WO2018164444A1 - 연성 메커니즘 - Google Patents

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WO2018164444A1
WO2018164444A1 PCT/KR2018/002629 KR2018002629W WO2018164444A1 WO 2018164444 A1 WO2018164444 A1 WO 2018164444A1 KR 2018002629 W KR2018002629 W KR 2018002629W WO 2018164444 A1 WO2018164444 A1 WO 2018164444A1
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WO
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flexible
flexible backbone
wire
backbone
circumferential surface
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PCT/KR2018/002629
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이병주
오세민
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한양대학교에리카산학협력단
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    • A61B2034/715—Cable tensioning mechanisms for removing slack

Definitions

  • the present invention relates to a flexible mechanism, and more particularly, a plurality of wires for manipulating an end effector are wound spirally around the outer circumferential surface of the flexible backbone at a multiple of 360 degrees or at an angle of 360 degrees or more. It relates to a ductile mechanism that passes through a helical passageway at an angle of multiples of 360.
  • Flexible mechanisms are used to observe or treat narrow spaces with bending.
  • Flexible mechanisms are used in stomach, colonoscopy, or laparoscopic surgical endoscopes, and include flexible tubes, steering devices and tools connected to one end of the flexible tube, steering controls (eg, handles or buttons) connected to the other end of the flexible tube, It consists of a flexible tube wire etc. which transmit the operation force of a steering operation mechanism to a steering apparatus.
  • a plurality of wires extending in the longitudinal direction of the flexible tube are provided in a straight form inside the flexible tube.
  • the flexion occurs in the flexible tube, and the bending occurs in the wire inside the flexible tube. Therefore, a separate wire control algorithm or mechanical device is required to compensate for the warpage of the wire by the warp of the flexible tube, so that operation control of the flexible mechanism may not be easy.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a flexible mechanism in which the operating force of the handler is accurately transmitted to the end effector.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a flexible mechanism in which the length of the flexible backbone and the path length of the wire are kept the same even when bending occurs in the flexible backbone.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a flexible mechanism.
  • the flexible mechanism is introduced into the surgical site in the human body, the flexible backbone (flexible) along the path in the human body and the operating force provided through a handler (handler) provided at one end of the flexible backbone of the flexible backbone
  • a handler provided at one end of the flexible backbone of the flexible backbone
  • the length of an area protruding out of one end and the other end of the flexible backbone may be constant even when the flexible backbone is warped.
  • the wire may have a spiral shape to wind the outer circumferential surface of the flexible backbone in multiples of 360 degrees.
  • the multiple may be a positive integer of 1 or more.
  • the flexible mechanism further includes a wire protector wound around the outer circumferential surface of the flexible backbone in multiples of 360 degrees from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone, and provided with movement paths of the plurality of wires therein. can do.
  • the wire may be provided along the movement path of the wire protection unit.
  • the wire protector may be bonded to the flexible backbone.
  • the outer circumferential surface of the flexible backbone is formed with a groove portion winding the outer circumferential surface of the flexible backbone in multiples of 360 degrees from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone, the wire protector is to be seated in the groove portion Can be.
  • the flexible backbone further includes a spiral wire passage provided by entering into the backbone from the surface of the flexible backbone, the wire is the spiral wire from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone It can pass in multiples of 360 degrees along the passage.
  • the flexible mechanism is introduced into the surgical site in the human body, the flexible backbone is bent along the path in the human body and the operating force provided through the handler provided at one end of the flexible backbone provided on the other side of the flexible backbone At least two wires which are delivered to an end effector, the outer or inner circumferential surface of the flexible backbone wound in multiples of 360 degrees, wherein the flexible backbone is straight and the flexible backbone is bent,
  • the length of the at least two wires between one end and the other end of the flexible backbone may be the same.
  • the flexible mechanism is wound around the outer peripheral surface of the flexible backbone from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone in multiples of 360 degrees, at least two wires provided with a movement path of the at least two wires therein
  • the protection unit may further include.
  • the at least two wire protectors may be bonded to the flexible backbone, and the at least two wire protectors may be bonded to each other.
  • At least two grooves are formed on an outer circumferential surface of the flexible backbone to wind the outer circumferential surface of the flexible backbone in multiples of 360 degrees from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone. Can be seated on
  • the flexible mechanism includes a tube provided with a wire therein and a backbone provided in the longitudinal direction of the tube, the tube may be provided in a structure to rotate while rotating the central axis of the backbone in multiples of 360 ° have.
  • Wire of the flexible mechanism according to an embodiment of the present invention by winding the flexible backbone in multiples of 360 °, even when the flexible backbone bending to implement the length of the flexible backbone and the path length of the wire, the operation force provided by the handler It can be delivered accurately to the end effector.
  • the flexible backbone of the flexible mechanism according to the embodiment of the present invention is provided with a groove portion, it is possible to facilitate winding the wire close to the flexible backbone.
  • FIG. 1 is a view showing an example of the use of a general soft mechanism.
  • FIG. 2 is a view for explaining a general soft mechanism.
  • FIG 3 is a perspective view of a flexible mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating A of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a soft mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a soft mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a soft mechanism according to a modification of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a flexible mechanism manufactured according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an experiment using the flexible mechanism of FIG. 8.
  • 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.
  • Figure 1 is a view showing an example of the use of a general soft mechanism
  • Figure 2 is a view for explaining a general soft mechanism.
  • a general soft mechanism may be applied to a flexible surgical system for throat surgery.
  • the flexible mechanism may include a flexible backbone 11, a handler (not shown) and an end effector 15.
  • the flexible backbone 11 includes a wire therein and may be drawn into the human body.
  • the handler may be connected to one end of the flexible backbone 11 and operate the end effector 15 through the wire to drive the flexible mechanism.
  • the end effector 15 is connected to the other end of the flexible backbone 11 and introduced into the human body, and operated by the handler to perform a throat surgery.
  • the general flexible mechanism 10 may include a flexible backbone 11, a wire 12, a handler 14, and an end effector 15.
  • the flexible backbone 11 is drawn into the human body, bent along a path in the human body, and includes the wire 12 therein.
  • the flexible backbone 11 may have one end not drawn into the human body connected to the handler 14, and the other end drawn into the human body connected to the end effector 15.
  • the wire 12 is provided inside the flexible backbone 11 and transmits the operating force provided by the handler 14 to the end effector 15. At least two wires 12 may be provided. At least two or more of the wires (W1, W2, W3) may be provided extending in the same direction as the longitudinal direction of the flexible backbone (11).
  • the handler 14 is disposed outside the human body, and provides an operating force to the wire 12 according to the operator's operation, thereby adjusting the angle or motion of the end effector 15.
  • the end effector 15 may directly contact the target site and perform a specific action according to the manipulation force provided by the handler 14.
  • the end effector 15 may be provided in the form of tongs.
  • the flexible backbone 11 when the flexible backbone 11 is in a straight line, between the first end surface ES1 and the second end surface ES2 of the flexible backbone 11.
  • the distance of may be L.
  • the distance between the first end face ES1 and the second end face ES2 of the wires W1, W2, and W3 provided in the flexible backbone 11 may also be equal to L.
  • the length of the flexible backbone 11 and the wires (W1, W2, W3) are the same, it can be understood that the relative displacement is zero.
  • the protruding first wire W1 may manipulate the end effector 15 in an unintentional direction or force, thereby causing a risk of surgery and / or surgery.
  • the first cross section ES1 and the second The distance between the sections ES2 becomes longer than the initial state L. Therefore, the third wire W3 does not reach between the first end face ES1 and the second end face ES2. Even in this case, the third wire W3 embedded inside the flexible backbone 11 may manipulate the end effector 15 in an unintentional direction or force, thereby causing a risk of surgery and / or surgery.
  • FIG. 3 is a perspective view of a flexible mechanism according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing a of FIG.
  • the flexible mechanism 100 may include a flexible backbone 110, a wire 120, and a wire protector 130. Furthermore, the flexible mechanism 100 may further include a handler 140 and an end effector 150.
  • the flexible mechanism 100 may be used as a diagnostic or therapeutic tool inserted into a human body such as an endoscope for a human body or an industrial endoscope such as a gastroscope, a colonoscopy, a bronchoscope, or the like.
  • the flexible backbone 110 is drawn into the human body, bent in any direction along a path in the human body, and serves as a support for supporting the wire 120.
  • the shape of the flexible backbone 110 may vary.
  • the flexible backbone 110 may have a tube shape having a circular cross section. At this time, a hollow may be formed inside the tube or the hollow may not be formed.
  • One end of the flexible backbone 110 may be connected to the handler 140 which does not enter into the human body, and the other end thereof may be connected to the end effector 150 that enters into the human body.
  • the wire 120 is provided in a spiral shape, winding the outer circumferential surface of the flexible backbone 110 in multiples of 360 °, wherein the multiple is a positive integer of 1 or greater.
  • the multiple of 360 ° means a multiple of 360 °, and can be understood as a concept including an error range.
  • the wire 120 may transmit a manipulation force provided from the handler 140 to the end effector 150.
  • the wire 120 may be made of iron, for example. At least two wires 120 may be provided. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the wire 120 is made of first to third wires W1, W2, and W3.
  • the wire protector 130 provides a movement path of the wire 120.
  • the wire protector 130 is provided in a spiral shape wound around the outer circumferential surface of the flexible backbone 110 in multiples of 360 °, and at least two or more wire protection units 130 may be provided.
  • the wire protection unit 130 may be formed in a tube shape with a hollow formed therein.
  • the hollow of the wire protector 130 may provide a movement path through which the wire 120 may move.
  • the inner diameter of the wire protector 130 may be wider than the outer diameter of the wire 120. As a result, the wire 120 may have a free space in the width direction of the wire 120.
  • the wire protector 130 may include a first wire protector 130a for the first wire W1 and a second wire protector 130b for the second wire W2. ), A third wire protector 130c for the third wire W3 may be included.
  • the wire protection unit 130 may be formed of rubber, synthetic resin, plastic, or the like having low reactivity with human tissue.
  • the wire protector 130 may be provided to be fixed to the flexible backbone 110.
  • the wire protector 130 may be attached to an outer circumferential surface of the flexible backbone 110.
  • the wire protection unit 130 may be provided with an adjacent side. More specifically, side surfaces of the first wire protection part 130a, the second wire protection part 130b, and the third wire protection part 130c may be provided to be bonded to each other.
  • the wire 120 provided in the hollow inside the wire protector 130 may be formed on the outer circumferential surface of the flexible backbone 110. It may be fixedly provided at a certain position. In other words, even when bending occurs in the flexible backbone 110, the wire 120 may be located on the outer circumferential surface of the flexible backbone 110 in the same manner as before bending occurs in the flexible backbone 110. If the wire protection part 130 is not provided to be bonded to the outer circumferential surface of the flexible backbone 110, and if the bending occurs in the flexible backbone 110, the wire protection part 130 may be connected to the flexible backbone ( 110) The spiral shape formed on the outer circumferential surface may be changed inconsistently.
  • the interval between the side of the wire protection unit 130 is narrowed on the inside of the bending, and between the side of the wire protection unit 130 on the outside of the bending.
  • the gap can be wide. Therefore, when bending occurs in the flexible backbone 110, the spiral winding or unwinding of the wire protection part 130 is not constant. Accordingly, the wire provided in the wire protection part 130 is not fixed. 120) may be affected.
  • the wire 120 may be inserted into the wire protector 130, and then the wire protector 130 may be fixed to the flexible backbone 110. According to another embodiment, after fixing the wire protector 130 to the flexible backbone 110, the wire 120 may be inserted into the wire protector 130.
  • the wire protection unit 130 may be fixed to the flexible backbone 110 one by one, or a plurality of wire protection units 130 may be fixed to the flexible backbone 110 at a time.
  • the first wire protection unit 130a may be fixed to the flexible backbone 110
  • the second and third wire protection units 130b and 130c may be sequentially fixed to the flexible backbone 110.
  • the first to third wire protection parts 130a, 130b, and 130c may be fixed to the flexible backbone 110 at a time.
  • the handler 140 may include an operation unit 142 and a wire driver 144.
  • a manipulation force may be provided to the wire 120, and then transferred to the end effector 150.
  • the operation unit 142 may be provided in the form of a handle.
  • the end effector 150 may directly contact the target site and perform a specific action according to the manipulation force provided by the handler 140.
  • the end effector 150 may be provided in various forms, such as tongs, knives, cameras, and grippers, depending on the purpose of use.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a soft mechanism according to an embodiment of the present invention. More specifically, FIG. 5 will be described based on the first wire W1 of the flexible mechanism shown in FIG. 4. In addition, the wire protection unit will be omitted and described.
  • the flexible mechanism has a structure in which the first wire W1 is wound around the outer circumferential surface of the flexible backbone, but is 360 ° from the first end face ES1 to the second end face ES2 of the flexible backbone. Can be wound in multiples of.
  • the flexible backbone may serve as a support to allow the first wire W1 to have a spiral shape.
  • the first wire W1 has a shape of winding in a multiple of 360 ° from the first end face ES1 to the second end face ES2 of the flexible backbone, the first wire W1 has a spiral shape. Can be understood.
  • the number of times that the first wire W1 is wound from the first end face ES1 to the second end face ES2 of the flexible backbone may vary according to the length of the flexible backbone.
  • FIG. 6 is a view for explaining a soft mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • the flexible mechanism 100 may have a distance between the first end face ES1 and the second end face ES2 of the wires W1, W2, and W3. This may be the same as the initial state before it occurred.
  • a distance between the first end surface ES1 and the second end surface ES2 of the flexible backbone 110 may be determined. May be L.
  • a distance between the first end surface ES1 and the second end surface ES2 of the wires W1, W2, and W3 provided in the flexible backbone 110 may be L ′.
  • L ' may be longer than L because it may be understood that the wire has a shape that winds around the outer circumferential surface of the flexible backbone.
  • the bending occurs in the flexible mechanism 100, between the first end surface ES1 and the second end surface ES2 of the flexible backbone 110.
  • the distance can be longer or shorter than the initial state L. That is, the inside of the warpage may be shorter than the initial state L and the outside of the warpage may be longer than the initial state L.
  • the distance between the first end face ES1 and the second end face ES2 of the wires W1, W2, and W3 may be kept constant. In other words, a phenomenon in which the first wire W1 protrudes outside the first end surface ES1 and the second end surface ES2 does not occur.
  • the wires W1, W2, and W3 have a structure in which the flexible backbone 110 is wound in a spiral shape.
  • the path lengths of the wires W1, W2, and W3 may be kept constant. That is, the wire length between one end and the other end of the flexible backbone may be kept constant regardless of whether the posture of the flexible backbone 110 is in a straight state or if bending occurs.
  • the inner region of the flexible backbone 110 is shorter than the initial state L, and the outer region is longer than the initial state L.
  • the wires W1, W2, and W3 are wound around the flexible backbone 110 in a spiral shape, the wires W1, W2, and W3 are affected by a change in length occurring in the inner region and the outer region of the flexible backbone 110.
  • the wire portion located in the inner region becomes loose and the wire portion located in the outer region becomes tight.
  • the loose areas of the wire and the tight areas of the wire cancel each other out.
  • the wires W1, W2, and W3 may have a length between one end ES1 and the other end ES2 of the flexible backbone 110, even when bending occurs in the flexible mechanism 100. Can remain the same.
  • the winding around the flexible backbone of the wire must be a multiple of 360 degrees.
  • FIG. 7 is a view for explaining a soft mechanism according to a modification of the present invention.
  • the groove 112 may be formed on an outer circumferential surface of the flexible backbone 110.
  • the groove part 112 is formed in a shape corresponding to the shape of the wire protection part 130. Accordingly, when the wire protection unit 130 is wound around the flexible backbone 110, it may be fixed in close contact.
  • the groove 112 may be formed by applying pressure to the surface of the flexible backbone 110 or etching the surface of the flexible backbone 110.
  • FIG. 8 is a view showing a flexible mechanism manufactured according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is a view showing an experimental example using the flexible mechanism of FIG.
  • the flexible mechanism may include the handler 140 including the manipulation unit 142 and the wire driver 144 and the wire protector 130 and the end effector 150 including the wire. It can be configured to include.
  • the wire protection unit 130 may be provided in a structure in which the flexible backbone is wound in a spiral form by a multiple of 360 °.
  • 9 (A) shows a flexible mechanism in which warping does not occur.
  • one wire is rotated 360 degrees along the outer circumferential surface of the flexible backbone between one end face and the other end face of the flexible backbone.
  • the path length of the wire is measured to be 146.69 mm.
  • 9B shows a flexible mechanism in which warpage has occurred. Even when the flexible backbone is bent, the length of the wire between one end and the other end of the flexible backbone is 146.6854 mm, and it can be seen that the flexible backbone is not substantially different from the case of the straight form. In other words, it can be seen that the relative displacement between the end of the flexible backbone and the end of the wire remains constant regardless of whether bending occurs. That is, it can be confirmed that a phenomenon in which the wire is unintentionally manipulated outside or inside the flexible backbone may be prevented even if there is a shock in the flexible mechanism.
  • the present invention described above can fundamentally prevent unintentional manipulation due to the occurrence of warping in the case of inserting a flexible mechanism inside a curved human body.
  • the wire is wound around the flexible backbone in multiples of 360 degrees so that the wire does not pull or loosen to the end effector even when the warpage occurs. That is, the phenomenon in which the wire is relatively displaced in the outward or inward direction of the flexible backbone can be eliminated by the occurrence of the warpage.
  • one embodiment of the present invention can more smoothly steer the operation of the endoscope used in the existing, it is possible to increase the life.
  • an embodiment of the present invention can be applied to the laparoscopic surgical instruments, as well as to the industrial endoscope apparatus for diagnosing the curved pipeline as an industrial.
  • the wire of the flexible mechanism according to the embodiment of the present invention described above is assumed to be provided on the outer peripheral surface of the flexible backbone, the wire may be provided on the inner peripheral surface of the flexible backbone.
  • the fact that the wire is provided on the inner circumferential surface of the flexible backbone may mean that the spiral wire passage may be formed on the surface of the flexible backbone or may be formed inside the flexible backbone.
  • the flexible backbone further includes a spiral wire passage provided through the surface of the flexible backbone, wherein the wire has a multiple of 360 degrees along the spiral wire passage from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone.
  • a spiral wire passage may be formed in an inner cross section of the flexible backbone, for example, a circular cross section, passing through a spiral passage formed inside the flexible backbone cross section from one end of the flexible backbone to the other end of the flexible backbone in multiples of 360 degrees. Whereby the wire can pass through the spiral wire passageway in multiples of 360 degrees.
  • the backbone according to an embodiment of the present invention may have a ductile characteristic while searching for a treatment site in the human body, but may have a rigid body property during the procedure of finding a treatment site. This is to remove the surgical inaccuracy caused by the backbone shaking in the procedure step.
  • One embodiment of the present invention can be utilized in diagnostic and therapeutic devices.

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Abstract

연성 메커니즘이 제공된다. 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler)를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)를 포함하고, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감을 수 있거나, 내면에 형성된 나선형 통로를 360의 배수로 통과한다.

Description

연성 메커니즘
본 발명은 연성 메커니즘에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엔드 이펙터(end-effector)를 조작하는 다수의 와이어가 연성 백본의 외주면을 나선형으로 360도의 배수 또는 360이상의 각도로 감는 메커니즘 또는 연성 백본 내면의 나선형 통로를 360의 배수의 각도로 통과하는 연성 메커니즘에 관련된 것이다.
연성 메커니즘은 굴곡이 있는 좁은 공간을 관찰 또는 치료하기 위한 용도로 사용된다. 연성 메커니즘은 위, 대장 내시경 또는 복강경 수술용 내시경 등에 이용되고 있으며, 연성 튜브, 연성 튜브의 일단에 연결된 조향 장치 및 도구, 연성 튜브의 타단에 연결된 조향 조작 기구(예를 들어, 손잡이 또는 버튼), 조향 조작 기구의 조작력을 조향 장치로 전달하는 연성 튜브 와이어 등으로 구성된다.
종래 기술에 따른 연성 메커니즘은 연성 튜브 내부에, 연성 튜브의 길이 방향으로 연장된 복수의 와이어가 직선 형태로 제공된다. 연성 튜브가 굴곡이 있는 공간 내부에 인입되는 경우, 연성 튜브에 휘어짐이 발생하고, 연성 튜브 내부의 와이어에도 휘어짐이 발생한다. 따라서, 연성 튜브의 휘어짐에 의한, 와이어의 휘어짐을 보상하기 위해 별도의 와이어 제어알고리즘 또는 기구적 장치가 요구되어, 연성 메커니즘의 동작 제어가 용이하지 않을 수 있다.
이에 따라, 굴곡진 공간 내부로 인입되어 발생되는 연성 튜브의 휘어짐에 영향 받지 않는 연성 메커니즘의 개발이 요구되는 바, 본 발명자들은 연성 튜브의 휘어짐에 영향을 받지 않는 연성 메커니즘을 발명하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 핸들러의 조작력이 엔드 이펙터에 정확히 전달되는 연성 메커니즘을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 연성 백본에 휨이 발생한 경우에도, 연성 백본의 길이와 와이어의 경로 길이가 동일하게 유지되는 연성 메커니즘을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 연성 메커니즘을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler) 를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)를 포함하고, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 중, 상기 연성 백본의 일 단 및 타 단 밖으로 돌출한 영역의 길이는 상기 연성 백본의 휨이 발생한 경우에도 일정할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어는 나선 형상으로 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 배수는 1이상의 양의 정수일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 다수의 와이어의 이동 경로가 마련된 와이어 보호부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어는 상기 와이어 보호부의 이동 경로를 따라서 마련될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 홈부가 형성되며, 상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 백본 내부로 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone) 및 상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하고, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2 개의 와이어(wire)를 포함하고, 상기 연성 백본이 직선인 경우와 상기 연성 백본이 휘어진 경우, 상기 연성 백본의 일 단과 타 단 사이의 상기 적어도 2개의 와이어의 길이는 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 적어도 2개의 와이어의 이동 경로가 마련된 적어도 2개의 와이어 보호부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 2개의 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착되고, 상기 적어도 2개의 와이어 보호부도 서로 접착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2개의 홈부가 형성되며, 상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 연성 메커니즘은 내부에 와이어가 제공되는 튜브 및 상기 튜브의 길이 방향으로 제공되는 백본을 포함하되, 상기 튜브가 상기 백본의 중심축을 360°의 배수로 회전하며 감는 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 와이어는 연성 백본을 360°의 배수로 감아서, 연성 백본에 휨이 발생한 경우에도 연성 백본의 길이와 와이어의 경로 길이를 동일하게 구현하여, 핸들러에서 제공된 조작력을 엔드 이펙터에 정확하게 전달할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 연성 백본에는 홈부가 형성되어, 와이어를 연성 백본에 밀착하여 감는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 연성 메커니즘의 사용 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 연성 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 연성 메커니즘을 이용한 실험 예를 나타낸 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, 형상 및 그 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 길이가 일정하다 또는 동일하다의 기재는 실질적으로 길이가 일정하거나 동일하다는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 일반적인 연성 메커니즘의 사용 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 일반적인 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 연성 메커니즘은 인후 수술을 위한 굴곡형 수술 시스템에 적용될 수 있다. 상기 연성 메커니즘은 연성 백본(11), 핸들러(미도시) 및 엔드 이펙터(15)를 포함할 수 있다. 상기 연성 백본(11)은 내부에 와이어를 포함하며, 인체 내로 인입될 수 있다. 상기 핸들러는, 상기 연성 백본(11)의 일단에 연결되며, 상기 와이어를 통해 상기 엔드 이펙터(15)를 조작하여, 상기 연성 메커니즘을 구동시킬 수 있다. 상기 엔드 이펙터(15)는 상기 연성 백본(11) 타단에 연결되어 인체 내로 인입되고, 상기 핸들러에 의해 조작되어 인후 수술을 수행할 수 있다. 도 1을 참조하여 설명한 일반적인 연성 메커니즘의 문제점을 도 2를 참조하여 상술하기로 한다.
도 2의 (A)를 참조하면, 일반적인 연성 메커니즘(10)은 연성 백본(11), 와이어(12), 핸들러(14) 및 엔드 이펙터(15)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연성 백본(11)은 인체 내로 인입되어, 인체 내의 경로를 따라 휘어지며, 내부에 상기 와이어(12)를 포함한다. 상기 연성 백본(11)은 인체 내로 인입되지 않는 일단이 상기 핸들러(14)와 연결되고, 인체 내로 인입되는 타단이 상기 엔드 이펙터(15)와 연결될 수 있다.
상기 와이어(12)는 상기 연성 백본(11) 내부에 제공되며, 상기 핸들러(14)에서 제공된 조작력을 상기 엔드 이펙터(15)로 전달한다. 상기 와이어(12)는 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 적어도 두 개 이상의 상기 와이어(W1, W2, W3)는 상기 연성 백본(11)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장되어 제공될 수 있다.
상기 핸들러(14)는 인체 외부에 배치되고, 시술자의 조작에 따라 상기 와이어(12)에 조작력을 제공하여, 상기 엔드 이펙터(15)의 각도 또는 동작을 조절한다.
상기 엔드 이펙터(15)는 대상 부위에 직접 접촉하여, 상기 핸들러(14)에서 제공된 조작력에 따라, 특정 행위를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 이펙터(15)는 집게 형태로 제공될 수 있다.
도 2의 (B)를 참조하면, 직선 형태의 상기 연성 메커니즘(10)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(11) 내부의 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 길이가 변함을 알 수 있다. 즉, 상기 연성 백본(11)과 상기 와이어들(W1, W2, W3) 사이의 상대적인 변위가 발생함을 확인할 수 있다.
보다 구체적인 설명을 위하여, 다시 도 2의 (A)를 참조하면, 상기 연성 백본(11)이 직선 형태인 경우, 상기 연성 백본(11)의 제1 단면(ES1)과 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 L일 수 있다. 이 경우, 상기 연성 백본(11)의 내부에 마련된 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리도 L과 동일할 수 있다. 이 경우, 연성 백본(11)과 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 길이가 서로 동일하므로 상대적인 변위는 0 인 것으로 이해할 수 있다.
이 때, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 연성 메커니즘(10)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(11)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지거나 짧아질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (B)에 도시된 A 영역을 참조하면, 상기 연성 백본(11)의 휨 방향을 기준으로 내측에 위치한 영역의 경우, 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 짧아지게 된다. 따라서, 제1 와이어(W1)는 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2)을 지나서 돌출되게 된다. 이 경우, 돌출된 상기 제1 와이어(W1)는 상기 엔드 이펙터(15)를 의도치 않은 방향 또는 힘으로 조작하게 되므로 시술 및/또는 수술 상의 위험을 초래하게 된다. 다른 예를 들어, 도 2의 (B)에 도시된 B 영역을 참조하면, 상기 연성 백본(11)의 휨 방향을 기준으로 외측에 위치한 영역의 경우, 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지게 된다. 따라서, 제3 와이어(W3)는 상기 제1 단면(ES1)에서 상기 제2 단면(ES2) 사이에 이르지 못하게 된다. 이 경우에도 상기 연성 백본(11) 내측에 함입된 상기 제3 와이어(W3)는 상기 엔드 이펙터(15)를 의도치 않은 방향 또는 힘으로 조작하게 되므로 시술 및/또는 수술 상의 위험을 초래하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 연성 메커니즘(100)은 연성 백본(110), 와이어(120), 와이어 보호부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 나아가, 상기 연성 메커니즘(100)은 핸들러(140) 및 엔드 이펙터(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 연성 메커니즘(100)은 위 내시경, 대장 내시경, 기관지 내시경 등 인체용 내시경 또는 산업용 내시경 등 인체에 삽입되는 진단 또는 치료용 도구로 이용될 수 있다.
상기 연성 백본(110)은 인체 내로 인입되어, 인체 내의 경로를 따라 임의의 방향으로 휘어지며, 상기 와이어(120)를 지지하는 지지체로써 제공된다. 상기 연성 백본(110)의 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 연성 백본(110)의 형상은 단면이 원형인 튜브 형상일 수 있다. 이 때, 튜브의 내부에는 중공이 형성될 수도 있고 중공이 형성되지 아니할 수도 있다.
상기 연성 백본(110)의 일단은 인체 내로 인입되지 않는 핸들러(140)와 연결되고, 타단은 인체 내로 인입되는 상기 엔드 이펙터(150)와 연결될 수 있다.
상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110)의 외주면을 360°의 배수로 감는, 나선 형상으로 제공되며, 상기 배수는 1 이상의 양의 정수이다. 이 때, 360°의 배수의 배수라 함은, 실질적인 360°의 배수를 의미하는 것으로, 오차 범위를 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
상기 와이어(120)는 상기 핸들러(140)에서 제공된 조작력을 상기 엔드 이펙터(150)로 전달할 수 있다. 상기 와이어(120)는 예를 들어 철로 이루어질 수 있다. 상기 와이어(120)는 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 와이어(120)는 제1 내지 제3 와이어(W1, W2, W3)으로 이루어진 것을 상정하기로 한다.
상기 와이어 보호부(130)는 상기 와이어(120)의 이동 경로를 제공한다. 상기 와이어 보호부(130)는 상기 와이어(120)와 같이, 상기 연성 백본(110)의 외주면을 360°의 배수로 감는 나선 형상으로 제공되며, 적어도 두 개 이상 제공될 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)는 내부에 중공이 형성된 튜브 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)의 중공은 상기 와이어(120)가 이동할 수 있는 이동 경로를 제공할 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)의 내경은 상기 와이어(120)의 외경보다 넓을 수 있다. 이로써 상기 와이어(120)는 상기 와이어(120)의 폭 방향으로 여유 공간을 가질 수 있다.
이를 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 와이어 보호부(130)는 제1 와이어(W1)를 위한 제1 와이어 보호부(130a), 제2 와이어(W2)를 위한 제2 와이어 보호부(130b), 제3 와이어(W3)를 위한 제3 와이어 보호부(130c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)는 인체의 조직과 반응성이 낮은 고무, 합성 수지, 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
상기 와이어 보호부(130)는 상기 연성 백본(110)에 고정되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어 보호부(130)는 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 제공될 수 있다. 또한, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에서 나선 형상을 형성할 때, 상기 와이어 보호부(130)는 인접한 측면이 접착되어 제공될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 제1 와이어 보호부(130a), 상기 제2 와이어 보호부(130b), 및 상기 제3 와이어 보호부(130c)의 측면은 서로 접착되어 제공될 수 있다.
상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 고정됨으로 인해, 상기 와이어 보호부(130) 내부의 중공에 제공되는 상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110) 외주면의 일정 위치에 고정적으로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 상기 와이어(120)는 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하기 전과 동일하게 상기 연성 백본(110) 외주면 상에 위치할 수 있다. 만약, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)의 외주면에 접착되어 제공되지 않는 경우, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하면, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110) 외주면에서 형성하는 나선 형상이 일정하지 않게 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 연성 백본(110)의 휨 방향을 기준으로, 휨의 내측에서는 상기 와이어 보호부(130)의 측면 사이 간격이 좁아지고, 휨의 외측에서는 상기 와이어 보호부(130)의 측면 사이 간격이 넓게 벌어질 수 있다. 따라서, 상기 연성 백본(110)에 휨이 발생하는 경우, 상기 와이어 보호부(130)의 나선 형상의 감김 또는 풀림이 일정하지 않으며, 이에 따라, 상기 와이어 보호부(130) 내에 제공되는 상기 와이어(120)가 영향 받을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 와이어(120)를 상기 와이어 보호부(130) 내부에 넣은 뒤, 상기 와이어 보호부(130)를 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)를 상기 연성 백본(110)에 고정한 뒤, 상기 와이어(120)를 상기 와이어 보호부(130) 내부에 넣을 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 보호부(130)는 한 개씩 상기 연성 백본(110)에 고정되거나, 또는 복수 개를 한 번에 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 와이어 보호부(130a)를 상기 연성 백본(110)에 고정한 뒤, 상기 제2 및 제3 와이어 보호부(130b, 130c)를 순차적으로 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다. 또는, 상기 제1 내지 제3 와이어 보호부(130a, 130b, 130c)를 한 번에 상기 연성 백본(110)에 고정할 수 있다.
상기 핸들러(140)는 조작부(142) 및 와이어 구동부(144)를 포함하여 구성될 수 있다. 시술자가 상기 조작부(142)를 조작하여 상기 와이어 구동부(144)를 구동하면, 상기 와이어(120)로 조작력이 제공되어, 상기 엔드 이펙터(150)에 전달될 수 있다. 예를 들어, 상기 조작부(142)는 손잡이 형태로 제공될 수 있다.
상기 엔드 이펙터(150)는 대상 부위에 직접 접촉하여, 상기 핸들러(140)에서 제공된 조작력에 따라, 특정 행위를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 엔드 이펙터(150)는 사용 목적에 따라, 집게, 나이프, 카메라, 그리퍼(gripper) 등 다양한 형태로 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 개념도이다. 보다 구체적으로 도 5는 도 4에 도시된 연성 메커니즘 중 제1 와이어(W1)를 중심으로 설명하기로 한다. 또한 와이어 보호부는 생략하고 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 연성 메커니즘은 상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 외주면을 감는 구조를 가지되, 상기 연성 백본의 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 360°의 배수로 감을 수 있다. 다른 관점에서, 상기 연성 백본은 상기 제1 와이어(W1)가 나선 형상을 가질 수 있도록 지지대 역할을 수행할 수 있는 것이다.
상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 상기 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 360°의 배수로 감는 형상을 가지기 때문에, 상기 제1 와이어(W1)는 나선 형상을 가지는 것으로 이해될 수 있다.
이 때, 상기 제1 와이어(W1)가 상기 연성 백본의 상기 제1 단면(ES1)에서 제2 단면(ES2)까지 감는 배수는 상기 연성 백본의 길이에 따라 다양할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하여, 상기 제1 와이어(W1)를 중심으로 설명하였으나, 본 기술적 사상은 다른 와이어에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 연성 메커니즘(100)은 휨이 발생하여도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리가, 휨이 발생하기 전인, 초기 상태와 동일할 수 있다.
구체적으로, 도 6의 (A)를 참조하면, 상기 연성 백본(110)이 직선 형태인 경우, 상기 연성 백본(110)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 L일 수 있다. 이 경우, 상기 연성 백본(110)의 내부에 마련된 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리는 L'일 수 있다. L'는 L 보다 길 수 있는데 이는 와이어가 연성 백본의 외주면을 감는 형상을 가지기 때문인 것으로 이해될 수 있다.
만약, 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우, 상기 연성 백본(110)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이의 거리는 초기 상태 L 보다 길어지거나 짧아질 수 있다. 즉 휨의 내측은 초기 상태 L 보다 짧아지고 휨의 외측은 초기 상태 L 보다 길어질 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 사이 거리는, 일정하게 유지될 수 있다. 다시 말해, 제1 와이어(W1)가 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 외측으로 돌출하는 현상이 발생하지 않는다. 또한, 제3 와이어(W3)가 상기 제1 단면(ES1)과 상기 제2 단면(ES2) 내측으로 인입되는 현상이 발생하지 않는다. 이에 따라, 상기 핸들러(140)의 조작력이 상기 엔드 이펙터(150)에 정확하게 전달되어, 상기 연성 메커니즘(100)을 이용한 시술 및/또는 수술의 정확도가 향상될 수 있다. 이하, 휨이 발생하는 경우에도 와이어의 길이가 일정하게 유지되는 메커니즘을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상술한 바와 같이 상기 와이어들(W1, W2, W3)이 나선 형상으로 상기 연성 백본(110)을 감는 구조를 가지고 있다. 이로 인해, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 와이어들(W1, W2, W3)의 경로 길이는 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 연성 백본(110)의 자세가 직선 상태이거나 휨이 발생한지 여부에 관계 없이, 연성 백본의 일 단과 타 단 사이의 와이어 길이는 일정하게 유지될 수 있다. 구체적으로, 상기 연성 백본(110)이 휘어지면, 상기 연성 백본(110)의 내측 영역은 초기 상태 L보다 길이가 짧아지고, 외측 영역은 초기 상태 L보다 길이가 길어진다. 이때, 상기 와이어들(W1, W2, W3)은 상기 연성 백본(110)을 나선 형상으로 감기 때문에, 상기 연성 백본(110)의 내측 영역과 외측 영역에서 발생하는 길이 변화에 모두 영향을 받는다. 다시 말해, 내측 영역에 위치한 와이어 부분은 느슨해지게 되고, 외측 영역에 위치한 와이어 부분은 타이트해지게 된다. 이로써, 와이어의 느슨해진 영역과 와이어의 타이트한 영역이 서로 상쇄되게 된다. 이에 따라, 상기 와이어들(W1, W2, W3)은, 상기 연성 메커니즘(100)에 휨이 발생한 경우에도, 상기 연성 백본(110)의 일 단(ES1)과 타 단(ES2) 사이의 길이는 동일하게 유지될 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해 와이어의 연성 백본 주위로 감는 주기는 360도의 배수가 되어야 한다.
본 발명의 효과에 대한 실험적인 설명은 이후 도 9를 참조하여 상술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 연성 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하여 설명한 실시 예에서는 상기 연성 백본(110)의 표면이 평면인 것을 상정하였으나, 도 7을 참조하여 설명할 변형 예에서는 상기 연성 백본(110)의 표면에 홈부(112)가 형성된다는 점에서 차이점이 있다.
도 7을 참조하면, 상기 연성 백본(110)의 외주면에 상기 홈부(112)가 형성될 수 있다. 상기 홈부(112)는 상기 와이어 보호부(130)의 형태에 대응하는 형태로 형성된다. 이에 따라, 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본(110)을 감을 때, 밀착하여 고정될 수 있다.
상기 홈부(112)는 상기 연성 백본(110)의 표면에 압력을 가하는 방법 또는 상기 연성 백본(110)의 표면을 식각하는 방법 등으로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 연성 메커니즘을 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 연성 메커니즘을 이용한 실험 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 연성 메커니즘은 상기 조작부(142) 및 상기 와이어 구동부(144)를 포함하는 상기 핸들러(140)와 상기 와이어를 포함하는 상기 와이어 보호부(130) 및 상기 엔드 이펙터(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 와이어 보호부(130)가 상기 연성 백본을 360°의 배수만큼 나선 형태로 감는 구조로 제공될 수 있다.
도 9 (A)는 휨이 발생하지 않은 연성 메커니즘을 나타낸다. 도 9(A)를 참조하면 연성 백본의 일 단면과 타 단면 사이에, 하나의 와이어를 연성 백본의 외주면을 따라 360도 회전시켜 감은 것을 확인할 수 있다. 이 때, 와이어의 경로 길이는 146.69mm로 측정된다. 도 9 (B)는 휨이 발생한 연성 메커니즘의 나타낸다. 연성 백본에 휘어짐에 발생한 경우에도 연성 백본의 일 단과 타 단 사이 와이어의 길이는 146.6854mm로, 연성 백본이 직선 형태인 경우와 실질적으로 차이가 없는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 휨의 발생 여부에 관계 없이 연성 백본의 단부와 와이어의 단부 사이의 상대적인 변위는 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 연성 메커니즘에 훰이 발생하더라도 의도하지 아니하게 연성 백본 외측으로 또는 내측으로 와이어가 조작되는 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 본 발명은 굴곡이 많은 인체 내부에 연성 메커니즘을 삽입할 경우에 휨의 발생에 의한 비-의도된 조작을 원천적으로 방지할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 일반적인 연성 메커니즘의 경우, 휨의 발생에 의하여 엔드 이펙터에 대하여 비 의도된 와이어의 당김이나 풀림 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이는 와이어 조작의 어려움을 야기한다는 점, 와이어의 끊김을 야기한다는 점, 비-의도된 엔드 이펙터의 동작이 발생한다는 점에서 치명적인 단점을 가지고 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 와이어를 연성 백본에 360도의 배수로 감음으로써, 휨의 발생에도 엔드 이펙터에 대한 와이어의 당김이나 풀림이 발생하지 않게 된다. 즉, 휨의 발생에 의하여 와이어가 연성 백본의 외측 또는 내측 방향으로 상대적인 변위가 발생하는 현상이 제거될 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시 예는 기존에 쓰이는 내시경의 조향 동작을 보다 원활하게 할 수 있고, 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예는 복강경 수술 도구에 적용될 수 있음은 물론이고 나아가 산업용으로서 굴곡진 파이프 라인 내부를 진단하는 산업용 내시경 장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 연성 메커니즘의 와이어는 연성 백본의 외주면에 마련되는 것을 상정하여 설명하였으나, 와이어가 연성 백본의 내주면에 마련되는 것도 가능할 수 있다. 이 때, 와이어가 연성 백본의 내주면에 마련된다고 함은, 상기 나선형 와이어 통로가 상기 연성 백본의 표면에 형성될 수도 있고, 상기 연성 백본의 내측에 형성될 수도 있음을 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며, 상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과할 수 있다. 다시 말해, 연성 백본의 내부 단면 예를 들어 원형 단면에 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본 단면 내부에 형성된 나선형 통로를 360도의 배수로 통과하는 나선형 와이어 통로가 형성될 수 있고, 이로써, 와이어는 360도의 배수로 나선형 와이어 통로를 통과할 수 있다.
한편 본 발명의 일 실시 예에 따른 백본은 인체 내의 시술 부위를 찾아가는 동안에는 연성의 특성을 가지지만, 시술 부위를 찾은 후 시술을 하는 단계에서는 강체의 특성을 가질 수 있다(flexible to rigid). 이는 시술 단계에서 백본의 흔들림에 의한 시술 부 정확성을 제거하기 위함이다.
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.
본 발명의 일 실시 예는 진단 및 치료 기기에 활용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone); 및
    상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러(handler)를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하는 와이어(wire)를 포함하고,
    상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 연장하되, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는 연성 메커니즘.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 중, 상기 연성 백본의 일 단 및 타 단 밖으로 돌출한 영역의 길이는 상기 연성 백본의 휨이 발생한 경우에도 일정한 연성 메커니즘.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 와이어는 나선 형상으로 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 연성 메커니즘.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 배수는 1이상의 양의 정수인 연성 메커니즘.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 와이어의 이동 경로가 마련된 와이어 보호부를 더 포함하는 연성 메커니즘.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 와이어 보호부의 이동 경로를 따라서 마련되는 연성 메커니즘.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착된 연성 메커니즘.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 홈부가 형성되며,
    상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착되는 연성 메커니즘.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 연성 백본은 상기 연성 백본의 표면으로부터 인입하여 마련된 나선형 와이어 통로를 더 포함하며,
    상기 와이어는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 나선형 와이어 통로를 따라 360도의 배수로 통과하는 연성 메커니즘.
  10. 인체 내의 시술 부위로 인입되되, 인체 내의 경로를 따라 휘어지는 연성 백본(backbone); 및
    상기 연성 백본의 일 단에 마련된 핸들러를 통하여 제공된 조작력을 상기 연성 백본의 타 측에 마련되는 엔드 이펙터(end-effector)로 전달하고, 상기 연성 백본의 외주면 또는 내주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2 개의 와이어(wire)를 포함하고,
    상기 연성 백본이 직선인 경우와 상기 연성 백본이 휘어진 경우, 상기 연성 백본의 일 단과 타 단 사이의 상기 적어도 2개의 와이어의 길이는 동일한 연성 메커니즘.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감고, 내부에 상기 적어도 2개의 와이어의 이동 경로가 마련된 적어도 2개의 와이어 보호부를 더 포함하는 연성 메커니즘.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 와이어 보호부는 상기 연성 백본에 접착되고, 상기 적어도 2개의 와이어 보호부도 서로 접착되는 연성 메커니즘.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 연성 백본의 외주면에는 상기 연성 백본의 일 단에서 상기 연성 백본의 타 단까지 상기 연성 백본의 외주면을 360도의 배수로 감는 적어도 2개의 홈부가 형성되며,
    상기 와이어 보호부는 상기 홈부에 안착되는 연성 메커니즘.
  14. 내부에 와이어가 제공되는 튜브; 및
    상기 튜브의 길이 방향으로 제공되는 백본을 포함하되,
    상기 튜브가 상기 백본의 중심축을 360°의 배수로 회전하며 감는 구조로 제공되는 연성 메커니즘.
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