WO2023068901A1 - 자기장 제어 장치 - Google Patents

자기장 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023068901A1
WO2023068901A1 PCT/KR2022/016231 KR2022016231W WO2023068901A1 WO 2023068901 A1 WO2023068901 A1 WO 2023068901A1 KR 2022016231 W KR2022016231 W KR 2022016231W WO 2023068901 A1 WO2023068901 A1 WO 2023068901A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
axis
magnet
magnetic field
magnet member
control device
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/016231
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장건희
이원서
이대희
김승욱
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Publication of WO2023068901A1 publication Critical patent/WO2023068901A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00158—Holding or positioning arrangements using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A61B2034/731—Arrangement of the coils or magnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic field control device, and more particularly, to a magnetic field control device capable of controlling the posture of a capsule endoscope.
  • a magnetic field control device for actively driving an object equipped with a permanent magnet such as a magnetically driven capsule endoscope and a wired/wireless magnetic robot that operates within the human body, is being developed.
  • An object equipped with a permanent magnet inside is driven by receiving magnetic torque and magnetic force from an external magnetic field, and can be precisely controlled remotely, so various applications and research and development are being conducted in the medical field.
  • magnetically driven capsule endoscopes applied to the digestive system and magnetic catheters applied to the treatment of cardiac arrhythmias.
  • magnetic robots for blood vessel treatment for the treatment of obstructive blood vessels
  • microrobots for drug delivery within the eyeball
  • targeted drugs within tissues targeted drugs within tissues.
  • magnetic nanoparticles for delivery are examples of magnetic nanoparticles for delivery.
  • Devices using electromagnets among devices that generate an external magnetic field require a power generator that takes up a large volume, weight, and cost in order to apply and control current to the electromagnet.
  • devices using permanent magnets require huge mechanical parts such as industrial robot arms, and have not been spread to actual medical sites due to limitations in space, cost, and compatibility with peripheral devices.
  • the present invention provides a magnetic field control device capable of precisely controlling an object equipped with a permanent magnet located in the body.
  • the present invention provides a magnetic field control device that is miniaturized and has a simple structure.
  • a magnetic field control device includes a housing having an accommodation space; a first magnet member located within the accommodation space, having a central axis parallel to the first axis, and generating a magnetic field; a second magnet member positioned on one side of the first magnet member in a second axis direction perpendicular to the first axis, a central axis disposed parallel to the first axis, and generating a magnetic field; a magnet driving unit for rotating the first and second magnet members about their respective central axes; and a control unit controlling an angle between the first magnet member and the second magnet member by controlling the magnet driver.
  • each of the first magnet member and the second magnet member may be a permanent magnet in which an N pole and an S pole are bisected based on a central axis thereof.
  • the permanent magnet may have a cylindrical shape or a spherical shape.
  • the permanent magnet may be disposed in the direction of the first axis in its longitudinal direction.
  • the permanent magnet may be disposed in a third axis direction perpendicular to the first axis and the second axis in its longitudinal direction.
  • the magnetic fields generated in each of the first magnet member and the second magnet member may have the same strength.
  • each of the first magnet member and the second magnet member may include a core disposed in a third axis direction perpendicular to the first axis and the second axis; a coil wound around each of the cores; and a power supply unit for applying current to the coils, wherein the control unit may control current applied to the cores.
  • the central axis is disposed parallel to the first axis, and further includes a third magnet member generating a magnetic field, wherein the magnet driving unit The third magnet member may be rotated about its central axis.
  • first to third magnet members may be positioned at the same height.
  • first magnet member and the third magnet member may be positioned higher than the second magnet member in the third axis direction.
  • the housing may further include a housing driving unit for rotating the housing around a third axis perpendicular to the first axis and the second axis.
  • first connection frame fixedly coupled to an upper portion of the housing and supporting the housing driving unit at a first point; a second connection frame coupled to the first connection frame with a pin at a second point of the first connection frame; and a handle coupled to the pin, wherein the first connection frame may rotate relative to the second connection frame around the pin.
  • a magnetic field distribution having various intensities and directions can be generated within an operating area by adjusting the angles of at least two or more magnet members, it is possible to precisely control an object equipped with permanent magnets located in the body. there is.
  • the magnetic field control device can have a compact and simple structure due to the combination of the housing, the magnet members, the magnet driving unit and the housing driving unit.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a magnetic field control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the magnet member of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view showing a magnet member and a target area of FIG. 2 ;
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of arranging magnet members according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing the distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing how the capsule endoscope rotates around a third axis under the control of a magnetic field control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing the distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to the embodiment of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a view showing the arrangement of first to third magnet members according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • a magnetic field control device includes a housing having an accommodation space; a first magnet member located within the accommodation space, having a central axis parallel to the first axis, and generating a magnetic field; a second magnet member positioned on one side of the first magnet member in a second axis direction perpendicular to the first axis, a central axis disposed parallel to the first axis, and generating a magnetic field; a magnet driving unit for rotating the first and second magnet members about their respective central axes; and a control unit controlling an angle between the first magnet member and the second magnet member by controlling the magnet driver.
  • first, second, and third are used to describe various elements in various embodiments of the present specification, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, what is referred to as a first element in one embodiment may be referred to as a second element in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiments.
  • 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
  • connection is used to mean both indirectly and directly connecting a plurality of components.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a magnetic field control device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a magnet member of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view showing a magnet member and a target area of FIG. 2 .
  • the magnetic field control device 10 may generate and control a magnetic field and magnetic force.
  • the magnetic field and magnetic force may be used to control the movement of the target object 20 equipped with a permanent magnet located in the operating area T.
  • the object 20 equipped with a permanent magnet may be a magnetically driven capsule endoscope applicable to the digestive system or a magnetic catheter applicable to treatment of cardiac arrhythmias.
  • a magnetically driven capsule endoscope is described as an example of the object 20 equipped with a permanent magnet.
  • the capsule endoscope 20 is inserted into the digestive tract of the human body and used for examination of the digestive tract, and includes a permanent magnet 21 therein.
  • the posture of the capsule endoscope 20 can be controlled in the direction of the magnetic field by the magnetic torque generated by the interaction between the magnetic field generated by the magnetic field control device 10 and the magnetic field of the permanent magnet 21 .
  • the magnetic field control device 10 includes a housing 110, connecting members 120 and 130, magnetic field generating units 210 and 220, magnet driving units 310 and 320, a housing driving unit 400 and a control unit (not shown). do.
  • the housing 110 has a predetermined shape and supports the magnetic field generators 210 and 220 .
  • the housing 110 is provided in a hexahedral shape, and an accommodation space with an open bottom surface is formed therein.
  • the connecting members 120 and 130 connect the housing 110 and a supporting means (not shown).
  • the supporting means may be an operating room lamp, a monitor, an operating room ceiling, a wall surface, or a mobile cart.
  • the connecting members 120 and 130 include a first connecting frame 120 and a second connecting frame 130 .
  • the first connection frame 120 is located on top of the housing 110 .
  • the rotation shaft 410 of the housing driving unit 400 is inserted into the first point of the first connection frame 120 .
  • the second connection frame 130 is provided with a predetermined length, and one end thereof is pin-coupled to the first connection frame 120 at a second point of the first connection frame 120 .
  • the first connection frame 120 is capable of relative rotation with respect to the second connection frame 130 around the pin.
  • a handle 140 is provided at the top of the pin.
  • the other end of the second connection frame 130 is coupled to the supporting means. The user may control the movement of the magnetic field control device 10 by gripping the handle 140 with his/her hand. By a user's manipulation, the second connection frame 130 may relatively rotate with respect to the supporting means, and the first connection frame 120 may relatively rotate with respect to the second connection frame 130 .
  • the magnetic field generators 210 and 220 are provided within the accommodation space of the housing 110 .
  • the magnetic field generators 210 and 220 include at least two or more magnet members. Two, three, four, five, or more magnetic flux members may be provided. In this embodiment, two magnet members 210 and 220 are provided as an example.
  • the first and second magnet members 210 and 220 each generate a magnetic field.
  • permanent magnets are used as the first and second magnet members 210 and 220 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 have a cylindrical shape having a predetermined height, and have a structure in which an N pole and an S pole are bisected with respect to their central axes 211 and 221 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 may have a spherical shape having a predetermined diameter, and may have a structure in which an N pole and an S pole are bisected based on their central axis.
  • the central axes 211 and 221 of the first and second permanent magnets 210 and 220 are disposed parallel to the first axial direction 11 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 may be spaced apart from each other by a predetermined interval in the second axial direction 12 perpendicular to the first axial direction 11 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 are coupled to the housing 110 so as to be rotatable around the central axes 211 and 221 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 may be disposed at the same height in the third axial direction 13 .
  • the first and second permanent magnets 210 and 220 may be disposed at different heights in the third axial direction 13 .
  • the magnet drivers 310 and 320 individually rotate the first and second permanent magnets 210 and 220 about their central axes 211 and 221 as axes.
  • the magnet drivers 310 and 320 may rotate the first and second permanent magnets 210 and 220 using electricity or hydraulic pressure.
  • a motor driven by electricity is used as the magnet driving units 310 and 320 , and will be described as an example.
  • the magnet driving units 310 and 320 include a first lower motor 310 and a second lower motor 320 .
  • the first lower motor 310 is coupled to the central axis 211 of the first permanent magnet 210 and rotates the first permanent magnet 210 .
  • the second lower motor 320 is coupled to the central axis 221 of the second permanent magnet 220 and rotates the second permanent magnet 220 .
  • the housing driving unit 400 is located at the upper end of the first connection frame 120 and is fixedly coupled with the first connection frame 120 .
  • the rotation axis 410 of the housing driving unit 400 is provided in the third axial direction 13 and passes through the first connection frame 120 and is coupled to the upper end of the housing 110 .
  • the housing 110 may rotate around the third shaft 13 .
  • the rotating shaft 410 of the housing drive unit 400 may be located on the same line as the center between the first permanent magnet 210 and the second permanent magnet 220 in the third axis direction 13. there is.
  • an electric motor may be used as the housing driving unit 400.
  • the control unit controls driving of the first lower motor 310 , the second lower motor 320 , and the housing driving unit 400 .
  • the first permanent magnet 210 and the second permanent magnet 220 rotate about their central axis, so that the angle can be controlled.
  • the housing 110 may be rotated about the third shaft 13 by driving control of the housing driving unit 400 . Under the control of the control unit, the distribution of the magnetic field generated in the operating area T may be changed.
  • the magnetic field control device 10 is located outside the patient. When the patient swallows the capsule endoscope 20, it is difficult to accurately determine the location of the capsule endoscope 20 in the digestive tract. Therefore, a process of aligning the permanent magnets 210 and 220 after setting the position of the magnetic field control device 10 by checking whether the capsule endoscope 20 is located close to or far from the magnetic field control device 10 is required. do.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of arranging magnet members according to an embodiment of the present invention.
  • the controller determines a magnetic field control position and an alignment direction of the capsule endoscope 20 . Then, optimal angles of the permanent magnets 210 and 220 are calculated so that a magnetic field distribution is generated in the determined alignment direction of the capsule endoscope. The controller calculates a motor control value for aligning the permanent magnets 210 and 220 at an optimal angle, and applies the motor control value to the first lower motor 310 and the second lower motor 320 , respectively. When the angles of the permanent magnets 210 and 220 are changed, a magnetic field for controlling the posture of the capsule endoscope 20 is formed in the operating area T.
  • FIG. 5 is a view showing the distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to an embodiment of the present invention.
  • the alignment angles of the magnet members are indicated in a counterclockwise direction based on the second axis direction 12, and the magnetic field and magnetic force are indicated in the first to third axis directions (11 to 13) based on the point where the capsule endoscope 20 is located. It is marked separately.
  • the angles of the permanent magnets 210 and 220 are controlled to move the endoscope to the lower end of the operating area.
  • a magnetic field and magnetic force are generated in the third axis direction 13, and the posture of the capsule endoscope 20 can be controlled using the generated magnetic field.
  • the angles of the permanent magnets 210 and 220 are controlled to move the endoscope to the top of the operating area T in the third axis direction 13.
  • a relatively high magnetic field and magnetic force may be generated, and the position of the capsule endoscope 20 may be controlled using the generated magnetic field and magnetic force.
  • the capsule endoscope 20 is inclined at a predetermined angle in the third axis direction 13 and is controlled.
  • the capsule endoscope 20 is positioned in the second axial direction 12 as shown in FIG. In a fixed state, it rotates in the third axis direction 13 as an axis.
  • the magnetic field control device 10 can control the posture of the capsule endoscope 20 on a plane formed in the first and second axial directions 11 and 12, and the third axial direction 13 as the center. By generating a rotational motion, a three-dimensional motion of the capsule endoscope 20 may be generated. As such, the magnetic field control device 10 may be fixedly positioned on a plane in the first and second axial directions 11 and 12 to generate a three-dimensional motion of the capsule endoscope 20 .
  • FIG. 7 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • the rotation axis 410 of the housing driving unit 400 is the center of the first permanent magnet 210 or the second permanent magnet 220 in the third axis direction 13 .
  • the rotation axis 410 of the upper motor 400 is located on the same line as the center of the first permanent magnet 210 in the third axis direction 13.
  • FIG. 8 is a view showing the distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to another embodiment of the present invention.
  • the first to second permanent magnets 20 are located at the position of the capsule endoscope 20. It can be seen that magnetic fields of -0.53 mT, 0 mT, and 8.63 mT and magnetic forces of 2.2 mN, 0 mN, and 30.3 mN are generated in the three axis directions (11 to 13), respectively.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic field generators 210, 220, and 230 include first to third magnet members. Permanent magnets may be used as the first to third magnet members 210, 220, and 230.
  • the first to third permanent magnets 210 , 220 , and 230 are arranged sequentially and parallel to each other at predetermined intervals in the second axial direction 12 .
  • the first to third permanent magnets 210, 220 and 230 may be disposed at the same height as each other.
  • the magnet driving units 310, 320, and 330 include first to third lower motors.
  • the first lower motor 310 is coupled to the central axis 211 of the first permanent magnet 210 and rotates the first permanent magnet 210 .
  • the second lower motor 320 is coupled to the central axis 221 of the second permanent magnet 220 and rotates the second permanent magnet 220 .
  • the third lower motor 330 is coupled to the central axis 231 of the third permanent magnet 230 and rotates the third permanent magnet 230 .
  • the control unit sets the magnetic field control position and sets the alignment direction of the capsule endoscope 20 . Then, optimal angles of the permanent magnets 210, 220, and 230 are calculated so that the magnetic field distribution is generated in the set alignment direction of the capsule endoscope.
  • the controller calculates a motor control value for aligning the permanent magnets 210, 220, and 230 at an optimal angle, and converts the motor control value to the first lower motor 310, the second lower motor 320, and the third lower motor. (330) respectively.
  • a magnetic field for controlling the posture of the capsule endoscope 20 is formed in the operating area T.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a distribution of magnetic fields generated in an operating area by changing various angles of magnet members according to the embodiment of FIG. 9 .
  • the capsule when the first permanent magnet 210 is aligned at 144°, the second permanent magnet 220 is aligned at 90°, and the third permanent magnet 230 is aligned at 35.6°, the capsule It can be confirmed that magnetic fields of 0 mT, 0 mT, and 14 mT and magnetic forces of 0 mN, 0 mN, and 44.2 mN are generated in the first to third axis directions (11 to 13) at the point where the endoscope 20 is located. there is.
  • the capsule endoscope ( 20) when the first permanent magnet 210 is aligned at 230.8°, the second permanent magnet 220 is aligned at 89.9°, and the third permanent magnet 230 is aligned at 309.2°, the capsule endoscope ( 20), it can be confirmed that magnetic fields of 0 mT, 0 mT, and 160.6 mT and magnetic forces of 0 mN, 0 mN, and 1503.5 mN are generated in the first to third axis directions (11 to 13), respectively.
  • the capsule endoscope ( 20) when the first permanent magnet 210 is aligned at 335.6°, the second permanent magnet 220 is aligned at 180°, and the third permanent magnet 230 is aligned at 24.4°, the capsule endoscope ( 20), it can be confirmed that magnetic fields of 109.1 mT, 0 mT, and 0 mT and magnetic forces of 0 mN, 0 mN, and 913.8 mN are generated in the first to third axis directions (11 to 13), respectively.
  • the posture of the capsule endoscope 20 when the capsule endoscope 20 is positioned at the upper end or lower end of the operating area T.
  • the posture of the capsule endoscope 20 can be controlled to be tilted at a predetermined angle with respect to the third axis direction 13 .
  • the capsule endoscope 20 when the housing 110 is rotated around the third axial direction 13 by the driving of the housing driving unit 400, the capsule endoscope 20 is positioned in the second axial direction 12 while being fixed. It rotates in the three-axis direction (13) as an axis.
  • FIG. 11 is a view showing the arrangement of first to third magnet members according to another embodiment of the present invention.
  • the first to third permanent magnets 210, 220, and 230 may be disposed at different heights.
  • the second permanent magnet 220 may be disposed at a lower height than the first and third permanent magnets 210 and 230 .
  • the arrangement of the permanent magnets 210 , 220 , and 230 reduces generation of a leakage magnetic field generated from the second permanent magnet 220 toward the first permanent magnet 210 or the third permanent magnet 230 . In this state, when the capsule endoscope 20 is positioned below the second permanent magnet 220, the posture can be stably fixed in the third axial direction 13.
  • FIG. 12 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • the first and second magnet members 210 and 220 may have different arrangement directions from those of the first and second magnet members described in FIG. 1 .
  • the first and second magnet members 210 and 220 are disposed in the third axial direction 13 in their longitudinal direction.
  • the central axes 211 and 221 of the first and second magnet members 210 and 220 are provided in a direction perpendicular to the circumferential surfaces of the first and second magnet members 210 and 220, and It is located at 1/2 height of (210, 220).
  • the first and second magnet members 210 and 220 are divided into upper and lower portions with different polarities based on the central axes 211 and 221 .
  • the first lower motor 310 rotates the first magnet member 210 about its central axis
  • the second lower motor 320 rotates the second magnet member 220 about its central axis.
  • magnet members 210 and 220 have been described as an example, but the number of magnet members may be variously changed.
  • FIG. 13 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • the first and second magnet members 210 and 220 may be electromagnets.
  • the first and second magnet members 210 and 220 include cores 611 and 621 , coils 612 and 622 and a power supply unit (not shown).
  • the cores 611 and 621 have a cylindrical shape having a predetermined length, and the length direction thereof is disposed in the third axial direction 13 .
  • the central axes 613 and 623 of the cores 611 and 621 are provided in a direction perpendicular to the circumferential surface of the cores 611 and 621 and are disposed parallel to the first direction 11 .
  • the central axes 613 and 623 of the cores 611 and 621 are located at half the height of the cores 611 and 621 .
  • At least two cores 611 and 621 are provided and are spaced apart from each other along the second axial direction 12 .
  • the coils 612 and 622 are wound around each of the cores 611 and 621 with a predetermined number of turns, and the power supply unit applies current to each of the coils 612 and 622 .
  • the magnet drivers 310 and 320 rotate the cores 612 and 622 about their central axes 613 and 623, respectively.
  • magnet members 210 and 220 have been described as an example, but the number of magnet members may be variously changed.
  • FIG. 14 is a diagram showing a magnetic field control device according to another embodiment of the present invention.
  • the magnetic field control device 10 further includes a protective cover 500 .
  • the protective cover 500 covers the housing 110, the magnet driving units 310, 320, and 330, and the upper motor 400 so as not to be exposed to the outside.
  • the protective cover 500 may be made of a non-magnetic material.
  • the magnetic field control device can be used to actively drive an object equipped with a permanent magnet, such as a magnetically driven capsule endoscope or a wired/wireless magnetic robot.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

자기장 제어 장치가 개시된다. 자기장 제어 장치는 수용 공간이 형성된 하우징; 상기 수용 공간 내에 위치하고, 그 중심축이 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제1자석 부재; 상기 제1축에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1자석 부재의 일 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제2자석 부재; 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재를 각각의 중심축을 축으로 회전시키는 자석 구동부; 상기 자석 구동부를 제어하여 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재의 각도를 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

자기장 제어 장치
본 발명은 자기장 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡슐 내시경의 자세를 제어할 수 있는 자기장 제어 장치에 관한 것이다.
인체 내에서 동작하는 자기 구동형 캡슐 내시경, 유/무선 마그네틱 로봇 등 영구자석이 탑재된 대상체를 능동적으로 구동하기 위한 자기장 제어 장치가 개발되고 있다. 내부에 영구자석이 탑재된 대상체는 외부 자기장에 의해 자기 토크와 자기력을 받아 구동하게 되며, 원격으로 정밀하게 제어가 가능하여 의료분야에 다양하게 적용 및 연구개발이 진행되고 있다. 대표적으로 소화계에 적용된 자기 구동형 캡슐형 내시경, 심장 부정맥 치료에 적용된 마그네틱 카테터 등이 있으며, 이 외에도 폐색성 혈관 치료를 위한 혈관치료용 마그네틱 로봇, 안구 내 약물전달을 위한 마이크로 로봇, 조직 내 표적 약물전달을 위한 자기 나노 입자 등이 있다.
외부 자기장을 발생하는 장치들 중 전자석을 활용하는 장치는 전자석에 전류를 인가 및 제어하기 위해 큰 부피와 무게, 비용을 차지하는 전원발생장치를 필요로 한다. 그리고 영구자석을 활용하는 장치는 산업용 로봇암과 같이 거대한 기구부를 필요로 하여 공간, 비용, 주변 기기와의 호환성 등의 한계로 인해 실제 의료 현장에 보급되지 못하고 있었다.
이에 소형화되고 간단한 구조를 가지며, 영구자석이 탑재된 대상체가 환자의 신체 내에 삽입될 경우 의료진이 정밀 제어할 수 있는 자기장 제어 장치의 개발이 요구된다.
본 발명은 신체 내에 위치하는 영구자석이 탑재된 대상체를 정밀 제어할 수 있는 자기장 제어 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 소형화되고 간단한 구조를 갖는 자기장 제어 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 자기장 제어 장치는 수용 공간이 형성된 하우징; 상기 수용 공간 내에 위치하고, 그 중심축이 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제1자석 부재; 상기 제1축에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1자석 부재의 일 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제2자석 부재; 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재를 각각의 중심축을 축으로 회전시키는 자석 구동부; 상기 자석 구동부를 제어하여 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재의 각도를 조절하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각은 그 중심축을 기준으로 N극과 S극이 양분된 영구 자석일 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은 원기둥 형상 또는 구 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은 그 길이 방향이 상기 제1축 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은 그 길이 방향이 상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각에서 발생되는 자기장은 그 세기가 동일할 수 있다.
또한, 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각은, 그 길이 방향이 상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축 방향으로 배치되는 코어; 상기 코어들 각각에 감기는 코일; 및 상기 코일들에 전류를 인가하는 전원부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 코어들에 인가되는 전류를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제2축 방향으로 상기 제2자석 부재의 타 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제3자석 부재를 더 포함하되, 상기 자석 구동부는 상기 제3자석 부재를 그 중심축을 축으로 회전시킬 수 있다.
또한, 상기 제1자석 부재 내지 상기 제3자석 부재는 동일한 높이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1자석 부재와 상기 제3자석 부재는 상기 제3축 방향으로 상기 제2자석 부재보다 높은 위치에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축을 중심으로 상기 하우징을 회전시키는 하우징 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 상부에 고정 결합하며, 제1지점에서 상기 하우징 구동부를 지지하는 제1연결 프레임; 상기 제1연결 프레임의 제2지점에서 상기 제1연결 프레임과 핀 결합하는 제2연결 프레임; 및 상기 핀과 결합하는 손잡이를 포함하되, 상기 제1연결 프레임은 상기 핀을 축으로 상기 제2연결 프레임에 대해 상대 회동이 가능할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적어도 2개 이상 배치된 자석 부재들의 각도를 조절하여 작동 영역 내에 다양한 세기와 방향을 갖는 자기장 분포를 생성할 수 있으므로, 신체 내에 위치하는 영구자석이 탑재된 대상체를 정밀 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 하우징, 자석 부재들, 자석 구동부와 하우징 구동부의 결합으로 자기장 제어 장치는 소형화되고 간단한 구조를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 자석 부재를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 자석 부재와 타겟 영역을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 자석 부재들을 정렬하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기장 제어 장치의 제어로 캡슐 내시경이 제3축 방향을 중심으로 회전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 내지 제3자석 부재들의 배치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 자기장 제어 장치는 수용 공간이 형성된 하우징; 상기 수용 공간 내에 위치하고, 그 중심축이 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제1자석 부재; 상기 제1축에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1자석 부재의 일 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제2자석 부재; 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재를 각각의 중심축을 축으로 회전시키는 자석 구동부; 상기 자석 구동부를 제어하여 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재의 각도를 조절하는 제어부를 포함한다.
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 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 자석 부재를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 자석 부재와 타겟 영역을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 자기장 제어 장치(10)는 자기장과 자기력을 생성 및 제어할 수 있다. 자기장과 자기력은 작동 영역(T) 내에 위치한 영구자석이 탑재된 대상체(20)의 움직임 제어에 이용될 수 있다. 영구자석이 탑재된 대상체(20)는 소화계에 적용가능한 자기 구동형 캡슐 내시경, 또는 심장 부정맥 치료에 적용가능한 마그네틱 카테터일 수 있다. 본 실시 예에서는 영구자석이 탑재된 대상체(20)로 자기 구동형 캡슐 내시경을 예를 들어 설명한다.
캡슐 내시경(20)은 인체의 소화기관에 삽입되어 소화기관 검사용으로 사용되며, 내부에 영구자석(21)을 포함한다. 자기장 제어 장치(10)에서 발생한 자기장과 영구자석(21)의 자기장이 상호 작용하여 형성된 자기 토크에 의하여 캡슐 내시경(20)이 자기장 방향으로 자세 제어될 수 있다.
자기장 제어 장치(10)는 하우징(110), 연결 부재(120, 130), 자기장 발생부(210, 220), 자석 구동부(310, 320), 하우징 구동부(400) 그리고 제어부(미도시)를 포함한다.
하우징(110)은 소정 형상을 하며, 자기장 발생부(210, 220)를 지지한다. 실시 예에 의하면, 하우징(110)은 육면체 형상으로 제공되며, 저면이 개방된 수용 공간이 내부에 형성된다.
연결 부재(120, 130)는 하우징(110)과 지지 수단(미도시)을 연결한다. 지지 수단은 수술실의 램프, 모니터, 시술실 천장, 벽면, 또는 이동형 카트 등이 될 수 있다. 연결 부재(120, 130)는 제1연결 프레임(120)과 제2연결 프레임(130)을 포함한다.
제1연결 프레임(120)은 하우징(110)의 상단에 위치한다. 제1연결 프레임(120)의 제1지점에는 하우징 구동부(400)의 회전 축(410)이 삽입된다.
제2연결 프레임(130)은 소정 길이로 제공되며, 그 일단이 제1연결 프레임(120)의 제2지점에서 제1연결 프레임(120)과 핀 결합한다. 제1연결 프레임(120)은 핀을 축으로 제2연결 프레임(130)에 대해 상대 회동이 가능하다. 핀의 상단에는 손잡이(140)가 제공된다. 제2연결 프레임(130)의 타 단은 지지 수단과 결합한다. 사용자는 손으로 손잡이(140)를 쥐고 자기장 제어 장치(10)의 움직임을 제어할 수 있다. 사용자의 조작으로, 제2연결 프레임(130)이 지지 수단에 대해 상대 회동하고, 제1연결 프레임(120)이 제2연결 프레임(130)에 대해 상대 회동할 수 있다.
자기장 발생부(210, 220)는 하우징(110)의 수용 공간 내에 제공된다. 자기장 발생부(210, 220)는 적어도 2개 이상의 자석 부재를 포함한다. 자속 부재는 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상이 제공될 수 있다. 본 실시 예에서는 2개의 자석 부재(210, 220)가 제공되는 것을 예를 들어 설명한다. 제1 및 제2자석 부재(210, 220)는 각각 자기장을 발생시킨다. 실시 예에 의하면, 제1 및 제2자석 부재(210, 220)는 영구 자석이 사용된다. 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)은 소정 높이를 갖는 원기둥 형상으로, 그 중심축(211, 221)을 기준으로 N극과 S극이 양분된 구조를 갖는다. 또한, 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)은 소정 직경을 갖는 구 형상으로, 그 중심축을 기준으로 N극과 S극이 양분된 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 영구 자석(210, 220)은 그 중심축(211, 221)이 제1축 방향(11)과 나란하게 배치된다. 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)은 제1축 방향(11)에 수직한 제2축 방향(12)으로 소정 간격 이격하여 배치될 수 있다. 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)은 그 중심축(211, 221)을 축으로 회전 가능하도록 하우징(110)과 결합한다. 일 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)들은 제3축 방향(13)으로 서로 동일한 높이에 배치될 수 있다. 다른 실시 예에 의하면, 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)들은 제3축 방향(13)으로 서로 상이한 높이에 배치될 수 있다.
자석 구동부(310, 320)는 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)을 개별적으로 그 중심축(211, 221)을 축으로 회전시킨다. 자석 구동부(310, 320)는 전기 또는 유압을 이용하여 제1 및 제2 영구 자석(210, 220)을 회전시킬 수 있다. 본 실시 예에서는 자석 구동부(310, 320)로, 전기에 의해 구동하는 모터가 사용되는 것을 예를 들어 설명한다.
자석 구동부(310, 320)는 제1하부 모터(310)와 제2하부 모터(320)를 포함한다. 제1하부 모터(310)는 제1영구 자석(210)의 중심축(211)과 결합하며, 제1영구 자석(210)을 회전시킨다. 제2하부 모터(320)는 제2영구 자석(220)의 중심축(221)과 결합하며, 제2영구 자석(220)을 회전시킨다.
하우징 구동부(400)는 제1연결 프레임(120)의 상단에 위치하며, 제1연결 프레임(120)과 고정 결합한다. 하우징 구동부(400)의 회전 축(410)은 제3축 방향(13)으로 제공되며, 제1연결 프레임(120)을 지나 하우징(110)의 상단과 결합한다. 하우징 구동부(400)의 구동으로, 하우징(110)이 제3축(13)을 축으로 회전할 수 있다. 실시 예에 의하면, 하우징 구동부(400)의 회전 축(410)은 제3축 방향(13)으로 제1영구 자석(210)과 제2영구 자석(220)의 사이 중심과 동일 선상에 위치할 수 있다. 하우징 구동부(400)로, 전기 모터가 사용될 수 있다.
제어부는 제1하부 모터(310), 제2하부 모터(320), 그리고 하우징 구동부(400)의 구동을 제어한다. 제1하부 모터(310), 제2하부 모터(320)의 구동 제어로, 제1영구 자석(210)과 제2영구 자석(220)이 그 중심축을 축으로 회전하여 각도가 제어될 수 있다. 하우징 구동부(400)의 구동 제어로 하우징(110)이 제3축(13)을 중심으로 회전할 수 있다. 이러한 제어부의 제어로, 작동 영역(T)에서 발생하는 자기장 분포가 변경될 수 있다.
이하 상술한 자기장 제어 장치(10)를 이용하여 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어하는 과정에 대해 자세하게 설명한다.
자기장 제어 장치(10)는 환자의 외부에 위치한다. 환자가 캡슐 내시경(20)을 삼킬 경우, 소화 기관 내에서 캡슐 내시경(20)의 위치를 정확히 알기 어렵다. 때문에, 캡슐 내시경(20)이 자기장 제어 장치(10)에 근접 위치하는지, 멀리 떨어져 위치하는지 확인하여 자기장 제어 장치(10)의 위치를 설정한 후 영구 자석(210, 220)들을 정렬하는 과정이 요구된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 자석 부재들을 정렬하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 제어부는 자기장 제어 위치를 결정하고, 캡슐 내시경(20)의 정렬 방향을 결정한다. 그리고 결정된 캡슐 내시경의 정렬 방향으로 자기장 분포가 발생되도록 영구 자석(210, 220)들의 최적 각도를 계산한다. 제어부는 영구 자석(210, 220)들이 최적 각도로 정렬되기 위한 모터 제어 값을 계산하고, 모터 제어 값을 제1하부 모터(310)와 제2하부 모터(320)에 각각 인가한다. 영구 자석(210, 220)들의 각도가 변경되면, 작동 영역(T)에는 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어하기 위한 자기장이 형성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다. 자석 부재들의 정렬 각도는 제2축 방향(12)을 기준으로 반시계 방향으로 표시하였고, 자기장과 자기력은 캡슐 내시경(20)이 위치한 지점을 기준으로 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 구분하여 표시하였다.
먼저, 도 5의 (A)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 117°, 제2영구자석(220)이 62.3° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 0 mT, 0 mT, 10.8 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 36 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
캡슐 내시경(20)이 환자의 위(stomach)와 같이 직경 10cm 내외의 작동 영역(T) 하단에 위치할 경우, 상술한 바와 같이 영구자석(210, 220)들의 각도를 제어하여 작동 영역의 하단에 제3축 방향(13)으로 자기장 및 자기력을 생성하고, 이를 이용하여 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어할 수 있다.
도 5의 (B)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 165.9°, 제2영구자석(220)이 14.1° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 0 mT, 0 mT, 123.6 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 879.4mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
캡슐 내시경(20)이 작동 영역(T)의 상단에 위치할 경우, 상술한 바와 같이 영구자석(210, 220)들의 각도를 제어하여 작동 영역(T)의 상단에 제3축 방향(13)으로 상대적으로 큰 세기의 자기장 및 자기력을 생성하고, 이를 이용하여 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어할 수 있다.
도 5의 (C)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 289.6°, 제2영구자석(220)이 70.37° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 99.8 mT, 0 mT, 0 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 905.5 N의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
이와 같은 영구자석(210, 220)들의 각도 제어로, 캡슐 내시경(20)은 제3축 방향(13)에 소정 각도로 경사지게 자세 제어된다. 이 상태에서 하우징 구동부(400)의 구동으로 하우징(110)이 제3축 방향(13)을 중심으로 회전할 경우, 캡슐 내시경(20)은 도 6과 같이, 제2축 방향(12)으로 위치가 고정된 상태에서 제3축 방향(13)을 축으로 회전하게 된다.
이러한 제어 방법을 통해 자기장 제어 장치(10)는 제1 및 제2축 방향(11, 12)으로 이루어진 평면 상에서 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어할 있고, 제3축 방향(13)을 중심으로 회전 운동을 생성함으로써, 캡슐 내시경(20)의 3차원 운동을 생성할 수 있다. 이처럼, 자기장 제어 장치(10)는 제1 및 제2축 방향(11, 12)의 평면 상에 고정 위치하여 캡슐 내시경(20)의 3차원 운동을 생성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 도 1의 실시 예와 달리, 하우징 구동부(400)의 회전 축(410)은 제3축 방향(13)으로 제1영구 자석(210)의 중심 또는 제2영구 자석(220)의 중심과 동일 선상에 위치할 수 있다. 실시 예에 의하면, 상부 모터(400)의 회전 축(410)은 제3축 방향(13)으로 제1영구 자석(210)의 중심과 동일 선상에 위치한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
도 8의 (A)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 98.1°, 제2영구자석(220)이 0° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 -0.53 mT, 0 mT, 8.63 mT의 자기장과 2.2 mN, 0 mN, 30.3 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
도 8의 (B)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 90°, 제2영구자석(220)이 309.2° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 -7.15 mT, 0 mT, 148.4 mT의 자기장과 66.7 mN, 0 mN, 1421.8.3 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
도 8의 (C)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 185.4°, 제2영구자석(220)이 26.44° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 88.74 mT, 0 mT, 5.43 mT의 자기장과 175.6 mN, 0 mN, 782.2 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 자기장 발생부는(210, 220, 230)는 제1 내지 제3 자석 부재를 포함한다. 제1 내지 제3 자석 부재(210, 220, 230)는 영구 자석이 사용될 수 있다. 제1 내지 제3영구 자석(210, 220, 230)은 제2축 방향(12)으로 소정 간격을 두고 순차적으로, 그리고 서로 나란하게 배치된다. 일 실시 예에 의하면, 제1 내지 제3영구 자석(210, 220, 230)들은 서로 동일한 높이에 배치될 수 있다.
자석 구동부(310, 320, 330)는 제1 내지 제3하부 모터를 포함한다. 제1하부 모터(310)는 제1영구 자석(210)의 중심축(211)과 결합하며, 제1영구 자석(210)을 회전시킨다. 제2하부 모터(320)는 제2영구 자석(220)의 중심축(221)과 결합하며, 제2영구 자석(220)을 회전시킨다. 제3하부 모터(330)는 제3영구 자석(230)의 중심축(231)과 결합하며, 제3영구 자석(230)을 회전시킨다.
제어부는 자기장 제어 위치를 설정하고, 캡슐형 내시경(20)의 정렬 방향을 설정한다. 그리고 설정된 캡슐 내시경의 정렬 방향으로 자기장 분포가 발생되도록 영구 자석(210, 220, 230)들의 최적 각도를 계산한다. 제어부는 영구 자석(210, 220, 230)들이 최적 각도로 정렬되기 위한 모터 제어 값을 계산하고, 모터 제어 값을 제1하부 모터(310)와 제2하부 모터(320), 그리고 제3하부 모터(330)에 각각 인가한다. 영구 자석(210, 220, 230)들의 각도가 변경되면, 작동 영역(T)에는 캡슐 내시경(20)의 자세를 제어하기 위한 자기장이 형성된다.
도 10은 도 9의 실시 예에 따른 자석 부재들의 다양한 각도 변경으로 작동 영역에 발생하는 자기장 분포를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 10의 (A)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 144°, 제2영구자석(220)이 90°, 제3영구자석(230)이 35.6° 로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 0 mT, 0 mT, 14 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 44.2 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
도 10의 (B)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 230.8°, 제2영구자석(220)이 89.9°, 제3영구자석(230)이 309.2°로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 0 mT, 0 mT, 160.6 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 1503.5 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
도 10의 (C)를 참조하면, 제1영구자석(210)이 335.6°, 제2영구자석(220)이 180°, 제3영구자석(230)이 24.4°로 정렬될 경우, 캡슐 내시경(20)이 위치하는 지점에는 제1 내지 제3축 방향(11 내지 13)으로 각각 109.1 mT, 0 mT, 0 mT의 자기장과 0 mN, 0 mN, 913.8 mN의 자기력이 발생함을 확인할 수 있다.
상술한 자기장 분포 제어로, 캡슐 내시경(20)이 작동 영역(T)의 상단에 위치하는 경우와 하단에 위치한 경우 캡슐 내시경(20)의 자세 제어가 가능하다. 그리고 제1 내지 제3영구자석의 각도 제어로 캡슐 내시경(20)이 제3축 방향(13)에 대해 소정 각도로 경사지게 자세 제어 가능하다. 또한, 하우징 구동부(400)의 구동으로 하우징(110)이 제3축 방향(13)을 중심으로 회전할 경우, 캡슐 내시경(20)은 제2축 방향(12)으로 위치가 고정된 상태에서 제3축 방향(13)을 축으로 회전하게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 내지 제3자석 부재들의 배치를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제3영구자석(210, 220, 230)들은 서로 상이한 높이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2영구자석(220)은 제1 및 제3영구자석(210, 230)보다 낮은 높이에 배치될 수 있다. 이러하 영구자석(210, 220, 230)들의 배치는 제2영구 자석(220)에서 제1영구자석(210) 또는 제3영구 자석(230) 측으로 발생하는 누설 자기장의 발생을 감소시킨다. 이 상태에서 캡슐 내시경(20)이 제2영구 자석(220)의 하부에 위치할 경우, 제3축 방향(13)으로 안정적으로 자세가 고정될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 제1 및 제2자석 부재(210, 220)는 도 1에서 설명한 제1 및 제2자석 부재와 배치 방향이 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)는 그 길이방향이 제3축 방향(13)으로 배치된다. 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)의 중심축(211, 221)은 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)의 원주면에 수직 방향으로 제공되며, 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)의 1/2 높이에 위치한다. 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)는 상기 중심축(211, 221)을 기준으로 상부 및 하부가 서로 상이한 극성으로 양분된다.
제1하부 모터(310)는 제1자석 부재(210)를 그 중심축을 축으로 회전시키고, 제2하부 모터(320)는 제2자석 부재(220)를 그 중심축을 축으로 회전시킨다. 제1자석 부재(210)와 제2자석 부재(220)의 회전 각도 제어로, 작동 영역(T)에서 발생하는 자기장 분포가 변경될 수 있다.
본 실시 예에서는 두 개의 자석 부재(210, 220)를 예를 들어 설명하였는데, 자석 부재의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)는 전자석일 수 있다. 제1 및 제2 자석 부재(210, 220)는 코어(611, 621), 코일(612, 622) 그리고 전원부(미도시)를 포함한다.
코어(611, 621)는 소정 길이를 갖는 원기둥 형상으로, 그 길이 방향이 제3축 방향(13)으로 배치된다. 코어(611, 621)의 중심축(613, 623)은 코어(611, 621)의 원주면에 수직 방향으로 제공되며, 제1방향(11)과 나란하게 배치된다. 코어(611, 621)의 중심축(613, 623)은 코어(611, 621)의 1/2 높이에 위치한다. 코어(611, 621)는 적어도 2개 이상 제공되며, 제2축 방향(12)을 따라 서로 이격하여 배치된다.
코일(612, 622)은 각각의 코어(611, 621)에 소정 턴 수로 감기고, 전원부는 코일(612, 622)들 각각에 전류를 인가한다.
자석 구동부(310, 320)는 코어(612, 622)들 각각을 그 중심축(613, 623)을 축으로 회전시킨다.
제어부의 제어로 코일(612, 622)들 각각에 전류가 인가되면 작동 영역(T)에 자기장이 형성된다. 제어부가 코일(612, 622)에 인가되는 전류 세기를 달리할 경우, 작동 영역(T)에 형성되는 자기장 분포가 변경될 수 있다. 그리고 자석 구동부(310, 320)의 구동으로 코어(612, 622)들이 그 중심축(613, 623)을 축으로 회전하여 각도가 변경될 경우, 작동 영역(T)에 형성되는 자기장 분포가 변경될 수 있다.
본 실시 예에서는 두 개의 자석 부재(210, 220)를 예를 들어 설명하였는데, 자석 부재의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기장 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 자기장 제어 장치(10)는 보호 커버(500)를 더 포함한다. 보호 커버(500)는 하우징(110)과 자석 구동부(310, 320, 330) 그리고 상부 모터(400)가 외부에 노출되지 않도록 감싼다. 보호 커버(500)는 비자성체 재질로 제공될 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 자기장 제어 장치는 자기 구동형 캡슐 내시경, 유/무선 마그네틱 로봇 등 영구자석이 탑재된 대상체를 능동적으로 구동하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 수용 공간이 형성된 하우징;
    상기 수용 공간 내에 위치하고, 그 중심축이 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제1자석 부재;
    상기 제1축에 수직한 제2축 방향으로 상기 제1자석 부재의 일 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제2자석 부재;
    상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재를 각각의 중심축을 축으로 회전시키는 자석 구동부;
    상기 자석 구동부를 제어하여 상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재의 각도를 조절하는 제어부를 포함하는 자기장 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각은 그 중심축을 기준으로 N극과 S극이 양분된 영구 자석인 자기장 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 원기둥 형상 또는 구 형상을 갖는 자기장 제어 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 그 길이 방향이 상기 제1축 방향으로 배치되는 자기장 제어 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 영구 자석은 그 길이 방향이 상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축 방향으로 배치되는 자기장 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각에서 발생되는 자기장은 그 세기가 동일한 자기장 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1자석 부재와 상기 제2자석 부재 각각은,
    그 길이 방향이 상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축 방향으로 배치되는 코어;
    상기 코어들 각각에 감기는 코일; 및
    상기 코일들에 전류를 인가하는 전원부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 코어들에 인가되는 전류를 제어하는 자기장 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2축 방향으로 상기 제2자석 부재의 타 측에 위치하고, 그 중심축이 상기 제1축과 나란하게 배치되며, 자기장을 발생시키는 제3자석 부재를 더 포함하되,
    상기 자석 구동부는 상기 제3자석 부재를 그 중심축을 축으로 회전시키는 자기장 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1자석 부재 내지 상기 제3자석 부재는 동일한 높이에 위치하는 자기장 제어 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1자석 부재와 상기 제3자석 부재는 상기 제3축 방향으로 상기 제2자석 부재보다 높은 위치에 위치하는 자기장 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1축 및 상기 제2축에 수직한 제3축을 중심으로 상기 하우징을 회전시키는 하우징 구동부를 더 포함하는 자기장 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징의 상부에 고정 결합하며, 제1지점에서 상기 하우징 구동부를 지지하는 제1연결 프레임;
    상기 제1연결 프레임의 제2지점에서 상기 제1연결 프레임과 핀 결합하는 제2연결 프레임; 및
    상기 핀과 결합하는 손잡이를 포함하되,
    상기 제1연결 프레임은 상기 핀을 축으로 상기 제2연결 프레임에 대해 상대 회동이 가능한 자기장 제어 장치.
PCT/KR2022/016231 2021-10-22 2022-10-24 자기장 제어 장치 WO2023068901A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0142088 2021-10-22
KR1020210142088A KR102665851B1 (ko) 2021-10-22 2021-10-22 자기장 제어 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023068901A1 true WO2023068901A1 (ko) 2023-04-27

Family

ID=86059450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/016231 WO2023068901A1 (ko) 2021-10-22 2022-10-24 자기장 제어 장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102665851B1 (ko)
WO (1) WO2023068901A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040108277A (ko) * 2003-06-17 2004-12-23 한국과학기술연구원 캡슐형 로봇 시스템
KR20090093680A (ko) * 2008-02-29 2009-09-02 한국항공대학교산학협력단 내시경 시스템
KR20210013478A (ko) * 2019-07-26 2021-02-04 한양대학교 산학협력단 자기 구동시스템 및 이를 이용한 마이크로 로봇 제어 방법
KR20210018876A (ko) * 2018-06-02 2021-02-18 안콘 메디컬 테크놀로지스 (상하이) 컴퍼니 리미티드 캡슐 내시경 제어 장치
KR20210075599A (ko) * 2019-12-13 2021-06-23 전남대학교산학협력단 마이크로 로봇 제어용 듀얼 전자석 모듈

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10478048B2 (en) * 2016-09-23 2019-11-19 Ankon Medical Technologies (Shanghai) Co., Ltd. System and method for using a capsule device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040108277A (ko) * 2003-06-17 2004-12-23 한국과학기술연구원 캡슐형 로봇 시스템
KR20090093680A (ko) * 2008-02-29 2009-09-02 한국항공대학교산학협력단 내시경 시스템
KR20210018876A (ko) * 2018-06-02 2021-02-18 안콘 메디컬 테크놀로지스 (상하이) 컴퍼니 리미티드 캡슐 내시경 제어 장치
KR20210013478A (ko) * 2019-07-26 2021-02-04 한양대학교 산학협력단 자기 구동시스템 및 이를 이용한 마이크로 로봇 제어 방법
KR20210075599A (ko) * 2019-12-13 2021-06-23 전남대학교산학협력단 마이크로 로봇 제어용 듀얼 전자석 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
KR102665851B1 (ko) 2024-05-10
KR20230057846A (ko) 2023-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020171446A1 (ko) 마이크로 로봇 제어장치
WO2014081150A1 (ko) 캡슐형 내시경 구동 제어시스템 및 이를 포함하는 캡슐형 내시경 시스템
Ciuti et al. Robotic magnetic steering and locomotion of capsule endoscope for diagnostic and surgical endoluminal procedures
Lee et al. Active locomotive intestinal capsule endoscope (ALICE) system: A prospective feasibility study
US20020100486A1 (en) Efficient magnet system for magnetically-assisted surgery
EP2542389A1 (en) Bidirectional moving micro-robot system
WO2021201362A1 (ko) 이동형 마이크로로봇 제어장치
WO2018203675A1 (ko) 관절운동과 회전운동이 가능한 미세 수술기구
Lucarini et al. Electromagnetic control system for capsule navigation: Novel concept for magnetic capsule maneuvering and preliminary study
WO2020171443A1 (ko) 마이크로 로봇 구동장치
Liu et al. Design of a magnetic actuated fully insertable robotic camera system for single-incision laparoscopic surgery
KR20210013478A (ko) 자기 구동시스템 및 이를 이용한 마이크로 로봇 제어 방법
WO2021020784A1 (ko) 자기 구동시스템 및 이를 이용한 마이크로 로봇 제어 방법
WO2023068901A1 (ko) 자기장 제어 장치
WO2018236104A1 (ko) 약물전달용 로봇
EP2564759B1 (en) Actuation control system of a capsule endoscope
WO2023080329A1 (ko) 정밀시술용 자기장 발생장치
WO2022039296A1 (ko) 치료 보조 기구
CN109528304B (zh) 操控内窥镜的装置及其应用方法
WO2022010044A1 (ko) 마이크로 로봇 이동제어를 위한 베드 통합형 전자기장 장치 및 이를 이용한 마이크로 로봇 구동 방법
WO2021080092A1 (ko) 마이크로 로봇 제어장치
CN111657831A (zh) 一种磁控非接触式胃肠镜胶囊
WO2023277600A1 (ko) 자기장 발생 모듈 및 이를 포함하는 자기장 발생 장치
WO2023043279A1 (ko) 자기장 발생 모듈
KR102044872B1 (ko) 초전도 전자석을 이용한 의료용 마이크로/나노로봇의 전자기 구동 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22884122

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 22884122

Country of ref document: EP

Ref document number: 2022884122

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022884122

Country of ref document: EP

Effective date: 20240422