WO2018236104A1 - 약물전달용 로봇 - Google Patents

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WO2018236104A1
WO2018236104A1 PCT/KR2018/006839 KR2018006839W WO2018236104A1 WO 2018236104 A1 WO2018236104 A1 WO 2018236104A1 KR 2018006839 W KR2018006839 W KR 2018006839W WO 2018236104 A1 WO2018236104 A1 WO 2018236104A1
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WO
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magnet
rotating magnet
pole
storage space
fixed
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Application number
PCT/KR2018/006839
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English (en)
French (fr)
Inventor
장건희
남재광
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a drug delivery robot, and more particularly, to a drug delivery robot capable of movement and drug delivery by controlling an external magnetic field.
  • the magnetic robot can be inserted inside the human body to perform a medical action.
  • the magnetic robot is small in size, so it is easy to carry out a medical operation for a part where the doctor moves directly inside the human body to diagnose a disease or deliver medication.
  • a magnetic robot when used for drug delivery, it can be used to treat lesions inside the human body, or drilling can be carried out more smoothly to puncture organs such as blood vessels, intestines, and large intestines It is used to assist.
  • the existing magnetic robots for drug delivery have a problem that it is difficult to completely seal the nozzle for delivering the drug, so that the drug is leaked, the movement is stopped, and the drug is not easily delivered.
  • the present invention provides a drug delivery robot capable of movement and drug delivery according to a coronary tissue in a human body by an external magnetic field control.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a robot for drug delivery.
  • a drug delivery robot includes a storage space in which a drug is stored, a first storage portion formed in front of the storage space along a first direction, a discharge port communicating with the first storage portion outside, A front rotary magnet disposed in the first receiving portion and having a center axis disposed in a second direction perpendicular to the first direction, a body having a first communicating opening communicating with the first accommodating portion, And a second fixed magnet fixedly coupled to the other side of the body with the storage space interposed therebetween, the second fixed magnet being disposed opposite to the first fixed magnet in a polarity different from the first fixed magnet,
  • the forward rotating magnet is selectively rotatable by an external magnetic field control about either one of the first direction and the second direction, , When the body rotates about the first direction together and the front rotating magnet rotates about the second direction, the front rotating magnet rotates about the first stationary magnet and the second stationary magnet And the first communication hole is opened and closed by the magnetic force with the magnet.
  • the front rotating magnet is cylindrical, and the N pole and the S pole can be in contact with each other with the central axis interposed therebetween.
  • the first stationary magnet applies a magnetic force to one of the north pole and the south pole of the forward rotating magnet
  • the second stationary magnet applies a magnetic force to one of the north pole and the south pole of the forward rotating magnet
  • a magnetic force can be applied to the magnetic field
  • the forward rotating magnet is restricted in rotation about the first direction in the first accommodating portion, and is freely rotatable about the second direction.
  • the inner diameter of the first accommodating portion may be larger than the outer diameter of the front rotating magnet.
  • the body may be formed with a spiral protrusion along the periphery.
  • the body may include a second accommodating portion formed on the rear side of the storage space along the first direction, an inflow opening communicating with the second accommodating portion, and a second accommodating portion communicating with the storage space and the second accommodating portion
  • the medicine delivery robot has a second communicating port and is located in the second accommodating portion and has a center axis arranged in the second direction perpendicular to the first direction, Further comprising: a third fixed magnet fixedly coupled to one side of the body; and a fourth fixed magnet fixedly coupled to the other side of the body with the storage space interposed therebetween, the fourth fixed magnet being disposed opposite to each other in polarity from the third fixed magnet
  • the rear rotation magnet is selectively rotatable by an external magnetic field control about either one of the first direction and the second direction, and the rear rotation magnet is rotatable about the first direction
  • the rear rotating magnet rotates together with the third stationary magnet and the fourth stationary magnet
  • the second communication hole can
  • the rear rotating magnet is cylindrical, and the N-pole and the S-pole can be in contact with each other with the central axis interposed therebetween.
  • the third fixed magnet applies a magnetic force to one of the N pole and the S pole of the rear rotating magnet
  • the fourth stationary magnet applies a magnetic force to one of the N pole and the S pole of the rear rotating magnet
  • the inner diameter of the second accommodating portion may be larger than the outer diameter of the rear rotating magnet.
  • a drug delivery robot includes a storage space in which a drug is stored, a second storage portion formed in the rear of the storage space along a first direction, an inlet through which the second storage portion communicates with the outside, A rear rotating magnet disposed in the second receiving portion and having a central axis disposed in a second direction perpendicular to the first direction, a body having a second communicating hole communicating with the second accommodating portion, A third fixed magnet fixedly coupled to one side of the body at a front side of the body, and a fourth fixed magnet fixedly coupled to the other side of the body with the storage space interposed therebetween,
  • the backward rotating magnet is selectively rotatable by an external magnetic field control about any one of the first direction and the second direction, , When the body rotates together with the first direction about the first direction and the rear rotating magnet rotates about the second direction, the rear rotating magnet rotates about the third stationary magnet and the fourth stationary magnet And the second communication hole is opened or closed by the magnetic force with the magnet.
  • the robot for drug delivery can rotate and drill around the first directional axis.
  • the front rotating magnet and the rear rotating magnet close the communication port by the magnetic force of the stationary magnets, so that the external leakage of the drug in the storage space is prevented.
  • the drug delivery robot can precisely discharge the medicine stored in the body to the outside.
  • the released drug softens the stenosis in the coronary tissue and can then easily penetrate the stenosis site by performing drilling of the drug delivery robot.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining movement of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining drug delivery of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining drilling of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining magnetic force between magnets included in a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • the drug delivery robot includes a storage space in which a drug is stored, a first storage portion formed in front of the storage space along a first direction, a discharge port communicating with the first storage portion outside, A front rotating magnet disposed in the first receiving portion and having a central axis disposed in a second direction perpendicular to the first direction, a body having a first communicating port communicating with the body, And a second fixed magnet fixedly coupled to the other side of the body with the storage space interposed therebetween, the second fixed magnet being disposed opposite to the first fixed magnet in a polarity different from the first fixed magnet, Is an external magnetic field control, and is selectively rotatable about one of the first direction and the second direction, and when the forward rotating magnet rotates about the first direction, When the body rotates together with the first direction about the first direction and the front rotating magnet rotates about the second direction, the front rotating magnet is rotated about the magnetic force with the first stationary magnet and the second stationary magnet Thereby opening and closing the first communication hole.
  • first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • a drug delivery robot is movable along a coronary tissue such as a blood vessel, a large intestine, or a small intestine of a human body, softens a stenotic portion in a coronary tissue by delivering a drug, You can pierce the site.
  • the drug delivery robot includes a body 100, a front rotating magnet 210, a rear rotating magnet 220, a first stationary magnet 310, a second stationary magnet 320, a third stationary magnet 330, And includes a fixed magnet 340.
  • the plurality of magnets 210, 220, 310, 320, 330, and 340 are provided such that the N pole and the S pole are in contact with each other.
  • the darkened portion is N pole, .
  • a storage space 110, a first storage unit 120, and a second storage unit 130 are formed in the body 100.
  • the second accommodating portion 130, the storage space 110, and the first accommodating portion 120 are sequentially positioned from the rear end of the body 110 to the front end thereof.
  • the direction in which the second accommodating portion 130, the storage space 110, and the first accommodating portion 120 are sequentially positioned is referred to as a first direction x, and when viewed from above, the first direction x ) Is referred to as a second direction (y).
  • a direction perpendicular to the first direction (x) and the second direction (y) is referred to as a third direction (z).
  • the storage space 110 is provided in a space where the drug is stored, and the drug may be stored in a liquid or solid form in the storage space 110. In addition, the drug may be stored in powder form.
  • the first accommodating portion 120 provides a space in which the front rotating magnet 210 is located.
  • the first accommodating portion 120 communicates with the storage space 110 through the first communication hole 122 and communicates with the outside through a discharge port 124 formed at the tip of the body 100.
  • the medicine stored in the storage space 110 is supplied to the outside through the first communication port 122, the first storage unit 120, and the discharge port 124 sequentially.
  • the second accommodating portion 130 provides a space in which the rear rotating magnet 220 is located.
  • the second receptacle 130 communicates with the storage space 110 through the second communication port 132 and communicates with the outside through the inlet 134 formed at the rear end of the body 100.
  • the fluid staying outside the body 100 flows into the second accommodating portion 130 through the inlet 134 and can be supplied into the storage space 110 through the second communicating hole 132.
  • the fluid may be blood.
  • the front rotary magnet 210 may be located in the first receiving portion 120. According to the embodiment, the front rotating magnet 210 is provided in a cylindrical shape, and its center axis 212 is arranged in a second direction y. The front rotary magnet 210 may be arranged so that the N pole and the S pole are in contact with each other with the center axis 212 therebetween.
  • the outer diameter of the front rotary magnet 210 may be smaller than the inner diameter of the first accommodating portion 120.
  • the length of the front rotating magnet 210 in the second direction y is longer than the height of the first receiving portion 120 in the third direction z.
  • the front rotary magnet 210 can be freely rotated in the first direction 120 about the first direction x, and can freely rotate in the second direction y.
  • the front rotary magnet 210 is selectively rotatable about either the first direction (x) or the second direction (y) through the control of the external magnetic field. For example, when the front rotary magnet 210 rotates about the first direction x, the body 100 may rotate together about the first direction x. For example, when the front rotary magnet 210 rotates about the second direction y, the front rotary magnet 210 is rotated about the first and second stationary magnets 310 and 320, The first communication hole 122 can be opened and closed.
  • the front rotating magnet 210 when a force acts between the front rotating magnet 210 and the first and second stationary magnets 310 and 320, the front rotating magnet 210 is moved toward the first and second stationary magnets 310 and 320 Whereby the first communication hole 122 is closed by the front rotating magnet 210.
  • the repulsive force acts between the front rotating magnet 210 and the first and second stationary magnets 310 and 320 so that the front rotating magnet 210 moves toward the opposite side of the first and second stationary magnets 310 and 320 So that the first communication hole 122 can be opened.
  • the medicine stored in the storage space 110 passes through the first storage part 120 and is discharged to the body 100 through the discharge opening 124.
  • the rear rotating magnet 220 may be located in the second receiving portion 130.
  • the rear rotating magnet 220 may have the same shape as the front rotating magnet 210.
  • the rear rotation magnet 220 is provided in a cylindrical shape, and its center axis 222 is disposed in a second direction (y).
  • the rear rotation magnet 220 may be disposed such that the N pole and the S pole are in contact with each other with the center axis 222 interposed therebetween.
  • the outer diameter of the rear rotation magnet 220 may be smaller than the inner diameter of the second accommodating portion 130.
  • the length of the rear rotation magnet 220 in the second direction y is longer than the height of the second accommodation portion 130 in the third direction z.
  • the rear rotary magnet 220 is restricted from rotating in the first direction x within the second receiving portion 130, and is freely rotatable about the second direction y.
  • the rear rotary magnet 220 is selectively rotatable about either the first direction (x) or the second direction (y) through the control of the external magnetic field. For example, when the rear rotary magnet 220 rotates about the first direction x, the body 100 may rotate together about the first direction x. The rotation of the rear rotary magnet 220 causes the magnetic force with respect to the third and fourth stationary magnets 330 and 340 to be different from each other, The second communication port 132 can be opened and closed.
  • the first fixed magnet 310 may be fixedly coupled to one side of the body 100 at a rear side of the front rotary magnet 210.
  • a groove may be formed on one side of the body 100, and the first fixed magnet 310 may be fixedly coupled to the groove.
  • the polarity of one of the N pole and the S pole is located adjacent to the front rotary magnet 210, and the other polarity is located farther away.
  • the first fixed magnet 310 transmits magnetic force to the front rotating magnet 210 in a polarity adjacent to the front rotating magnet 210.
  • the second fixed magnet 320 may be fixedly coupled to the other side of the body 100 at a rear side of the front rotating magnet 210. Specifically, the second fixed magnet 320 may be disposed opposite to the first fixed magnet 310 at different polarities with the storage space 110 therebetween. The influence of the external magnetic field is increased between the first fixed magnet 310 and the second fixed magnet 320 due to the magnetic force acting between the polarity of the first fixed magnet 310 and the polarity of the second fixed magnet 320 It does not go crazy. The second fixed magnet 320 transmits magnetic force to the front rotating magnet 210 with a polarity adjacent to the front rotating magnet 210.
  • the first and second stationary magnets 310 and 320 are magnetized by the polarities different from each other due to the arrangement of the first and second stationary magnets 310 and 320 described above.
  • the first fixed magnet 310 applies a magnetic force to one pole of the front rotary magnet 210 and the second fixed magnet 320 applies a magnetic force to the other pole of the front rotary magnet 210 . Accordingly, the forces generated in the first and second fixed magnets 310 and 320 and the front rotary magnet 210 may be equal to each other due to attractive force or repulsive force.
  • the third fixed magnet 330 can be fixedly coupled to the one side of the body 100 in front of the rear rotating magnet 210.
  • a groove may be formed on one side of the body 100, and a third fixed magnet 310 may be fixedly coupled to the groove.
  • the polarity of one of the N pole and the S pole is located adjacent to the rear rotary magnet 220, and the other polarity is located farther away.
  • the third fixed magnet 330 transmits magnetic force to the rear rotary magnet 220 in a polarity adjacent to the rear rotary magnet 220.
  • the fourth fixed magnet 340 may be fixedly coupled to the other side of the body 100 in front of the rear rotating magnet 220. Specifically, the fourth fixed magnet 340 may be disposed opposite to the third fixed magnet 330 with different polarities with the storage space 110 interposed therebetween. The third permanent magnet 330 and the fourth fixed magnet 340 are affected by the external magnetic field due to the magnetic force acting between the polarity of the third fixed magnet 330 and the polarity of the fourth fixed magnet 340 It does not go crazy. The fourth fixed magnet (340) transmits magnetic force to the rear rotating magnet (220) with a polarity adjacent to the rear rotating magnet (220).
  • the first and second stationary magnets 330 and 340 apply a magnetic force to the rear rotating magnet 220 with a polarity different from each other.
  • the third fixed magnet 330 applies a magnetic force to one pole of the rear rotary magnet 220 and the fourth fixed magnet 340 applies a magnetic force to the other pole of the rear rotary magnet 220 . Accordingly, the forces generated in the third and fourth stationary magnets 330 and 340 and the rear rotating magnet 220 can be equal to each other by attraction or repulsion.
  • the magnetic torque may be formed by a first magnetic torque about the first direction (x) and a second magnetic torque about the second direction (y).
  • the front rotary magnet 210 and the rear rotary magnet 220 rotate about the first direction x.
  • the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 are rotated together with the body 100 in the first direction x by the spatial restriction of the first receiving portion 120 and the second receiving portion 130 do.
  • the drug delivery robot can perform the movement and the drilling operation.
  • the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 rotate about the second direction y, respectively. Since the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 have an outer diameter smaller than that of the first receiving portion 120 and the second receiving portion 130, the first receiving portion 120 and the second receiving portion 130 ). ≪ / RTI >
  • Gravitational force and repulsive force are sequentially and repeatedly generated between the front rotary magnet 210 and the first and second stationary magnets 310 and 320 while the front rotary magnet 210 rotates about the second direction y .
  • the attracting force and the repulsive force are generated once every rotation of the forward rotating magnet 210.
  • the attraction force acts to pull the front rotary magnet 210 toward the first and second stationary magnets 310 and 320 so that the front rotary magnet 210 closes the first communication hole 122.
  • the repulsive force acts on the front rotary magnet 210 in a direction away from the first and second stationary magnets 310 and 320, thereby opening the first communication hole 122
  • the attraction force acts to pull the rear rotary magnet 220 toward the third and fourth stationary magnets 330 and 340 so that the rear rotary magnet 220 closes the second communication hole 132.
  • the repulsive force acts on the rear rotating magnet 220 in a direction away from the side of the third and fourth stationary magnets 330 and 340 so that the second communication hole 132 is opened
  • the external magnetic field selectively forms the first magnetic torque and the second magnetic torque.
  • a first magnetic torque is formed during movement and drilling of the drug delivery robot, and a second magnetic torque is formed during drug delivery.
  • the forward rotation magnet 210 and the rear rotation magnet 220 are not rotated about the second direction y during the movement of the drug delivery robot, the first to fourth stationary magnets 310, 320, 330, and 340 are closed. As a result, the drug delivery robot is prevented from leaking out of the drug during the movement.
  • the amount of drug discharged can be precisely controlled by controlling the number of rotations of the magnet 210 and the rear rotating magnet 220.
  • the magnetic torque received by the external magnetic field is calculated by the following equation (1), and the rotating magnetic field received by the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 by the external magnetic field is calculated by the following equation (2).
  • T e is the torque the magnet receives by the external magnetic field
  • m is the magnetic moment
  • the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 rotate about the first direction x
  • the body 100 rotates about the first direction x.
  • the drug delivery robot can move and drill.
  • the magnetic fields generated by the first to fourth stationary magnets 310, 320, 330, and 340 are ⁇ of the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220
  • the first and second stationary magnets 310 and 320 and the rear rotating magnet 220 and the third and fourth stationary magnets 330 and 340 So that the first and second communication ports 122 and 132 can be closed.
  • the dipole a of the first to fourth fixed magnets 310, 320, 330 and 340 causes the dipole b of the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 Can be calculated by the following equation (3).
  • ⁇ 0 is the permeability in air
  • r is the vector with dipole a to b
  • r is the vector size
  • m a is the magnetic moment of dipole a
  • m b is the magnetic moment of dipole b
  • the front rotary magnet 210 and the rear rotary magnet 220 can close the first and second communication ports 122 and 132 by the attraction force.
  • attraction force and repulsive force generated between the plurality of magnets are determined by the rotation angles of the front rotary magnet 210 and the rear rotary magnet 220, and the rotation angles of the first to fourth stationary magnets 310 and 320 , 330, and 340, respectively.
  • the magnetic field generated by the first to fourth stationary magnets 310, 320, 330, and 340 can be calculated by the following equations (4) and (5) as the magnetic field generated by dipole a and dipole b.
  • T ab is the magnetic field torque generated by dipoles a and b
  • m b is the magnetic moment of dipole b
  • ⁇ 0 is the magnetic permeability in air
  • r is the vector from dipole a to b
  • r is the magnitude of the vector
  • m a is the magnetic moment of dipole a
  • the magnetic field generated by the first to fourth stationary magnets 310, 320, 330 and 340 aligns the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 in the 90 ° direction, .
  • the fluid can be discharged to the outside of the body 110 from the storage space 110 because the fluid moves together by the viscous force.
  • FIG. 3 is a view for explaining movement of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • the body 100 when a rotating magnetic field is formed around the first direction (x) from the outside, the front rotating magnet 210 and the rear rotating magnet 220 are rotated about the first direction (x) Accordingly, the body 100 also rotates about the first direction x. As the body 100 rotates about the first direction x, the body 100 can move in a first direction x.
  • FIG. 4 is a view for explaining drug delivery of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • the external blood 420 flows into the storage space 110 through the second communication opening 132.
  • the external blood 420 flows into the storage space 110 generated by the discharge of the drug 430 Fills the empty space.
  • the inflow of the external blood 420 acts as a force to push the drug 430 in the storage space 110 toward the first communication opening 122, whereby the drug 430 can be smoothly discharged to the outside.
  • FIG. 5 is a view for explaining drilling of a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • a rotating magnetic field is formed.
  • the front rotary magnet 210 and the rear rotary magnet 220 and the body 100 move in the first direction x while rotating about the first direction x.
  • the drug delivery robot drills the stenosed region A softened by the drug 430. [ As the body 100 rotates about the first direction x, the body 100 can move in a first direction x.
  • FIG. 6 is a view for explaining magnetic force between magnets included in a drug delivery robot according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic fields generated by the first to fourth fixed magnets can be confirmed.
  • the distance between the first fixed magnet and the third fixed magnet, and the distance between the second fixed magnet and the fourth fixed magnet are 4 mm
  • the distance between the first fixed magnet and the third fixed magnet, 4 The distance between the fixed magnets is 1.6mm.
  • the drug delivery robot according to the present invention can be used for a medical operation for moving a drug along a coronary tissue in a human body.

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Abstract

약물전달용 로봇이 제공된다. 약물전달용 로봇은 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 전방에 형성된 제1 수용부, 상기 제1 수용부와 외부가 연통되는 토출구, 상기 저장공간과 상기 제1 수용부가 연통되는 제1 연통구를 갖는 바디, 상기 제1 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 전방 회전 자석, 상기 전방 회전 자석의 후방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제1 고정 자석 및 상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제1 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제2 고정 자석을 포함하고, 상기 전방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며, 상기 전방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고, 상기 전방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 전방 회전 자석은 상기 제1 고정 자석 및 상기 제2 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제1 연통구를 개폐한다.

Description

약물전달용 로봇
본 발명은 약물전달용 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부 자기장의 제어로 이동 및 약물 전달이 가능한 약물전달용 로봇에 관한 것이다.
마그네틱 로봇은 인체 내부에 삽입되어 의료 행위를 수행할 수 있다. 특히, 마그네틱 로봇은 그 크기가 작아 인체 내부를 이동하며 질병을 진단하거나 약물을 전달하는 등 의사가 직접 시술을 수행하기 어려운 부위에 대한 의료 행위를 수행하기 용이하다.
일반적으로 마그네틱 로봇을 약물 전달의 용도로 사용하는 경우, 인체 내부의 병변을 치료하기 위해 사용되거나, 또는 혈관이나 소장, 대장 등 장기의 막힌 곳을 뚫어주는 드릴링(drilling)이 보다 원활하게 수행될 수 있도록 보조하기 위하여 사용된다.
그러나 기존의 약물전달용 마그네틱 로봇은 약물을 전달하기 위한 노즐을 완전히 밀봉하기 어려워 약물이 누설된다거나, 이동을 멈추고 제자리에서 약물을 전달하는 것이 용이하지 못하여 정밀한 약물 전달이 어렵다는 문제가 있다.
이에, 약물의 누설이 방지되고, 원하는 부위에서의 정밀한 약물 전달이 가능한 의료용 마그네틱 로봇에 대한 기술들이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 외부 자기장 제어로 인체 내 관상 조직에 따라 이동 및 약물 전달이 가능한 약물전달용 로봇을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 약물전달용 로봇을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 약물전달용 로봇은 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 전방에 형성된 제1 수용부, 상기 제1 수용부와 외부가 연통되는 토출구, 상기 저장공간과 상기 제1 수용부가 연통되는 제1 연통구를 갖는 바디, 상기 제1 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 전방 회전 자석, 상기 전방 회전 자석의 후방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제1 고정 자석 및 상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제1 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제2 고정 자석을 포함하고, 상기 전방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며, 상기 전방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고, 상기 전방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 전방 회전 자석은 상기 제1 고정 자석 및 상기 제2 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제1 연통구를 개폐한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전방 회전 자석은 원기둥 형상으로, N극과 S극이 상기 중심축을 사이에 두고 맞닿을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 고정 자석은 상기 전방 회전 자석의 N극과 S극 중 어느 하나에 자력을 인가하고, 상기 제2 고정 자석은 상기 전방 회전 자석의 N극과 S극 중 다른 하나에 자력을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전방 회전 자석은 상기 제1 수용부 내에서 상기 제1방향을 축으로 회전이 제한되고, 상기 제2방향을 축으로 자유롭게 회전할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 수용부의 내경은 상기 전방 회전 자석의 외경보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 바디에는 외주면 둘레를 따라 나선 형상의 돌기가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 바디는 상기 제1방향을 따라 상기 저장 공간의 후방에 형성된 제2 수용부, 상기 제2 수용부와 외부가 연통되는 유입구, 상기 저장공간과 상기 제2 수용부가 연통되는 제2 연통구를 가지며, 약물전달용 로봇은 상기 제2 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 상기 제2 방향으로 배치되는 후방 회전 자석, 상기 후방 회전 자석의 전방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제3 고정 자석 및 상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합하며, 상기 제3 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제4 고정 자석을 더 포함하고, 상기 후방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며, 상기 후방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고, 상기 후방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 후방 회전 자석은 상기 제3 고정 자석 및 상기 제4 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제2 연통구를 개폐할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 후방 회전 자석은 원기둥 형상으로 N극과 S극이 상기 중심축을 사이에 두고 맞닿을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 고정 자석은 상기 후방 회전 자석의 N극과 S극 중 어느 하나에 자력을 인가하고, 상기 제4고정 자석은 상기 후방 회전 자석의 N극과 S극 중 다른 하나에 자력을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 수용부의 내경은 상기 후방 회전 자석의 외경보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 약물전달용 로봇은 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 후방에 형성된 제2 수용부, 상기 제2 수용부와 외부가 연통되는 유입구, 상기 저장공간과 상기 제2 수용부가 연통되는 제2연통구를 갖는 바디, 상기 제2 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 후방 회전 자석, 상기 후방 회전 자석의 전방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제3 고정 자석 및 상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제3 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제4 고정 자석을 포함하고, 상기 후방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며, 상기 후방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고, 상기 후방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 후방 회전 자석은 상기 제3 고정 자석 및 상기 제4 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제2 연통구를 개폐한다.
본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇은 제1 방향 축을 중심으로 회전하며 이동 및 드릴링을 수행할 수 있다. 약물전달용 로봇의 이동 동안에는 전방 회전 자석 및 후방 회전 자석은 고정자석들의 자력에 의해 연통구를 폐쇄하므로, 저장공간 내 약물의 외부 누설이 예방된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇은 전방 회전 자석 및 후방 회전 자석이 제2 방향 축을 중심으로 회전함에 따라, 바디 내부에 저장된 약물이 정밀하게 외부로 배출될 수 있다. 배출된 약물은 관상 조직 내 협착 부위를 연화시키며, 이후 약물전달용 로봇의 드릴링 수행으로 협착 부위를 용이하게 관통할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 약물전달을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 드릴링을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇이 포함하는 자석들 사이의 자기력을 설명하기 위한 도면이다.
약물전달용 로봇은 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 전방에 형성된 제1 수용부, 상기 제1 수용부와 외부가 연통되는 토출구, 상기 저장공간과 상기 제1 수용부가 연통되는 제1 연통구를 갖는 바디, 상기 제1 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 전방 회전 자석, 상기 전방 회전 자석의 후방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제1 고정 자석 및 상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제1 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제2 고정 자석을 포함하고, 상기 전방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며, 상기 전방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고, 상기 전방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 전방 회전 자석은 상기 제1 고정 자석 및 상기 제2 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제1 연통구를 개폐한다.
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, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 약물전달용 로봇은 인체의 혈관이나 대장, 소장 등의 관상 조직을 따라 이동가능하며, 약물을 전달하여 관상 조직 내 협착 부위를 연화시킨 뒤 드릴링을 수행하여 막혀 있는 부위를 뚫을 수 있다. 약물전달용 로봇은 바디(100), 전방 회전 자석(210), 후방 회전 자석(220), 제1 고정 자석(310), 제2 고정 자석(320), 제3 고정 자석(330) 및 제4 고정 자석(340)을 포함한다.
상기 복수의 자석들(210, 220, 310, 320, 330, 340)은 N극과 S극이 서로 맞닿은 형태로 제공되며, 도면 상에서 어둡게 처리된 부분이 N극이고, 밝게 처리된 부분이 S극으로 설명될 수 있다.
바디(100)의 내부에는 저장공간(110), 제1 수용부(120) 그리고 제2 수용부(130)가 형성된다. 바디(110)의 후단에서부터 선단으로 제2 수용부(130), 저장공간(110), 제1 수용부(120)가 순차적으로 위치한다. 이하, 제2 수용부(130), 저장공간(110), 제1 수용부(120)가 순차적으로 위치하는 방향을 제1 방향(x)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1 방향(x)에 수직한 방향을 제2 방향(y)이라 한다. 그리고 제1 방향(x) 및 제2 방향(y)에 수직한 방향을 제3 방향(z)이라 한다.
저장공간(110)은 약물이 저장되는 공간으로 제공되며, 저장공간(110) 내에는 약물이 액체 또는 고체 형태로 저장될 수 있다. 또한, 약물은 분말 형태로 저장될 수 있다.
제1 수용부(120)는 전방 회전 자석(210)이 위치하는 공간을 제공한다. 제1 수용부(120)는 제1 연통구(122)를 통해 저장공간(110)과 연통되고, 바디(100)의 선단에 형성된 토출구(124)를 통해 외부와 연통된다. 저장공간(110)에 저장된 약물은 제1 연통구(122), 제1 수용부(120), 그리고 토출구(124)를 순차적으로 거쳐 외부로 공급된다.
제2 수용부(130)는 후방 회전 자석(220)이 위치하는 공간을 제공한다. 제2 수용부(130)는 제2 연통구(132)를 통해 저장공간(110)과 연통되고, 바디(100)의 후단에 형성된 유입구(134)를 통해 외부와 연통된다. 바디(100) 외부에 머무르는 유체는 유입구(134)를 통해 제2 수용부(130)로 유입되고, 제2 연통구(132)를 통해 저장공간(110) 내로 공급될 수 있다. 약물전달용 로봇이 혈관 내를 이동하는 경우, 상기 유체는 혈액일 수 있다.
전방 회전 자석(210)은 제1 수용부(120)에 위치할 수 있다. 실시 예에 의하면, 전방 회전 자석(210)은 원기둥 형상으로 제공되며, 그 중심축(212)이 제2 방향(y)으로 놓이도록 배치된다. 전방 회전 자석(210)은 N극과 S극이 중심축(212)을 사이에 두고 맞닿도록 배치될 수 있다.
전방 회전 자석(210)의 외경은 제1 수용부(120)의 내경보다 작을 수 있다. 그리고 전방 회전 자석(210)의 제2 방향(y) 길이는 제1 수용부(120)의 제3 방향(z) 높이보다 길게 제공된다. 이에 의해, 전방 회전 자석(210)은 제1 수용부(120) 내에서 제1 방향(x)을 축으로 회전이 제한되고, 제2 방향(y)을 축으로 자유롭게 회전할 수 있다.
전방 회전 자석(210)은 외부 자기장의 제어를 통해, 제1 방향(x) 또는 제2 방향(y) 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전 가능하다. 예를 들어, 전방 회전 자석(210)이 제1 방향(x)을 축으로 회전하는 경우, 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 함께 회전할 수 있다. 다른 예를 들어, 전방 회전 자석(210)이 제2 방향(y)을 축으로 회전하는 경우, 전방 회전 자석(210)은 제1 고정 자석(310) 및 제2 고정 자석(320)과의 자력에 의해 제1 연통구(122)를 개폐할 수 있다. 구체적으로, 전방 회전 자석(210)과 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 사이에 인력이 작용하는 경우, 전방 회전 자석(210)이 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 측으로 이동하며, 이에 의해 제1 연통구(122)가 전방 회전 자석(210)에 의해 폐쇄된다. 또는 전방 회전 자석(210)과 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 사이에 척력이 작용하는 경우, 전방 회전 자석(210)이 제1 및 제2 고정 자석(310, 320)의 반대 측으로 밀려 제1 연통구(122)는 개방될 수 있다. 전방 회전 자석(210)에 의해 제1 연통구(122)가 개방되는 경우, 저장공간(110)에 저장된 상기 약물이 제1 수용부(120)를 통과하여 토출구(124)를 통해 바디(100)의 외부로 배출될 수 있다.
후방 회전 자석(220)은 제2 수용부(130)에 위치할 수 있다. 후방 회전 자석(220)은 전방 회전 자석과(210)과 동일한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로 후방 회전 자석(220)은 원기둥 형상으로 제공되며, 그 중심축(222)이 제2 방향(y)으로 놓이도록 배치된다. 후방 회전 자석(220)은 N극과 S극이 중심축(222)을 사이에 두고 맞닿도록 배치될 수 있다.
후방 회전 자석(220)의 외경은 제2 수용부(130)의 내경보다 작을 수 있다. 그리고, 후방 회전 자석(220)의 제2 방향(y) 길이는 제2 수용부(130)의 제3 방향(z) 높이보다 길게 제공된다. 이에 의해, 후방 회전 자석(220)은 제2 수용부(130) 내에서 제1 방향(x)을 축으로 회전이 제한되고, 제2 방향(y)을 축으로 자유롭게 회전할 수 있다.
후방 회전 자석(220)은 외부 자기장의 제어를 통해, 제1 방향(x) 또는 제2 방향(y) 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전 가능하다. 예를 들어, 후방 회전 자석(220)이 제1 방향(x)을 축으로 회전하는 경우, 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 함께 회전할 수 있다. 다른 예를 들어, 후방 회전 자석(220)이 제2 방향(y)을 축으로 회전하는 경우, 후방 회전 자석(220)은 제3 고정 자석(330) 및 제4 고정 자석(340)과의 자력에 의해 제2 연통구(132)를 개폐할 수 있다.
제1 고정 자석(310)은 전방 회전 자석(210)의 후방에서 바디(100)의 일측에 고정 결합할 수 있다. 실시 예에 의하면, 바디(100)의 일측에는 홈이 형성되고, 제1 고정 자석(310)은 상기 홈에 고정 결합될 수 있다.
제1 고정 자석(310)은 N극과 S극 중 어느 하나의 극성이 전방 회전 자석(210)에 인접 위치하고, 다른 하나의 극성이 이보다 멀리 위치한다. 제1 고정 자석(310)은 전방 회전 자석(210)에 인접 위치하는 극성이 전방 회전 자석(210)에 자력을 전달한다.
제2 고정 자석(320)은 전방 회전 자석(210)의 후방에서 바디(100)의 타측에 고정 결합할 수 있다. 구체적으로, 제2 고정 자석(320)은 저장공간(110)을 사이에 두고 제1 고정 자석(310)과 상이한 극성끼리 마주 배치될 수 있다. 때문에 제1 고정 자석(310)의 극성과 제2 고정 자석(320)의 극성 간에 작용하는 자력에 의해, 외부 자기장에 의한 영향이 제1 고정 자석(310)와 제2 고정 자석(320) 간에는 크게 미치지 않는다. 제2 고정 자석(320)은 전방 회전 자석(210)에 인접 위치하는 극성이 전방 회전 자석(210)에 자력을 전달한다.
상술한 제1 및 제2 고정 자석(310, 320)의 배치에 의해, 제1 및 제2 고정 자석(310, 320)은 서로 상이한 극성이 전방 회전 자석(210)에 자력을 인가한다. 또한, 제1 고정 자석(310)은 전방 회전 자석(210)의 어느 하나의 극에 자력을 인가하고, 제2 고정 자석은(320)은 전방 회전 자석(210)의 다른 하나의 극에 자력을 인가한다. 이에 의해, 제1 및 제2 고정 자석(310, 320)과 전방 회전 자석(210)에 발생하는 힘은 인력 또는 척력으로 동일할 수 있다.
제3 고정 자석(330)은 후방 회전 자석(210)의 전방에서 바디(100)의 상기 일측에 고정 결합할 수 있다. 실시 예에 의하면, 바디(100)의 상기 일측에는 홈이 형성되고, 제3 고정 자석(310)은 상기 홈에 고정 결합될 수 있다.
제3 고정 자석(330)은 N극과 S극 중 어느 하나의 극성이 후방 회전 자석(220)에 인접 위치하고, 다른 하나의 극성이 이보다 멀리 위치한다. 제3 고정 자석(330)은 후방 회전 자석(220)에 인접 위치하는 극성이 후방 회전 자석(220)에 자력을 전달한다.
제4 고정 자석(340)은 후방 회전 자석(220)의 전방에서 바디(100)의 상기 타측에 고정 결합할 수 있다. 구체적으로, 제4 고정 자석(340)은 저장공간(110)을 사이에 두고 제3 고정 자석(330)과 상이한 극성끼리 마주 배치될 수 있다. 때문에 제3 고정 자석(330)의 극성과 제4 고정 자석(340)의 극성 간에 작용하는 자력에 의해, 외부 자기장에 의한 영향이 제3 고정 자석(330)와 제4 고정 자석(340) 간에는 크게 미치지 않는다. 제4 고정 자석(340)은 후방 회전 자석(220)에 인접 위치하는 극성이 후방 회전 자석(220)에 자력을 전달한다.
상술한 제3 및 제4 고정 자석(330, 340)의 배치에 의해, 제1 및 제2 고정 자석(330, 340)은 서로 상이한 극성이 후방 회전 자석(220)에 자력을 인가한다. 또한, 제3 고정 자석(330)은 후방 회전 자석(220)의 어느 하나의 극에 자력을 인가하고, 제4 고정 자석은(340)은 후방 회전 자석(220)의 다른 하나의 극에 자력을 인가한다. 이에 의해, 제3 및 제4 고정 자석(330, 340)과 후방 회전 자석(220)에 발생하는 힘은 인력 또는 척력으로 동일할 수 있다.
외부 자기장의 제어로, 자기 토크(magnetic torque)가 형성될 수 있다. 자기 토크는 제1 방향(x)을 축으로 하는 제1 자기 토크와 제2 방향(y)을 축으로 하는 제2 자기 토크가 형성될 수 있다.
제1 자기 토크가 형성되는 경우, 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)은 제1 방향(x)을 축으로 회전한다. 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)은 제1 수용부(120)와 제2 수용부(130)의 공간적 제약에 의해 바디(100)와 함께 제1 방향(x)을 축으로 회전한다. 이러한 바디(100)의 회전에 의해, 약물 전달용 로봇이 이동 및 드릴링 작업을 수행할 수 있다.
제2 자기 토크가 형성되는 경우, 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)은 각각 제2 방향(y)을 축으로 회전한다. 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)은 제1 수용부(120)와 제2 수용부(130) 보다 작은 외경을 가지므로, 제1 수용부(120)와 제2 수용부(130) 내에서 독립적으로 회전할 수 있다.
전방 회전 자석(210)이 제2 방향(y)을 축으로 회전하는 동안, 전방 회전 자석(210)과 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 간에는 인력과 척력이 순차적으로 반복하여 발생한다. 구체적으로, 전방 회전 자석(210)의 회전마다 인력과 척력이 한 번씩 발생한다. 인력은 전방 회전 자석(210)을 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 측으로 당기는 힘으로 작용하며, 이에 의해 전방 회전 자석(210)이 제1 연통구(122)를 폐쇄한다. 그리고 척력은 전방 회전 자석(210)을 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 측으로부터 멀어지는 방향으로 미는 힘으로 작용하며, 이에 의해 제1 연통구(122)가 개방된다
후방 회전 자석(220)이 제2 방향(y)을 축으로 회전하는 동안, 후방 회전 자석(220)과 제3 및 제4 고정 자석(330, 340) 간에는 인력과 척력이 순차적으로 반복하여 발생한다. 구체적으로, 후방 회전 자석(220)의 회전마다 인력과 척력이 한 번씩 발생한다. 인력은 후방 회전 자석(220)을 제3 및 제4 고정 자석(330, 340) 측으로 당기는 힘으로 작용하며, 이에 의해 후방 회전 자석(220)이 제2 연통구(132)를 폐쇄한다. 그리고 척력은 후방 회전 자석(220)을 제3 및 제4 고정 자석(330, 340) 측으로부터 멀어지는 방향으로 미는 힘으로 작용하며, 이에 의해 제2 연통구(132)가 개방된다
외부 자기장은 제1 자기 토크 및 제2 자기 토크를 선택적으로 형성한다. 약물전달용 로봇의 이동 및 드릴링 시에는 제1 자기 토크를 형성하고, 약물 전달 시에는 제2 자기 토크를 형성한다.
약물전달용 로봇이 이동하는 동안에는 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)이 제2 방향(y)을 축으로 회전되지 않으므로, 제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)과의 인력에 의해 제1 및 제2 연통구(122, 132)를 폐쇄한다. 이로 인해, 약물전달용 로봇이 이동 과정에서 약물의 외부 누설이 예방된다.
그리고 약물을 전달하는 동안에는 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)이 제2 방향(y)을 축으로 회전함에 따라 제1 및 제2 연통구(122, 132)가 개방되므로, 전방 회전 자석(210)과 후방 회전 자석(220)의 회전 횟수 제어로 배출되는 약물 양을 정밀하게 조절할 수 있다.
상술한 기술적 내용은 하기 수학식 1 내지 6을 통해, 약물전달용 로봇의 복수의 자석에 의한 구동 원리가 설명될 수 있다.
하기 수학식 1을 통해 이 외부 자기장에 의해 받는 자기 토크가 연산되고, 하기 수학식 2를 통해 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)이 외부 자기장에 의해 받는 회전자기장이 연산된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018006839-appb-I000001
(Te는 자석이 외부 자기장에 의해 받는 토크, m은 자기모멘트)
[수학식 2]
Figure PCTKR2018006839-appb-I000002
(B0는 자기장의 세기, f는 회전 주파수, N은 회전축의 단위 벡터, U는 회전축과 수직한 단위 벡터)
회전자기장의 회전축의 단위 벡터(N)가 제1 방향(x)으로 생성될 경우, 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)이 제1 방향(x)을 축으로 회전하고, 이와 함께 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 회전한다. 이에 의해 약물전달용 로봇은 이동 및 드릴링을 할 수 있다.
외부 자기장이 인가되지 않는 경우, 제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)에 의해 생성된 자기장이 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)의 θ(후술되는 도 6 참조)를 90°가 되도록 정렬하기 때문에, 전방 회전 자석(210)과 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 사이 및 후방 회전 자석(220)과 제3 및 제4 고정 자석(330, 340) 사이에 인력이 발생하여, 제1 및 제2 연통구(122, 132)는 폐쇄될 수 있다.
상기 복수의 자석을 magnetic dipole로 가정할 경우, 제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)의 dipole a에 의해, 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)의 dipole b에 생성되는 힘은 하기 수학식 3으로 연산될 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2018006839-appb-I000003
(μ0는 공기 중에서의 투자율, r은 dipole a에서 b로 되는 벡터, r은 벡터의 크기, ma는 dipole a의 자기모멘트, mb는 dipole b의 자기모멘트)
상기 수학식 3을 통해 연산된 전방 회전 자석(210)과 제1 및 제2 고정 자석(310, 320) 사이 및 후방 회전 자석(220)과 제3 및 제4 고정 자석(330, 340) 사이의 인력에 의해 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)은 제1 및 제2 연통구(122, 132)를 폐쇄할 수 있다.
이 때, 복수의 자석 사이에 발생하는 인력 및 척력은 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)의 회전 각도에 의해 결정되며, 상기 회전 각도는 제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)이 생성하는 자기장이 발생시키는 토크에 의해 결정된다.
제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)이 생성하는 자기장은 하기 수학식 4 및 5를 통해 dipole a 및 dipole b가 생성하는 자기장으로 연산될 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2018006839-appb-I000004
Figure PCTKR2018006839-appb-I000005
(Tab는 dipole a 및 b가 생성하는 자기장 토크, mb는 dipole b의 자기모멘트)
[수학식 5]
Figure PCTKR2018006839-appb-I000006
(μ0는 공기 중에서의 투자율, r은 dipole a에서 b로 되는 벡터, r은 벡터의 크기, ma는 dipole a의 자기모멘트)
제1 내지 제4 고정 자석(310, 320, 330, 340)이 생성하는 자기장은 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)을 90° 방향으로 정렬하기 때문에, 상기 약물은 저장공간(110) 내에 밀봉될 수 있다. 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)이 회전하는 경우, 유체는 점성력에 의해 함께 이동하기 때문에 상기 약물은 저장공간(110)에서 바디(110)의 외부로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 외부에서 제1 방향(x)을 축으로 회전 자기장이 형성되면, 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)은 제1 방향(x)을 축으로 회전하고, 이에 따라, 바디(100)도 제1 방향(x)을 축으로 회전한다. 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 회전함에 따라, 바디(100)는 제1 방향(x)으로 이동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 약물전달을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 약물전달용 로봇이 제1 방향(x)을 축으로 회전하며 이동하는 동안, 협착 부위(A)에 도달하는 경우, 외부에서는 제1 방향(x)을 축으로 회전 자기장 발생이 중단되고, 제2 방향(y)을 축으로 회전 자기장이 형성된다. 제2 방향(y)을 축으로 회전 자기장이 형성되면, 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220)은 제2 방향(y)을 축으로 회전하고, 제1 및 제2 연통구(122, 132)가 개폐된다. 제1 및 제2 연통구(122, 132)의 개방에 의해, 저장공간(110)에 저장된 약물(430)은 제1 연통구(122)와 제1 수용부(120)를 거쳐 토출구(124)를 통해 외부로 배출되며, 배출된 약물(430)은 협착 부위(A)를 연화시킨다. 이 때, 외부 혈액(420)이 제2 연통구(132)를 통해 저장공간(110)으로 유입되는데, 유입된 외부 혈액(420)은 약물(430)의 배출로 발생된 저장공간(110) 내 빈 공간을 채운다. 외부 혈액(420)의 유입은 저장공간(110) 내 약물(430)을 제1 연통구(122) 측으로 밀어내는 힘으로 작용하며, 이에 의해 약물(430)이 원활하게 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 약물전달용 로봇의 드릴링을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 저장공간(110)에 저장된 약물(430)의 배출이 완료되면, 외부에서는 제2 방향(y)을 축으로 회전 자기장 발생이 중단되고, 제1 방향(x)을 축으로 회전 자기장이 형성된다. 전방 회전 자석(210) 및 후방 회전 자석(220), 그리고 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 회전하면서 제1 방향(x)으로 이동한다. 약물전달용 로봇은 약물(430)에 의해 연화된 협착 부위(A)를 드릴링한다. 바디(100)가 제1 방향(x)을 축으로 회전함에 따라, 바디(100)는 제1 방향(x)으로 이동할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 약물전달용 로봇이 포함하는 자석들 사이의 자기력을 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 제1 내지 제4 고정 자석에 의해 발생되는 자기장을 확인할 수 있다. 이 때, 제1 고정 자석과 제3 고정 자석의 사이 거리 및 제2 고정 자석과 제4 고정 자석의 사이 거리는 4mm이고, 제1 고정 자석과 제3 고정 자석의 사이 거리 및 제2 고정 자석과 제4 고정 자석의 사이 거리는 1.6mm이다.
도 6의 (b)를 참조하면, 전방 회전 자석 및 후방 회전 자석의 회전에 의해 발생되는, 전방 회전 자석과 제1 및 제2 고정 자석 사이의 인력과 척력 및 후방 회전 자석과 제3 및 제4 고정 자석 사이의 인력과 척력을 확인할 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.
본 발명에 따른 약물전달용 로봇은 인체 내 관상 조직을 따라 이동하여 약물을 전달하는 의료 행위에 이용가능하다.

Claims (11)

  1. 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 전방에 형성된 제1 수용부, 상기 제1 수용부와 외부가 연통되는 토출구, 상기 저장공간과 상기 제1 수용부가 연통되는 제1 연통구를 갖는 바디;
    상기 제1 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 전방 회전 자석;
    상기 전방 회전 자석의 후방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제1 고정 자석; 및
    상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제1 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제2 고정 자석을 포함하고,
    상기 전방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며,
    상기 전방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고,
    상기 전방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 전방 회전 자석은 상기 제1 고정 자석 및 상기 제2 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제1 연통구를 개폐하는 약물전달용 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방 회전 자석은 원기둥 형상으로, N극과 S극이 상기 중심축을 사이에 두고 맞닿은 약물전달용 로봇.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 고정 자석은 상기 전방 회전 자석의 N극과 S극 중 어느 하나에 자력을 인가하고,
    상기 제2 고정 자석은 상기 전방 회전 자석의 N극과 S극 중 다른 하나에 자력을 인가하는 약물전달용 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전방 회전 자석은 상기 제1 수용부 내에서 상기 제1 방향을 축으로 회전이 제한되고, 상기 제2 방향을 축으로 자유롭게 회전 가능한 약물전달용 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수용부의 내경은 상기 전방 회전 자석의 외경보다 큰 약물전달용 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바디에는 외주면 둘레를 따라 나선 형상의 돌기가 형성된 약물전달용 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 상기 제1방향을 따라 상기 저장 공간의 후방에 형성된 제2 수용부, 상기 제2 수용부와 외부가 연통되는 유입구, 상기 저장공간과 상기 제2 수용부가 연통되는 제2 연통구를 가지며,
    상기 제2 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 상기 제2 방향으로 배치되는 후방 회전 자석;
    상기 후방 회전 자석의 전방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제3 고정 자석; 및
    상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합하며, 상기 제3 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제4 고정 자석을 더 포함하고,
    상기 후방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며,
    상기 후방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고,
    상기 후방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 후방 회전 자석은 상기 제3 고정 자석 및 상기 제4 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제2 연통구를 개폐하는 약물전달용 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 후방 회전 자석은 원기둥 형상으로 N극과 S극이 상기 중심축을 사이에 두고 맞닿은 약물전달용 로봇.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제3 고정 자석은 상기 후방 회전 자석의 N극과 S극 중 어느 하나에 자력을 인가하고,
    상기 제4고정 자석은 상기 후방 회전 자석의 N극과 S극 중 다른 하나에 자력을 인가하는 약물전달용 로봇.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 수용부의 내경은 상기 후방 회전 자석의 외경보다 큰 약물전달용 로봇.
  11. 약물이 저장되는 저장공간과, 제1 방향을 따라 상기 저장공간의 후방에 형성된 제2 수용부, 상기 제2 수용부와 외부가 연통되는 유입구, 상기 저장공간과 상기 제2 수용부가 연통되는 제2연통구를 갖는 바디;
    상기 제2 수용부에 위치하며, 중심축이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되는 후방 회전 자석;
    상기 후방 회전 자석의 전방에서 상기 바디의 일측에 고정 결합하는 제3 고정 자석; 및
    상기 저장공간을 사이에 두고 상기 바디의 타측에 고정 결합되며, 상기 제3 고정 자석과 상이한 극성끼리 마주 배치되는 제4 고정 자석을 포함하고,
    상기 후방 회전 자석은 외부 자기장 제어로, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향 중 어느 하나를 축으로 선택적으로 회전가능하며,
    상기 후방 회전 자석이 상기 제 1 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 바디가 상기 제1 방향을 축으로 함께 회전하고,
    상기 후방 회전 자석이 상기 제2 방향을 축으로 회전하는 경우, 상기 후방 회전 자석은 상기 제3 고정 자석 및 상기 제4 고정 자석과의 자력에 의해 상기 제2 연통구를 개폐하는 약물전달용 로봇.
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