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특허 및 기술이전

세그먼트, 수술기구를 가이드하는 굴곡기구 및 의료용 로봇 시스템

복강경 수술 등에 널리 사용되고 있는 다 빈치 로봇 시스템 (da Vinci Robot System) 은 성공적인 의료로봇의 사례로서 알려져있다. 하지만 병변이 심부에 있어서 수술도구가 복잡한 해부학적 경로를 따라 진입해야 하는 수술들의 경우에는 다 빈치 로봇의 직진형 수술 인스트루먼트는 한계를 가진다. 단일포트 (single port)에 적용하기 위한 근래에 출시된 모델인 다 빈치 SP도 링크구조로 각도를 가지고 굽을 수 있는 형태이긴 하지만 여전히 인스트루먼트를 둘러 싸고 있는 바디는 직진형이라 심부까지 진입에 제한이 있다.

그러한 제약을 극복하기 위해 많은 연구자들이 다양한 굴곡형 기구를 수술로봇에 적용하고 있다. 로봇공학자들에게 통상적으로 연속체 기구 (continuum mechanism)이라고 불리는 굴곡 로봇은 하나의 개별 단위 세그먼트 (segment)가 직렬로 연결되어 구성되고, 세그먼트 간의 각도 조정과 자세유지를 위해 백본 (back bone) 또는 와이어 등으로 연결하여 마치 뱀과 같은 모션을 보여주기도 하여 스네이크 로봇 (snake robot) 또는 초여유자유도 로봇 (hyper-redundant robot)등으로 불리기도 한다.

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 그림 1.  굴곡 기구 또는 로봇

굴곡 기구의 굴곡을 원하는 형태로 생성하기 위해서 고려해야 할 파라미터는 굴곡 세그먼트의 길이, 굴곡각도 등인데, 본 란에서 소개하는 기술은 그러한 파라미터를 적절하게 이용하여 다양한 굴곡 형상을 만들어 내는 것에 관한 발명이다. 통상적인 굴곡 기구는 동일한 규격과 형상의 세그먼트를 사용하는데 이를 이용하면 굴곡 기구의 굴곡 궤적이 특정 형태로 결정이 되지만 병변 위치의 변화 등과 같은 변화하는 조건에 대해 굴곡 기구를 적용하기에는 한계가 있다. 이점에 착안하여 굴곡 세그먼트의 설정 변화 등을 통한 다양한 병변 위치에 적용 가능하도록 굴곡 궤적을 가변할 수 있는 구조를 고안한 것이 본 특허이다.

그림 2의 우측 그림과 같이 하나의 세그먼트는 볼 소켓 조인트를 가진 형태이고 이 세그먼트의 직렬적 결합을 통해 좌측 그림 및 사진과 같은 의료로봇 시스템이 구성가능하다. 병변 위치에 따른 굴곡 궤적 요구사항을 분석하는 수술전 플래닝 과정을 통해 세그먼트에서 요구하는 파라미터의 설정변화, 즉 세그먼트 간의 결합 거리를 변화시키는 기능 (adjust gap distance)를 통해서 플래닝에서 요구하는 궤적을 만족시킬 수 있도록 할 수 있다. 결합 거리를 변화시키는 방법은 세그먼트를 두 부분으로 결합/분리될 수 있는 파트로 구성하고 스크류 등으로 거리 조절이 가능하게 하는 방법 등이 실시예로서 제시되고, 수술전 수동적 설정에 의해 또는 실시간 적인 제어에 의해서 구현가능하다.

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▲ 그림 2. 고안된 굴곡 세그먼트 및 이를 적용한 로봇 시스템 사례

본 기술은 현재 국내 등록되어 있으며 이를 활용할 수 있는 경구강수술 로봇 시스템 개발과제 (산업자원통상부)가 1단계를 통과하여 탐색임상시험 수행을 목표로 하는 2단계에 돌입한 상태이다.

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※ 문영진 교수는 2015년부터 우리 병원 의공학 연구소에 소속되어 현재 연구 부교수로 재직 중이다.

 

혈관중재시술 로봇, 이비인후과 및 비뇨기과 수술을 위한 굴곡형 내시경 로봇, 기구적 모션에 근거한 성형재건 수술용 기구, 환자 및 노약자의 재활을 위한 연구 및 개발 등을 진행하고 있으며 이와 관련된 다수의 국책 과제를 수행 중이다

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