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KR100990992B1 - 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 - Google Patents

말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 Download PDF

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KR100990992B1
KR100990992B1 KR1020090000443A KR20090000443A KR100990992B1 KR 100990992 B1 KR100990992 B1 KR 100990992B1 KR 1020090000443 A KR1020090000443 A KR 1020090000443A KR 20090000443 A KR20090000443 A KR 20090000443A KR 100990992 B1 KR100990992 B1 KR 100990992B1
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insertion tube
angle
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bending
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이병주
최영진
윤현수
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 대한 것으로서, 특히 용도에 따라 삽입 튜브의 말단 각도를 180도로 절곡시킬 수 있으며 삽입 튜브의 말단 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 관한 것이다. 본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도로 절곡시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다. 본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.
내시경, 삽입 튜브, 180도, 절곡, 스프링, 실린더

Description

말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경{ANGLE AND CURVATURE OF TERMINAL ADJUSTABLE MICRO ENDOSCOPE}
본 발명은 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 대한 것으로서, 특히 용도에 따라 삽입 튜브의 말단 각도를 180도로 절곡시킬 수 있으며 삽입 튜브의 말단 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경에 관한 것이다.
내시경은 내장장기 또는 체강 내부를 직접 볼 수 있게 만든 의료기구로서, 수술을 하거나 부검을 하지 않고서는 직접 병변을 볼 수 없는 장기에 대하여 기계를 삽입하여 관찰하도록 고안된 기구이다. 이러한 내시경은 일반적으로 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경, 흉강경, 종격경, 심장경 등이 있다.
이러한 내시경은 통상적으로 인체의 내부의 굴곡에 따라 휘어질 수 있도록 삽입 튜브가 유연성을 가지도록 제작되지만, 그 유연성에는 한계가 있다. 즉, 기존의 내시경은 사용자가 삽입 튜브의 절곡을 조절하는 것이 아니라, 인체 내부의 굴곡에 따라 삽입 튜브가 자연적으로 절곡되도록 제작되었다. 따라서, 기존의 내시경 은 환자의 인체 내부에 삽입되더라도 삽입 튜브를 사용자의 의도대로 절곡시킬 수 없으므로, 삽입 튜브의 말단에 구비된 카메라를 사용자가 원하는 방향으로 전환할 수 없는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 일부 절곡이 가능한 내시경이 개발되었으나, 이 또한 절곡되는 각도 및 곡률에 제한이 있으며, 제한된 각도 내에서 절곡이 되더라도 그 상태로 고정시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 삽입 튜브의 말단 각도 및 곡률을 조절할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 삽입 튜브의 말단 각도를 조절한 후 고정시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유연한 재질의 스프링 모듈과, 상기 스프링 모듈의 일단에 서로 이격되어 삽입된 적어도 하나 이상의 실린더와, 상기 스프링 모듈의 일단에 마련된 카메라와, 상기 스프링 모듈의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 둘레에 배치되는 적어도 하나 이상의 와이어를 포함하는 삽입 튜브; 및, 상기 와이어의 일단에 연결되어 상기 와이어를 긴장 또는 이완시키는 구동기를 포함하고, 상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도와 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경과 상기 삽입 튜브의 반지름 및 전체 노드의 수에 따라 상기 스프링 모듈의 자유장과 상기 실린더의 길이를 설정하며, 상기 노드는 하나의 실린더와 상기 하나의 실린더에 인접한 하나의 스프링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공한다.
상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도 θ1는
Figure 112009000355365-pat00001
에 의해 구해지며, 상기
Figure 112009000355365-pat00002
는 각 노드 말단의 절곡각 도이고, 상기 i는 노드의 번호이되 1부터 N까지의 값을 가지며, 상기 N은 전체 노드의 개수이다. 또한, 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경은
Figure 112009000355365-pat00003
이며, 상기 X는 상기 삽입 튜브의 절곡 방향이고, 상기 D는 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률지름이며, 상기 Z는 상기 삽입 튜브의 길이 방향이다.
상기 스프링 모듈의 자유장 L은
Figure 112009000355365-pat00004
이며, 상기 N은 전체 노드의 개수이고, 상기 r은 삽입 튜브의 반지름이며, 상기
Figure 112009000355365-pat00005
은 상기 삽입 튜브 말단의 각도이다. 상기 실린더의 길이 P는
Figure 112009000355365-pat00006
에 의해 구해지며, 상기 a는
Figure 112009000355365-pat00007
이고, 상기 D는 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률지름이다.
또한, 상기 구동기는 상기 삽입 튜브의 절곡 각도를 고정하는 고정 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 구동기는 양방향 모터와, 상기 양방향 모터의 동력을 와이어에 전달하는 롤러 및 절곡축을 포함하고, 상기 고정 장치는 상기 절곡축과 연결된다. 상기 고정 장치는 웜기어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 와이어는 짝수개가 구비되어 서로 등간격으로 배치된다.
본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도로 절곡시킬 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.
본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 및 이의 동작 제어시스템을 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 몸체와 실린더와 와이어 간의 결합관계를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경은 도 1에 도시된 바와 같이, 튜브 형태로 길게 형성되며 굽힘 가능하게 제작된 삽입 튜브(1000)와, 삽입 튜브(1000)를 조절하는 제어부(2000)를 포함한다. 이때, 삽입 튜 브(1000)는 인체 내부에 삽입되어 절곡될 수 있는 부분으로서, 절곡이 가능한 몸체(100)와, 몸체(100)에 끼워져 일정 간격으로 배치되는 실린더(200)와, 몸체(100)를 절곡시키기 위한 와이어(300)와, 카메라(150)를 포함한다. 또한, 제어부(2000)는 삽입 튜브(1000)의 절곡, 즉, 절곡을 조절하기 위한 것으로서, 구동기(400)와, 조작기(500) 및 고정 장치(미도시)를 포함한다.
몸체(100)는 삽입 튜브(1000)가 유연성을 가지며 절곡이 가능하도록 하기 위한 것으로서, 이를 위해 본 실시예는 몸체(100)로 삽입 튜브(1000)의 형상에 대응되는 소정 길이를 갖는 스프링 형상의 탄성체, 즉, 스프링 모듈을 예시한다. 스프링 모듈은 스프링의 기본 성질에 의해 상하와 좌우로 탄력있게 절곡될 수 있으며, 자체적으로 원래 형상으로 돌아가려는 복원력을 가지게 된다. 또한, 이에 따라 삽입 튜브(1000)를 절곡시킨 후 다시 원래 형상으로 복원시킬 때 몸체(100)의 복원력에 의해 삽입 튜브(1000)는 원래의 형상으로 복원될 수 있다.
실린더(200)는 와이어를 수납하여 몸체(100)의 절곡 및 복원을 보조하기 위한 것으로서, 몸체(100)가 삽입될 수 있도록 개구부(211)가 형성된 실린더몸체(210)와, 실린더몸체(210)를 관통하여 형성된 와이어홀(212)을 포함한다.
실린더몸체(210)는 몸체(100)와 직접적으로 접하여 몸체(100)가 삽입되는 것으로서, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al)을 포함하는 합금 등과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 물론, 실린더몸체(210)는 알루미늄(Al)에만 한정되는 것은 아니며, 실린더몸체(210)가 갖는 목적에 부합된다면, 알루미늄(Al) 이외의 금속 또는 비금속으로 형성될 수 있다.
와이어홀(212)은 실린더몸체(210)에 형성되어 와이어를 수납하기 위한 것으로서, 실린더몸체(210)의 개구부(211)의 개구방향과 동일한 방향으로 개구되도록 실린더몸체(210)를 관통하여 형성될 수 있다. 또한, 이러한 와이어홀(212)은 와이어의 개수에 대응되도록 형성되는 것이 효과적이나, 필요에 따라서 와이어홀(212)은 와이어 개수보다 많을 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 실린더는 몸체(100)의 길이 방향으로 삽입되되, 인체의 내부에 삽입되어 절곡 기능을 수행할 삽입 튜브(1000)의 말단에 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 실린더(200)는 삽입 튜브(1000)의 말단에 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 이격되어 삽입되며, 실린더 사이의 스프링 모듈이 절곡될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명은 내시경의 용도에 따라 설정되는 삽입 튜브(1000) 말단의 절곡각도와, 삽입 튜브(1000) 말단의 절곡 시 곡률반경과, 삽입 튜브(1000)의 반지름과, 삽입 튜브(1000)에 구비된 전체 노드의 수에 따라 실린더의 길이와 스프링 모듈의 길이를 결정할 수 있다. 하기에서는 이에 대해 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 스프링 모듈 휨을 나타낸 개념도이다. 이때, 도 3에서 F는 스프링 모듈에 가해지는 힘을 의미하며, L은 스프링 모듈의 자유장을 의미한다.
본 발명에 따른 스프링 모듈은 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링 모듈의 일 측에 구비된 일 와이어를 당겼을 때 해당 부분의 스프링 모듈은 수축하며, 이에 따라 스프링 모듈의 일 와이어가 구비된 반대편은 인장된다. 또한, 이러한 구동에 의해 스프링 모듈이 일측으로 절곡된 형상을 구현할 수 있다. 여기서 스프링 모듈의 대칭성으로 인해 중심선인 자유장(L)의 길이는 항상 일정하다고 가정한다.
도 4는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최종 노드를 나타낸 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최초 노드를 나타낸 개념도이며, 도 6은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브가 180도 절곡된 상태를 나타낸 개념도이고, 도 7은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단 각도와 스프링 모듈의 한계 각도 사이의 관계를 도시한 개념도이며, 도 8은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 내부와 외부 한계 길이를 도시한 개념도이다. 여기서 P는 실린더의 길이, L은 스프링 모듈의 자유장, i는 노드의 번호, N은 전체 노드의 수, β는 삽입 튜브 말단의 절곡각도(=
Figure 112009000355365-pat00008
), 그리고
Figure 112009000355365-pat00009
는 각 노드의 절곡각도를 나타낸다. 이때, 노드는 절곡이 가능한 구조의 기본 단위를 의미하며, 이는 하나의 실린더와 하나의 스프링 모듈을 포함한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 삽입 튜브 각 노드의 절곡각도(
Figure 112009000355365-pat00010
)는 기하학적 관계로부터 수식1과 같이 구해질 수 있다.
[수식 1]
Figure 112009000355365-pat00011
수식 1과 같이 주어진 삽입 튜브 최종 노드의 각도(
Figure 112009000355365-pat00012
)와, 삽입 튜브의 절곡 시 곡률반경(D/2)과, 삽입 튜브의 반지름(r) 및 전체 노드의 수(N)에 대하여 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)의 값을 결정하기 위해서 우선 삽입 튜브(1000)의 말단 위치를 구한다. 이는 도 4와 도 5의 기하학으로부터 삽입 튜브(1000)의 말단 노드와 내시경 최초 노드의 위치함수를 구할 수 있다. 이때, 내시경 말단 노드에서의 위치함수는 수식 2와 같다.
[수식 2]
Figure 112009000355365-pat00013
이때, Hi는 삽입 튜브(100)의 길이 방향(Z)에 대한 위치 함수이며, Wi는 삽입 튜브(1000)의 절곡 방향(X)에 대한 위치 함수를 나타낸다. 또한, 최초 노드에서의 위치함수는 수식 3과 같이 표현할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112009000355365-pat00014
이때, 최초 노드에서의 위치함수(수식 3)에서 매개 변수
Figure 112009000355365-pat00015
는 수식 4와 같다.
[수식 4]
Figure 112009000355365-pat00016
따라서, 전체 삽입 튜브(1000) 메커니즘의 말단 위치는 수식 5와 같이 정리될 수 있다.
[수식 5]
Figure 112009000355365-pat00017
여기서, 전체 노드의 개수(N)와 삽입 튜브 최종 노드의 각도(
Figure 112009000355365-pat00018
)는 내시경의 용도에 따라 설정되는, 즉, 주어지는 값이므로 도 4 및 도 5를 참조하면, 삽입 튜브의 길이 방향(Z)과 삽입 튜브의 절곡 방향(X)은 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)의 함수이다. 이때, 내시경의 삽입 튜브(1000)가 주어진 조건 곡률반경(D/2)로 절곡하기 위해서는 수식 6을 만족해야 한다.
[수식 6]
Figure 112009000355365-pat00019
여기서, 본 발명은 내시경의 삽입 튜브(1000)의 말단이 180도의 각도로 절곡될 수 있어야 하므로, 삽입 튜브 최종 노드의 각도(
Figure 112009000355365-pat00020
)는 180도로 주어진다. 또한, 이에 따라 수식 6은 수식 7과 같이 다시 정리할 수 있다.
[수식 7]
Figure 112009000355365-pat00021
도 7로부터 삽입 튜브 최종 노드의 각도(
Figure 112009000355365-pat00022
)와 스프링 모듈의 한계 각도(
Figure 112009000355365-pat00023
)의 관계식은 수식 8과 같이 정의될 수 있다. 이때, 스프링 모듈의 한계 각도(
Figure 112009000355365-pat00024
)는 최대로 수축된 스프링 모듈의 일측 법선에 대해서 최대로 인장된 스프링 모듈의 타측과의 사이각, 즉, 스프링 모듈의 수축과 인장에 대한 최대 각도를 의미한다.
[수식 8]
Figure 112009000355365-pat00025
즉, 스프링 모듈의 한계 각도(
Figure 112009000355365-pat00026
)와 삽입 튜브 최종 노드의 각도(
Figure 112009000355365-pat00027
)는 서로 비례관계에 있으며, 노드 수가 증가할수록 스프링 모듈의 한계 각도(
Figure 112009000355365-pat00028
)의 값은 감소한다. 도 8의 스프링 모듈 일측의 수축된 길이(k)는 수식 9와 같이 구할 수 있다.
[수식 9]
Figure 112009000355365-pat00029
도 8의 수축된 영역의 삽입 튜브(1000)의 길이(Ls)는 스프링 모듈의 자유장(L)에서 스프링 모듈 양측의 수축된 길이(2k)를 뺀 값에 실린더의 길이(P)를 더하여 하나의 노드 길이를 구하고, 이를 전체 노드의 개수(N)로 곱하여 구할 수 있다. 또한, 자유장 영역의 삽입 튜브(1000)의 길이(Lc)는 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 더한 값에 전체 노드의 개수(N)를 곱하여 구할 수 있다. 또한, 이는 수식 10 및 수식 11과 같이 정리할 수 있다.
[수식 10]
Figure 112009000355365-pat00030
[수식 11]
Figure 112009000355365-pat00031
또한, 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 결정하기 위해서는 한가지 조건, 즉, 한 개의 스프링 모듈이 수축해야 하는 길이에 대한 정보가 더 필요하다. 이는 수식 10과 수식 11로부터 스프링 모듈 전체의 수축 길이를 구할 수 있고 이 값을 전체 노드의 개수(N)로 나누어서 구할 수 있다. 이것으로 스프링 모듈의 자유장(L)에 대한 한가지 조건, 즉, 한 개의 스프링 모듈이 수축해야 하는 길이에 대한 정보가 추가되고 그 조건은 수식 12와 같다.
[수식 12]
Figure 112009000355365-pat00032
마지막으로 수식 7과 수식 12를 이용하여 스프링 모듈의 자유장(L)과 실린더의 길이(P)를 결정할 수 있다.
이와 같이 내시경의 용도에 따라 설정되는 삽입 튜브 최종 노드의 절곡각도(
Figure 112009000355365-pat00033
)와, 삽입 튜브 말단의 절곡 시 곡률반경(D/2)과, 삽입 튜브의 반지름(r)과, 삽입 튜브에 구비된 전체 노드의 개수(N)가 주어질 때 실린더의 길이(P)와 스프링 모듈의 자유장(L)을 결정할 수 있다.
한편, 와이어(300)는 사용자의 조작에 의해 몸체(100)를 절곡시키기 위한 것으로서, 적어도 하나 이상이 구비되어 각각이 몸체(100)의 길이 방향을 따라 실린더몸체(210)의 와이어홀(212)에 삽입된다. 즉, 도 2에서는 4개의 와이어(300), 즉, 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 내시경의 용도에 따라 와이어(300)의 개수는 가감될 수 있다. 이때, 제 1 와이어(310)는 제 4 와이어(340)와 대향되도록 배치되며, 제 2 와이어(320)는 제 3 와이어(330)와 대향되도록 배치되는 것을 예시한다.
카메라(150)의 외부는 가시정보를 취득하기 위한 것으로서, 절곡되는 몸체(100)의 말단에 설치되는 것이 바람직하다.
구동기(400)는 와이어(300)와 물리적으로 와이어(300)를 긴장 또는 이완시키기 위한 것으로서, 하나의 구동기(400) 당 두 개의 와이어(300)가 연결될 수 있다. 본 실시예는 네 개의 와이어가 구비되므로 구동기(400)는 두 개의 구동기, 즉, 제 1 및 제 2 구동기(410, 420)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 구동기(410)는 제 1 양방향 모터(411)와 제 1 절곡축(412) 및 제 1 롤러(413)를 포함하고, 제 2 구동기(420)는 제 2 양방향 모터(421)와 제 2 절곡축(422) 및 제 2 롤러(423)를 포함한다. 이러한 구동기(400)는 외부로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있으며, 제 1 및 제 2 구동기(410, 420)는 독립적으로 장력을 조절하기 위한 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동력을 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)과 제 1 및 제 2 롤러(413, 423)에 통해 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)에 전달할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작에 의해 제 1 내지 제 4 와이어(310, 320, 330, 340)는 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)에 감기거나 풀어져 몸체(100)를 절곡시키거나 원상태로 복귀시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 구동기(400)는 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 유지시키기 위해 고정 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 고정 장치는 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 유지하기 위해 제 1 및 제 2 절곡축(412, 422)을 고정시키며, 웜기어 등과 같은 구성을 포함할 수 있다. 물론, 고정 장치는 사용자에 의해 온/오프 될 수 있으며, 이에 따라 삽입 튜브(1000)의 자유로운 상태 고정이 가능하다.
조작기(500)는 구동기(400)를 제어하기 위한 것으로서, 이를 위해 구동기(400)와 전기적으로 접속될 수 있다. 이러한 조작기(500)는 조이스틱 및 버튼 등과 같은 조작장치를 포함하여 사용자가 이를 이용해 몸체의 절곡방향을 제어할 수 있다. 물론, 조작기(500)에는 몸체의 절곡방향 정보에 따라 구동기(400)의 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작 정보가 미리 설정될 수도 있다.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 동작을 도 1을 참조하여 살펴보면, A 방향 또는 B 또는 C 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 미리 설정된 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 동작 정보에 따라 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421)의 일부 또는 모두를 동작시킬 수 있다. 이때, 삽입 튜브(1000)의 말단을 B 방향으로의 절곡은 제 1 양방향 모터(411)를 일 방향으로 동작시켜 제 1 와이어(310)를 제 1 롤러(413)에 감아 제 1 와이어(310)를 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작에 의해 제 1 와이어(310)와 대향되게 마련된 제 4 와이어(340)가 제 1 와이어(310)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 스프링 모듈의 일측은 수축되고 타측은 인장되어 삽입 튜브(1000)의 말단이 B 방향으로 절곡될 수 있다.
또한, A 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 제 2 양방향 모터(432)를 타 방향으로 동작시켜 제 1 와이어(310)를 제 1 롤러(431)에 감아 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작에 의해 제 1 와이어(310)와 대향되게 마련된 제 4 와이어(340)가 제 1 와이어(310)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 스프링 모듈의 일측은 인장되고 타측은 수축되어 삽입 튜브(1000)의 말단이 A 방향으로 절곡될 수 있다.
또한, A 방향과 B 방향의 수직 방향인 C 방향으로 삽입 튜브(1000)의 말단을 절곡시킬 경우, 조작기(500)는 제 2 양방향 모터(421)를 일 방향으로 동작시켜 제 2 와이어(320)를 제 2 롤러(423)에 감아 제 2 와이어(320)를 당길 수 있다. 또한, 이러한 동작과 함께 제 2 와이어(320)와 대향되게 마련된 제 3 와이어(330)가 제 2 와이어(320)와는 반대로 이완된다. 또한, 이와 같은 동작에 의해 삽입 튜브(1000)의 말단이 C 방향으로 절곡될 수 있다.
물론, 이와 같은 동작 외에 A 방향과 C 방향 사이와 같이 대각선 방향으로 삽입 튜브(1000)를 절곡시킬 경우 역시 조작기(500)를 이용해 제 1 및 제 2 양방향 모터(411, 421) 중 적어도 어느 하나를 동작시켜 구현할 수 있다. 또한, 이러한 절곡동작 중 사용자가 필요할 경우, 예를 들어 사용자가 비강과 같은 부분을 내시경으로 관찰 할 때 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브(1000)의 절곡 상태를 고정시킨 후 자유롭게 관찰할 수 있다.
즉, 와이어(300)가 네 개일 경우 하나의 구동기의 동작에 의해 두 개의 와이어가 작동되어 삽입 튜브(1000)가 양방향으로 절곡될 수 있다. 또한, 두 개의 구동기의 동작에 의해 네 개의 와이어가 작동되어 삽입 튜브(1000)가 모든 방향으로 절곡될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 스프링 모듈과 실린더 및 와이어를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 사용자가 원하는 각도, 예를 들어, 180도로 절곡시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 웜기어 등과 같은 고정 장치를 이용하여 삽입 튜브의 말단을 절곡한 후 절곡된 상태로 고정시킬 수 있으므로 사용자가 관찰하고자 하는 인체의 내부 부분을 쉽고 정확하게 관찰할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙 련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 실시예는 삽입 튜브의 말단을 180도로 절곡하는 것을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 180도 이상 또는 그 이하로 삽입 튜브의 말단을 절곡시키고 이를 고정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경 및 이의 동작 제어시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 몸체와 실린더와 와이어 간의 결합관계를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 스프링 모듈 휨을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최종 노드를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단의 최초 노드를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브가 180도 절곡된 상태를 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 말단 각도와 스프링 모듈의 한계 각도 사이의 관계를 도시한 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경의 삽입 튜브 내부와 외부 한계 길이를 도시한 개념도.

Claims (9)

  1. 유연한 재질의 스프링 모듈과,
    상기 스프링 모듈의 일단에 서로 이격되어 삽입된 적어도 하나 이상의 실린더와,
    상기 스프링 모듈의 일단에 마련된 카메라와,
    상기 스프링 모듈의 길이 방향을 따라 상기 몸체의 둘레에 배치되는 적어도 하나 이상의 와이어를 포함하는 삽입 튜브; 및,
    상기 와이어의 일단에 연결되어 상기 와이어를 긴장 또는 이완시키는 구동기를 포함하고,
    상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도와 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경과 상기 삽입 튜브의 반지름 및 전체 노드의 수에 따라 상기 스프링 모듈의 자유장과 상기 실린더의 길이를 설정하며,
    상기 노드는 하나의 실린더와 상기 하나의 실린더에 인접한 하나의 스프링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입 튜브의 최종 노드가 절곡되는 각도
    Figure 112009000355365-pat00034
    는
    Figure 112009000355365-pat00035
    에 의해 구해지며,
    상기
    Figure 112009000355365-pat00036
    는 각 노드 말단의 절곡각도이고,
    상기 i는 노드의 번호이되 1의 값을 가지며,
    상기 N은 전체 노드의 개수인 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률 반경은
    Figure 112009000355365-pat00037
    이며,
    상기 X는 상기 삽입 튜브의 절곡 방향이고,
    상기 D는 상기 삽입 튜브의 절곡 시 곡률지름이며,
    상기 Z는 상기 삽입 튜브의 길이 방향인 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스프링 모듈의 자유장 L은
    Figure 112009000355365-pat00038
    이며,
    상기 N은 전체 노드의 개수이고,
    상기 r은 삽입 튜브의 반지름이며,
    상기
    Figure 112009000355365-pat00039
    은 상기 삽입 튜브 말단의 각도인 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 실린더의 길이 P는
    Figure 112009000355365-pat00040
    에 의해 구해지며,
    상기
    Figure 112009000355365-pat00041
    는
    Figure 112009000355365-pat00042
    이고,
    상기 Hi는 상기 삽입 튜브의 길이 방향에 대한 위치 함수인 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동기는 상기 삽입 튜브의 절곡 각도를 고정하는 고정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구동기는 양방향 모터와,
    상기 양방향 모터의 동력을 와이어에 전달하는 롤러 및 절곡축을 포함하고,
    상기 고정 장치는 상기 절곡축과 연결된 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정 장치는 웜기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 와이어는 짝수개가 구비되어 서로 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 말단의 각도 및 곡률 조절이 가능한 마이크로 내시경.
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