KR101661452B1 - 미세 봉합수술용 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 봉합수술용 로봇을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇은, 가이드프레임; 상기 가이드프레임의 일측에 결합되고, 봉합부위의 일측과 타측에 각각 접하는 제1 돌기와 제2 돌기를 구비하는 봉밥부위홀더; 상기 가이드프레임의 타측에 결합되고, 하단에 니들이 장착된 니들홀더; 상기 니들의 단부가 곡선의 궤적을 그리도록 상기 니들홀더를 이동시키는 니들구동수단를 포함한다.
본 발명에 따르면 수작업을 대신하여 로봇을 이용함으로써 각막 등과 같은 미세부위의 봉합수술을 보다 안정적으로 수행할 수 있다. 또한 미세 봉합부위의 양측을 돌기로 지지한 상태에서 니들을 침투시키므로 봉합부위가 변형되는 현상이 줄어 들어 종래보다 정확한 위치에서 봉합이 이루어질 수 있다. 또한 니들이 봉합부위를 통과하는 궤적이 종래보다 짧아지기 때문에 봉합실을 매듭짓는 과정에서 봉합부위가 변형되는 현상을 크게 줄일 수 있고, 종래보다 봉합 깊이도 길어지기 때문에 봉합부위가 안정적으로 유지됨으로써 수술성공률을 크게 높일 수 있다. 또한 봉합장력, 봉합형상 및 봉합간격 등이 균일해지므로 수술성공률과 재현성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

미세 봉합수술용 로봇{Micro-suture surgery robot}

본 발명은 봉합수술용 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각막 등과 같이 인체의 얇고 미세한 절개부위를 보다 안정적으로 봉합할 수 있는 미세 봉합수술용 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 인체의 상처나 절개부위를 봉합할 때는 수술용 봉합실을 이용하여 봉합수술을 실시하게 된다.

그런데 이러한 봉합수술을 수작업으로 진행하면 시술자의 숙련도에 따라 봉합부위의 간격이나 형상 등에 편차가 있고, 봉합이 성공적으로 이루어지지 않아 재봉합수술을 해야 하는 경우도 발생한다.

이에 따라 최근에는 시술자를 대체하거나 보조하여 봉합수술을 안정적으로 수행할 수 있는 다양한 형태의 봉합수술장치가 소개되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1은 시술자가 용이하게 파지할 수 있으면서 환자의 절개부위를 좁힐 수 있는 수술용 봉합장치를 소개하고 있다.

그러나 특허문헌 1에 따른 수술용 봉합장치는 시술자가 손에 들고 사용하는 것이어서 시술자의 숙련도에 따라 봉합수술의 결과가 크게 달라질 수 있는 근본적인 한계를 안고 있다.

또한 이와 같은 수작업용 봉합장치는 인체의 각막 등과 같은 매우 얇고 미세한 조직에 대한 봉합수술에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

각막은 안구 앞쪽 표면에 있는 투명하고 혈관이 없는 조직으로서 흔히 검은자위라고 하는 부분인데, 중심부에서 주변부로 갈수록 두꺼워지기는 하지만 중심부의 두께가 약 0.53mm 정도에 불과할 정도로 매우 얇다.

이러한 각막을 이식하기 위해서는 수여자의 각막을 진공 각막 원형 절제기를 이용하여 원형으로 절제한 후, 미리 원형으로 절제된 기증자의 각막을 단속 봉합술이나 연속 봉합술로 수여자의 각막에 봉합해야 한다.

그런데 각막의 약한 기계적 특성으로 인해 숙련된 시술자라 하더라도 수술부위의 봉합장력, 봉합형상, 봉합간격이 균일하지 못하고 시술편차가 매우 크게 나타나며, 이로 인해 수술 성공률이 낮고 재현성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.

도 1은 종래의 각막 봉합수술을 나타낸 것으로서, 수여자의 각막(10)과 기증자의 각막(11)을 인접시킨 상태에서 예를 들어 수여자의 각막(10)에서부터 니들(20)을 밀어 넣고, 양 측 각막(10,11)의 측면을 통과시킨 후 기증자의 각막(11)을 통해 니들(20)을 상부로 빼낸다.

그런데 도면에 나타낸 바와 같이 니들(20)을 각막(10,11)에 침투시킬 때는 니들(20)에 의해 각막(10,11)의 표면이 밀리는 현상이 나타나고 이로 인해 정확한 위치에서 봉합을 하기가 어려운 문제가 있다. 또한 수작업 만으로 양 측 각막(10,11)의 측단으로 니들(20)을 통과시키는 것이 결코 용이하지 않기 때문에 시술성공률이 낮은 문제가 있다. 또한 종래에는 니들(20)이 각막(10,11)을 통과하는 궤적이 길기 때문에 봉합실을 매듭짓는 과정에서 각막의 변형이 발생하고, 이로 인해 재수술을 해야 하는 경우도 자주 발생하는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1006794호(2011.01.10 공고)

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 인체의 매우 얇고 미세한 부위에 대한 봉합수술을 일정한 깊이와 폭으로 안정적으로 수행할 수 있는 봉합수술용 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한 이를 통해 봉합수술의 성공률과 재현성을 높이고 부작용을 방지하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 가이드프레임; 상기 가이드프레임의 일측에 결합되고, 봉합부위의 일측과 타측에 각각 접하는 제1 돌기와 제2 돌기를 구비하는 봉밥부위홀더; 상기 가이드프레임의 타측에 결합되고, 하단에 니들이 장착된 니들홀더; 상기 니들의 단부가 곡선의 궤적을 그리도록 상기 니들홀더를 이동시키는 니들구동수단를 포함하는 미세 봉합수술용 로봇을 제공한다.

본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 봉합부위홀더는 상기 가이드프레임의 일측에 고정부재를 통해 고정되거나, 적어도 하나의 회전조인트를 포함하는 연결부에 의해 상기 가이드프레임의 일측에 결합될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 봉합부위홀더는, 서로 평행하게 이격되고, 상단이 탄성연결부에 의해 일체로 연결된 제1 플레이트와 제2 플레이트; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 하단에서 각각 일측으로 구부러져 연장되고, 각각의 단부에서 상기 제1 돌기와 제2 돌기가 아래쪽으로 돌출 형성된 제1 연장부와 제2 연장부; 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 간격을 조절하는 간격조절수단을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 간격조절수단은, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 관통하는 볼트; 상기 볼트의 헤드에 결합되어 상기 볼트를 회전시키는 회전구동수단을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 니들홀더는 서로 평행하게 배치된 제1 집게부 및 제2 집게부와, 상기 제1 집게부와 제2 집게부의 간격을 조절하는 간격조절수단을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 가이드프레임의 적어도 일측에 형성된 원호(arc) 형상의 레일; 상기 레일을 따라 이동하는 것으로서 롤러축에 의해 상기 니들홀더에 결합되는 가이드롤러; 가이드롤러의 하부에서 상기 가이드프레임의 원호 형상의 저면에 접하도록 설치되며, 롤러축에 의해 상기 니들홀더에 결합되는 지지롤러를 포함할 수 있다. 이때 상기 레일은 상기 가이드롤러가 삽입되는 레일홈일 수 있다. 또한 상기 레일은 상기 가이드레일의 외측으로 돌출되고, 상기 가이드롤러는 상기 레일의 상면에 접하도록 설치될 수도 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 니들구동수단은, 상기 레일을 따라 형성된 래크기어; 상기 래크기어와 치합하는 구동기어; 상기 니들홀더에 장착되어 상기 구동기어를 회전시키는 회전구동수단을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 니들구동수단은, 회전구동수단에 의해 회전하는 구동풀리; 상기 구동풀리에 감긴 상태에서 일단과 타단이 각각 상기 니들홀더의 일측과 타측에 결합된 와이어를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 가이드프레임은 다자유도 운동을 하는 로봇암의 단부에 결합될 수 있다.

또한 본 발명의 일 양상에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서, 상기 니들구동수단은 상기 가이드프레임에 결합된 다자유도 링크기구이고, 상기 링크기구의 단부에 상기 니들홀더가 결합될 수 있다. 이때 상기 링크기구는 상기 가이드프레임에 대해 이동 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면 수작업을 대신하여 로봇을 이용함으로써 각막 등과 같은 미세부위의 봉합수술을 보다 안정적으로 수행할 수 있다.

또한 미세 봉합부위의 양측을 돌기로 지지한 상태에서 니들을 침투시키므로 봉합부위가 변형되는 현상이 줄어 들어 종래보다 정확한 위치에서 봉합이 이루어질 수 있다.

또한 니들이 봉합부위를 통과하는 궤적이 종래보다 짧아지기 때문에 봉합실을 매듭짓는 과정에서 봉합부위가 변형되는 현상을 크게 줄일 수 있고, 종래보다 봉합 깊이도 길어지기 때문에 봉합부위가 안정적으로 유지됨으로써 수술성공률을 크게 높일 수 있다.

또한 봉합장력, 봉합형상 및 봉합간격 등이 균일해지므로 수술성공률과 재현성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 각막 봉합수술 과정을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇의 정면도.
도 4는 가이드프레임과 니들홀더의 결합구조를 나타낸 단면도
도 5는 도 3의 A부분 확대 단면도.
도 6은 니들홀더에 구동모터가 장착된 모습을 나타낸 단면도
도 7은 구동기어와 래크기어의 치합상태를 나타낸 도면
도 8은 와이어를 이용하여 니들홀더를 구동시키는 구성을 나타낸 개념도
도 9는 니들홀더이 가이드프레임을 따라 이동하는 모습을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 각막 봉합수술 상태 사시도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로봇을 이용한 각막 봉합수술 과정을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇의 정면도.
도 13은 링크기구를 예시한 도면
도 14는 링크기구의 동작과정을 나타낸 도면
도 15는 다른 유형의 링크기구를 예시한 도면
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇에서 가이드프레임과 니들홀더의 다른 결합구조를 나타낸 단면도
도 17 및 도 18은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇의 여러 변형예를 나타낸 도면

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제 1 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇(100)은 도 1의 사시도와 도 2의 정면도에 나타낸 바와 같이, 다자유도 동작을 하는 로봇암(도면에는 나타내지 않았음)의 단부에 결합되는 로봇암 연결부(110)와, 로봇암 연결부(110)의 하단에 구비된 가이드프레임(120)과, 가이드프레임(120)의 일측에 고정되고 대략 가이드프레임(120)의 곡률중심을 향하는 방향으로 연장된 고정부재(130)와, 가이드프레임(120)에 이동 가능하게 결합되고 대략 가이드프레임(120)의 곡률중심을 향하는 방향으로 연장된 니들홀더(140)와, 고정부재(130)의 하단에 결합된 봉합부위홀더(150)를 포함한다.

가이드프레임(120)의 양측에는 원호(arc) 형상의 레일홈(122)이 형성되고, 니들홀더(140)는 레일홈(122)을 따라 이동하면서 소정의 회전중심을 기준으로 회전 왕복 운동을 하게 된다. 가이드프레임(120)의 저면은 레일홈(122)과 같은 곡률을 가지는 것이 바람직하다.

일반적으로 봉합수술용 니들(170)은 끝부분이 대략 원호 형상으로 이루어지므로 봉합을 위해서는 니들(170)의 단부를 소정의 회전 중심을 기준으로 회전시켜야 한다. 따라서 니들(170)이 장착된 니들홀더(140)의 이동궤적도 곡선이어야 하며, 본 발명의 제1 실시예에서는 이를 위하여 니들홀더(140)가 원호 형상의 레일홈(122)을 따라 이동하도록 한 것이다.

각 레일홈(122)에는 가이드롤러(144)가 삽입 설치되고, 가이드프레임(120)의 하부에는 지지롤러(145)가 설치된다. 가이드롤러(144)가 빠지지 않도록 레일홈(122)의 입구에는 걸림턱이 돌출 형성될 수도 있다.

니들홀더(140)는 상단으로 평행하게 돌출된 제1 레일연결부(141)와 제2 레일연결부(142)를 포함하며, 제1 레일연결부(141)와 제2 레일연결부(142)의 사이에 가이드프레임(120)이 위치한다.

구체적으로 살펴보면, 도 4의 부분 단면도에 나타낸 바와 같이, 가이드프레임(120)의 일측에 형성된 레일홈(122)에 삽입되는 가이드롤러(144)는 롤러축(144a)에 의해 제1 레일연결부(142)에 회전 가능하게 결합되고, 가이드프레임(120)의 타측에 형성된 레일홈(122)에 삽입되는 가이드롤러(144)는 롤러축(144a)에 의해 제2 레일연결부(142)에 회전 가능하게 결합된다. 이때 각 가이드롤러(144)는 레일홈(122)의 바닥면에 접하도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한 지지롤러(145)는 가이드롤러(144)의 하부에서 가이드프레임(120)의 원호 형상의 저면에 접하도록 설치되며, 롤러축(145a)에 의해 제1 및 제2 레일연결부(141,142)에 회전 가능하게 결합된다.

이와 같이 설치된 가이드롤러(144)와 지지롤러(145)는 가이드프레임(120)의 레일홈(122)과 저면을 따라 함께 이동하면서 니들홀더(140)의 자세를 유지시키는 역할을 한다. 구체적으로는 니들홀더(140)가 어떤 위치에서도 항상 가이드프레임(120)의 곡률중심을 향하도록 유지시키는 역할을 한다.

한편 레일홈(122)이 반드시 가이드프레임(120)의 양측에 형성되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라서는 가이드프레임(120)의 일측에만 레일홈(122) 형성될 수도 있다.

또한 니들홀더(140)의 하단에는 니들장착부(146)가 구비되며, 니들장착부(146)는 아래쪽으로 평행하게 돌출된 제1 집게부(147) 및 제2 집게부(148)와, 제1 집게부(147)와 제2 집게부(148) 사이의 간격을 조절하는 간격조절수단(166)을 포함한다. 간격조절수단(166)은 예를 들어 제1 집게부(147)를 관통하여 그 단부가 제2 집게부(148)에 결합되는 볼트일 수 있다. 따라서 시술자는 간격조절수단(166)을 이용하여 제1 및 제2 집게부(147,148) 사이의 틈새(149)를 벌리거나 오므림으로써 니들(170)을 장착하거나 분리할 수 있다.

니들(170)은 소정의 곡률을 가지며, 니들홀더(140)가 가이드프레임(120)을 따라 이동함에 따라 그 단부가 일정한 회전중심을 따라 회전하면서 봉합부위의 일측에서 타측까지 침투하게 된다.

봉합부위홀더(150)는 니들(170)이 봉합부위에 침투하기 전에 봉합부위의 양측을 당겨 모으는 역할을 한다. 봉합부위홀더(150)는 도 2의 부분확대도 및 도 5의 단면도에 나타낸 바와 같이, 고정부재(130)의 일측에 접촉하도록 배치된 제1 플레이트(151), 제1 플레이트(151)와 평행하게 배치된 제2 플레이트(152), 제1 및 제2 플레이트(151,152)의 상단을 일체로 연결하며 제1 및 제2 플레이트(151,152)에 서로 벌어지는 방향으로 복원력을 제공하는 탄성연결부(153)를 포함한다.

또한 제1 및 제2 플레이트(151,152)의 각 하단에서 고정부재(130)의 반대쪽으로 구부러져 연장된 제1 및 제2 연장부(155,156)와, 각 연장부(155,156)의 단부에서 하방으로 돌출 형성된 돌기(159)를 포함한다. 돌기(159)는 봉합수술시 봉합부위의 양측 표면에 접촉하는 부분으로서, 인체조직의 손상을 방지하기 위하여 그 단부를 곡면으로 형성할 수 있다.

제1 연장부(155)는 제2 연장부(156)의 하부에 위치하며, 제2 연장부(155)의 단부에 형성된 돌기(159)를 제1 연장부(155)의 돌기(159)보다 길게 형성함으로써 각 돌기(159)의 단부를 동일 평면상에 위치시키는 것이 바람직하다.

각 연장부(155,156)에는 단부에서부터 길이방향으로 절개된 관통부(158)가 형성될 수 있다. 이러한 관통부(158)는 봉합부위를 일측에서 타측으로 관통하는 니들(170)이 지나는 통로가 될 수 있다. 또한 이와 같이 관통부(158)를 형성하면 제1 및 제2 연장부(155,156)가 각각 관통부(158)의 양측으로 분할되므로 니들(170)이 관통하는 부위의 양측이 각각 2개의 돌기(159)에 의해 지지되므로 봉합수술이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.

봉합부위홀더(150)가 고정부재(130)에 대해 회전하지 않도록 제1 및 제2 플레이트(151,152)에는 체결수단(161)과 간격조절수단(162)이 상하로 이격되어 결합된다.

체결수단(161)은 제2플레이트(152)와 제1플레이트(151)를 순차적으로 관통하여 그 단부가 고정부재(130)에 결합됨으로써 봉합부위홀더(150)를 고정부재(150)에 고정시키는 볼트일 수 있다.

간격조절수단(162)은 고정부재(150), 제1 플레이트(151) 및 제2 플레이트(152)를 순차적으로 관통하여 그 단부가 너트(163)에 결합되는 볼트일 수 있다. 간격조절수단(162)은 체결수단(161)과 함께 봉합부위홀더(150)가 고정부재(130)에 대해 회전하지 않도록 유지하는 한편, 제1 플레이트(151)와 제2 플레이트(152)의 간격을 조절하는 역할을 한다. 간격조절수단(162)이 볼트인 경우에 헛도는 현상을 방지하기 위하여 간격조절수단(162)의 일단에 결합되는 너트(163)는 제2 플레이트(152)에 용접 등으로 고정될 수도 있다.

간격조절수단(162)은 시술자가 손으로 조작하도록 구성될 수도 있고, 고정부재(130)에 구동모터(도면에는 나타내지 않았음)를 설치한 후 구동모터의 회전축에 간격조절수단(162)을 구성하는 볼트헤드를 결합함으로써 자동 구동방식으로 구성될 수도 있다.

따라서 봉합부위홀더(150)의 각 돌기(159)를 봉합부위의 양측에 접촉시킨 상태에서 간격조절수단(162)를 소정 방향으로 회전시키면, 제1 및 제2 플레이트(151,152) 간의 간격이 좁아지면서 각 돌기(159)가 양측 봉합부위를 서로를 향해 약간 당겨 모으게 되고, 이 상태에서 니들홀더(140)를 동작시켜 봉합수술을 진행하게 된다.

한편, 니들홀더(140)가 가이드프레임(120)을 따라 왕복 이동하기 위해서는 별도의 구동수단이 필요하며, 이러한 구동수단은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.

일 예로서, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 가이드프레임(120)의 레일홈(122)의 바닥면이나 천정에 래크기어(125)를 형성하고, 레일홈(122)의 내부에 래크기어(125)와 치합하는 구동기어(185)를 삽입하고, 구동기어(185)에 구동모터(180)의 회전축을 연결할 수도 있다.

구동모터(180)는 예를 들어 제1 레일연결부(141)의 일측에 장착될 수 있고, 구동모터(180)가 구동기어(185)를 회전시키면, 회전방향에 따라 도 9에 나타낸 바와 같이 니들홀더(140)가 가이드프레임(120)을 따라 왕복 운동을 하게 된다.

이때 래크기어(125)가 형성된 레일홈(122)의 내부에는 전술한 가이드롤러(144)가 생략될 수도 있고, 래크기어(125)와 가이드롤러(144)가 함께 설치될 수도 있다.

한편 니들홀더(140)가 구동모터(180)의 동작에 의해 가이드프레임(120)을 따라 이동하더라도, 니들홀더(140)는 가이드롤러(144)와 지지롤러(145)에 의해 가이드프레임(120)의 원호형 레일(122)에 대해 항상 수직상태를 유지하게 된다.

다른 예로서, 도 8에 나타낸 바와 같이 가이드프레임(120)의 주변에 구동모터(도면에는 나타내지 않았음)에 의해 회전하는 구동풀리(190)를 설치하고, 구동풀리(190)에 감긴 와이어(192)를 가이드프레임(120)의 둘레를 따라 연장한 후 양 단부를 각각 니들홀더(140)의 일측과 타측에 연결할 수도 있다. 이렇게 하면 구동풀리(190)의 회전 방향에 따라 니들홀더(140)가 고정부재(130)쪽으로 당겨지거나 반대쪽으로 당겨지면서 왕복운동을 할 수 있게 된다.

이 밖에도 모터, 공압 또는 유압실린더, 기어, 와이어, 체인, 벨트 등을 다양한 방식으로 조합하여 니들홀더(140)를 왕복 이동시킬 수 있다.

이하에서는 각막 봉합수술을 예로 들어 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇(100)의 동작을 설명한다.

먼저 수여자의 각막 절개 부위에 기증자의 각막(11)을 위치시킨 상태에서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇(100)에 연결된 다자유도 로봇암을 구동하여 봉합부위홀더(150)와 봉합실이 결합된 니들(170)을 수여자 각막(10)과 기증자의 각막(11)이 인접하는 봉합부위의 상부에 위치시킨다.

이어서 로봇암을 수동 또는 자동으로 조정하여, 도 11(a)에 나타낸 바와 같이 봉합부위홀더(150)의 돌기(159)가 봉합부위 양측의 각막(10,11)의 표면을 살짝 누르도록 한다.

이어서 봉합부위홀더(150)에 구비된 조절볼트(162)를 소정 방향으로 서서히 회전시키면 봉합부위홀더(150)의 제1 플레이트(151)와 제2 플레이트(152)의 간격이 좁아지면서, 봉합부위의 양측을 누르고 있던 돌기(159)가 서로를 향해 이동하게 된다. 이때 조절볼트(162)는 수작업으로 회전시킬 수도 있고, 별도의 구동모터를 이용하여 회전시킬 수도 있다.

이와 같이 양측 돌기(159)가 서로를 향해 이동하면, 도 11(b)에 나타낸 바와 같이 양측 돌기(159)에 의해 양측 각막(10,11)이 당겨 모아지면서 양측 각막(10,11)의 단부가 위로 약간 들리는 상태가 되며, 특히 상단으로 갈수록 더 벌어지는 상태가 된다.

이 상태에서 구동수단을 통해 니들홀더(140)를 가이드프레임(120)을 따라 이동시키면, 니들홀더(140)의 단부에 구비된 니들(170)이 회전중심을 따라 회전하면서 수여자의 각막(10)과 기증자의 각막(11)을 관통하게 된다.

니들(170)이 양측 각막(10,11)을 모두 관통한 이후에는, 도 11(c)에 나타낸 바와 같이 봉합실만을 남겨 두고 니들(170)을 각막(10,11)로부터 분리한다.

한편 니들(170)을 빼낸 후에는 봉합실을 즉시 매듭지을 수도 있으나, 각막봉합수술은 각막(10,11)의 둘레를 따라 수 회 이상 봉합 시술을 반복해야 하는 것이므로 1 회 시술마다 봉합실을 매듭짓지 않고 모든 봉합부위에 봉합실을 통과시켜둔 이후에 각 봉합실을 순차적으로 매듭지을 수도 잇다.

한편 본 발명의 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇(100)을 사용하면, 돌기(159)를 이용하여 양측 각막(10,11)을 모아줌으로써 양측 각막(10,11)의 단부가 안구로부터 살짝 들리게 되므로 니들(170)이 안구에 닿을 위험이 줄어드는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따르면 양측 각막(10,11)을 돌기(159)로 지지한 상태에서 니들(170)이 각막(10,11)에 침투하므로 도 1 의 경우처럼 각막(10,11)이 니들(170)에 밀리면서 변형되는 현상이 크게 줄어 들고, 따라서 종래보다 훨씬 정확한 위치에서 봉합이 이루어질 수 있다.

또한 니들(170)이 양측 각막(10,11)을 관통하는 위치가 종래에 비해 각막(10,11)의 단부로부터 훨씬 가깝고, 이로 인해 니들(170)이 각막(10,11)을 통과하는 궤적이 종래에 비해 크게 줄어 든다. 따라서 봉합실에 매듭을 짓는 과정에서 각막(10,11)에 변형이 일어나는 것을 최소화할 수 있어 수술성공률을 크게 높일 수 있다.

또한 도 11(b) 및 도 11(c)에 나타낸 바와 같이, 니들(170)이 각막(10,11)을 통과하는 깊이가 종래보다 훨씬 깊어지기 때문에 봉합상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있어 수술성공률이 크게 향상될 수 있다.

제 2 실시예

본 발명의 제1 실시예에 따른 미세 봉합수술용 로봇(100)에서는 니들(170)의 단부를 곡선의 궤적으로 이동시키기 위하여 니들홀더(140)를 원호형 레일(122)을 갖는 가이드프레임(120)에 결합하였다.

그러나 니들(170)의 이동궤적을 곡선으로 하는 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 제2 실시예와 같이 다른 방식으로 구현할 수도 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 봉합수술 로봇(200)은 도 12의 정면도에 나타낸 바와 같이, 가이드프레임(210)과, 가이드프레임(210)의 일측에 결합된 링크기구(230)와, 링크기구(230)의 단부에 결합된 니들홀더(140)와, 가이드프레임(210)의 타측에 결합된 연결부(250)와, 연결부(250)의 단부에 결합된 봉합조직홀더(150)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서는 니들(170)의 곡선 궤적이 다자유도를 갖는 링크기구(230)에 의해 구현되며, 링크기구(230)는 가이드프레임(210)에 고정될 수도 있고 이동 가능하게 결합될 수도 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는 가이드프레임(210)에 링크기구(230)의 수평방향운동을 가이드하는 가이드레일(도면에는 나타내지 않았음)이 구비되며, 이때 가이드레일은 직선 형상일 수도 있고 도 15에 나타낸 바와 같이 링 형상일 수도 있다.

링크기구(230)의 상단은 이동구동수단(220)을 통해 가이드프레임(210)의 가이드레일에 이동 가능하게 결합한다. 이동구동수단(220)은 모터, 공압/유압 실린더. 기어, 와이어, 체인, 벨트 등의 조합으로 구성되어, 링크기구(230)를 가이드레일을 따라 이동시키는 역할을 한다.

링크기구(230)는 도 13에 예시된 바와 같이 다수의 링크절(232)과, 링크절(232)을 구동시키는 하나 이상의 구동수단(234)을 포함하며, 구동수단(234)의 동작에 따라 도 14에 나타낸 바와 같이 하단링크의 단부가 일정한 궤적을 그리면서 움직이게 된다. 이때 하단링크의 단부는 소정의 회전중심을 기준으로 원호를 그리면서 이동하는 것이 바람직하다.

이와 같이 다수의 링크절(232)로 이루어진 링크기구(230)는 제1 실시예와 같이 원호형상의 가이드프레임(120)에 비해 자유도가 높기 때문에 봉합수술의 종류나 봉합부위의 위치에 따라 니들홀더(140)의 자세와 각도를 보다 다양하게 구현할 수 있는 이점이 있다.

링크기구(230)의 하단이 이동하는 궤적은 링크절(232)의 개수, 길이, 연결 방법 등에 의해 결정되고, 니들홀더(140)에 결합된 니들(170)의 궤적도 이에 따라 결정된다. 따라서 봉합수술의 종류나 봉합부위의 형상에 따라서 링크절(232)의 개수, 길이, 연결 방법 등은 얼마든지 달라질 수 있다. 도 15에는 도 13과 다른 구성을 갖는 링크기구(230)를 예시하고 있다.

봉합조직홀더(150)를 지지하는 연결부(250)는 가이드프레임(210)에 고정될 수도 있고, 가이드프레임(210)의 가이드레일을 따라 이동하도록 구성될 수도 있다. 또한 봉합조직홀더(150)의 위치를 조절할 수 있도록 다수의 링크가 적어도 하나의 회전조인트를 통해 회전 가능하게 결합된 연결부(250)를 사용할 수도 있다.

니들홀더(10)와 봉합조직홀더(150)의 구성은 제1 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서 니들홀더(140)를 구성하는 제1 및 제2 집게부(147,148)는 링크기구(230)의 하단 링크에 결합되고, 제1 및 제2 집게부(147,148)의 틈새에 니들(170)이 장착되며, 간격조절수단(166)이 제1 및 집게부(147,148)에 결합된다.

봉합조직홀더(150)는 체결수단(161)과 간격조절수단(162)에 의해 연결부(250)의 하단에 결합된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다.

일 예로서, 전술한 제1 실시예에서는, 가이드프레임(120)의 양측에 레일홈(122)이 원호 형상으로 형성된 것으로 설명하였으나, 이와 달리 도 16의 단면도에 나타낸 바와 같이 가이드프레임(120)의 양측에 원호 형상의 레일돌부(127)를 돌출 형성하고, 각 레일돌부(127)의 상단에 가이드롤러(144)를 설치할 수 있다. 가이드롤러(144)는 각각 제1 롤러축(144a)에 의해 제1 및 제2 레일연결부(141,142)에 결합된다.

이 경우에도 가이드프레임(124)의 저면에는 지지롤러(145)가 접하고, 지지롤러(145)의 양단은 제2롤러축(145a)에 의해 제1 및 제2 레일연결부(141,142)에 결합되는 것이 바람직하다.

이와 같이 설치하면, 가이드롤러(144)는 레일돌부(127)를 따라 이동하고 지지롤러(145)는 가이드프레임(120)의 저면을 따라 이동하면서 니들홀더(140)가 어떤 위치에서도 항상 가이드프레임(120)의 곡률중심을 향하도록 유지할 수 있다.

레일돌부(127)가 반드시 가이드프레임(120)의 양측에 형성되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라서는 가이드프레임(120)의 일측에만 레일돌부(122)가 형성될 수도 있다. 이 경우 니들홀더(140)의 이동을 위하여 레일돌부(127)의 상면에 래크기어(125)를 형성하고, 구동기어(185)를 래크기어(125)에 치합시킬 수도 있다.

다른 예로서, 본 발명의 제2 실시예에서는, 링크기구(230)의 단부에 니들홀더(140)를 직업 결합하였으나. 도 17의 미세 봉합수술용 로봇(300)과 같이 링크기구(230)의 단부에 원호형의 레일홈(122) 또는 레일돌부(127)를 구비하는 가이드프레임(120)을 결합하고, 상기 가이드프레임(120)에 제1 실시예와 같은 방식으로 니들홀더(140)를 결합할 수도 있다.

도 17에는 봉합부위홀더(150)가 가이드프레임(120)과 분리되어 있는데, 도 18의 미세 봉합수술용 로봇(400)과 같이 링크기구(230)에 결합된 가이드프레임(120)에 제1 실시예와 마찬가지로 니들홀더(140)와 봉합부위홀더(150)를 함께 장착할 수도 있다.

또 다른 예로서, 전술한 실시예에서는 본 발명의 미세 봉합수술용 로봇(100,200, 300,400)이 각막 봉합수술용으로 사용되는 경우를 설명하였으나, 본 발명에 따른 미세 봉합수술용 로봇의 용도가 각막봉합용으로 한정되는 것은 아니므로 인체의 다양한 부위에 대하여 미세하고 정밀한 봉합수술을 할 때 사용될 수 있음은 물론이다.

또한 로봇암연결부(110), 가이드프레임(120, 210), 고정부재(130), 니들홀더(140), 가이드프레임(210), 링크기구(230) 등에서 적어도 하나에는 디스플레이를 통해 시술자에게 봉합부위를 보여주기 위한 비젼카메라가 설치될 수도 있고, 시술부위를 확대하는 확대경이 설치될 수도 있고, 시술자의 사용편의를 위한 각종 조작버튼이 추가로 설치될 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

100, 200, 300, 400: 미세봉합수술로봇 110: 로봇암 연결부
120: 가이드프레임 122; 레일홈
125: 래크기어 127: 레일돌부
130: 고정부재 140: 니들홀더
141: 제1 레일연결부 142: 제1 레일연결부
144: 가이드롤러 144a: 제1 롤러축
145: 지지롤러 145a: 제2 롤러축
146: 니들장착부 147: 제1 집게부
148: 제2 집게부 149: 틈새
150: 봉합부위홀더 151: 제1 플레이트
152: 제2 플레이트 153: 연결부
155: 제1 연장부 156: 제2 연장부
158: 절개부 159: 돌기
161: 체결수단 162: 간격조절수단
163: 너트 166: 간격조절수단
170: 니들 180: 구동모터
185: 구동기어 190: 구동풀리
192: 와이어 210: 가이드프레임
220: 이동구동수단 230: 링크기구
232: 링크구동수단 250: 연결부

Claims (13)

1. 가이드프레임;
   상기 가이드프레임의 일측에 결합되고, 봉합부위의 일측과 타측에 각각 접하는 제1 돌기와 제2 돌기를 구비하는 봉합부위홀더;
   상기 가이드프레임의 타측에 결합되고, 하단에 니들이 장착된 니들홀더;
   상기 니들의 단부가 곡선의 궤적을 그리도록 상기 니들홀더를 이동시키는 니들구동수단
   을 포함하는 미세 봉합수술용 로봇
2. 제1항에 있어서,
   상기 봉합부위홀더는 상기 가이드프레임의 일측에 고정부재를 통해 고정되거나, 적어도 하나의 회전조인트를 포함하는 연결부에 의해 상기 가이드프레임의 일측에 결합되는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
3. 제1항에 있어서, 상기 봉합부위홀더는,
   서로 평행하게 이격되고, 상단이 탄성연결부에 의해 일체로 연결된 제1 플레이트와 제2 플레이트;
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 하단에서 각각 일측으로 구부러져 연장되고, 각각의 단부에서 상기 제1 돌기와 제2 돌기가 아래쪽으로 돌출 형성된 제1 연장부와 제2 연장부;
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 간격을 조절하는 간격조절수단
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
4. 제3항에 있어서, 상기 간격조절수단은,
   상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트를 관통하는 볼트;
   상기 볼트의 헤드에 결합되어 상기 볼트를 회전시키는 회전구동수단
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
5. 제1항에 있어서,
   상기 니들홀더는 서로 평행하게 배치된 제1 집게부 및 제2 집게부와, 상기 제1 집게부와 제2 집게부의 간격을 조절하는 간격조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
6. 제1항에 있어서,
   상기 가이드프레임의 적어도 일측에 형성된 원호(arc) 형상의 레일;
   상기 레일을 따라 이동하는 것으로서 롤러축에 의해 상기 니들홀더에 결합되는 가이드롤러;
   가이드롤러의 하부에서 상기 가이드프레임의 원호 형상의 저면에 접하도록 설치되며, 롤러축에 의해 상기 니들홀더에 결합되는 지지롤러
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
7. 제6항에 있어서,
   상기 레일은 상기 가이드롤러가 삽입되는 레일홈인 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
8. 제6항에 있어서,
   상기 레일은 상기 가이드프레임의 외측으로 돌출되고, 상기 가이드롤러는 상기 레일의 상면에 접하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
9. 제6항에 있어서, 상기 니들구동수단은,
   상기 레일을 따라 형성된 래크기어;
   상기 래크기어와 치합하는 구동기어;
   상기 니들홀더에 장착되어 상기 구동기어를 회전시키는 회전구동수단
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
10. 제6항에 있어서, 상기 니들구동수단은,
    회전구동수단에 의해 회전하는 구동풀리;
    상기 구동풀리에 감긴 상태에서 일단과 타단이 각각 상기 니들홀더의 일측과 타측에 결합된 와이어
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
11. 제1항에 있어서,
    상기 가이드프레임은 다자유도 운동을 하는 로봇암의 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
12. 제1항에 있어서,
    상기 니들구동수단은 상기 가이드프레임에 결합된 다자유도 링크기구로서, 상기 링크기구의 단부에 상기 니들홀더가 결합된 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇
13. 제12항에 있어서,
    상기 링크기구는 상기 가이드프레임에 대해 이동 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 미세 봉합수술용 로봇

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