitted in the receiving groove 951.
  • the fixing pin 953 may be made of an elastic pin of the vertical movement is possible.
  • the conduit guide portion may be more firmly fixed, thereby allowing the operator to perform stable steering of the guide wire and / or the conduit along the narrow vessel.

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Abstract

혈관중재시술로봇이 제공된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 도관을 도관의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부, 도관 회전부의 일측에 구비되고, 도관에 가이드 와이어(guide wire)가 삽입된 상태에서, 가이드 와이어를 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송시키고 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부, 도관 회전부와 가이드 와이어 회전공급부를 도관의 길이방향으로 이송시키는 이송부 및 도관 회전부의 타측에 구비되어, 도관을 지지하면서, 이송부가 도관 회전부와 가이드 와이어 회전공급부를 도관의 길이방향으로 이송시킬 때, 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부를 포함할 수 있다.

Description

혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템
본 발명은 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 탈부착 구조를 간이하게 함으로써, 소독 및 부품의 교체가 용이한 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템에 관한 것이다.
혈관중재시술
혈관중재시술이란 혈관질환이나 암에 대한 치료를 목적으로 하는 최소침습시술로, 주로 X-선 투시 촬영 하에 경피적으로 직경이 수 mm 이하인 가는 도관(카테터)을 혈관을 통해 병소 부위까지 삽입하여 목표 장기에 도달시켜 치료한다. 현재 우리 나라를 비롯한 세계에서 시행되고 있는 혈관 중재시술의 대표적 치료는 간암의 경동맥 화학색전술(Trans-arterial chemoembolization: TACE), 경피적 혈관 성형술, 대동맥 질환에서 인조혈관 스텐트설치술 등이 있다.
특히 간암은 사망의 주요 원인이 되고 있으며, 2011년 발표된 국가 암 정보센터 자료에 따르면 간암의 발생 빈도는 남녀 전체에서 위, 갑상선, 대장, 폐에 이어서 5번째로 많은 정도이나, 간암에 의한 사망은 남녀 전체에서 폐암에 이어 두 번째로 높은 수준으로 나타났다. 간암의 근치적 치료는 수술적 절제이나, 진단 당시에 근치적인 치료가 불가능한 진행성 간암의 경우 대부분 TACE 치료를 받게 된다.
구체적으로 TACE란 간 종양에 영양을 공급하는 동맥을 찾아 항암제를 투여한 뒤, 혈관을 막아 주는 치료법을 말한다(도 1 참조). 시술의 순서는 서혜부(사타군니)에 위치한 대퇴동맥을 바늘로 천자하고, 천자된 대퇴동맥을 통하여 가이드 와이어, 도관(도 2참조) 등을 삽입 간동맥의 기시부위까지 접근(도 3 참조)한다. 그 후 혈관 조영제를 주사하면서 간동맥 조영 사진을 얻어 종양의 위치, 크기 및 혈액 공급 양상 등 치료에 필요한 정보를 얻고 이에 따라 적절한 항암제나 색전 물질의 종류, 용량 등의 치료 방법을 정하게 된다. 치료 방법을 정하게 되면 직경이 3F(1F=0.33mm) 정도 되는 미세도관(microcatheter)를 기시부위에 삽입하여 종양을 치료하게 된다. 시술시간은 대게 1 시간 내지 2 시간 정도이며 환자의 간동맥 분지양상과 종양의 동맥분지 분포가 복잡도에 따라 가변할 수 있다.
혈관중재시술로봇의 필요성
도 4에 도시된 바와 같이, 혈관은 대부분 여러 갈래로 나뉘거나 굴곡진 형태로 이루어져 있다. 따라서 혈관중재시술은 혈관의 손상을 방지하기 위해 도관 및 가이드 와이어의 동축 시스템(co-axial system)이라고 불리는 여러 단계의 직경을 가진 삽입체를 겹쳐서 이용하게 된다. 이 때, 혈관이 여러 갈래로 나뉘는 분기점이나 굴곡 부위를 가지고 있기 때문에 시술자가 도관 및 가이드 와이어를 수동으로 혈관의 방향에 따라 정밀하게 스티어링(steering)하여 삽입해야 한다. 시술의 정밀도가 높기 때문에 시술 시간은 길어질 수 밖에 없다. 따라서 시술자는 혈관중재시술 과정 중에 발생하는 방사능에 장시간 노출될 수 밖에 없다. 특히 시술자는 하루에도 수 회 방사선에 노출될 수 있으므로 시술자의 방사선 피폭을 감소시키기 위한 시스템이 마련되어야 한다.
따라서, 방사선 피폭을 피할 수 있도록 시술도구의 원격 제어가 가능한 마스터-슬래이브(master-slave) 방식의 시스템 개발이 필요하다.
또한, 슬래이브 장비에서 이용되는 도관 및 가이드 와이어의 경우 각 종 오염 환경에 노출될 수 있으므로 도관 및 가이드 와이어를 둘러싸는 부품의 소독이 용이하도록 설계되어야 한다.
본 발명자들은 이와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명을 착상하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 기술적 과제는, 혈관중재시술로봇을 개발하는데 있어서 기존의 시술도구들을 그대로 적용하고, 방사선 피폭이 큰 프로시져만 자동으로 구현하고 나머지는 수동으로 처리하는 반자동 시스템을 개발하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 부품의 탈부착이 용이한 구조의 혈관중재시술로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 고(高) 자유도의 혈관중재시술시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제에 의하여 제한되지 아니하며, 이하의 설명에 의하여 보다 구체화될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은, 도관을 상기 도관의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부, 도관 회전부의 일측에 구비되고, 상기 도관에 가이드 와이어(guide wire)가 삽입된 상태에서, 상기 가이드 와이어를 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송시키고 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부, 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시키는 이송부, 및 상기 도관 회전부의 타측에 구비되어, 상기 도관을 지지하면서, 상기 이송부가 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시킬 때, 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도관 회전부에는, 관형으로 형성되고, 일단에 상기 도관이 고정되고, 타단으로부터 상기 가이드 와이어가 삽입되어 일단에서 상기 가이드 와이어가 상기 도관에 삽입되는 본체 및 관형으로 형성되고, 상기 본체의 일단과 타단 사이에서 결합되어 상기 본체의 내부와 소통하며, 유체가 주입되는 가지부를 포함하는 Y형 커넥터가 결합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도관 회전부는 상기 Y형 커넥터의 상하측에 접촉하여 상기 Y형 커넥터를 고정하는 패드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 와이어 회전공급부는, 마주보는 두 개의 롤러 및 두 개의 상기 롤러 중 적어도 하나를 구동시키는 롤러 구동부를 포함하는 가이드 와이어 공급부를 포함하고, 상기 가이드 와이어는 두 개의 상기 롤러 사이에 삽입되어, 두 개의 상기 롤러가 상기 롤러 구동부에 의해서 구동될 때, 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송될 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 가이드 와이어 회전공급부는, 상기 롤러와 상기 롤러 구동부를 지지하는 가이드 와이어 회전체 및 상기 가이드 와이어 회전체를 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 구동체를 포함하는 가이드 와이어 회전부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 평판형으로 형성된 베이스부, 상기 베이스부의 일단에 구비된 제1 격벽, 상기 베이스부의 타단에 구비된 제2 격벽 및 상기 제1 격벽으로부터 상기 제2 격벽까지 연장된 지지봉을 포함하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 이송부에는 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부가 배치되고, 상기 이송부는 랙 앤 피니언에 의해서 상기 베이스부에 대해서 상기 도관의 길이방향으로 이동하고, 상기 이송부에는 상기 지지봉이 삽입되는 제1 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 이송부는 상기 지지봉을 따라 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 신축부는, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체를 포함하고, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N번째의 상기 관형구조체는 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체의 내외로 슬라이딩되면서, 상기 신축부는 상기 도관의 길이방향을 따라 신축 가능할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 신축부는, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체 및 상기 다수의 관형구조체를 각각 지지하는 다수의 지지체를 포함하고, 다수의 상기 관형구조체 중, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 가장 먼 상기 관형구조체의 말단은 상기 제2 격벽에 고정되며, 다수의 상기 지지체 중, 적어도 하나의 상기 지지체에는 상기 지지봉이 삽입되는 제2 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 제2 삽입홀이 구비된 상기 지지체는 상기 지지봉을 따라 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 다수의 상기 관형구조체는, 상기 도관을 지지하는 지지구조체 및 상기 지지구조체의 상측에 결합되고 분리가능한 커버를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은, 길이방향으로 연장하는 도관을 상기 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부, 상기 도관 내측으로 인입되는 가이드 와이어를 상기 도관과 동축(co-axial)으로 회전시키는 가이드 와이어 회전 공급부, 상기 도관을 지지하며 상기 도관이 상기 길이방향으로 이송됨에 따라 절접하며, 상기 도관을 상측에서 덮는 도관 덮개부 및 상기 도관을 하측에서 지지하는 도관 지지부를 포함하는 도관 가이드부 및 상기 도관 가이드부가 안착하는 마운트부를 포함하되, 상기 도관 가이드부의 도관 덮개부 및 상기 도관 가이드부의 도관 지지부는 상기 마운트부로부터 탈부착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도관 덮개부는 상기 도관 덮개부의 일단에 상기 도관 지지부와 결합하는 고정날개를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도관 지지부는 상기 도관 지지부를 상기 마운트부에 고정하는 고정 플레이트를 포함하되, 상기 고정 플레이트는 상기 도관의 길이방향과 다른 방향으로 연장하는 끼움부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마운트부는 상기 끼움부를 수용하는 수용홈을 포함하며, 상기 수용홈은 상기 도관의 길이방향과 다른 방향으로 연장할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 마운트부는 상기 도관 지지부의 끼움부가 상기 마운트부의 수용홈에 인입하여 고정된 상태에서 상기 끼움부의 일탈을 방지하는 고정핀을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 도관 및 상기 가이드 와이어 중 적어도 하나와 접촉하는 상기 도관 회전부, 상기 가이드 와이어 회전 공급부 및 상기 도관 가이드부는 탈부착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가이드 와이어 회전 공급부는 상기 가이드 와이어를 이송하는 가이드 롤러부 및 상기 가이드 롤러부에 구동력을 제공하는 롤러 구동부를 포함하며, 상기 가이드 롤러부 및 상기 롤러 구동부는 상기 혈관중재시술로봇으로부터 탈부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템은, 본 발명의 제1 및 또는 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇이 시술베드에 대하여 상대 이동 가능하도록 고정하는 프레임을 포함하되, 상기 프레임은 제1 항에 또는 제11 항에 따른 혈관중재시술로봇 의 각도를 상하 방향으로 조절하는 상하 방향 회전부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 방사선 피폭양을 줄이고 전체 사이즈를 줄임으로 인하여 전체적인 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기존의 시술도구를 사용함으로써, 전체적인 비용을 절약할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 다수의 관형구조체로부터 커버를 분리할 수 있으므로, 관형구조체의 내부를 손쉽게 소독할 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도관 및 가이드 와이어에 접촉하는 부품을 탈부착 가능하도록 구성함으로써, 부품의 교체 및 소독의 용이성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 혈관중재시술로봇의 자유도를 향상시킴으로써 시술의 편의성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 의하여 제한되지 아니하며, 이하의 설명에 의하여 보다 구체화될 수 있을 것이다.
도 1은 간암 및 영양공급 간 동맥의 모식도를 도시한다.
도 2는 TACE 시술에 사용되는 도관(좌) 및 미세도관-유도철사 어셈블리(assembly)(우)의 사진을 도시한다.
도 3은 외측에 6-7F의 직경을 가지는 삽입도관과 삽입도관의 내측에 회전가능한 3-4F의 직경을 가지는 가이드 와이어가 인입된 상태의 시술 개략도를 도시한다.
도 4는 간동맥 화학색전술의 예를 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 전체 메커니즘을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 혈관중재시술로봇의 텔레스코프 구조를 확대한 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 혈관중재시술로봇의 도관 회전부를 확대한 사시도이다.
도 9는 도 6에 도시된 혈관중재시술로봇의 롤러메커니즘(가이드 와이어 회전공급부)을 확대한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 분해사시도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 결합사시도이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 측면도이다.
도 13은 도 10에 도시된 도관 회전체와 Y형 커넥터의 평면도이다.
도 14는 도 10에 도시된 도관 회전체와 Y형 커넥터의 단면도이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 신축부의 작동과정을 도시한 측면도이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 작동과정을 도시한 측면도이다.
도 20은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 사시도를 도시한다.
도 21은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 측면도를 도시한다.
도 22는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 평면도를 도시한다.
도 23은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 Y형 커넥터를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가이드 와이어 회전 공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 도관 가이드부를 설명하기 위한 도면이다.
도 28는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 마운트부를 설명하기 위한 도면이다.
도 29는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 도관 가이드부의 조립 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 30 내지 도 32는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 도관 가이드부의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 33 내지 도 35는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 36 및 도 37은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 실물을 나타내는 사진이다.
도 38은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 39 내지 도 43은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템을 상세히 설명하기 위한 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 구체화 될 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.
혈관중재시술 해석 및 혈관중재시술로봇 개발
도 5는 혈관중재시술의 전체 과정을 나타낸다. 우선 가이드 와이어를 삽입하고, 이러한 가이드 와이어를 통해서 도관을 삽입한다. 이때, 가이드 와이어와 도관은 삽입하고 회전하는 자유도가 존재한다. 이 과정 중에서 방사선 피폭을 받는 과정은 단지 3번 6번에 해당되므로, 개발하는 로봇시스템은 3번과 6번만 원격제어하는 업무를 담당하고, 나머지 과정은 의사가 수행할 수 있다. 이로 인하여 전체적인 시스템이 간단해지고 기존의 수술도구(카테터 등) 들을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇이 설명된다.
혈관중재시술로봇
유도철사(가이드 와이어)와 도관의 삽입 및 회전이 구동되어야 하므로 혈관중재시술로봇은 4자유도가 필요하다. 도 6은 4자유도 카테터 구동 메커니즘이다. 가이드 와이어와 카테터의 동축 모션(co-axial motion)을 구현하기 위해 3단의 텔레스코프 구조(telescope structure)로 설계되었다. 이러한 텔레스코프 구조는 가이드 와이어와 카테터가 처지는 것을 방지해준다. 의사가 쉽게 기존 시술도구를 로봇에 장착하도록 하기 위하여, 텔레스코프 구조는 상하로 분리되고, 도관(카테터)을 올려놓은 후 간단하게 커버를 덮어 조립할 수 있도록 설계하였다(도 7 참조). 이러한 분리 조립식 설계는 소독에도 유리한 장점이 있다.
카테터는 도 8의 도관 회전체에 Y-커넥터(Y-connector)라는 시술도구와 함께 텔레스코프의 끝에 고정된다. 카테터의 삽입은 로봇의 베이스에 위치한 랙 앤 피니언 메커니즘(rack and pinion mechanism)에 의해 텔레스코프 구조가 접히면서 구동된다. 카테터의 회전은 도관 회전부에 기어로 체결된 모터에 의해 도관 회전부의 전체가 돌며 구동된다.
가이드 와이어는 도 9의 도관 고정부의 뒤에 위치한 가이드 와이어 회전공급부에 고정된다. 구체적으로, 가이드 와이어 회전공급부는 스프링에 의해 두 개의 롤러가 서로 접촉하게 되고, 이러한 두 개의 롤러 사이의 마찰에 의해 가이드 와이어가 고정된다. 또한, 가이드 와이어의 삽입은 롤러의 마찰에 의해 구동된다(도 9 참조). 가이드 와이어의 회전은 롤러 메커니즘에 기어로 체결된 모터에 의해 롤러 메커니즘 전체가 돌며 구동된다.
본 발명의 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 실제로 제작되었으며, 제작된 혈관중재시술로봇의 크기는 대략 160(W) X 1170(L) X 260(H) mm이고, 도관의 스트로크는 425mm이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇이 상세히 설명된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 분해 사시도이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 결합 사시도이며, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 측면도이다. 도 10 내지 도 12에 도시된 혈관중재시술로봇을 설명함에 있어, 도 13 내지 도 15를 참조하기로 한다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부(100), 도관 회전부(100)의 일측에 구비되고, 도관(20)에 가이드 와이어(10)가 삽입된 상태에서, 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송시키고 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부(200), 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시키는 이송부(300), 및 도관 회전부(100)의 타측에 구비되어, 도관(20)을 지지하면서, 이송부(300)가 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 때, 도관(20)의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부(400)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 기본적으로 도관(20)과 도관(20)에 삽입된 가이드 와이어(10)를 원격제어하는 역할을 수행하는 것으로, 도관 회전부(100), 가이드 와이어 회전공급부(200), 이송부(300), 및 신축부(400)를 포함할 수 있다.
도관 회전부
상기 도관 회전부(100)는 도관(20)을 회전시키는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 도관 회전부(100)는 원통형의 도관 회전체(130), 및 도관 회전체(130)와 기어(115)로 연결되어 도관 회전체(130)를 회전시키는 모터 등의 도관 구동체(110)를 포함할 수 있다. 이때, 도관 회전체(130)의 내부에는 Y형 커넥터(120)가 결합된다. 이러한 Y형 커넥터(120)는 본체(123)와 가지부(125)로 구성될 수 있다(도 13 참조). 구체적으로, 본체(123)는 관형으로 형성되고, 일단에 도관(20)이 고정되며, 타단으로부터 가이드 와이어(10)가 삽입되어, 일단에서 가이드 와이어(10)가 도관(20)에 삽입된다. 또한, 가지부(125)는 관형으로 형성되고, 상기 본체(123)의 일단과 타단 사이에 결합되어 본체(123)의 내부와 소통하며, 조형제(contrast media) 등의 유체가 주입될 수 있다. 이와 같이, Y형 커넥터(120)에는 도관(20)이 고정되므로, 도관 회전체(130)의 내부에 결합된 Y형 커넥터(120)가 도관 회전체(130)와 함께 회전하면, 결과적으로 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있는 것이다. 더욱 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 도관 회전체(130)는 회전본체(133) 및 회전본체(133)의 상측에 결합되고 분리가능한 회전커버(135)를 포함할 수 있다. 따라서, 회전본체(133)에 Y형 커넥터(120)를 배치한 후, 회전커버(135)를 회전본체(133)에 결합하면, 도관 회전체(130)의 내부에 Y형 커넥터(120)를 결합할 수 있고, 필요시 회전커버(135)를 회전본체(133)로부터 분리하면, 도관 회전체(130)에서 Y형 커넥터(120)를 분리할 수 있다. 추가적으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)와 회전커버(135)의 내부에는 우레탄 등으로 형성된 패드(137)가 구비될 수 있다. 이러한 패드(137)는 Y형 커넥터(120)의 상하측에 접촉하여 Y형 커넥터(120)를 도관 회전체(130)에 견고하게 결합할 수 있다. 한편, Y형 커넥터(120)는 기존에 사용되는 시술도구일 수 있고, 기존의 시술도구를 그대로 사용함으로써, 전체적인 비용을 절약할 수 있다.
가이드 와이어 회전공급부
상기 가이드 와이어 회전공급부(200, 도 10 참조)는 가이드 와이어(10)를 이송시키고 회전시키는 역할을 수행한다. 여기서, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 가이드 와이어(10)를 이송시키는 가이드 와이어 공급부(210), 및 가이드 와이어(10)를 회전시키는 가이드 와이어 회전부(220)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 가이드 와이어 공급부(210)는 마주보고 서로 접촉하여 회전하는 두 개의 롤러(211), 및 두 개의 롤러(211) 중 적어도 하나를 구동시키는 모터 등의 롤러 구동부(213)를 포함할 수 있다. 여기서, 가이드 와이어(10)는 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입되어, 두 개의 롤러(211)가 롤러 구동부(213)에 의해서 구동될 때, 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송될 수 있다. 또한, 하나의 롤러(211)에만 롤러 구동부(213)의 구동력이 전달되어도, 두 개의 롤러(211)는 스프링 등의 탄성을 이용하여 접촉하므로, 두 개의 롤러(211)가 함께 회전하며, 그 사이에 삽입된 가이드 와이어(10)를 이송시킬 수 있다.
또한, 가이드 와이어 회전부(220)는 롤러(211)와 롤러 구동부(213)를 지지하는 가이드 와이어 회전체(221), 및 가이드 와이어 회전체(221)와 기어(223)로 연결되어 가이드 와이어 회전체(221)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시키는 모터 등의 가이드 와이어 구동체(225)를 포함한다. 따라서, 가이드 와이어(10)가 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입된 상태에서, 가이드 와이어 구동체(225)에 의해서 가이드 와이어 회전체(221)가 회전하면, 결과적으로 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있는 것이다.
이송부
상기 이송부(300)는 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 도관(20)의 길이방향(또는 가이드 와이어(10)의 길이방향)으로 이송시키는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 이송부(300)는 상측에 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)가 배치되고, 지지부(305)에 대해서 상대적으로 이동하면서 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 이송시킬 수 있다. 상술한 지지부(305)는 평판형으로 형성된 베이스부(310), 베이스부(310)의 일단에 구비된 제1 격벽(320), 베이스부(310)의 타단에 구비된 제2 격벽(330), 및 제1 격벽(320)으로부터 제2 격벽(330)까지 연장된 지지봉(340)을 포함할 수 있다. 여기서, 이송부(300)는 랙 앤 피니언(rack & pinion)에 의해서 베이스부(310)에 대해서 도관(20)의 길이방향으로 이동한다. 구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스부(310)의 상면에는 랙(350)이 구비되고, 이송부(300)에는 피니언(355)이 구비되어, 베이스부(310)의 랙(350)과 이송부(300)의 피니언(355)이 기어 결합될 수 있다. 따라서, 이송부(300)의 피니언(355)이 모터 등의 피니언구동체(360)로부터 구동력을 전달받아 회전하면, 이송부(300)의 피니언(355)은 베이스부(310)의 랙(350)을 따라 이동하고, 결과적으로 이송부(300)는 베이스부(310)를 따라 이동될 수 있다. 또한, 이송부(300)에는 제1 삽입홀(370, 도 12 참조)이 구비되고, 이러한 제1 삽입홀(370)에는 지지봉(340)이 삽입되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 이송부(300)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 이송부(300)는 지지봉(340)으로 가이드되면서 이동할 수 있다.
신축부
상기 신축부(400)는 도관(20)의 길이방향에 따라 신축하면서 도관(20)을 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 신축부(400)는 도관 회전부(100)의 타측(가이드 와이어 회전공급부(200)이 반대측)에 구비되고, 전체적으로 신축가능한 텔레스코프 구조(telescope structure)로 형성될 수 있다. 구체적으로, 신축부(400)는 다수의 관형구조체(410)를 포함하고, 이러한 다수의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 도관(20)을 지지할 수 있다. 또한, 도관 회전부(100)의 타측으로 N(N은 2이상의 자연수)번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체(410)의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서, 신축부(400)는 도관(20)의 길이방향을 따라 신축가능할 수 있다. 즉, 다수의 관형구조체(410)는 일방향으로 갈수록 직경이 좁아지거나 넓어지도록 구성되어, 인접한 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서 신축가능한 것이다. 예를 들어, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 3개의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)에서 멀어질수록 관형구조체(410)의 직경이 좁아지도록 설계될 수 있다. 따라서, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째의 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩될 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 3번째의 관형구조체(410)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 또한, 신축부(400)는 다수의 관형구조체(410)를 각각 지지하는 다수의 지지체(420)를 포함할 수 있다. 다수의 지지체(420)는 다수의 관형구조체(410)와 유사하게, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 인접한 지지체(420)의 내외로 슬라이딩되며서신축가능하다. 구체적으로, N개의 지지체(420)는 구비되어, 다수의 관형구조체(410)를 각각 지지할 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N번째의 지지체(420)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 N-1번째의 지지체(420)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 다만, 다수의 관형구조체(410) 중, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 가장 먼 관형구조체(410)는 지지체(420)로 지지되는 대신에, 말단이 제2 격벽(330)에 고정될 수 있다. 또한, 다수의 지지체(420) 중, 적어도 하나의 지지체(420)에는 제2 삽입홀(425)이 구비되고, 이러한 제2 삽입홀(425)에는 지지봉(340)이 삽입되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 제2 삽입홀(425)이 구비된 지지체(420)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다. 즉, 지지체(420)는 지지봉(340)으로 가이드되면서 이동할 수 있다. 예를 들어, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 2개의 지지체(420)는 구비되어, 2개의 관형구조체(410)(도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째와 2번째의 관형구조체(410))를 각각 지지할 수 있고, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 2번째의 지지체(420)는 도관 회전부(100)의 타측으로부터 1번째의 지지체(420)의 내외로 슬라이딩될 수 있다. 또한, 도관 회전부(100)의 타측으로부터 3번째의 관형구조체(410)의 말단은 제2 격벽(330)에 고정되고, 지지체(420)에는 지지봉(340)이 삽입되는 제2 삽입홀(425)이 구비되어, 이송부(300)가 베이스부(310)에 대해서 이동할 때, 지지체(420)는 지지봉(340)을 따라 이동할 수 있다.
추가적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 관형구조체(410)는 상측에 구비되어 분리가능한 커버(430)를 포함할 수 있다. 따라서, 연속적으로 구비된 다수의 관형구조체(410)에 도관(20)을 배치한 후, 분리가능한 커버(430)를 결합하면, 관형구조체(410)의 내부에 도관(20)을 배치할 수 있다. 또한, 필요시 커버(430)를 분리하면, 관형구조체(410)를 손쉽게 소독할 수 있는 장점이 존재한다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 작동과정을 도시한 측면도로, 이를 참조하여 본 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 작동과정을 살펴보도록 한다.
우선, 도 16a 내지 도 16b에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)로부터 회전커버(135)를 분리하고, 회전본체(133)의 내부에 Y형 커넥터(120)를 배치한 후, 회전본체(133)에 회전커버(135)를 결합하여, 도관 회전체(130)에 Y형 커넥터(120)를 결합한다. 이때, Y형 커넥터(120)의 일단에는 도관(20)이 고정되고, Y형 커넥터(120)의 타단으로부터 일단 방향으로 가이드 와이어(10)가 삽입되어, Y형 커넥터(120)의 일단에서 가이드 와이어(10)가 도관(20)에 삽입된다. 또한, 가이드 와이어 회전공급부(200)의 두 개의 롤러(211) 사이에 가이드 와이어(10)를 삽입한다. 그리고, 다수의 관형구조체(410)로부터 커버(430)를 분리하고, 다수의 관형구조체(410)의 내부에 도관(20)을 배치한 후, 다수의 관형구조체(410)에 커버(430)를 결합하여, 신축부(400)에 도관(20)을 결합한다. 결국, 도관(20)과 가이드 와이어(10)는 본 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇에 고정되고, 제2 격벽(330)의 외측으로 가이드 와이어(10)가 삽입된 도관(20)이 노출될 수 있다.
다음, 도 17에 도시된 바와 같이, 도관 회전부(100)는 도관 구동체(110)를 구동시켜 도관 회전체(130)를 회전시킴으로써, 도관(20)을 도관(20)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있다(화살표 A). 또한, 이송부(300)는 피니언구동체를 구동시켜 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 지지부(305)에 대해서 이송시킴으로써, 도관(20)을 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 수 있다(화살표 B). 즉, 도관 회전부(100)와 이송부(300)를 이용하여, 도관(20)의 회전운동과 전후운동을 수행할 수 있다. 한편, 이송부(300)가 도관 회전부(100)와 가이드 와이어 회전공급부(200)를 지지부(305)에 대해서 이송시킬 때, 신축부(400)의 다수의 관형구조체(410)는 인접한 관형구조체(410)의 내외로 슬라이딩되면서, 도관(20)을 지지한다.
또한, 도 18에 도시된 바와 같이, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 롤러 구동부를 구동시켜 두 개의 롤러(211)를 회전시킴으로써, 두 개의 롤러(211) 사이에 삽입된 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향으로 이송킬 수 있다(화살표 C). 또한, 가이드 와이어 회전공급부(200)는 가이드 와이어 구동체(225)를 구동시켜 가이드 와이어 회전체(221)를 회전시킴으로써, 가이드 와이어(10)를 가이드 와이어(10)의 길이방향을 축으로 회전시킬 수 있다(화살표 D). 즉, 가이드 와이어 회전공급부(200)를 이용하여, 가이드 와이어(10)의 회전운동과 전후운동을 수행할 수 있다.
상술한 도관(20)의 회전운동과 전후운동 및 가이드 와이어(10)의 회전운동과 전후운동은 순차적으로 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 수행될 수도 있다. 결과적으로, 본 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 도관(20)과 가이드 와이어(10)의 회전과 삽입이 가능한 4 자유도를 구현할 수 있다.
추가적으로, 도 19에 도시된 바와 같이, 회전본체(133)로부터 회전커버(135)를 분리하고, 회전본체(133)의 내부에서 Y형 커넥터(120)를 분리하여 교체할 수 있다. 또한, 다수의 관형구조체(410)로부터 커버(430)를 분리하고, 다수의 관형구조체(410)의 내부에서 도관(20)을 분리한 후, 관형구조체(410)를 손쉽게 소독할 수 있다.
이상, 도 5 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇을 상술하였다. 이하, 도 20 내지 도 37을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇이 상술된다.
도 20, 21 및 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 사시도, 측면도 및 평면도를 도시한다. 도 20 내지 도 22에 도시된 혈관중재시술로봇을 설명함에 있어서 도 23 내지 도 29를 참조하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은, 도관 회전부(600), 가이드 와이어 회전 공급부(700), 이송부(800) 및 도관 가이드부(900) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 혈관중재시술로봇은 도관(20) 및 가이드 와이어(10)가 동축 시스템으로 인입된 상태에서 회전 및 병진 운동을 제공할 수 있다. 본 발명의 제2 실시 예를 설명함에 있어, 본 발명의 제2 실시 예에서의 도관(20)은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 도관(20)에 대응하며, 본 발명의 제2 실시 예에서의 가이드 와이어(10)는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가이드 와이어(10)에 대응한다. 이하 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도관 회전부
상기 도관 회전부(600)는 상기 도관(20)을 파지한 상태에서 상기 도관(20)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 도관 회전부(600)는 상기 도관(20)의 길이 방향을 축으로 상기 도관(20)을 회전시킬 수 있다. 이를 위하여 상기 도관 회전부(600)는 기어(615), Y형 커넥터(620), 회전 본체(633), 회전 덮개부(635) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 설명하기로 한다.
상기 기어(615)는 도관 구동체로부터 구동력을 전달받아 상기 도관 회전부(600)를 회전시키는 회전력을 제공할 수 있다. 상기 도관 구동체는 예를 들어, 모터(motor)일 수 있다. 또한 상기 기어(615)는 도관(20)이 상기 기어(615)의 축 방향으로 인입될 수 있는 슬릿을 더 포함할 수 있다.
상기 Y형 커넥터(620)는, 상기 회전 본체(633) 및 상기 회전 덮개부(635) 내측의 수용 공간에 인입되어 일측에서 상기 도관(20)을 파지할 수 있도록 구성될 수 있다. 보다 상세한 설명을 위하여, 도 23를 참고하기로 한다.
도 23은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Y형 커넥터를 설명하기 위한 도면이다.
도 23을 참고하면, 상기 Y형 커넥터(620)는 본체(623) 및 가지부(625)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 본체(623)는 내부가 중공을 가지는 관형의 형상을 가질 수 있다. 이로써, 상기 본체(123)의 일 측에는 도관(20)이 인입되어 파지될 수 있으며, 상기 본체(623)의 타 측에는 가이드 와이어(10)가 인입될 수 있다. 이에 따라, 도관 내에 가이드 와이어가 삽입된 형태의 동축 시스템이 마련될 수 있다.
상기 가지부(625)도 내부가 중공을 가지는 관형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 본체(623)로부터 분기되어 형성될 수 있다. 상기 가지부(625)의 중공은 상기 본체(623)의 중공과 연통하도록 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 가지부(625)의 일단을 통하여 조형제(contrast media) 등의 유체가 주입되면, 유입된 유체는 연통로를 통하여 상기 도관(20)으로 유입될 수 있게 된다.
다시 도 20 내지 도 22을 참고하면, 상기 Y형 커텍터(120)는 상기 회전 본체(633)에 안착될 수 있다. 상기 회전 본체(633)의 상측에는 상기 회전 덮개부(635)가 마련될 수 있다. 상기 회전 덮개부(635)는 상기 Y형 커넥터(620)를 덮으면서 상기 회전 본체(633)와 결합함으로써 상기 Y형 커넥터(620)를 보호할 수 있다.
가이드 와이어 회전 공급부
계속하여 도 20 내지 도 22을 참조하면, 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 가이드 와이어(10)를 이송시키고 회전시키는 역할을 수행할 수 있다. 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 도관 회전부(600)의 일 측에 마련되어 상기 가이드 와이어(10)를 공급받아, 앞서 설명한 Y형 커넥터(620)를 통하여 상기 가이드 와이어(10)를 상기 도관(20) 내로 제공할 수 있다.
상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 가이드 와이어 구동체(725)로부터 회전력을 전달받아 기어(223)를 통하여 상기 가이드 와이어(10)를 회전시킬 수 있다. 이 때 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 상기 가이드 와이어(10)를 상기 도관(20)과 동축 즉 도관의 길이 방향을 축으로 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700) 내에 마련된 롤러(미도시)를 통하여 상기 가이드 와이어(10)를 파지 및 길이방향으로 이송시킬 수 있다. 구체적인 설명을 위하여 도 24를 참조하기로 한다.
도 24는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 와이어 회전 공급부를 설명하기 위한 도면이다.
상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 가이드 롤러부(750) 및 롤러 구동부(760)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 가이드 롤러부(750)는 상기 가이드 와이어(10)를 파지 및 길이방향으로 이송하기 위하여 상기 롤러 구동부(760)로부터 구동력을 제공받을 수 있다.구체적으로 상기 가이드 롤러부(750)는 도 24(a)의 화살표 방향으로 상기 가이드 와이어(10)를 인입받을 수 있다. 또한, 상기 가이드 롤러부(750)는 서로 대향하는 롤러(751, 753)를 포함할 수 있다. 상기 롤러(751, 753) 사이로 상기 가이드 와이어(10)가 위치하며 상기 롤러(751, 753)의 상대적인 회전에 의하여 상기 가이드 와이어(10)가 파지된 상태에서 길이방향으로 이송될 수 있다. 이 때, 상기 롤러(751, 753) 중 적어도 하나는 회전력을 공급받을 수 있으며, 본 실시 예에서는 상기 롤러(751)가 회전력을 전달받는 것을 상정하기로 한다.
상기 롤러 구동부(760)는 상기 가이드 롤러부(750)가 상기 가이드 와이어(10)를 길이방향으로 이송하기 위한 구동력을 제공하기 위한 롤러 구동부(760)를 포함할 수 있다.
상기 롤러 구동부(760)의 일 측에는 회전 기어(763)가 마련될 수 있다. 상기 회전 기어(763)의 일 측에는 상기 회전 기어(763)로부터 구동력을 벨트(미도시)를 통하여 전달받는 전달 기어(765)가 위치할 수 있다.
상기 전달 기어(765)는 상기 롤러(751)와 결합할 수 있다. 이로써, 상기 롤러 구동부(760)에서 발생하는 회전력은 상기 회전 기어(763)에서 상기 전달 기어(765)로 전달되고 이후 상기 롤러(751)로 전달되게 된다. 따라서, 상기 롤러(751) 및 상기 롤러(753) 사이에 위치한 가이드 와이어(10)는 길이방향으로 이송될 수 있다.
이송부
상기 이송부(800)는 상기 도관 회전부(600) 및 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)를 상기 도관(20)의 길이방향으로 이송시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 이송부(800)는 혈관중재시술로봇의 프레임에 관련된 구성과 상기 혈관중재시술로봇의 프레임과 관련된 구성에 대하여 상대적으로 이동할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 이송부(800)는 혈관중재시술로봇의 프레임과 관련된 구성으로써, 베이스부(810), 제1 격벽(820), 제2 격벽(830) 및 지지봉(840)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 상기 이송부(800)는 혈관중재시술로봇(100)의 프레임에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 랙(rack; 850), 피니언(855), 피니언 구동체(860)를 포함하여 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 베이스부(810)는 상기 혈관중재시술로봇의 기저면을 제공하는 프레임일 수 있다. 상기 제1 격벽(820) 및 상기 제2 격벽(830)은 상기 베이스부(810)의 양단에 마련될 수 있다. 상기 지지봉(840)은 상기 제1 격벽(820) 및 상기 제2 격벽(830) 사이에 마련될 수 있다. 상기 랙(850)은 상기 베이스부(810)의 상면에 상기 혈관중재시술로봇의 길이방향으로 마련될 수 있다. 상기 피니언(855)은 상기 랙(850)과 기어 결합하며, 상기 피니언 구동체(860)로부터 구동력을 전달받아 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 이송부(800)에 고정된 상기 도관 회전부(600) 및 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 혈관중재시술로봇의 길이방향으로 이동할 수 있다. 이 때 상기 지지봉(840)은 상기 도관 회전부(600) 및 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)의 이동에 대한 가이드 경로를 제공할 수 있다.
도관 가이드부
본 발명의 제2 실시 예에 따른 도관 가이드부는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 신축부의 다른 표현일 수 있다.
상기 도관 가이드부(900)는 상기 도관(20)의 길이방향으로 절첩하면서 상기 도관(20)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 도관 가이드부(900)는 절첩을 위하여 텔레스코프 구조(telescope structure)로 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 상기 도관 가이드부(900)는 복수 개의 서브 도관 가이드부 예를 들어, 제1, 2, 3 서브 도관 가이드부로 이루어질 수 있다. 상기 제1 내지 제3 서브 도관 가이드부의 외경은 상기 제1, 2, 3 서브 도관 가이드부로 갈수록 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 서브 도관 가이드부는 상기 제2 서브 도관 가이드부 내에 인입된 상태로 슬라이딩 이동할 수 있으며 상기 제2 서브 도관 가이드부는 상기 제3 서브 도관 가이드부 내에 인입된 상태로 슬라이딩 이동할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1, 2, 3 서브 도관 가이드부로 갈수록 직경이 커지는 것을 상정하는 것이며 이와 반대로 제1,2,3, 서브 도관 가이드부로 갈수록 직경이 작아질 수도 있음은 물론이다. 또한 본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 제1 내지 제3 서브 도관 가이드부를 상정하는 것이며 이보다 적거나 많은 서브 도관 가이드부가 마련될 수 있음은 물론이다.
각각의 서브 도관 가이드부는 도관 덮개부(910) 및 도관 지지부(930)를 포함하여 이루어질 수 있다. 도관 지지부(930)는 상기 도관(20)이 안착되는 공간을 제공할 수 있으며, 상기 도관 덮개부(910)는 상기 도관(20)을 덮음으로써, 상기 도관(20)을 보호하는 기능을 제공할 수 있다. 도 20 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 제1 서브 도관 가이드부는 도관 덮개부(911) 및 도관 지지부(931)으로 이루어질 수 있으며, 제2 서브 도관 가이드부는 도관 덮개부(915) 및 도관 지지부(935)로 이루어질 수 있으며, 상기 제3 서브 도관 가이부는 도관 덮개부(919) 및 도관 지지부(939)로 이루어질 수 있다. 이하 도관 덮개부 및 도관 지지부의 구체적인 설명을 위하여 도 25 내지 도 27을 참조하기로 한다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도관 가이드부를 설명하기 위한 도면이다. 먼저 도 25을 참조하여 도관 덮개부를 설명하기로 한다.
도 25(a)를 참조하면, 제1 도관 덮개부(911)는 몸체(912). 고정날개(913) 및 고정편(914)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 몸체(912)는 상기 도관(20)을 덮을 수 있도록 구성된다. 또한, 상기 몸체(912)는 상기 몸체(912)의 일 측에 상기 고정날개(913)을 포함할 수 있다. 상기 고정날개(913)는 상기 고정편(914)을 포함할 수 있으며, 상기 고정편(914)은 도관 덮개부의 끼움편에 끼움 결합할 수 있다.
계속하여 도 25(b) 및 도 25(c)를 참조하면, 제2 도관 덮개부(915)는 몸체(916). 고정날개(917) 및 고정편(918)을 포함하여 이루어질 수 있으며 도 27을 참조하면, 제3 도관 덮개부(919)는 몸체(920). 고정날개(921, 923) 및 고정편(922, 924을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1 도관 덮개부(911)의 외경(D1)은 상기 제2 도관 덮개부(915)의 내경에 대응하며, 상기 제2 도관 덮개부(915)의 외경(D2)은 상기 제3 도관 덮개부(919)의 내경에 대응함으로써, 슬라이딩 가능한 텔레스코프 구조를 제공할 수 있다.
이하 도 26을 참조하여 도관 지지부를 설명하기로 한다.
도 26(a)를 참조하면, 제1 도관 지지부(931)는 몸체(932), 고정 플레이트(933) 및 고정홈(970)을 포함할 수 있다. 상기 몸체(932)는 상기 도관(20)을 지지함으로써, 상기 도관(20)의 처짐 현상을 방지할 수 있다. 상기 고정 플레이트(933)는 상기 제2 격벽(830)에 고정될 수 있다. 또한, 상기 고정홈(970)은 앞서 설명한 상기 제1 도관 덮개부(911)의 고정편(914)이 끼움 결합할 수 있는 홈을 제공할 수 있다.
계속하여 도 26(b) 및 도 26(c)를 참조하면, 제2 도관 지지부(935)는 몸체(936), 고정 플레이트(937), 고정홈(971) 및 끼움부(938)를 포함할 수 있다. 상기 몸체(936)는 상기 도관(20)을 지지함으로써, 상기 도관(20)의 처짐 현상을 방지할 수 있다. 상기 고정 플레이트(937)는 상기 끼움부(938)을 통하여 후술할 마운트부에 고정될 수 있다. 일 실시 예에 따르면 상기 끼움부(938)는 상기 이송부(800)의 이송 방향인 도관(20)의 길이방향과 다른 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정홈(971)은 앞서 설명한 상기 제2 도관 덮개부(915)의 고정편(918)이 끼움 결합할 수 있는 홈을 제공할 수 있다. 또한, 제3 도관 지지부(939)는 몸체(940), 고정 플레이트(941, 943), 고정홈(972, 973) 및 끼움부(942, 944)를 포함할 수 있다. 각 구성의 기능에 대해서는 앞서 설명한 바에 대응하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도관 지지부(931)의 외경(D1)은 상기 제2 도관 지지부(935)의 내경에 대응하며, 상기 제2 도관 지지부(935)의 외경(D2)은 상기 제3 도관 지지부(939)의 내경에 대응함으로써, 슬라이딩 가능한 텔레스코프 구조를 제공할 수 있다.
이로써, 도 27에 도시된 바와 같이 제1, 2, 3 서브 도관 가이드부는 서로 절첩 가능한 형태로 슬라이딩 이동할 수 있게 된다.
이하에서는 도 28 및 도 29를 참고하여 도관 가이드부를 고정하기 위한 마운트부에 대하여 설명하기로 한다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마운트부를 설명하기 위한 도면이다.
상기 마운트부(950)는 하측이 상기 혈관중재시술로봇에 고정된 상태에서 상측을 통하여 상기 서브 도관 가이드부를 고정하는 기능을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 마운트부(950)는 상기 서브 도관 가이드부의 서브 도관 지지부(930)를 고정할 수 있다. 도 28는 마운트부 중에서 제3 서브 도관 지지부를 고정하는 부분에 해당하는 구성이며, 도 28를 참조하여 설명하는 마운트부는 다른 서브 도관 지지부를 위한 마운트부에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 28를 참조하면 마운트부(459)는 수용홈(951) 및 고정핀(953)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 수용홈(951)은 상기 도관 지지부의 끼움부가 끼움 결합할 수 있는 슬릿을 제공할 수 있다. 상기 수용홈(951)의 슬릿은 상기 이송부(800)의 이송 방향인 도관(20)의 길이방향과 다른 방향으로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 수용홈(951)의 슬릿은 상기 도관(20)의 길이방향과 직교하는 방향으로 형성될 수 있다. 이로써, 수용홈(951)의 슬릿 방향이 이송부(800)의 이송 방향과 서로 다름으로써, 상기 이송부(800)의 이송에 따른 진동에도 단단한 고정력을 제공할 수 있다.
또한, 상기 고정핀(953)은 상기 도관 지지부의 끼움부가 상기 수용홈(951)에 끼움된 상태에서 상기 끼움부의 일탈을 방지하는 기능을 제공할 수 있다. 이를 위하여 상기 고정핀(953)은 상하 운동이 가능한 형태의 탄성핀으로 이루어질 수 있다. 이로써, 도관 가이드부는 보다 단단하게 고정될 수 있으며, 이에 따라 시술자가 협소한 혈관을 따라 가이드 와이어 및/또는 도관을 안정적인 스티어링을 수행할 수 있다.
이로써, 도 29에 도시된 바와 같이 상기 도관 가이드부는 상기 마운트부에 끼움 고정될 수 있다. 보다 구체적으로 도관 지지부의 끼움부가 마운트부의 수용홈에 끼움 고정되고 끼움부의 외측을 고정핀이 고정할 수 있는 것이다.
이상, 도 20 내지 도 29를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 도관 가이드부 및 도관 가이드부의 고정 방법에 대하여 설명하였다. 이에 따라, 도 30 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 서브 도관 가이드부가 L1, L2, L3 상태로 절첩하면서도 도관을 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 이하에서는 도 33 내지 도 35를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 구동 방법을 설명하기로 한다.
혈관중재시술로봇의 구동 방법
도 33 내지 도 35은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 33은 혈관중재시술의 준비를 위한 조립 단계, 도 34는 혈관중재시술의 시행 단계, 도 35는 혈관중재시술의 종료 후 분리 단계를 도시한다. 이하 각 단계에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 33을 참조하면, 혈관중재시술로봇은 도관(20) 및 가이드 와이어(10)의 수용을 준비할 수 있다. 이를 위하여, 혈관중재시술로봇의 일부 구성이 도관(20) 및 가이드 와이어(10)를 수용하도록 분리될 수 있다. 구체적으로 도관 가이드부의 도관 덮개부(910), 도관 회전부의 회전 덮개부(635) 및 Y형 커넥터(620)가 혈관중재시술로봇으로부터 분리될 수 있다.
한편, Y형 커넥터(620)는 양단에 도관(20) 및 가이드 와이어(10) 중 적어도 하나를 수용 고정할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 Y형 커넥터(620)의 일 단에 도관(20)이 고정된 경우를 상정하기로 한다. 일 단에 도관(20)이 고정된 Y형 커넥터(620)는 혈관중재시술로봇에 안착될 수 있다. 구체적으로 도관(20)은 도관 지지부(930)에 안착되며, Y형 커넥터(620)는 회전 본체(633)에 안착될 수 있다. 이 후 도관 덮개부(910)가 상응하는 도관 지지부(930)에 고정되며, 회전 덮개부(635)가 상기 회전 본체(633)에 고정될 수 있다. 이로써, 혈관중재시술을 위한 조립 단계가 완료될 수 있다.
이후의 과정을 도 34를 참조하여 설명하기로 한다. 도 34를 참조하면, 상기 혈관중재시술로봇은 적어도 4자유도를 가지도록 병진 및 회전 운동을 수행할 수 있다. 구체적으로 도관 회전부(600)가 A 방향으로 회전함으로써, 도관(20)을 회전시킬 수 있다. 또한, 이송부(800)가 B 방향으로 병진함으로써, 도관 회전부(600) 및 가이드 와이어 회전 공급부(700)를 이송시킬 수 있다. 이에 따라 도관(20) 및 가이드 와이어(10)는 길이방향으로 병진 운동할 수 있다. 계속하여, 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 C 방향으로 가이드 와이어(10)를 이송시키거나 D 방향으로 가이드 와이어(10)를 회전시킬 수 있다. 이로써, 혈관중재시술로봇은 4 자유도를 가지게 되며, 특히 도관과 가이드 와이어의 독립적 구동이 가능하기 때문에 조작 용이성이 증대된 혈관중재시술 환경을 제공할 수 있다.
계속하여 도 35를 참조하면 혈관중재시술을 완료한 후 부품을 분리할 수 있다. 상기 혈관중재시술로봇은 도관(20) 및 가이드 와이어(10)의 상측 뿐만 아니라 하측 또한 분리할 수 있다. 이를 위하여 먼저 도관(20) 및 가이드 와이어(10)의 상측을 덮고 있는 도관 덮개부(910) 및 회전 덮개부(635)를 분리할 수 있다. 이로써, 도관(20) 및 가이드 와이어(10)를 분리할 수 있으며, 도관(20) 및 가이드 와이어(10)를 파지하는 Y형 커넥터(620)을 분리할 수 있다. 나아가, 도관(20) 및 가이드 와이어(10)의 하측을 지지하는 도관 지지부(930) 및 회전 본체(633)를 분리할 수 있으며 가이드 와이어 회전 공급부(700)를 분리할 수 있다. 또한 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 가이드 롤러부(750) 및 롤러 구동부(760)를 분리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 도관(20) 및 가이드 와이어(10) 뿐만 아니라 도관(20) 및 가이드 와이어(10)와 상하에서 직접 접촉하고 있는 부품 일체를 분리할 수 있으므로 소독의 편의성 및 부품 교체의 편의성이 크게 개선될 수 있다. 또한, 부품의 탈부착이 상하 분리 방식으로 이루어지기 때문에 조립 및 분리가 용이하다.
도 36 및 도 37은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇의 이해의 편의를 돕기 위하여 실제 제작된 혈관중재시술로봇의 실물을 나타내는 사진이다. 특히 도 37에 도시된 바와 같이 혈관중재시술로봇으로부터 도관 덮개부(910), 도관 지지부(930), 도관 회전부(600) 및 가이드 와이어 회전 공급부(700)가 분리될 수 있다. 나아가 상기 가이드 와이어 회전 공급부(700)는 상기 가이드 롤러부(750) 및 롤러 구동부(760)으로 분리될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇을 설명하였다. 이하에서도 도 38 내지 도 43을 참조하여 본 발명의 제1 또는 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇이 시술베드에 부착된 형태의 혈관중재시술시스템에 대하여 설명하기로 한다.
혈관중재시술시스템
도 38은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템은 마스터-슬래이브 장비를 기반으로 한 원격 시술 시스템을 말할 수 있다. 즉, 마스터 장비 측에서 시술자가 시술을 원격 제어하고, 원격 제어에 따라 슬래이브 장비가 환자에 대하여 시술을 진행하는 것이다. 이에 따라 시술자가 방사선에 피폭되는 환경을 최소화할 수 있다.
구체적인 설명을 위하여, 도 38을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템은, 제1 또는 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇, 베드(1100), 프레임(1200), 마스터 장비(1300) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 혈관중재시술로봇은 혈관중재시술을 위하여 환자의 병소 부위에 도관 및 가이드 와이어를 삽입하는 슬래이브 장비를 말하는 것으로, 후술할 마스터 장비(1300)로부터의 제어 신호에 따라 원격 제어 될 수 있다.
환자(1120)는 상기 베드(1100)에 누운 상태로 시술을 받을 수 있으며, 이 때, 상기 베드(1100)에는 프레임(1200)이 이동 가능하도록 부착될 수 있다. 상기 프레임(1200)의 일 측은 상기 혈관중재시술로봇을 수용 고정할 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임(1200)의 상측에는 상기 혈관중재시술로봇이 안착할 수 있다. 이 때, 상기 혈관중재시술로봇은 상기 프레임(1200)에 대하여 회전 또는 병진 운동할 수 있도록 안착할 수 있다. 상기 프레임(1200)의 타 측은 상기 베드(1100)에 이동 가능하도록 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임(1200)의 타 측은 상기 베드(1100)의 레일에 이동 가능하도록 부착될 수 있다. 상기 혈관중재시술로봇이 상기 프레임(1200)에 대하여 회전 및 병진 운동할 수 있도록 구성됨으로써 시술의 편의성이 향상될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
상기 마스터 장비(1300)는 시술자(1110)가 상기 혈관중재시술로봇을 원격 제어할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 이로써, 시술자(1110)가 원격으로 상기 혈관중재시술로봇을 제어함으로써, 시술자의 방사선 피폭을 최소화할 수 있다.
도 39 내지 도 43은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템의 프레임을 설명하기 위한 도면이다. 도 39는 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템의 부분 사시도를 도시하며, 도 40은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템의 상하 방향 회전부를 설명하기 위한 확대도(도 39의 I 방향)이며, 도 41은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템의 좌우 방향 이동부를 설명하기 위한 확대도이며, 도 42은 본 발명의 일 실시 예에 다른 혈관중재시술시스템의 전후 방향 이동부를 설명하기 위한 도면이며, 도 43은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템의 적용례를 설명하기 위한 도면이다.
도 39를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템은 혈관중재시술로봇 및 상기 혈관중재시술로봇을 베드에 이동 가능하도록 결합하는 프레임(1200)으로 이루어질 수 있다. 상기 프레임(1200)은 상기 혈관중재시술로봇이 상하 방향 회전, 좌우 방향 이동 및 전후 방향 이동 가능하도록 상기 베드(1100)에 상기 혈관중재시술로봇을 고정할 수 있다.
도 40을 참조하면, 상기 프레임(1200)은 상하 방향 회전부(1220)를 포함할 수 있다. 상기 상하 방향 회전부(1220)는 예를 들어 감속기일 수 있다. 상기 상하 방향 회전부(1220)는 상기 혈관중재시술로봇의 길이방향 무게 중심에 위치할 수 있다. 상기 상하 방향 회전부(1220)는 회전 손잡이(1230)를 포함할 수 있다. 시술자는 회전 손잡이(1230)을 조작함으로써, 상기 혈관중재시술로봇을 상하 방향으로 회전(도 40 화살표 방향 참조)시킬 수 있다.
도 41을 참조하면, 상기 혈관중재시술로봇은 좌우 방향으로 이동할 수 있도록 마련될 수 있다. 이를 위하여 상기 혈관중재시술로봇은 상기 프레임(1200)의 상면에 마련된 가이드레일(1210) 상에 마련되어 좌우 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있다. 이 때, 상기 프레임(1200)에는 고정레버(1240)가 마련될 수 있다. 상기 고정레버(1240)는 상기 혈관중재시술로봇이 상기 가이드레일(1210)을 따라 좌우로 이동함에 있어서 락(lock)을 제공할 수 있다. 이로써, 시술자는 상기 고정레버(1240)를 조작함으로써, 상기 혈관중재시술로봇을 좌우 방향(도 41 화살표 방향 참조)으로 이동시킬 수 있다.
도 42를 참조하면, 상기 혈관중재시술로봇은 전후 방향으로 이동할 수 있도록 마련될 수 있다. 이를 위하여 상기 프레임(1200)은 슬라이딩부(1250) 및 상기 슬라이딩부(1250)의 이동을 제어하는 고정레버(1260)를 포함할 수 있다. 상기 슬라이딩부(1250)는 절곡된 형상 예를 들어 "ㄷ" 형상을 가질 수 있다. 상기 슬라이딩부(1250)는 "ㄷ" 형상의 개구측을 통하여 베드의 레일을 수용하여 베드 레일을 상하에서 감싸는 구조로 베드와 결합할 수 있다. 이에 따라 상기 슬라이딩부(1250)는 베드 레일을 따라 전후 방향 이동할 수 있다. 이 때, 상기 고정레버(1260)는 상기 슬라이딩부(1250)가 전후 방향으로 이동함에 있어서 락(lock)을 제공할 수 있다. 이로써, 시술자는 상기 고정레버(1260)를 조작함으로써, 상기 혈관중재시술로봇을 전후 방향(도 42 화살표 방향 참조)으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 상기 혈관중재시술로봇은 상기 프레임(1200)에 고정된 상태에서 베드에 대하여 상하 방향 회전, 좌우 방향 이동, 전후 방향 이동의 3 자유도를 가질 수 있다.
도 43(a)를 참조하면, 상기 혈관중재시술로봇은 환자(1120)에 대하여 좌우 방향으로 이동함으로써, 상기 혈관중재시술로봇의 도관이 환자의 병소 부위를 향하도록 할 수 있다. 또한 도 43(b)를 참조하면, 상기 혈관중재시술로봇이 환자(1120)에 대하여 상하 방향 회전 및 전후 방향 이동함으로써, 상기 혈관중재시술로봇의 도관이 환자의 병소 부위를 향하도록 할 수 있다.
이로써, 본 발명의 혈관중재시술시스템은 제1 또는 제2 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇 자체가 4 자유도를 가지며 프레임을 통하여 추가적으로 3 자유도를 가지므로 7 자유도를 제공할 수 있다. 따라서, 혈관중재시술의 정교성 및 시술자의 시술 편의성을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시 예들에 따른 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템에 대하여 설명하였다. 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇은 도관 및 가이드 와이어와 접하는 부품의 탈부착이 용이하여 소독 및 부품 교체가 편리한 효과를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 혈관중재시술시스템은 7 자유도를 가지고 있어 시술자의 시술 편의성이 크게 향상되는 효과를 제공할 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.
발명의 실시 예에 따른 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술로봇 시스템은 혈관중재시술 분야에 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 도관을 상기 도관의 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부;
    도관 회전부의 일측에 구비되고, 상기 도관에 가이드 와이어(guide wire)가 삽입된 상태에서, 상기 가이드 와이어를 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송시키고 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 회전공급부;
    상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시키는 이송부; 및
    상기 도관 회전부의 타측에 구비되어, 상기 도관을 지지하면서, 상기 이송부가 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부를 상기 도관의 길이방향으로 이송시킬 때, 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 신축부;를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 도관 회전부에는,
    관형으로 형성되고, 일단에 상기 도관이 고정되고, 타단으로부터 상기 가이드 와이어가 삽입되어 일단에서 상기 가이드 와이어가 상기 도관에 삽입되는 본체; 및
    관형으로 형성되고, 상기 본체의 일단과 타단 사이에서 결합되어 상기 본체의 내부와 소통하며, 유체가 주입되는 가지부;를 포함하는 Y형 커넥터가 결합되는 혈관중재시술로봇.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 도관 회전부는 상기 Y형 커넥터의 상하측에 접촉하여 상기 Y형 커넥터를 고정하는 패드를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가이드 와이어 회전공급부는,
    마주보는 두 개의 롤러; 및
    두 개의 상기 롤러 중 적어도 하나를 구동시키는 롤러 구동부;
    를 포함하는 가이드 와이어 공급부를 포함하고,
    상기 가이드 와이어는 두 개의 상기 롤러 사이에 삽입되어, 두 개의 상기 롤러가 상기 롤러 구동부에 의해서 구동될 때, 상기 가이드 와이어의 길이방향으로 이송되는 혈관중재시술로봇.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가이드 와이어 회전공급부는,
    상기 롤러와 상기 롤러 구동부를 지지하는 가이드 와이어 회전체; 및
    상기 가이드 와이어 회전체를 상기 가이드 와이어의 길이방향을 축으로 회전시키는 가이드 와이어 구동체를 포함하는 가이드 와이어 회전부를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  6. 제1 항에 있어서,
    평판형으로 형성된 베이스부;
    상기 베이스부의 일단에 구비된 제1 격벽;
    상기 베이스부의 타단에 구비된 제2 격벽; 및
    상기 제1 격벽으로부터 상기 제2 격벽까지 연장된 지지봉;
    을 포함하는 지지부를 더 포함하는 혈관중재시술로봇.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 이송부에는 상기 도관 회전부와 상기 가이드 와이어 회전공급부가 배치되고,
    상기 이송부는 랙 앤 피니언에 의해서 상기 베이스부에 대해서 상기 도관의 길이방향으로 이동하고,
    상기 이송부에는 상기 지지봉이 삽입되는 제1 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 이송부는 상기 지지봉을 따라 이동하는 혈관중재시술로봇.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 신축부는,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어, 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체를 포함하고,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 N번째의 상기 관형구조체는 상기 도관 회전부의 타측으로부터 N-1번째의 상기 관형구조체의 내외 또는 N+1번째의 상기 관형구조체의 내외로 슬라이딩되면서, 상기 신축부는 상기 도관의 길이방향을 따라 신축가능한 혈관중재시술로봇.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 신축부는,
    상기 도관 회전부의 타측으로부터 연속적으로 구비되어 상기 도관을 지지하는 다수의 관형구조체; 및
    상기 다수의 관형구조체를 각각 지지하는 다수의 지지체를 포함하고,
    다수의 상기 관형구조체 중, 상기 도관 회전부의 타측으로부터 가장 먼 상기 관형구조체의 말단은 상기 제2 격벽에 고정되며,
    다수의 상기 지지체 중, 적어도 하나의 상기 지지체에는 상기 지지봉이 삽입되는 제2 삽입홀이 구비되어, 상기 이송부가 상기 베이스부에 대해서 이동할 때, 상기 제2 삽입홀이 구비된 상기 지지체는 상기 지지봉을 따라 이동하는 혈관중재시술로봇.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    다수의 상기 관형구조체는,
    상기 도관을 지지하는 지지구조체; 및
    상기 지지구조체의 상측에 결합되고 분리가능한 커버를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  11. 길이방향으로 연장하는 도관을 상기 길이방향을 축으로 회전시키는 도관 회전부;
    상기 도관 내측으로 인입되는 가이드 와이어를 상기 도관과 동축(co-axial)으로 회전시키는 가이드 와이어 회전 공급부;
    상기 도관을 지지하며 상기 도관이 상기 길이방향으로 이송됨에 따라 절접하며, 상기 도관을 상측에서 덮는 도관 덮개부 및 상기 도관을 하측에서 지지하는 도관 지지부를 포함하는 도관 가이드부; 및
    상기 도관 가이드부가 안착하는 마운트부를 포함하되,
    상기 도관 가이드부의 도관 덮개부 및 상기 도관 가이드부의 도관 지지부는 상기 마운트부로부터 탈부착되는 혈관중재시술로봇.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 도관 덮개부는 상기 도관 덮개부의 일단에 상기 도관 지지부와 결합하는 고정날개를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 도관 지지부는 상기 도관 지지부를 상기 마운트부에 고정하는 고정 플레이트를 포함하되, 상기 고정 플레이트는 상기 도관의 길이방향과 다른 방향으로 연장하는 끼움부를 포함하는 혈관중재시술로봇.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 마운트부는 상기 끼움부를 수용하는 수용홈을 포함하며, 상기 수용홈은 상기 도관의 길이방향과 다른 방향으로 연장하는 혈관중재시술로봇.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 마운트부는 상기 도관 지지부의 끼움부가 상기 마운트부의 수용홈에 인입하여 고정된 상태에서 상기 끼움부의 일탈을 방지하는 고정핀을 포함하는 혈관중재시술로봇.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 도관 및 상기 가이드 와이어 중 적어도 하나와 접촉하는 상기 도관 회전부, 상기 가이드 와이어 회전 공급부 및 상기 도관 가이드부는 탈부착되는 혈관중재시술로봇.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 가이드 와이어 회전 공급부는 상기 가이드 와이어를 이송하는 가이드 롤러부 및 상기 가이드 롤러부에 구동력을 제공하는 롤러 구동부를 포함하며, 상기 가이드 롤러부 및 상기 롤러 구동부는 상기 혈관중재시술로봇으로부터 탈부착되는 혈관중재시술로봇.
  18. 제1 항에 또는 제11 항에 따른 혈관중재시술로봇 및 상기 혈관중재시술로봇이 시술베드에 대하여 상대 이동 가능하도록 고정하는 프레임을 포함하되, 상기 프레임은 제1 항에 또는 제11 항에 따른 혈관중재시술로봇 의 각도를 상하 방향으로 조절하는 상하 방향 회전부를 포함하는 혈관중재시술시스템.
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