WO2019022340A1 - 마그네틱 로봇 - Google Patents

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WO2019022340A1
WO2019022340A1 PCT/KR2018/003911 KR2018003911W WO2019022340A1 WO 2019022340 A1 WO2019022340 A1 WO 2019022340A1 KR 2018003911 W KR2018003911 W KR 2018003911W WO 2019022340 A1 WO2019022340 A1 WO 2019022340A1
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WO
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cover
magnet
moving
tissue
rotating magnet
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/003911
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English (en)
French (fr)
Inventor
장건희
정은수
남재광
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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Publication date
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Priority to US16/633,888 priority patent/US11642108B2/en
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    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B2034/303—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body lumens, e.g. within lumen of gut, spine, or blood vessels

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic robot, and more particularly, to a magnetic robot capable of collecting a body tissue by an external magnetic field control.
  • an endoscope or a catheter with a forceps is generally used.
  • foreign bacteria may be infected along the line, which can lead to death if the patient's immunity is weak.
  • wireless mobile magnetic robots developed to overcome the disadvantages of these wired tools have focused on the extraction of tissue of the digestive organs. There are limitations in the operation time by using a motor using a small battery, and the robot is passively There is a disadvantage that it moves.
  • the present invention provides a magnetic robot capable of selectively using movement and tissue collection in a body tissue by external magnetic field control.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • a magnetic robot According to an aspect of the present invention, there is provided a magnetic robot.
  • the magnetic robot includes a moving part movable by an external magnetic field control and an inspection part coupled to a tip of the moving part, wherein the inspection part includes a body provided with a needle for collecting tissue at its tip, a cover surrounding the body, And a cover moving portion for moving the cover between the first position and the second position, wherein when the cover is located at the first position, the tissue sampling needle is received in the cover, The needle for tissue sampling is exposed to the outside of the cover.
  • the body is provided with a first receiving portion at a position adjacent to the tissue sampling needle, and a second receiving portion is formed at a position adjacent to the examination portion, and the cover moving portion is inserted into the first receiving portion And a rotating magnet disposed in the second accommodating portion and capable of freely rotating about an engaging shaft of the cover under the control of the external magnetic field, wherein the cover comprises: a rotating magnet fixed between the stationary magnet and the rotating magnet And the second magnet may be located at the first position as the rotating magnet moves toward the needle for tissue collection by a force, and may be located at the second position as the rotating magnet moves toward the examination unit by the repulsive force of the stationary magnet and the rotating magnet.
  • the second accommodating portion is formed to have a predetermined length between the check portion and the stationary magnet, and when the cover is located at the first position, The cover may be located in one area of the receiving portion and may be located in another area of the second receiving portion adjacent to the checking portion when the cover is located in the second position.
  • the stationary magnet may be arranged so that one of the N pole and the S pole is adjacent to the tissue sampling needle, and the other is adjacent to the rotating magnet.
  • the rotating magnet is ring-shaped and can be divided into N poles on one side and S poles on the other side with respect to the coupling axis.
  • the moving unit includes a moving magnet controlled by the external magnetic field, and the magnetic force between the rotating magnet and the stationary magnet may be larger than the magnetic force between the rotating magnet and the moving magnet.
  • the tissue sampling needle has a sharp-pointed end, and when the body is advanced, the tissue sampling needle penetrates the tissue at the front, and when the body is retracted, The needle can take tissue.
  • the magnetic robot according to an embodiment of the present invention applies an external magnetic field to rotate a rotating magnet, thereby accommodating a tissue collecting needle in a cover using attraction force or repulsive force generated between the rotating magnet and the stationary magnet, It can be exposed to the outside of the cover.
  • the tissue sampling needle is received inside the cover, so that damage to the inner wall of the blood vessel caused by the tissue sampling needle during movement can be prevented.
  • the magnetic robot includes an inspection unit and a moving unit, and the inspection unit includes a tissue collecting needle having a tip end provided in a hook shape so that the tissue collecting needle penetrates through the tissue when the moving unit moves forward , The tissue collecting needle can take tissue when the moving part moves backward.
  • FIG. 1 is a perspective view of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of an inspection unit of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of an inspection unit of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining movement of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 8 are views for explaining tissue collection of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic robot according to the present invention includes a moving part movable by an external magnetic field control and an inspection part coupled to a tip of the moving part, wherein the inspection part includes a body provided with a needle for collecting tissue at its tip, And a cover moving part for moving the cover between the first position and the second position, wherein when the cover is located at the first position, the tissue sampling needle is accommodated in the cover and is located at the second position And the tissue sampling needle is exposed to the outside of the cover.
  • 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 a perspective view of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a testing unit of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a testing unit of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention, Sectional view.
  • a magnetic robot can be inserted into a coronary organs (organs, esophagus, stomach, intestines, bladder, ureters, blood vessels) in the human body, .
  • the magnetic robot includes an inspection unit 100 and a moving unit 200.
  • the inspection unit 100 is configured to perform tissue sampling for tissue inspection and includes a body 110, a tissue sampling needle 112, a cover 120 and a cover moving part 130.
  • the body 110 is provided at its tip with a tissue collection needle 112 and the body 110 has a first receiving portion 114 and a second receiving portion 116 formed thereon.
  • the tissue sampling needle 112 may be provided in the shape of a hook having a sharp end. When the tissue sampling needle 112 is exposed to the outside of the cover 120, as the body 110 advances, the tissue sampling needle 112 penetrates through the tissue in the forward direction, and as the body 110 is backward, The sampling needle 112 can take tissue.
  • the first receiving portion 114 may be formed at a position adjacent to the tissue sampling needle 112.
  • the first accommodating portion 114 provides a space for accommodating the fixed magnet 134 and has an inner diameter corresponding to the diameter of the fixed magnet 134.
  • the second accommodating portion 116 may be formed behind the first accommodating portion 114.
  • the second receiving portion 116 is formed to have a predetermined length along the longitudinal direction of the body 110.
  • the second accommodating portion 116 provides a space into which the rotating magnet 136 is inserted and the length of the second accommodating portion 116 in the longitudinal direction of the body 110 is larger than the diameter of the rotating magnet 136 .
  • the cover 120 is provided to surround the body 110 and may include a coupling shaft 122.
  • the engaging shaft 122 is provided through the second accommodating portion 116 and is inserted into the center of the rotating magnet 136.
  • the cover 120 can be moved between the first position and the second position by the cover moving part 130. [ In the first position, the tissue sampling needle 112 is received in the cover 120, and in the second position, the tissue sampling needle 112 is exposed to the outside of the cover 120.
  • the cover moving part 130 moves the cover 120 between the first position and the second position.
  • the cover moving part 130 may include a stationary magnet 134 and a rotating magnet 136.
  • the stationary magnet 134 and the rotating magnet 136 are provided in such a manner that the N pole and the S pole are in contact with each other.
  • portions treated with bright colors are N poles, and portions processed with dark colors are described as S poles .
  • the stationary magnet 134 is inserted into the first accommodating portion 114, and its rotation is restricted.
  • the fixed magnet 134 is disposed so that one of the N pole and the S pole is adjacent to the tissue collecting needle 112 and the other is adjacent to the rotating magnet 136.
  • the S pole of the fixed magnet 134 is disposed adjacent to the tissue sampling needle 112, and the N pole is disposed adjacent to the rotating magnet 136
  • the rotating magnet 136 is located in the second accommodating portion 116 and rotates about the engaging shaft 122 by the magnetic force of the external magnetic field and the fixed magnet 134, Move.
  • the rotating magnet 136 is provided in a ring shape, and the coupling shaft 122 passes through the center.
  • the rotary magnet 136 is divided into an N pole on one side and an S pole on the other side with the coupling shaft 122 as a center, and is rotatable around the coupling shaft 122.
  • the cover 120 moves together by the engaging shaft 122.
  • the rotating magnet 136 is positioned adjacent to the stationary magnet 134 in the second accommodating portion 116, the cover 120 is located at the first position. And the cover 120 is located in the second position when the rotating magnet 136 is located adjacent to the moving part 200 in the second receiving part 116.
  • FIG. 3 (A) is a sectional view showing a case where the cover 120 is disposed at the first position
  • FIG. 1 (B) is a sectional view showing a case where the cover 120 is disposed at the second position to be.
  • the S pole of the rotating magnet 136 is aligned with the N pole of the fixed magnet 134 by the magnetic force of the fixed magnet 134 and the rotating magnet 136, A attractive force is generated between the rotating magnet 136 and the fixed magnet 134.
  • the rotating magnet 136 moves to the fixed magnet 134 side by the attraction force and is located in one region of the second accommodation portion 116 adjacent to the fixed magnet 134.
  • the movement of the rotating magnet 136 causes the cover 120 to move together and be disposed in the first position. When the cover 120 is disposed in the first position, the tissue sampling needle 112 is accommodated in the cover 120.
  • the repulsive force moves the rotating magnet 136 to the moving part 200 side and the rotating magnet 136 is located in the other area of the second receiving part 116 adjacent to the moving part 200.
  • the cover 120 moves together and is disposed in the second position. When the cover 120 is disposed in the second position, the tissue sampling needle 112 is exposed to the outside of the cover 120 to perform tissue harvesting.
  • the moving unit 200 is configured to move the magnetic robot within the body, and can be moved by control of an external magnetic field.
  • the moving unit 200 is coupled to the rear of the inspection unit 100 and includes a moving magnet 210, a leg member 220, and a connecting member 230.
  • the moving magnet 210 is controlled by an external magnetic field, and the leg member 220 moves together with the movement of the moving magnet 210. For example, when a car wash magnetic field is applied from the outside, the moving magnet 210 is repeatedly rotated in a predetermined angle range about the Z axis. As the moving magnet 210 moves, the leg members 220 move together and the moving part 200 can advance by friction between the leg members 220 and the body tissue.
  • the moving magnet 210 rotates 180 degrees around the Z axis by the external magnetic field control. Accordingly, the arrangement of the north pole and the south pole of the moving magnet 210 is arranged opposite to the north pole and the south pole arrangement of the moving magnet in the case where the moving part 200 advances.
  • the leg member 220 moves together with the movement of the moving magnet 210, and the moving part 200 can be moved backward by friction between the leg member 220 and the body tissue .
  • the leg member 220 may be made of an elastic material and the edge of the leg member 220 may have a blunt shape. Specifically, the leg member 220 may be formed of a plate having a curvature. For example, the leg members 220 may be constructed of thin, flexible metal or thin plates of plastic or thin silicon.
  • the leg member 220 is made of an elastic material so that it is possible to maintain proper contact between the leg member 220 and the blood vessel without being affected by the size of the blood vessel when the magnetic robot is inserted into the human body, . Accordingly, the leg member 220 stably supports the inner wall of the blood vessel, stably maintains its position against external resistance, and can move smoothly even when the size of the inserted blood vessel is somewhat larger or smaller.
  • the connecting member 230 may connect the moving magnet 210 and the leg member 220.
  • the movement of the moving magnet 210 by the rotation of the connecting member 230 is transmitted to the leg member 220 by the connecting member 230 and the body member 110 can be moved by the movement of the leg member 220.
  • FIG. 4 is a view for explaining movement of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • the moving magnet 210 rotates to move the leg member 220 and the leg member 220 And the inner wall of the blood vessel, and the body 110 is moved by the frictional force.
  • the body 110 can move in the direction of the net friction force, which is the sum of the two frictional forces.
  • 5 to 8 are views for explaining tissue collection of a magnetic robot according to an embodiment of the present invention.
  • the moving part 200 moves to the target tissue 310 by an external applied magnetic field.
  • the magnetic torque received by the rotating magnet 136 by the external magnetic field during the movement of the moving part 200 is smaller than the magnetic torque formed by the fixed magnet 134 and the moving magnet 210.
  • the magnetic torque received by the rotating magnet 136 is larger than that of the moving magnet 210 and is formed with the fixed magnet 134.
  • the rotating magnet 136 is rotated by the magnetic force with the stationary magnet 134 such that the S pole of the rotating magnet 136 and the N pole of the stationary magnet 134 are aligned with each other and the rotating magnet 136 and the stationary magnet 134).
  • the cover 120 is positioned in the first position, and the tissue sampling needle 112 is received in the cover 120.
  • a magnetic field is applied in the + X axis direction from the outside, and the rotating magnet 136 is rotated about the y axis and aligned in the direction of the external magnetic field.
  • the magnetic torque received by the rotating magnet 136 by the external magnetic field is larger than the magnetic torque formed by the fixed magnet 134 and the moving magnet 210. Therefore, the rotating magnet 136 is magnetized in the direction of the + X axis, and the N pole is aligned with the N pole of the fixed magnet 134.
  • a repulsive force is generated between the rotating magnet 136 and the fixed magnet 134. The repulsive force moves the rotating magnet 136 to the moving part 200 side so that the cover 120 moves together with the rotating magnet 136 to be located at the second position and the tissue collecting needle 112 is exposed do.
  • a moving magnetic field is applied from the outside, and the moving part 200 advances. Thereby, the tissue sampling needle 112 penetrates the target tissue 310.
  • a car wash magnetic field is externally applied to move the moving part 200 backward.
  • the rotating magnet 136 is rotated about the y axis by the magnetic force of the fixed magnet 134 and the moving magnet 210 so that the S pole of the rotating magnet 136 and the S pole of the fixed magnet 134
  • the N pole of the rotating magnet 136 and the S pole of the moving magnet 210 are aligned with each other.
  • An attractive force is generated between the rotary magnet 136 and the fixed magnet 134 and between the rotary magnet 136 and the moving magnet 210 so that the attractive force between the rotary magnet 136 and the fixed magnet 134 is transmitted to the rotary magnet 136 ) And the moving magnet (210).
  • the rotating magnet 136 moves to the fixed magnet 134 side.
  • the cover 120 is positioned in the first position and the tissue sampling needle 112 is again received in the cover 120. [ The moving part 200 moves backward in a state where the tissue sampling needle 112 is accommodated in the cover 120.
  • the magnetic torque received by the rotating magnet 136 and the moving magnet 210, which are controlled by a magnetic field applied from the outside, can be calculated by the following equations (1) to (4).
  • the magnetic torque received by the rotating magnet 136 can be defined by the following equation (1).
  • T is the magnetic torque received by the rotating magnet
  • m is the magnetic moment of the rotating magnet
  • B is the external magnetic field
  • the external wash magnetic field can be defined by the following equation (2).
  • the magnetic field generated by the moving magnet 210 can be defined by the following equation (3).
  • the condition of the external magnetic field for the movement of the cover 120 can be set through the equations (1) and (4).
  • the magnetic torque received by the external magnetic field of the rotating magnet 136 is smaller than the magnetic torque formed by the fixed magnet 134 and the moving magnet 210,
  • the rotating magnet 136 is magnetized in the -x-axis direction. Accordingly, the cover 120 is disposed in the first position, and the tissue sampling needle 112 is accommodated inside the cover 120. As shown in Fig.
  • the magnetic torque received by the external magnetic field of the rotating magnet 136 is larger than the magnetic torque formed by the fixed magnet 134 and the moving magnet 210,
  • the magnet 136 is magnetized in the + x axis direction. Accordingly, the cover 120 is disposed at the second position, and the tissue sampling needle 112 is exposed to the outside of the cover 120.
  • the present invention can be used for collecting body tissues in tubular tissues of human body such as blood vessels, digestive system, urethra.

Abstract

마그네틱 로봇이 제공된다. 마그네틱 로봇은 외부 자기장 제어로 이동 가능한 이동부 및 상기 이동부의 선단에 결합하는 검사부를 포함하되, 상기 검사부는, 선단에 조직 채취용 바늘이 제공된 바디, 상기 바디를 감싸는 커버 및 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 커버를 이동시키는 커버 이동부를 포함하고, 상기 커버가 상기 제1위치에 위치하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버 내에 수용되고, 상기 제2위치에 위치하는 경우 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버의 외부로 노출된다.

Description

마그네틱 로봇
본 발명은 마그네틱 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부 자기장 제어로 신체 조직을 채취할 수 있는 마그네틱 로봇에 관한 것이다.
소화기관 또는 심장 등 주사 바늘이나 메스 등으로 도달하기 어려운 인체 부위의 생체 검사를 수행할 시, 일반적으로 겸자가 달린 내시경 또는 카테터 등을 사용한다. 그러나 이러한 유선 도구를 사용하는 경우 선을 따라 외부 박테리아가 감염될 수 있으며 이는 환자의 면역력이 약할 경우 사망에까지 이를 수 있다는 문제점이 있다.
최근 이러한 유선 도구의 단점을 극복하기 위해 개발된 무선 구동 마그네틱 로봇은 소화기관의 조직 채취에 초점을 두고 있으며, 주로 소형 배터리를 이용한 모터를 사용하여 작동 시간에 한계가 있고, 로봇이 체내에서 수동적으로 이동한다는 단점이 있다.
그러나 기존 생체검사를 대체하기 위해서는 로봇의 능동적인 이동이 가능해야 하며 지속적인 생체검사가 요구된다.
따라서, 정밀한 체내 이동이 용이하며, 안정성이 확보되는 무선 구동 마그네틱 로봇에 대한 기술들이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 외부 자기장 제어로 신체 조직 내에서 이동 및 조직 채취를 선택적으로 사용 가능한 마그네틱 로봇을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 마그네틱 로봇을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 마그네틱 로봇은 외부 자기장 제어로 이동 가능한 이동부 및 상기 이동부의 선단에 결합하는 검사부를 포함하되, 상기 검사부는, 선단에 조직 채취용 바늘이 제공된 바디, 상기 바디를 감싸는 커버 및 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 커버를 이동시키는 커버 이동부를 포함하고, 상기 커버가 상기 제1위치에 위치하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버 내에 수용되고, 상기 제2위치에 위치하는 경우 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버의 외부로 노출된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 바디에는 상기 조직 채취용 바늘에 인접한 위치에 제1 수용부가 형성되고, 상기 검사부와 인접한 위치에 제2수용부가 형성되며, 상기 커버 이동부는, 상기 제1 수용부에 삽입되며, 회전이 제한된 고정 자석 및 상기 제2 수용부 내에 위치하고, 상기 외부 자기장의 제어로 상기 커버의 결합 축을 중심으로 자유롭게 회전 가능한 회전 자석을 포함하되, 상기 커버는, 상기 고정 자석과 상기 회전 자석간의 인력으로 상기 회전 자석이 상기 조직 채취용 바늘 측으로 이동함에 따라 상기 제1 위치에 위치하고, 상기 고정 자석과 상기 회전 자석의 척력으로 상기 회전 자석이 상기 검사부 측으로 이동함에 따라 상기 제2 위치에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 수용부는 상기 검사부와 상기 고정 자석 사이에서 소정 길이로 형성되고, 상기 회전 자석은, 상기 커버가 상기 제1위치에 위치되는 경우, 상기 고정 자석에 인접한 상기 제2수용부의 일 영역에 위치하고, 상기 커버가 상기 제2위치에 위치되는 경우, 상기 검사부에 인접한 상기 제2수용부의 타 영역에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고정 자석은 N극과 S극 중 어느 하나가 상기 조직 채취용 바늘에 인접하고, 다른 하나가 상기 회전 자석에 인접하도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회전 자석은 링 형상으로, 상기 결합 축을 중심으로 일 측은 N극이 타 측은 S극으로 양분될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 이동부는 상기 외부 자기장에 의해 제어되는 이동 자석을 포함하고, 상기 회전 자석과 상기 고정 자석 사이의 자력이, 상기 회전 자석과 상기 이동 자석 사이의 자력보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 조직 채취용 바늘은 끝단이 뾰족한 갈고리 형상으로, 상기 바디가 전진하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 전방의 조직을 뚫고 들어가며, 상기 바디가 후진하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 조직을 채취할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇은 외부 자기장을 인가하여 회전 자석을 회전시키고, 이에 따라, 회전 자석과 고정 자석 사이에 발생하는 인력 또는 척력을 이용하여 조직 채취용 바늘을 커버 내부에 수용하거나, 커버 외부로 노출시킬 수 있다. 마그네틱 로봇이 혈관 내부를 이동하는 동안 조직 채취용 바늘은 커버 내부로 수용되어, 이동 동안에 조직 채취용 바늘에 의해 발생하는 혈관 내벽의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇은 검사부와 이동부로 구성되며, 검사부는 선단에 끝단이 갈고리 형상으로 제공된 조직 채취용 바늘을 포함하여, 이동부가 전진할 시 조직 채취용 바늘이 조직을 뚫고 들어갔다가, 이동부가 후진할 시 조직 채취용 바늘이 조직을 채취할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 검사부의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 검사부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 조직 채취를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 마그네틱 로봇은 외부 자기장 제어로 이동 가능한 이동부 및 상기 이동부의 선단에 결합하는 검사부를 포함하되, 상기 검사부는, 선단에 조직 채취용 바늘이 제공된 바디, 상기 바디를 감싸는 커버 및 제1위치와 제2위치 사이에서 상기 커버를 이동시키는 커버 이동부를 포함하고, 상기 커버가 상기 제1위치에 위치하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버 내에 수용되고, 상기 제2위치에 위치하는 경우 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버의 외부로 노출된다.
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 마그네틱 로봇의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 검사부의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 검사부의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마그네틱 로봇은 인체 내 관상 기관(기관, 식도, 위, 장, 방광, 요관, 혈관)의 내부로 삽입되어 이동하며, 조직 검사를 위한 조직 채취를 수행할 수 있다.
마그네틱 로봇은 검사부(100) 및 이동부(200)로 구성되며, 검사부(100)는 조직 검사를 위한 조직 채취를 수행하기 위한 구성으로, 바디(110), 조직 채취용 바늘(112), 커버(120) 및 커버 이동부(130)를 포함한다.
바디(110)의 선단에는 조직 채취용 바늘(112)이 제공되며, 바디(110)에는 제1 수용부(114)와 제2 수용부(116)가 형성된다.
조직 채취용 바늘(112)은 끝단이 뾰족한 갈고리 형상으로 제공될 수 있다. 조직 채취용 바늘(112)이 커버(120) 외부로 노출된 경우, 바디(110)가 전진함에 따라 조직 채취용 바늘(112)은 전방의 조직을 뚫고 들어가며, 바디(110)가 후진함에 따라 조직 채취용 바늘(112)은 조직을 채취할 수 있다.
제1 수용부(114)는 조직 채취용 바늘(112)에 인접한 위치에 형성될 수 있다. 제1 수용부(114)는 고정 자석(134)이 수용되는 공간을 제공하며, 고정 자석(134)의 직경에 상응하는 내경을 갖는다.
제2 수용부(116)는 제1 수용부(114)의 후방에 형성될 수 있다. 제2 수용부(116)는 바디(110)의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성된다. 제2 수용부(116)는 회전 자석(136)이 삽입되는 공간을 제공하며, 바디(110)의 길이 방향으로 제2 수용부(116)의 길이는 회전 자석(136)의 직경보다 크게 제공된다.
커버(120)는 바디(110)를 감싸는 형태로 제공되며, 결합 축(122)을 포함할 수 있다. 결합 축은(122) 제2 수용부(116)를 관통하여 제공되며, 회전 자석(136)의 중심에 삽입된다.
커버(120)는 커버 이동부(130)에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동할 수 있다. 상기 제1 위치에서 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 내에 수용되고, 상기 제2 위치에서 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 외부로 노출된다.
커버 이동부(130)는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 커버(120)를 이동시킨다. 커버 이동부(130)는 고정 자석(134) 및 회전 자석(136)을 포함할 수 있다.
고정 자석(134) 및 회전 자석(136)은 N극과 S극이 서로 맞닿은 형태로 제공되며, 도면 상에서 밝은 색으로 처리된 부분이 N극이고, 짙은 색으로 처리된 부분이 S극으로 설명될 수 있다.
고정 자석(134)은 제1 수용부(114)에 삽입되며, 회전이 제한된다. 고정 자석(134)은 N극과 S극 중 어느 하나가 조직 채취용 바늘(112)에 인접하고, 다른 하나가 회전 자석(136)에 인접하도록 배치된다. 실시 예에 의하면, 고정 자석(134)의 S극이 조직 채취용 바늘(112)에 인접 배치되고, N극이 회전 자석(136)에 인접 배치된다
회전 자석(136)은 제2 수용부(116) 내에 위치하며, 외부 자기장 및 고정 자석(134)과의 자력에 의해 결합 축(122)을 중심으로 회전하고, 제2 수용부(116) 내에서 이동한다. 회전 자석(136)은 링 형상으로 제공되며, 결합 축(122)이 중심을 관통한다. 회전 자석(136)은 결합 축(122)을 중심으로 일 측은 N극, 타 측은 S극으로 양분되며, 결합 축(122)을 중심으로 회전 가능하다. 회전 자석(136)이 제2 수용부(116) 내에서 이동하는 경우, 결합 축(122)에 의해 커버(120)가 함께 이동한다. 구체적으로, 회전 자석(136)이 제2 수용부(116) 내에서 고정 자석(134)에 인접 위치할 경우 커버(120)는 상기 제1 위치에 위치한다. 그리고 회전 자석(136)이 제2 수용부(116) 내에서 이동부(200)에 인접 위치할 경우 커버(120)는 상기 제2 위치에 위치한다.
이하, 도 3을 참조하여 회전 자석(136)의 회전 및 이동과, 회전 자석(136)의 이동에 따른 커버(120)의 이동을 자세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, (A)는 커버(120)가 상기 제1 위치에 배치되는 경우를 도시한 단면도이고, (B)는 커버(120)가 상기 제2 위치에 배치되는 경우를 도시한 단면도이다.
도 3의 (A)를 참조하면, 고정 자석(134)와 회전 자석(136)의 자력에 의해, 회전 자석(136)의 S극과 고정 자석(134)의 N극이 마주 정렬되며, 이에 따라 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 사이에는 인력이 발생한다. 인력에 의해 회전 자석(136)은 고정 자석(134) 측으로 이동하여, 고정 자석(134)에 인접한 제2 수용부(116)의 일 영역에 위치한다. 회전 자석(136)의 이동으로 커버(120)가 함께 이동하여 상기 제1 위치로 배치된다. 커버(120)가 상기 제1 위치로 배치되는 경우, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 내에 수용된다.
반면, (B)를 참조하면, 외부에서 X축 방향으로 자기장이 인가되면, 회전 자석(136)은 결합 축(122)을 중심으로 회전하여 외부 자기장 방향으로 정렬된다. 이때, 외부에서 인가되는 자기장은 회전 자석(136)과 고정자석(134) 간의 자력보다 큰 자력 크기로 회전 자석(136)에 전달된다. 이에 따라 회전 자석(136)의 N극이 고정 자석(134)의 N극이 마주 배열되며, 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 사이에는 척력이 발생한다. 척력은 회전 자석(136)을 이동부(200) 측으로 이동시키며, 회전 자석(136)은 이동부(200)에 인접한 제2 수용부(116)의 타 영역에 위치한다. 회전 자석(136)이 이동하여 제2 수용부(116)의 상기 타 영역에 위치함에 따라, 커버(120)가 함께 이동하여 상기 제2 위치로 배치된다. 커버(120)가 상기 제2 위치로 배치되는 경우, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120)의 외부로 노출되어, 조직 채취를 수행할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 이동부(200)는 마그네틱 로봇의 체내 이동을 위한 구성으로, 외부 자기장의 제어로 이동이 가능하다. 이동부(200)는 검사부(100)의 후방에 결합하며, 이동 자석(210), 다리 부재(220) 및 연결 부재(230)를 포함한다.
이동 자석(210)은 외부 자기장에 의해 제어되어 움직이며, 이동 자석(210)의 움직임에 따라 다리 부재(220)가 함께 움직인다. 일 예로, 외부에서 세차 자기장이 인가되는 경우, 이동 자석(210)은 Z축을 중심으로 소정 각도 범위에서 반복 회전한다. 이러한 이동 자석(210)의 움직임에 따라 다리 부재(220)가 함께 움직이며, 다리 부재(220)와 신체 조직의 마찰에 의해, 이동부(200)가 전진할 수 있다.
한편, 이동부(200)가 후진하고자 하는 경우, 외부 자기장 제어에 의해 이동 자석(210)은 Z축을 중심으로 180° 회전한다. 이에 따라 이동 자석(210)의 N극과 S극의 배열은 이동부(200)가 전진하는 경우에서의 이동 자석의 N극과 S극 배열과 반대로 배열된다. 이후 외부 세차 자기장이 인가되면, 이동 자석(210)의 움직임에 따라 다리 부재(220)가 함께 움직이며, 다리 부재(220)와 신체 조직의 마찰에 의해, 이동부(200)가 후진할 수 있다.
다리 부재(220)는 탄성 재질로 구성되며, 다리 부재(220)의 가장자리는 뭉툭한 형태로 구성될 수 있다. 구체적으로, 다리 부재(220)는 곡률을 가진 플레이트로 형성 될 수 있다. 예를 들어, 다리 부재(220)는 탄성이 있는 구부러진 금속 또는 플라스틱 재질의 얇은 판 또는 얇은 실리콘으로 구성될 수 있다.
다리 부재(220)를 탄성 재질로 구성함에 따라, 마그네틱 로봇이 인체 내, 예를 들어, 혈관 내로 삽입되는 경우, 혈관의 크기에 영향 받지 않고, 다리 부재(220)와 혈관 사이의 적절한 접촉을 유지할 수 있다. 따라서, 다리 부재(220)는 혈관 내벽을 안정적으로 지지하여, 외부의 저항에도 안정적으로 위치를 유지하고, 삽입되는 혈관의 사이즈가 다소 크거나 작은 경우에도 유연하게 이동할 수 있다.
연결 부재(230)는 이동 자석(210)과 다리 부재(220)를 연결할 수 있다. 연결 부재(230)에 의해, 이동 자석(210)의 회전에 의한 움직임이 다리 부재(220)에 전달되고, 다리 부재(220)가 운동하여 바디(110)를 이동시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 이동부(200)에 의한 마그네틱 로봇의 이동을 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 이동 자석(210)에 외부 세차 자기장이 인가되는 경우, 이동 자석(210)이 회전하여 다리 부재(220)가 운동하고, 다리 부재(220)가 운동함에 따라 다리 부재(220)와 혈관 내벽 사이의 마찰력이 발생하여, 상기 마찰력에 의해 바디(110)가 이동한다.
구체적으로, 이동 자석(210)에 반시계 방향으로 회전하는 외부 세차 자기장이 인가된 경우, -y축 방향으로 연장된 다리 부재(220)의 일 부분과 혈관 내벽 사이의 마찰력은, +y축 방향으로 연장된 다리 부재(220)과 타 부분과 혈관 내벽 사이의 마찰력보다 작고, 상기 두 마찰력은 반대 방향으로 형성된다.
반면, 이동 자석(210)에 시계 방향으로 회전하는 외부 세차 자기장이 인가된 경우, 다리 부재(220)의 상기 일 부분과 혈관 내벽 사이의 마찰력은, 다리 부재(220)과 상기 타 부분과 혈관 내벽 사이의 마찰력보다 크고, 상기 두 마찰력은 반대 방향으로 형성된다.
바디(110)는 상기 두 마찰력들의 합인, 알짜 마찰력의 방향으로 이동할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 마그네틱 로봇의 조직 채취를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 외부에서 인가된 세차 자기장에 의해 이동부(200)가 이동하여 대상 조직(310)에 도착한다. 이동부(200)의 이동 중, 회전 자석(136)이 외부 자기장에 의해 받는 자기 토크는, 고정 자석(134)과 이동 자석(210)에 의해 형성되는 자기 토크보다 작다. 그리고 회전 자석(136)이 받는 자기 토크는 이동 자석(210)보다 고정 자석(134)과 형성되는 자기 토크가 크다. 때문에, 회전 자석(136)은 고정 자석(134)과의 자력에 의해, 회전 자석(136)의 S극과 고정 자석(134)의 N극이 마주 정렬되며, 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 간에는 인력이 발생한다. 이에 따라 커버(120)는 상기 제1 위치에 위치하며, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 내에 수용된다.
도 6을 참조하면, 외부에서 +X축 방향으로 자기장이 인가되며, 회전 자석(136)은 y축을 중심으로 회전 하여 외부 자기장 방향으로 정렬된다. 이 때 회전 자석(136)이 외부 자기장에 의해 받는 자기 토크는, 고정 자석(134)과 이동 자석(210)에 의해 형성되는 자기 토크보다 크다. 때문에, 회전 자석(136)이 +X축 방향으로 착자되어 N극이 고정 자석(134)의 N극과 마주 배열된다. 이에 따라 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 사이에는 척력이 발생한다. 척력은 회전 자석(136)을 이동부(200) 측으로 이동시키며, 회전 자석(136)과 함께 커버(120)가 이동하여 상기 제2 위치에 위치하며, 조직 채취용 바늘(112)이 외부로 노출된다.
도 7을 참조하면, 외부에서 세차 자기장이 인가되어 이동부(200)가 전진한다. 이에 따라, 조직 채취용 바늘(112)이 대상 조직(310)을 뚫고 들어간다.
도 8을 참조하면, 조직 채취용 바늘(112)이 대상 조직(310)을 충분히 뚫고 들어가면, -X축 방향으로 외부 자기장이 인가되어 이동 자석(210)이 Z축을 기준으로 180° 회전한다.
이후, 외부에서 세차 자기장이 인가되어 이동부(200)가 후진한다. 세차 자기장이 인가되는 동안 회전 자석(136)은 고정 자석(134) 및 이동 자석(210)과의 자력에 의해 y축을 중심으로 회전하여, 회전 자석(136)의 S극과 고정 자석(134)의 N극이 마주 정렬되고, 회전 자석(136)의 N극과 이동 자석(210)의 S극이 마주 정렬된다. 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 사이 및 회전 자석(136)과 이동 자석(210) 사이에는 인력이 발생하되, 회전 자석(136)과 고정 자석(134) 사이의 인력이 회전 자석(136)과 이동 자석(210) 사이의 인력보다 강하다. 따라서, 회전 자석(136)이 고정 자석(134) 측으로 이동한다. 회전 자석(136)의 이동에 따라 커버(120)는 상기 제1 위치에 위치하며, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 내에 다시 수용된다. 조직 채취용 바늘(112)이 커버(120) 내에 수용된 상태에서 이동부(200)가 후진하며 이동한다.
외부에서 인가되는 자기장에 의해 제어되는 회전 자석(136)과 이동 자석(210)이 받는 자기 토크는 하기 수학식 1 내지 4를 통해 연산될 수 있다.
외부 자기장의 인가 시, 회전 자석(136)이 받는 자기 토크는 하기 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2018003911-appb-M000001
(T는 회전 자석이 받는 자기 토크, m은 회전 자석의 자기 모멘트, B는 외부 자기장)
외부 세차 자기장은 하기 수학식 2로 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2018003911-appb-M000002
(Be는 외부 세차 자기장의 세기, f는 외부 세차 자기장의 주파수, t는 시간, N은 회전축 벡터, U는 N의 노멀 벡터)
이동 자석(210)이 생성하는 자기장은 하기 수학식 3으로 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2018003911-appb-M000003
(μ0는 공간의 투자율, R은 이동 자석으로부터 임의의 지점까지의 벡터, R은 R의 크기)
상기 수학식 1과 하기 수학식 4를 통해, 커버(120)의 이동을 위한 외부 자기장의 조건을 설정할 수 있다.
Figure PCTKR2018003911-appb-M000004
(F는 외부 자기장 또는 이동 자석에 의해 받는 힘, B는 외부 자기장 또는 이동 자석이 생성하는 자기장)
외부 자기장이 인가되지 않거나, 외부 자기장의 크기가 작은 경우, 회전 자석(136)이 외부 자기장에 의해 받는 자기 토크는, 고정 자석(134)과 이동 자석(210)에 의해 형성되는 자기 토크보다 작아, 회전 자석(136)은 -x축 방향으로 착자된다. 이에 따라, 커버(120)는 상기 제1 위치에 배치되어, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 내부에 수용된다.
외부 자기장이 인가되거나, 외부 자기장의 크기가 증가한 경우, 회전 자석(136)이 외부 자기장에 의해 받는 자기 토크는, 고정 자석(134)과 이동 자석(210)에 의해 형성되는 자기 토크보다 크고, 회전 자석(136)은 +x축 방향으로 착자된다. 이에 따라, 커버(120)는 상기 제2 위치에 배치되어, 조직 채취용 바늘(112)은 커버(120) 외부로 노출된다.
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 발명은 혈관, 소화기, 요도 등 인체의 관형 조직 내에서 신체 조직의 채취에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 외부 자기장 제어로 이동 가능한 이동부; 및
    상기 이동부의 선단에 결합하는 검사부를 포함하되,
    상기 검사부는,
    선단에 조직 채취용 바늘이 제공된 바디;
    상기 바디를 감싸는 커버; 및
    제1위치와 제2위치 사이에서 상기 커버를 이동시키는 커버 이동부를 포함하고,
    상기 커버가 상기 제1위치에 위치하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버 내에 수용되고, 상기 제2위치에 위치하는 경우 상기 조직 채취용 바늘이 상기 커버의 외부로 노출되는 마그네틱 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디에는 상기 조직 채취용 바늘에 인접한 위치에 제1 수용부가 형성되고, 상기 검사부와 인접한 위치에 제2수용부가 형성되며,
    상기 커버 이동부는,
    상기 제1 수용부에 삽입되며, 회전이 제한된 고정 자석; 및
    상기 제2 수용부 내에 위치하고, 상기 외부 자기장의 제어로 상기 커버의 결합 축을 중심으로 자유롭게 회전 가능한 회전 자석을 포함하되,
    상기 커버는, 상기 고정 자석과 상기 회전 자석간의 인력으로 상기 회전 자석이 상기 조직 채취용 바늘 측으로 이동함에 따라 상기 제1 위치에 위치하고, 상기 고정 자석과 상기 회전 자석의 척력으로 상기 회전 자석이 상기 검사부 측으로 이동함에 따라 상기 제2 위치에 위치하는 마그네틱 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 수용부는 상기 검사부와 상기 고정 자석 사이에서 소정 길이로 형성되고,
    상기 회전 자석은,
    상기 커버가 상기 제1위치에 위치되는 경우, 상기 고정 자석에 인접한 상기 제2수용부의 일 영역에 위치하고,
    상기 커버가 상기 상기 제2위치에 위치되는 경우, 상기 검사부에 인접한 상기 제2수용부의 타 영역에 위치하는 마그네틱 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정 자석은 N극과 S극 중 어느 하나가 상기 조직 채취용 바늘에 인접하고, 다른 하나가 상기 회전 자석에 인접하도록 배치되는 마그네틱 로봇.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회전 자석은 링 형상으로, 상기 결합 축을 중심으로 일 측은 N극이 타 측은 S극으로 양분된 마그네틱 로봇.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 이동부는 상기 외부 자기장에 의해 제어되는 이동 자석을 포함하고,
    상기 회전 자석과 상기 고정 자석 사이의 자력이, 상기 회전 자석과 상기 이동 자석 사이의 자력보다 큰 마크네틱 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조직 채취용 바늘은 끝단이 뾰족한 갈고리 형상으로,
    상기 바디가 전진하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 전방의 조직을 뚫고 들어가며, 상기 바디가 후진하는 경우, 상기 조직 채취용 바늘이 조직을 채취하는 마그네틱 로봇.
PCT/KR2018/003911 2017-07-25 2018-04-03 마그네틱 로봇 WO2019022340A1 (ko)

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