WO2019017511A1 - 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경 - Google Patents

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WO2019017511A1
WO2019017511A1 PCT/KR2017/007800 KR2017007800W WO2019017511A1 WO 2019017511 A1 WO2019017511 A1 WO 2019017511A1 KR 2017007800 W KR2017007800 W KR 2017007800W WO 2019017511 A1 WO2019017511 A1 WO 2019017511A1
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optical system
lens
main body
image
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김정현
서영석
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원텍(주)
서울대학교병원
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a surgical endoscope, and more particularly, to a surgical endoscope having an image sensor inserted into a body through a part of a body incised for the treatment of a lumbar disease such as herniated disc or spinal stenosis.
  • intervertebral disc herniation causes discs (intervertebral discs) between the lower bones to protrude outward to touch the surrounding nerves, and joints or ligaments thicken to compress the spinal canal, There is a stenosis of the spinal canal that causes pain by touching the nerves passing through it.
  • the above-mentioned vertebra has a tubular insertion portion to be inserted into the body of the operator and a plurality of lenses for photographing the channel and the affected portion on the inside of the vertebrae through which the surgical device can flow, And a connecting body having a plurality of connecting portions branched at an angle.
  • a CCD camera for receiving light transmitted from a plurality of lenses and generating image data, and a cable for supplying the optical fiber to the lens side are coupled to the connection portions provided in the connection body.
  • the CCD camera fastened to the vertebrae is bulky and bulky, which makes it difficult for the practitioner to grasp and handle with stability, and furthermore, it is separated from the vertebra due to its own weight.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is a primary object of the present invention to provide a camera module having a simple structure and a reduced weight and volume, And to provide a surgical endoscope having an image sensor capable of improving operation capability.
  • an image sensor including a zoom optical system, which can optically enlarge or reduce an image of an affected part obtained through a camera module, And an endoscope for a surgical operation.
  • a surgical endoscope inserted into a body through a part of a body that is incised to remove a part of a disk or a body tissue, And a camera module disposed at an inner end of the main body, the camera module being capable of photographing a target portion to be treated and directly acquiring the corresponding image within the body.
  • the main body may include a connector communicable with an internal space of the main body and connectable to an external device so that a light source may be introduced from the outside, a power supply to the camera module, A through hole into which a control cable for transmitting / receiving data between devices can be inserted can be formed.
  • the camera module may include an optical unit for photographing a specific lesion, and an image sensor for converting an image photographed from the optical unit into digital image data, As shown in FIG.
  • the optical unit may include a housing formed to open at one side and the other side and having a housing space formed along the longitudinal direction thereof, and a housing disposed at the front end of the housing space, A lens unit disposed behind the optical filter and refracting the light transmitted through the cooking cavity toward the image sensor; and a lens unit disposed behind the lens unit, And a cover glass installed at a front end of the housing and blocking an opened side of the housing.
  • the camera module may further include a zooming optical system in which the optical unit enlarges or reduces an image at the time of photographing the specific affected part, wherein the surgical endoscope comprises: And a zooming optical system control unit for controlling the zooming optical system.
  • the zoom optical system may include a first lens group, a second lens group, and a third lens group sequentially positioned with respect to the specific ring portion, wherein the first lens group, The second lens group and the third lens group each have a plurality of lenses each having a negative refractive index or a positive refractive index, and the arrangement of the plurality of lenses respectively provided by the first lens group, the second lens group, So that the optical unit can enlarge or reduce the corresponding image when photographing the specific affected part.
  • the second lens group includes a cemented lens having an aspherical lens having a positive refractive index, a lens having a positive refractive index, and a lens having a negative refractive index, And a diaphragm formed along the outer circumferential surface.
  • the zoom optical system control unit may include a zoom optical system drive motor for providing power to the zoom optical system control unit to control the operation of the zoom optical system, And a pusher for translational motion of the pusher.
  • the zoom optical system control unit may include: a holder coupled to the pusher to support the pusher; and a zoom optical system driving motor provided between the holder and the zoom optical system drive motor, And a motor shaft for translating the holder through the motor shaft.
  • the pusher may include a first frame connected to one side of the second lens group and a second frame connected to the other side of the second lens group,
  • the optical unit moves or zooms down the corresponding image at the time of photographing the specific lesion, through the translational movement in which the second lens group connected to the pusher is moved forward or backward on the same straight line Can be performed.
  • the structure is simplified as compared with the conventional endoscope in which the CCD camera is separately attached to one side of the main body by providing the camera module capable of photographing the affected part in the inside of the surgical endoscope body and directly acquiring the corresponding image,
  • This reduces weight and volume, which can improve ease of use.
  • the overall structure is simplified, and the weight and volume are reduced, the handling of the operator can be improved and precise control possible.
  • the zoom optical system can be provided inside the endoscope to optically enlarge or reduce the image of the affected part acquired through the camera module, thereby improving the convenience of the endoscope user and the operation ability of the operator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surgical endoscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of a surgical endoscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a sectional view of a camera module of a surgical endoscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a zoom optical system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of a surgical endoscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating an operation process of a fixing part of a handle of a surgical endoscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of a zoom optical system control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a surgical endoscope for illustrating a zooming mechanism driving mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a detailed view of a camera module and a pusher shown to explain a zooming mechanism driving mechanism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining the operation of the zoom optical system 25 according to various embodiments of the present invention.
  • first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surgical endoscope 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view of a surgical endoscope 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the surgical endoscope 100 according to an embodiment of the present invention includes a main body 10 and a camera module 20 and may further include a grip portion 30 and a zoom optical system control portion 40.
  • the surgical endoscope 100 includes a body 10 that is inserted into the body through a portion of the body that is incised to remove a portion of the disk or body tissue.
  • the main body 10 is formed in a linear pipe shape and a surgical device (for example, a forcep, a laser fiber, or the like) is provided inside the main body 10 along the longitudinal direction A working channel 11 of a tunnel type which can be inserted and moved is formed.
  • a surgical device for example, a forcep, a laser fiber, or the like
  • the camera module 20 and the zoom optical system control unit 40 can be mounted inside the main body 10.
  • the main body 10 may have different diameters depending on the purpose of use.
  • the body 10 when the surgical endoscope 100 is implemented for the treatment of herniated disc herniation, the body 10 must be inserted into the body and then approach the disc, so that irritation is not transmitted to the nerve bundle and the fibrous tissue The size of the surgical endoscope 100 can be minimized.
  • the main body 10 is formed to a diameter of 6 mm, and the working channel 11 disposed inside the main body 10 may be formed to have a diameter of 3 to 3.2 mm have.
  • the surgical endoscope 100 when the surgical endoscope 100 is implemented for the treatment of spinal stenosis, the main body 10 is inserted into the body, and then, without approaching the disk, is positioned outside the nerve bundle, Only a part of the tissue can be removed, so that the size of the surgical endoscope 100 can be maximized.
  • the body 10 manufactured for the treatment of spinal stenosis has a shorter insertion depth than the body 10 manufactured for the treatment of the herniated disc herniation. Accordingly, since the probability of interference with the nerve bundle and the fibrous tissue is low, it can be formed to have a larger diameter than that of the main body 10 designed for the treatment of herniated disc herniation.
  • the body 10 may be formed with a diameter between 6 and 15 mm. Accordingly, the diameters of the working channels 11 disposed inside the main body 10 may be varied according to the size of the main body 10, so that the device for large-diameter surgery can be used.
  • a cleaning channel (not shown) may be formed in the main body 10 for spraying cleaning water such as saline to clean the blood of the affected area and thereby ensure the field of view.
  • an optical fiber (not shown) for irradiating illumination light may be disposed on a portion other than the space occupied by the working channel 11, the cleaning channel, and a camera module 20 to be described later.
  • the main body 10 may be provided with a connector 13.
  • the connector 13 is connected to an external device (not shown) so that a light source (optical fiber) can be introduced into the internal space of the main body 10 from outside by communicating with the internal space of the main body 10 except for the working channel 11, It can be formed into a possible structure.
  • a through hole 15 may be formed in the main body 10. More specifically, the main body 10 is provided with a control cable 200 connected to a camera module 20, which will be described later, installed inside the main body 10 to supply power to the camera module 20, A through hole 15 may be formed so that it can be inserted into the through hole 15.
  • control cable 200 not only supplies power to the camera module 20 but also transmits the image acquired from the camera module 20 to the outside or transmits a control command inputted from the outside to the camera module 20 Can play a role.
  • the camera module 20 can be disposed at one end or inner end of the main body 10 of the surgical endoscope 100. Therefore, it is possible to capture the affected part directly from the inside of the body during the procedure (or operation).
  • the surgical endoscope 100 does not include a lens and a camera for converting an image photographed from the lens into image data, and does not include a camera in the main body 10, It is possible to simplify the entire structure and thereby reduce the volume and weight of the camera module.
  • the camera module 20 includes an optical unit 21 and an image sensor 23, And may further include an optical system 25.
  • the optical portion 21 may include a housing 217 and an optical filter 211.
  • the housing 217 is formed so that one side and the other side are open, and a receiving space may be formed along the longitudinal direction inside.
  • the opening formed at one side of the housing 217 may be formed to have a smaller diameter than the opening formed at the other side. Therefore, the inner surface of one side of the housing 217 may be provided with a latching jaw for supporting the front surface of the optical filter 211 to be described later.
  • the optical filter 211 can be disposed at the tip of the accommodation space close to one opening of the housing 217. [ Here, a cooking cavity having a predetermined size may be formed at the center of the optical filter 211. Therefore, the front light can be transmitted to the lens unit 213, which will be described later, through the cooking cavity.
  • the optical portion 21 may include a lens portion 213, a spacer 215, and a cover glass 219.
  • the lens unit 213 is disposed behind the optical filter 211 and can refract the light transmitted through the cooking cavity toward the image sensor 23.
  • the lens unit 213 is shown as a single structure in FIG. 3, the lens unit 213 is not limited thereto, and may be applied as a multi structure according to need in the use.
  • the spacer 215 may be disposed behind the lens portion 213 to allow the image sensor 23 and the lens portion 213 to be spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • the thickness of the spacer 215 forming the predetermined interval is set such that the light refracted through the lens portion 213 can be accurately transmitted to the image sensor 23 disposed behind the spacer 215, . ≪ / RTI >
  • the cover glass 219 is formed of a transparent material and is provided at the front end of the housing 217 so as to block the opened side of the housing 217 and to block the inflow of foreign matter into the receiving space of the housing 217.
  • the image sensor 23 converts the image photographed from the optical unit 21 into digital image data and transmits the image data to the outside through the control cable 200 described above.
  • the image sensor 23 may be formed of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor 23, but the present invention is not limited thereto and may be implemented by various types of image sensors.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the zoom optical system 25 that the camera module 20 can include may include a first lens group 251, a second lens group 253, and a third lens group 255.
  • the zooming optical system 25 enlarges or reduces an image at the time of photographing a specific part of the body corresponding to the front area inside the body, which the camera module 20 shoots through the optical part 21. [ Especially, the magnification of the image can be adjusted by an optical method. Therefore, the convenience of the user is increased and the practitioner can be treated more conveniently.
  • the first lens group 251, the second lens group 253, and the third lens group 255 may be sequentially positioned or disposed based on the distance from the specific lesion.
  • first lens group 251, the second lens group 253, and the third lens group 255 may each include a plurality of lenses, and the number and performance thereof may vary depending on the method and form of manufacture, Can be variously modified.
  • each of the plurality of lenses constituting the first lens group 251, the second lens group 253, and the third lens group 255 may have different curvature radii and thicknesses.
  • the first lens group 251, the second lens group 253, and the third lens group 255 will be described in detail, but a fourth lens group (not shown) A fifth lens group (not shown), and the like.
  • the plurality of lenses of each of the first lens group 251, the second lens group 253 and the third lens group 255 may each have a negative refractive index or a positive refractive index,
  • the optical unit 21 can perform enlargement or reduction of the image at the time of photographing a specific affected part.
  • the second lens group 253 includes an aspherical lens 253a having a positive refractive index, a cemented lens 253b having a lens having a positive refractive index and a lens having a negative refractive index, 253 formed along the outer circumferential surface thereof.
  • the amount of light inserted into the zoom optical system 25 can be adjusted through the adjustment of the aperture stop 253c.
  • a plurality of aspherical lens 253a and a cemented lens 253b may also be provided.
  • the formula applied to the aspherical lens 253a may be as shown in the following equations (1) and (2).
  • K is the conic constant
  • c is the lens curvature of the aspheric apex
  • A, B Represents the coefficient of the aspherical surface.
  • Translational motion is a concept opposite to rotational motion, in which all mass points of the mass system are equally displaced, that is, parallel movements, and may be named as linear movements.
  • FIG. 5 is a front view of a surgical endoscope 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a front view of the endoscope 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the operation endoscope 100 may further include a handle 30 provided on the outer surface of the main body 10 and capable of being held by the operator as described above.
  • the handle 30 can be moved to a predetermined position along the outer surface of the main body 10.
  • a guide rail 17 is formed on the outer surface of the main body 10 and protrudes outside the main body 10 to guide the movement of the grip 30 along the longitudinal direction.
  • a guide groove 31 may be formed on the inner surface of the handle 30 corresponding to the guide rail 17.
  • the guide rail 17 is formed on the outer surface of the main body 10 and the guide groove 31 is formed on the inner surface of the handle 30 in the embodiment of the present invention
  • 17 and the guide groove 31 are not limited to this, and they may be applied to the structure opposite to each other. That is, the guide rails 17 may be formed on the inner surface of the handle 30, and the guide grooves 31 may be formed on the outer surface of the body 10 corresponding to the portion where the guide rails 17 are formed.
  • the handle 30 can be moved to any position of the guide rail 17, and the rotation can be restricted by the guide rail 17.
  • the grip portion 30 may be provided with a fixing portion 33.
  • the fixing portion 33 can press the guide rail 17 to fix the handle 30 to a position on the guide rail 17.
  • the fixing portion 33 may be selectively provided on the outer surface of the guide rail 17 through an elastic force of the elastic member 37 provided on the handle 30 through the grip 30, And may be formed into a structure that can be contacted.
  • a gripping groove 35 may be formed in the grip 30.
  • a plurality of gripping grooves 35 may be formed on the outer surface of the handle 30 along the longitudinal direction so that the rest of the finger, other than the thumb, may be seated.
  • the practitioner holds the grip 30 in such a manner that the finger is seated in the grip groove 35, and then applies an external force to the grip 30 to move the grip 30 to an arbitrary position.
  • the grip portion 30 can be fixed at an arbitrary position by pressing the fixed portion 33 using the end portion of a finger (e.g., a stop or a ring finger) that is seated in the grip groove 35.
  • a finger e.g., a stop or a ring finger
  • the gripping grooves 35 may be formed to face in a predetermined direction.
  • a plurality of gripping grooves 35 formed in the handle 30 are formed to be oriented in a direction coinciding with the center axis CA of the working channel 11 and the camera module 20 .
  • the plurality of gripping grooves 35 are formed in the center of the work channel 11 and the camera module 20 so that the operator can confirm whether or not the main body 10 rotates. And may be formed so as to face the direction coinciding with the axis CA.
  • the practitioner confirms the rotation direction of the gripping grooves 35 and recognizes whether the main body 10 is rotating or not, so that the main body 10 can be readjusted and maintained in a fixed position.
  • the main body 10 may be in a normal position when a plurality of gripping grooves 35 are oriented at 12 o'clock with reference to Fig.
  • the surgical endoscope 100 may further include a zoom optical system control unit 40,
  • the zoom optical system control unit 40 may include a zoom optical system drive motor 41, a pusher 43, a holder 45, and a motor shaft 47.
  • the zoom optical system driving motor 41 serves to provide power for the zoom optical system control unit 40 to drive the zoom optical system 25. [ There are no restrictions on the motors used, but various types of motors can be applied.
  • the pusher 43 is capable of performing translational motion that receives the power provided by the zoom optical system driving motor 41 and moves the zoom optical system 25 on a straight line.
  • the pusher 43 has a first frame 431 connected to one side of the second lens group 253 among the zoom optical system 25 and a second frame 431 connected to the other side of the second lens group 253, (433).
  • One side and the other side of the first frame 431 and the second frame 433 are symmetrical to each other to improve the fixing and supporting effect in the connection between the second lens group 253 and the pusher 43 , But are not necessarily limited thereto.
  • the zoom optical system control unit 40 includes a holder 45 to which the pusher 43 is coupled and supports the pusher 43; And a motor shaft 47 provided between the zoom optical system drive motor 41 and translating the holder 45 using the power of the zoom optical system drive motor 41.
  • first frame 431 and the second frame 433 are fixed to the holder 45 and the motor shaft 47 is threaded so that it can rotate (circular motion)
  • the motor shaft 47 rotates through the power of the holder 45
  • the holder 45 performs translational motion such as forward or backward movement.
  • FIG. 8 and 9 are respectively a sectional view of the surgical endoscope 100 and a detailed view of the camera module 20 and the pusher 43 for explaining the driving mechanism of the zoom optical system 25
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of the zoom optical system 25 according to various embodiments.
  • the driving mechanism of the zoom optical system 25, 2 lens group 253 are moved forward or backward on the same straight line so that the optical unit 21 performs enlargement or reduction of the image at the time of photographing a specific affected part.
  • the magnification is the first lens group 251.
  • the arrangement and shape of the plurality of lenses provided in the second lens group 253 and the third lens group 255 may be modified and variously implemented.
  • the second lens group 253 is located close to the third lens group 255, and 1002, the second lens group 253, 3 lens group 255.
  • the second lens group 253 is located close to the first lens group 251.
  • the pusher 43 fixed to the holder 47 advances the second lens group 253 by the zoom optical system drive motor 41 so that the holder 47 is advanced by the zoom optical system drive motor 41.
  • the zoom lens system driving motor 41 causes the holder 47 to move backward and the pusher 100 fixed to the holder 47 is moved
  • the second lens group 253 is moved backward (translationally moved) in the direction opposite to the image pickup target ring portion by causing the second lens group 43 to move backward the second lens group 253.
  • Reference numeral 1002 denotes a case where the second lens group 253 is located at the center of the first lens group 251 and the third lens group 255 while moving forward or backward.
  • 1001 forms a wide-angle end
  • 1003 forms a telephoto end
  • 1002 forms an intermediate end having an intermediate viewing angle therebetween.
  • 1001, 1002, and 1003 have been illustrated by way of example in FIG. 10, the wide angle, the telephoto end, the focal length, the angle of view,
  • the various embodiments of the present invention described above include the camera module 20 capable of photographing the affected part in the main body 10 of the surgical endoscope 100 to directly acquire the corresponding image,
  • the structure is simplified as compared with the conventional endoscope in which the optical lens is installed and the CCD camera is separately attached to one side of the main body, thereby reducing the weight and volume, and the convenience of the user can be improved.
  • the zoom optical system 25 and the zoom optical system control unit 40 can be used to enlarge or reduce the image of the subject to be photographed, thereby contributing to an increase in the performance of the surgical endoscope 100.
  • the handle 30 can be moved on the outer surface of the main body 10, it is possible to stably hold the practitioner, and the position of the handle 30 can be selectively changed, And can be stably supported.
  • the holding groove 35 is formed on the outer surface of the handle 30 to face the central axis of the working channel 11 and the camera module 20, And the main body 10 can be maintained in a fixed position on the basis of this.
  • the present invention relates to a surgical endoscope having an image sensor incorporated therein.

Abstract

본 발명은 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경을 개시하고 있다. 본 발명의 일 실시예는, 내부에 길이방향을 따라 수술용 디바이스가 이동 가능한 작업용 채널이 형성되는 본체, 그리고 상기 본체의 선단에 배치되고, 신체 내부에서 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접적으로 획득 가능한 카메라 모듈을 포함하는 수술용 내시경을 제공한다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 수술용 내시경 본체의 내부에 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접적으로 획득 가능한 카메라 모듈을 구비함으로써, 본체의 일 측에 CCD 카메라가 별도 결합되는 종래의 내시경에 비하여 구조가 단순화되고, 이로 인하여 무게 및 부피가 감소되어 사용자의 편의성 및 시술자의 조작 능력이 향상될 수 있다.

Description

이미지 센서가 내장된 수술용 내시경
본 발명은 수술용 내시경에 관한 것으로서, 더 자세하게는 추간판 탈출증 또는 척추관 협착증과 같은 요추 질환의 치료를 위하여 절개된 신체의 일부분을 통해 신체 내부로 삽입되는 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경에 관한 것이다.
일반적으로 요추의 대표적인 질환에는 허리뼈 사이에 물렁뼈 조직인 디스크(추간판)가 외측으로 돌출되어 주변의 신경을 건드려 통증을 유발시키는 추간판 탈출증과, 관절이나 인대가 두꺼워져 척추관을 압박하고, 이로 인해 척추관을 통과하는 신경을 건드려 통증을 유발시키는 척추관 협착증이 있다.
종래에는 추간판 탈출증 및 척추관 협착증의 치료를 위하여 등을 개복하고, 개복된 부위를 통해 외부로 노출된 통증 유발 부위를 수술 도구를 이용하여 제거하는 개복수술방법이 주로 수행되었다.
그러나 개복수술 방법은 수술과정이 복잡하고, 수술부위가 광범위하여 수술 후에도 회복에 오랜 시간이 소요됨은 물론, 수술부위에 후유증의 발생확률이 높고, 수술자의 신체에 광범위한 수술자국이 남아있게 되는 문제점이 있었다.
최근에는 상기한 개복수술의 문제점을 해결하기 위하여 척추경(spine endoscope)을 이용한 시술이 수행되고 있다.
척추경을 이용한 시술은 척추경이 들어갈 정도의 크기로 수술자의 신체 일부분만을 절개하고, 절개된 부위로 척추경을 삽입한 후, 척추경 내부로 수술용 디바이스를 삽입하여 통증 유발 부위를 제거함에 따라, 시술이 신속하게 수행되고, 시술 후에도 수술자의 회복속도가 빠르며, 수술자의 신체에도 큰 수술자국이 남지 않는 이점이 있다.
상기와 같은, 척추경은 내측에 수술용 디바이스가 유통 가능한 채널 및 환부를 촬영하기 위한 복수개의 렌즈가 구비되고, 수술자의 신체로 삽입되는 관형상의 삽입부, 및 삽입부로부터 연장되어 후방에 소정의 각도로 분기된 복수 개의 연결부를 구비하는 연결몸체로 구성된다.
이때, 연결몸체에 구비된 각 연결부에는 복수개의 렌즈로부터 전달되는 빛을 수신 받아 이미지 데이터를 생성하는 CCD 카메라 및 렌즈 측으로 광섬유를 공급하기 위한 케이블이 체결된다.
그러나 종래에는 척추경에 시술자가 파지 가능한 별도의 파지수단이 존재하지 않아, 시술자가 척추경에 결합된 CCD 카메라를 파지한 상태로 척추경을 제어하여 매우 불안정한 자세를 유지하게 되고, 이로 인해 정밀한 제어가 불가능하여 시술을 불안정한 상태로 수행하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 척추경에 체결되는 CCD 카메라는 부피가 크고 무거워, 시술자의 안정적인 파지 및 핸들링이 불가능하고, 나아가 자체 무게로 인하여 척추경으로부터 분리되어 이탈되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 주된 기술적 과제는 카메라 모듈을 내부에 구비하여 전체적인 구조가 단순화되고, 이를 통해 무게 및 부피가 감소됨에 따라 사용자 편의성 및 시술자의 조작 능력을 향상시킬 수 있는 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 줌 광학계를 내부에 구비하여 카메라 모듈을 통해 획득하는 환부의 영상을 광학적으로 확대 또는 축소할 수 있어, 사용자 편의성 및 시술자의 조작 능력을 향상시킬 수 있는 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 디스크 또는 신체 조직의 일부를 제거하기 위해 절개된 신체의 일부분을 통하여 신체 내부로 삽입되는 수술용 내시경에 있어서, 내부에 길이방향을 따라 수술용 디바이스가 이동 가능한 작업용 채널이 형성되는 본체 및 상기 본체의 내부 선단에 배치되고, 신체 내부에서 치료 대상 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접 획득 가능한 카메라 모듈을 포함하는 수술용 내시경을 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 본체에는, 상기 본체의 내부공간과 연통되어 외부로부터 광원이 유입될 수 있도록 외부장치와 연결 가능한 커넥터와 상기 카메라 모듈에 전원을 공급하고 상기 카메라 모듈과 외부 제어장치 간의 데이터 송수신을 위한 제어 케이블이 삽입 가능한 관통공이 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 카메라 모듈은, 특정 환부를 촬영하는 광학부와, 상기 광학부로부터 촬영된 영상을 디지털 영상 데이터로 변환하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서로 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 광학부는, 일측 및 타측이 개구되도록 형성되고, 내부에 길이방향을 따라 수용공간이 형성되는 하우징과, 상기 수용공간의 선단에 배치되고, 중앙에 미리 설정된 크기의 조리공이 형성되는 광학필터와, 상기 광학필터의 후방에 배치되어 상기 조리공을 통하여 전달된 빛을 상기 이미지 센서 측으로 굴절시키는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 후방에 배치되어 상기 이미지 센서와 상기 렌즈부 사이를 미리 설정된 간격으로 이격시키는 스페이서, 그리고 상기 하우징의 선단에 설치되어 상기 하우징의 개구된 일측을 차단하는 커버글라스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 카메라 모듈은, 상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행하는 줌 광학계를 더 포함하고, 상기 수술용 내시경은, 상기 줌 광학계의 동작을 제어하는 줌 광학계 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 줌 광학계는, 상기 특정 환부를 기준으로 하여 순차적으로 위치하는 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군을 포함하며, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군은 각각 음의 굴절률 또는 양의 굴절률을 갖는 렌즈를 복수개 구비하고, 상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군이 각각 구비한 복수개의 렌즈의 배열을 변형하여 상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 제2렌즈군은, 양의 굴절률을 갖는 비구면 렌즈와, 양의 굴절률을 갖는 렌즈와 음의 굴절률을 갖는 렌즈를 구비한 접합 렌즈 및 상기 제2렌즈군의 외주면을 따라 형성된 조리개를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 줌 광학계 제어부는, 상기 줌 광학계 제어부가 상기 줌 광학계의 동작을 제어할 수 있도록 동력을 제공하는 줌 광학계 구동 모터와, 상기 모터의 동력을 전달받아 상기 줌 광학계를 병진 운동시키는 푸셔를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 줌 광학계 제어부는, 상기 푸셔가 결합되어 상기 푸셔를 지지하는 홀더와, 상기 홀더와 상기 줌 광학계 구동 모터 사이에 마련되며, 상기 모터의 동력을 이용하여 회전 운동을 통해 상기 홀더를 병진 운동시키는 모터 샤프트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 푸셔는, 상기 제2렌즈군의 일측과 연결되는 제1프레임 및 상기 제2렌즈군의 타측과 연결되는 제2프레임을 포함하고, 상기 푸셔가 상기 줌 광학계 구동 모터의 동력에 의해 직선 상에서 전진 또는 후진되면, 상기 푸셔와 연결된 상기 제2렌즈군이 동일한 직선 상에서 전진 또는 후진되는 병진 운동을 통해, 상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수술용 내시경 본체의 내부에 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접적으로 획득 가능한 카메라 모듈을 구비함으로써, 본체의 일 측에 CCD 카메라가 별도 결합되는 종래의 내시경에 비하여 구조가 단순화되고, 이로 인하여 무게 및 부피가 감소되어 사용 편의성이 향상될 수 있다. 또한, 전체적인 구조가 단순화되고, 무게 및 부피가 절감됨에 따라, 시술자의 핸들링이 향상되어 정밀한 제어가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 줌 광학계를 내시경 내부에 구비하여 카메라 모듈을 통해 획득하는 환부의 영상을 광학적으로 확대 또는 축소할 수 있어, 내시경 사용자 의 편의성 및 시술자의 조작 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경의 사시도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경의 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경의 카메라 모듈의 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경의 정면도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경의 손잡이부에 구비된 고정부의 작동과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계 제어부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계 구동 메커니즘을 설명하기 위해 도시한 수술용 내시경의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계 구동 메커니즘을 설명하기 위해 도시한 카메라 모듈 및 푸셔의 상세 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 줌 광학계(25)의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "부", “군” 등은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)의 사시도를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)의 단면도를 나타낸 도면으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)은 본체(10), 카메라 모듈(20)을 포함하며, 손잡이부(30)와 줌 광학계 제어부(40)를 더 포함할 수 있다.
수술용 내시경(100)은 디스크 또는 신체 조직의 일부를 제거하기 위해 절개된 신체의 일부분을 통하여 신체 내부로 삽입되는 본체(10)를 포함한다.
본체(10)는 선형(linear)의 관(pipe) 형태로 형성되고, 본체(10)의 내부에는 길이방향을 따라 수술용 디바이스(예컨대, 포셉(forcep), 레이저 화이버(laser fiber) 등)가 삽입되어 이동 가능한 터널형의 작업용 채널(working channel, 11)이 형성된다.
또한, 본체(10)의 내부에 카메라 모듈(20) 및 줌 광학계 제어부(40)가 장착될 수 있다. 한편, 본체(10)는 사용 목적에 따라 각각 다른 직경의 크기로 형성될 수 있음은 물론이다.
더 자세하게는, 수술용 내시경(100)이 추간판 탈출증의 치료를 목적으로 구현될 경우, 본체(10)는 신체 내부로 삽입된 후, 디스크에 접근해야 하므로, 신경다발과 섬유조직에 자극이 전달되지 않도록 구현 가능한 수술용 내시경(100)에 있어, 크기를 최소화한 사이즈로 형성될 수 있다.
예컨대, 추간판 탈출증의 치료를 목적으로 할 경우, 본체(10)는 6mm의 직경으로 형성되고, 본체(10)의 내부에 배치된 작업용 채널(11)은 3 ~ 3.2mm 사이의 직경으로 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 수술용 내시경(100)이 척추관 협착증의 치료를 목적으로 구현될 경우, 본체(10)는 신체 내부로 삽입된 후, 디스크에 접근하지 않고, 신경다발의 외측에 위치하여 신경을 누르는 비후된 조직의 일부만을 제거하면 되므로, 구현 가능한 수술용 내시경(100)에 있어, 크기를 최대화한 사이즈로 형성될 수 있다.
즉, 척추관 협착증의 치료를 목적으로 제작된 본체(10)는 추간판 탈출증의 치료를 목적으로 제작된 본체(10)에 비해 체내 삽입 깊이가 짧다. 따라서, 신경다발 및 섬유조직과의 간섭확률이 적으므로, 추간판 탈출증의 치료를 목적으로 제작된 본체(10)에 비해 보다 큰 직경의 크기로 형성될 수 있다.
예컨대, 척추관 협착증의 치료를 목적으로 할 경우, 본체(10)는 6 ~ 15mm 사이의 직경으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본체(10)의 내부에 배치된 작업용 채널(11)의 직경도 본체(10)의 크기에 따라 다양한 크기로 형성되어, 대구경 수술용 디바이스의 사용이 가능할 수 있다.
또한, 본체(10)의 내부에는 작업용 채널(11)과 함께, 환부의 혈액 등을 세척하여 시야를 확보할 수 있도록 식염수 등의 세정수를 분사하는 세정 채널(미도시)이 형성될 수 있고, 이와 함께, 작업용 채널(11), 세정 채널 및 후술할 카메라 모듈(20)이 차지하는 공간 이외의 부분에 조명광을 조사하기 위한 광섬유(미도시)가 배치될 수 있다.
또한, 본체(10)에는 커넥터(13)가 구비될 수 있다. 커넥터(13)는 작업용 채널(11)을 제외한 본체(10)의 내부공간과 연통되어, 외부로부터 본체(10)의 내부공간으로 광원(광섬유)이 유입될 수 있도록 외부장치(미도시)와 연결 가능한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 본체(10)에는 관통공(15)이 형성될 수 있다. 더 자세하게는, 본체(10)에는 본체(10)의 내부에 설치되는 후술할 카메라 모듈(20)과 연결되어 카메라 모듈(20)에 전원을 공급하는 제어 케이블(200)이 본체(10)의 내부로 삽입 가능하도록 관통공(15)이 형성될 수 있다.
예컨대, 제어 케이블(200)은 카메라 모듈(20)에 전원을 공급함은 물론, 카메라 모듈(20)로부터 획득한 영상을 외부로 전송하거나, 외부에서 입력된 제어명령을 카메라 모듈(20)로 전송하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 수술용 내시경(100)은 본체(10)의 일 선단 혹은 내부 선단에 카메라 모듈(20)을 배치할 수 있다. 따라서 시술(혹은 수술) 시 신체 내부에서 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접적으로 획득 가능하다.
즉, 수술용 내시경(100)은 본체(10)에 렌즈 및 렌즈로부터 촬영된 영상을 영상 데이터로 변환시키기 위한 카메라를 별도 구비하지 않고, 본체(10)의 선단에 영상의 촬영 및 영상의 데이터 변환을 동시에 수행할 수 있는 하나의 카메라 모듈(20)을 구비함으로써, 전체 구조를 단순화 시키고, 이를 통해 부피 및 무게를 절감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)의 카메라 모듈(20)을 나타낸 단면도로서, 카메라 모듈(20)은 광학부(21), 이미지 센서(23)를 포함하고, 줌 광학계(25)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 광학부(21)는 하우징(217)과, 광학필터(211)를 포함할 수 있다. 하우징(217)은 일측 및 타측이 개구되도록 형성되고, 내부에 길이방향을 따라 수용 공간이 형성될 수 있다.
여기서, 하우징(217)의 일측에 형성된 개구는 타측에 형성된 개구보다 더 작은 직경의 크기로 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 하우징(217)의 일측 내면에는 하기에서 설명할 광학필터(211)의 전면이 걸려 지지되는 걸림턱이 형성될 수도 있다.
광학필터(211)는 하우징(217)의 일측 개구와 근접한 수용 공간의 선단에 배치될 수 있다. 여기서, 광학필터(211)의 중앙에는 미리 설정된 크기의 조리공이 형성될 수 있다. 따라서 전방의 빛이 조리공을 통해 후술할 렌즈부(213)로 전달될 수 있다.
또한, 광학부(21)는 렌즈부(213), 스페이서(215) 및 커버글라스(219)를 포함할 수 있다.
렌즈부(213)는 광학필터(211)의 후방에 배치되어 조리공을 통하여 전달된 빛을 이미지 센서(23) 측으로 굴절시킬 수 있다. 예컨대, 도 3에는 렌즈부(213)가 단일(single)구조로 도시되었으나, 렌즈부(213)는 이에 한정되지 않고, 사용상 필요에 따라 다중(multi)구조로 적용될 수 있다.
스페이서(215)는 렌즈부(213)의 후방에 배치되어 이미지 센서(23)와 렌즈부(213) 사이를 미리 설정된 간격으로 이격시킬 수 있다. 여기서, 미리 설정된 간격을 형성하는 스페이서(215)의 두께는 렌즈부(213)를 통해 굴절되는 빛이 스페이서(215)의 후방에 배치된 이미지 센서(23)에 정확히 전달될 수 있도록 빛의 굴절 각도를 고려하여 설정될 수 있다.
커버글라스(219)는 투명재질로 형성되어 하우징(217)의 선단에 설치되고, 하우징(217)의 개구된 일측을 차단하여 하우징(217)의 수용공간으로 이물질의 유입을 차단할 수 있다.
다음으로, 이미지 센서(23)는 광학부(21)로부터 촬영된 영상을 디지털 영상 데이터로 변환하여 상술한 제어 케이블(200)을 통해 해당 영상 데이터를 외부로 전송할 수 있다.
여기서, 이미지 센서(23)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서(23)로 형성될 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니며, 다양한 형태의 이미지 센서로 구현될 수 있다.
또한 카메라 모듈(20)이 포함할 수 있는 줌 광학계(25)는 제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)를 구비할 수 있다.
줌 광학계(25)는 카메라 모듈(20)이 광학부(21)를 통해 촬영하는 신체 내부의 전방 영역에 해당하는 특정 환부에 대하여, 해당 영상 촬영시 영상의 확대 또는 축소를 수행한다. 특히 광학적인 방법을 이용하여 영상의 배율을 조절할 수 있다. 따라서 사용자의 편의성이 증대되고 시술자가 더욱 편리하게 치료에 임할 수 있다.
구체적으로 제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)은 특정 환부와의 거리를 기준으로 순차적으로 위치 또는 배치될 수 있다.
또한, 제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)은 각각 복수개의 렌즈를 구비할 수 있는데, 그 개수나 성능은 제작하는 방법 및 형태, 사용 상황에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
예컨대 제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)을 구성하는 각각의 복수개의 렌즈들은 곡률반경, 두께가 서로 다를 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에서는 제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)을 대상으로 하여 상세히 설명하겠으나, 제4렌즈군(도시하지 않음), 제5렌즈군(도시하지 않음) 등 다수의 렌즈군을 더 포함할 수 있음은 물론이다.
제1렌즈군(251), 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255) 각각이 구비하는 복수개의 렌즈는 각각 음의 굴절률 또는 양의 굴절률을 지닐 수 있고, 복수개의 렌즈의 배열의 변형을 통해 광학부(21)가 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행할 수 있다.
또한, 제2렌즈군(253)은, 양의 굴절률을 갖는 비구면 렌즈(253a)와, 양의 굴절률을 갖는 렌즈와 음의 굴절률을 갖는 렌즈를 구비한 접합 렌즈(253b) 및 제2렌즈군(253)의 외주면을 따라 형성된 조리개(253c)를 포함할 수 있다. 조리개(253c)의 조절을 통해 줌 광학계(25)로 삽입되는 빛의 양을 조절할 수 있다. 비구면 렌즈(253a)와 접합 렌즈(253b) 역시 다수개가 구비될 수 있다.
이 때, 비구면 렌즈(253a)에 적용되는 수식은 아래 식(1) 및 식(2)와 같을 수 있다.
식(1) :
Figure PCTKR2017007800-appb-I000001
식(2) :
Figure PCTKR2017007800-appb-I000002
여기서 z는 중심 광축으로부터 높이가 x인 비구면 상의 좌표점에 대한 비구면 정점상의 수직면으로부터의 거리를 나타내고, K는 코닉상수이며, c는 비구면 정점의 렌즈 곡률을 나타내고, A, B, C, D는 비구면의 계수를 나타낸다.
또한, 하기에서 도 7을 참조하여 상세히 설명하겠지만, 줌 광학계 제어부(40)의 제어를 통해 제2렌즈군(253)이 전진 또는 후진되는 병진 운동을 통해 특정 환부 영상을 확대 또는 축소시킬 수 있고, 해당 영상의 배율 역시 변경할 수 있다. 병진 운동이란 회전 운동에 반대되는 개념으로, 질점계의 모든 질점이 똑같이 변위, 즉 평행 이동하는 운동을 말하며, 직선 운동으로 명명될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)을 나타낸 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 내시경(100)의 손잡이부(30)에 구비된 고정부(33)의 작동과정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 전술한 바와 같이 수술용 내시경(100)은 본체(10)의 외면에 설치되어 시술자의 파지가 가능한 손잡이부(30)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 손잡이부(30)는 본체(10)의 외면을 따라 미리 설정된 위치로 이동 가능할 수 있다.
더 자세하게는, 본체(10)의 외면에는 본체(10)의 외측으로 돌출되어 길이방향을 따라 손잡이부(30)의 이동을 안내하는 가이드레일(17)이 형성되고, 가이드레일(17)이 형성된 부위에 대응되는 손잡이부(30)의 내면에는 가이드레일(17)에 결합되는 가이드홈(31)이 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에서는 가이드레일(17)이 본체(10)의 외면에 형성되고, 가이드홈(31)이 손잡이부(30)의 내면에 형성된 것을 기준으로 설명하였으나, 가이드레일(17) 및 가이드홈(31)은 이에 한정되지 않고, 서로 반대되는 구조로 적용될 수도 있다. 즉, 가이드레일(17)은 손잡이부(30)의 내면에 형성되고, 가이드홈(31)은 가이드레일(17)이 형성된 부위에 대응되는 본체(10)의 외면에 형성될 수도 있다.
따라서, 손잡이부(30)는 가이드레일(17)의 어느 한 위치로 이동될 수 있음은 물론, 가이드레일(17)에 지지되어 회전이 제한될 수 있다.
한편, 손잡이부(30)에는 고정부(33)가 구비될 수 있다. 도 6을 참조하면, 고정부(33)는 가이드레일(17)을 가압하여 손잡이부(30)를 가이드레일(17)의 어느 한 위치에 고정시킬 수 있다.
예컨대, 고정부(33)는 도 6에 도시된 바와 같이, 손잡이부(30)를 관통하여 손잡이부(30)에 설치된 탄성부재(37)의 탄성력을 통해 가이드레일(17)의 외면에 선택적으로 접촉될 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 손잡이부(30)에는 파지홈(35)이 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 손잡이부(30)의 외면에는 시술자의 파지 시 엄지손가락을 제외한 나머지 손가락이 안착될 수 있도록 길이방향을 따라 복수개의 파지홈(35)이 형성될 수 있다.
따라서, 시술자는 손가락이 파지홈(35)에 안착되도록 손잡이부(30)를 감싸 쥔 후, 손잡이부(30)에 외력을 가하여 손잡이부(30)를 임의의 위치로 이동시키고, 이동이 완료되면 파지홈(35)에 안착된 손가락(예컨대, 중지 혹은 약지)의 끝부분을 이용하여 고정부(33)를 가압함으로써 손잡이부(30)를 임의의 위치에 고정시킬 수 있다.
이때, 파지홈(35)은 미리 설정된 방향을 향하도록 형성될 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 손잡이부(30)에 형성된 복수개의 파지홈(35)은 작업용 채널(11) 및 카메라 모듈(20)의 중심축(CA)과 일치되는 방향을 향하도록 형성될 수 있다.
즉, 복수개의 파지홈(35)은 시술 시 본체(10)가 임의의 방향으로 회전되더라도, 시술자가 본체(10)의 회전유무를 확인할 수 있도록 작업용 채널(11) 및 카메라 모듈(20)의 중심축(CA)과 일치되는 방향을 향하도록 형성될 수 있다.
따라서, 시술자는 파지홈(35)의 회전방향을 확인하여, 본체(10)의 회전유무를 인지하게 되고, 이를 통해 본체(10)를 재조정하여 정위치 상태로 유지할 수 있다. 예컨대, 본체(10)는 복수개의 파지홈(35)이 도 5를 기준으로 12시 방향을 향하고 있을 때, 정위치 상태일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 줌 광학계 제어부(40)의 세부 구성을 도시한 도면으로서, 전술한 바와 같이 수술용 내시경(100)은 줌 광학계 제어부(40)를 더 포함할 수 있고, 줌 광학계 제어부(40)는 줌 광학계 구동 모터(41), 푸셔(43), 홀더(45) 및 모터 샤프트(47)를 포함할 수 있다.
줌 광학계 구동 모터(41)는 줌 광학계 제어부(40)가 줌 광학계(25)를 구동시킬 수 있도록 동력을 제공하는 역할을 수행한다. 이 때 사용되는 모터에는 제한이 없으나 다양한 형태의 모터가 적용될 수 있다.
푸셔(43)는 줌 광학계 구동 모터(41)가 제공하는 동력을 전달받아 줌 광학계(25)를 직선 상에서 위치 이동시키는 병진 운동을 수행할 수 있다. 이를 구현하기 위해 푸셔(43)는 줌 광학계(25) 중에서도 제2렌즈군(253)의 일측과 연결되는 제1프레임(431)과, 제2렌즈군(253)의 타측과 연결되는 제2프레임(433)을 포함할 수 있다.
제1프레임(431)과 제2프레임(433)이 연결되는 일측 및 타측은 대칭되도록 구현하여 제2렌즈군(253)과 푸셔(43)의 연결에 있어서, 고정 및 지지 효과를 향상시킬 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 줌 광학계 제어부(40)는 푸셔(43)가 결합되어 푸셔(43)를 지지하는 홀더(45)와. 줌 광학계 구동 모터(41) 사이에 마련되며, 줌 광학계 구동 모터(41)의 동력을 이용하여 홀더(45)를 병진 운동시키는 모터 샤프트(47)를 더 포함할 수 있다.
즉, 홀더(45)에는 제1프레임(431)과 제2프레임(433)이 고정되고, 모터 샤프트(47)에는 나사산이 있어 회전 운동(원운동)이 가능하므로, 줌 광학계 구동 모터(41)의 동력을 통해 모터 샤프트(47)가 회전 운동을 하게 되면, 홀더(45)가 전진 또는 후진 등의 병진 운동을 수행한다.
도 8 및 도 9는 각각 줌 광학계(25) 구동 메커니즘을 설명하기 위해 도시한 수술용 내시경(100)의 단면도와 카메라 모듈(20) 및 푸셔(43)의 상세 도면이고, 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 줌 광학계(25)의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이를 참조하여 줌 광학계(25)의 구동 메커니즘을 설명하면, 홀더(45)와 푸셔(43)가 줌 광학계 구동 모터(41)의 동력에 의해 직선 상에서 전진 또는 후진되면, 푸셔(43)와 연결된 제2렌즈군(253)이 동일한 직선 상에서 전진 또는 후진되어, 광학부(21)가 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행하게 된다. 앞서 설명하였듯이 그 배율은 제1렌즈군(251). 제2렌즈군(253) 및 제3렌즈군(255)에 구비된 복수의 렌즈의 배열 또는 형태를 변형하여 다양하게 실시할 수 있다.
도 10에 도시된 1001은 제2렌즈군(253)이 제3렌즈군(255)과 가깝게 위치하고 있는 것을 확인할 수 있고, 1002는 제2렌즈군(253)이 제1렌즈군(251)과 제3렌즈군(255)의 중앙에 위치한 것을 확인할 수 있으며, 1003은 제2렌즈군(253)이 제1렌즈군(251)과 가깝게 위치한 것을 확인할 수 있다.
즉 다시 말해 1003은, 줌 광학계 구동 모터(41)에 의해 홀더(47)를 전진시키고, 그에 따라 홀더(47)에 고정된 푸셔(43)가 제2렌즈군(253)을 전진시키게 되어 제2렌즈군(253)이 촬영 대상 환부 방향으로 위치 이동(병진 운동)한 경우이고, 1001은 줌 광학계 구동 모터(41)에 의해 홀더(47)를 후진시키고, 그에 따라 홀더(47)에 고정된 푸셔(43)가 제2렌즈군(253)을 후진시키게 되어 제2렌즈군(253)이 촬영 대상 환부의 반대 방향으로 위치 이동(병진 이동)한 경우를 말하는 것이다. 1002는 제2렌즈군(253)이 전진 또는 후진의 병진 운동을 하면서 제1렌즈군(251)과 제3렌즈군(255) 중앙에 위치한 경우를 나타낸 것이다.
따라서, 1001은 광각 단을 형성하게 되고, 1003은 망원 단을 형성하게 되며, 1002는 그 사이의 중간 시야 각을 가지는 중간 단을 형성하게 된다. 도 10을 통해 1001, 1002 및 1003만을 예시로 설명하였으나, 광각 단, 망원 단, 중간 단을 이루는 초점 거리, 화각, 전진, 후진 등은 선택에 따라 어떠한 형태로든 변형 실시될 수 있다.
이처럼 지금까지 설명한 본 발명의 다양한 실시예는, 수술용 내시경(100) 본체(10)의 내부에 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접적으로 획득 가능한 카메라 모듈(20)을 구비함으로써, 본체 내부에 복수개의 광학렌즈가 설치되고, 본체의 일 측에 CCD 카메라가 별도 결합되는 종래의 내시경에 비하여 구조가 단순화되고, 이로 인하여 무게 및 부피가 감소되어 사용자의 편의성이 향상될 수 있다.
또한, 전체적인 구조가 단순화되고, 무게 및 부피가 절감됨에 따라, 시술자의 조작 능력이 향상되어 정밀한 제어가 가능할 수 있다.
또한 줌 광학계(25) 및 줌 광학계 제어부(40)를 이용하여 촬영 대상 환부의 영상을 확대 또는 축소할 수 있어 수술용 내시경(100)의 성능 증대에 기여할 수 있다.
또한, 본체(10)의 외면에 이동 가능한 손잡이부(30)를 구비하여, 시술자의 안정적인 파지가 가능함은 물론, 선택적으로 손잡이부(30)의 위치를 변경 가능하여 다양한 위치에서 본체(10)를 안정적으로 지지할 수 있다.
또한, 손잡이부(30)의 외면에 작업용 채널(11) 및 카메라 모듈(20)의 중심축과 일치되는 방향을 향하는 파지홈(35)이 형성됨에 따라, 시술자가 본체(10)의 회전유무를 확인 가능하고, 이를 토대로 본체(10)를 정위치 상태로 유지할 수 있다.
상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
발명의 실시를 위한 형태는 위의 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 함께 기술되었다.
본 발명은 이미지 센서가 내장된 수술용 내시경에 관한 것으로, 내시경에 적용 가능하고 반복 가능성이 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (10)

  1. 디스크 또는 신체 조직의 일부를 제거하기 위해 절개된 신체의 일부분을 통하여 신체 내부로 삽입되는 수술용 내시경에 있어서,
    내부에 길이방향을 따라 수술용 디바이스가 이동 가능한 작업용 채널이 형성되는 본체; 및
    상기 본체의 내부 선단에 배치되고, 신체 내부에서 치료 대상 환부를 촬영하여 해당 영상을 직접 획득 가능한 카메라 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체에는,
    상기 본체의 내부공간과 연통되어 외부로부터 광원이 유입될 수 있도록 외부장치와 연결 가능한 커넥터; 및
    상기 카메라 모듈에 전원을 공급하고 상기 카메라 모듈과 외부 제어장치 간의 데이터 송수신을 위한 제어 케이블이 삽입 가능한 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    특정 환부를 촬영하는 광학부; 및
    상기 광학부로부터 촬영된 영상을 디지털 영상 데이터로 변환하는 이미지 센서를 포함하되,
    상기 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서로 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학부는,
    일측 및 타측이 개구되도록 형성되고, 내부에 길이방향을 따라 수용공간이 형성되는 하우징;
    상기 수용공간의 선단에 배치되고, 중앙에 미리 설정된 크기의 조리공이 형성되는 광학필터;
    상기 광학필터의 후방에 배치되어 상기 조리공을 통하여 전달된 빛을 상기 이미지 센서 측으로 굴절시키는 렌즈부;
    상기 렌즈부의 후방에 배치되어 상기 이미지 센서와 상기 렌즈부 사이를 미리 설정된 간격으로 이격시키는 스페이서; 및
    상기 하우징의 선단에 설치되어 상기 하우징의 개구된 일측을 차단하는 커버글라스를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은,
    상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행하는 줌 광학계를 더 포함하고,
    상기 수술용 내시경은,
    상기 줌 광학계의 동작을 제어하는 줌 광학계 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경
  6. 제5항에 있어서,
    상기 줌 광학계는,
    상기 특정 환부를 기준으로 하여 순차적으로 위치하는 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군을 포함하며,
    상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군은 각각 음의 굴절률 또는 양의 굴절률을 갖는 렌즈를 복수개 구비하고,
    상기 제1렌즈군, 제2렌즈군 및 제3렌즈군이 각각 구비한 복수개의 렌즈의 배열을 변형하여 상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2렌즈군은,
    양의 굴절률을 갖는 비구면 렌즈;
    양의 굴절률을 갖는 렌즈와 음의 굴절률을 갖는 렌즈를 구비한 접합 렌즈; 및
    상기 제2렌즈군의 외주면을 따라 형성된 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 줌 광학계 제어부는,
    상기 줌 광학계 제어부가 상기 줌 광학계의 동작을 제어할 수 있도록 동력을 제공하는 줌 광학계 구동 모터; 및
    상기 모터의 동력을 전달받아 상기 줌 광학계를 병진 운동시키는 푸셔를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 줌 광학계 제어부는,
    상기 푸셔가 결합되어 상기 푸셔를 지지하는 홀더; 및
    상기 홀더와 상기 줌 광학계 구동 모터 사이에 마련되며, 상기 모터의 동력을 이용하여 회전 운동을 통해 상기 홀더를 병진 운동시키는 모터 샤프트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 푸셔는,
    상기 제2렌즈군의 일측과 연결되는 제1프레임; 및
    상기 제2렌즈군의 타측과 연결되는 제2프레임을 포함하고,
    상기 푸셔가 상기 줌 광학계 구동 모터의 동력에 의해 직선 상에서 전진 또는 후진되면, 상기 푸셔와 연결된 상기 제2렌즈군이 동일한 직선 상에서 전진 또는 후진되는 병진 운동을 통해, 상기 광학부가 상기 특정 환부 촬영시 해당 영상의 확대 또는 축소를 수행하는 것을 특징으로 하는 수술용 내시경.
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