KR101309496B1 - 개선된 자기-추진식 내시경 장치 - Google Patents

Abstract

사전-설정된 이동 방향으로 체강을 통한 자율 이동이 가능한 내시경 장치는, 관형 본체부(1)의 상응하는 축방향 신장 및 수축과 동기화하여, 체강의 벽에 단부들을 일시적으로 및 번갈아 고정하는 고정수단(4)을 포함하는, 각각 전방 단부(2) 및 후방 단부(3)인 두 개의 단부 사이에서 연장하는 탄성 재료로 만들어진 관형 본체부(1)를 포함한다. 상기 관형 본체부(1)는 그 길이를 따라 분포된 보강 구조물(5,8,9)을 포함하는데, 이는 그 반경방향으로는 실질적으로 강성(rigid)이고 그 축방향으로는 구부러지며(yielding), 엄밀하게는 다수의 강성 링 또는 하나 이상의 나선형 스프링을 포함한다.

관형 본체부, 고정수단, 체강, 보강 구조물, 죠, 공압식

Description

개선된 자기-추진식 내시경 장치{IMPROVED SELF-PROPELLED ENDOSCOPIC DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 개선된 내시경 장치의 전체적인 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 내시경 장치의 중앙 관형 본체부의 제 1 실시예의 확대된 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 내시경 장치의 중앙 관형 본체부의 제 2 실시예에 대한 사시도.

도 4는 도 3에 나타난 중앙 관형 본체부의 길이방향 단면도.

도 5 및 도 6은 각각 그 개방 및 폐쇄 위치에 있는 고정수단을 구비한, 본 발명에 따른 내시경 장치의 일 단부에 대한 개략도.

본 발명은 관형 체강을 통해 및 이에 제한되지는 않지만 특히 위장관을 통해 이동(locomotion)하고, 소위 자벌레 운동(inchworm motion)에 의해 사전-설정된 방 향으로 이동할 수 있는 내시경 장치에 대한 개선에 관한 것이다.

수술 또는 진단 과정을 위한 내시경 장치들은 이미 공지되어 있으며, 이는 환자의 몸을 통해 상기 장치에 그 전진운동을 직접적으로 전달하는 외과의에 의해 작동된다. 이들 장치들은 다양한 과정들을 완수하기 위해 요구되는 수술 및 진단 기구들, 예를 들어, 마이크로 암, 마이크로 카메라, 및/또는 레이저 방사체 등과 일반적으로 결합된다.

예를 들어, US-A-5398670호, US-A-5906591호, 및 WO02/068035호에는 이러한 타입으로서, 그러나 환자의 체강을 통해 자율 또는 반자율 운동이 가능한 내시경 장치들이 설명되어 있다. 이들 문헌에 설명된 내시경 장치는 실질적으로 전방 단부와 후방 단부의 두 부분을 구비한 가변 길이의 관형 본체로 구성되며, 이에는 상기 전방 단부 및 후방 단부가 일시적으로 그리고 번갈아 체강의 벽에 부착될 수 있도록 해주고, 이에 의해 상기 장치의 전진운동을 가능케 하는 고정장치(anchoring means)가 완비되어 있다.

특히, 상기 언급된 문헌에 기재된 내시경 장치의 가변 길이의 관형 본체부는 벨로우즈형(bellows-shaped) 튜브의 형태이며, 그 결과 그에 주입되거나 그로부터 배출되는 공기에 의해 신장 및 수축될 수 있다. 상기 언급된 특허 출원서 PCT 번호 WO02/068035호에서는, 내시경의 전방 단부 및 후방 단부에 연결된 클램핑(clamping) 수단에 의해 체강의 벽에 내시경이 고정되며, 이는 상기 벨로우즈형 관형 본체부의 연속적인 신장 및 수축과 동기화되는 외부 제어 유닛에 의해 가능하다. 전술한 클램핑 수단은, 본 발명의 양호한 실시예에서 또한 벨로우즈형 부재로 구성되는 공압식 구동수단에 의해 작동가능하다.

본체부가 신장될 때, 압축 공기에 의해 양(positive)의 압력이 벨로우즈 내부에 생성되고, 그에 따라 그 내부의 압력에 비례하는 신장이 이루어지며, 반면에 소정 정도의 진공이 생성될 때까지 상기 벨로우즈 내부의 압력을 점진적으로 감소시킴으로써 벨로우즈는 수축된다.

비록 상기 장치가 고통을 유발함이 없이 좁은 내장의 루프를 지나기 위해 요구되는 충분한 가요성을 가지지만, 상기 언급된 PCT 특허 출원서에 따른 장치는 신장성(extendibility) 및 그 외부표면과 체강의 벽 사이의 마찰력 때문에 몇몇 기능적인 단점을 가지며, 이는 상기 장치의 이동 효율에 있어 부정적인 영향을 미친다. 내장의 벽이 부분적으로 또는 전체적으로 상기 벨로우즈의 외부 표면에 접촉하기 때문에, 수축단계 동안 내장 조직이 벨로우즈의 주름들 사이에 포획될 수 있다. 비록 이것이 점막에 해를 끼치지는 않지만, 이는 내장을 통한 기구의 전진을 방해한다. 더욱이, 장간막(mesentery) 및 내장 조직은 신축성이 있어, 관형의 벨로우즈형 본체부의 표면과 체강의 벽 사이의 마찰력은, 장치가 벽을 따라 활주하게 하는 대신, 조직 및 장간막을 늘어뜨리게 되고, 그 결과 신장단계 동안 내장 벽에 대한 상기 장치의 전진운동을 방해하며, 수축단계 동안 관형 강(tubular cavity) 및 장간막의 조직이 자신들의 원위치로 회귀하도록 한다(소위 "아코디언 효과").

게다가, 주목해야 할 것은, (수축 및 신장된 벨로우즈의 최대 및 최소직경 사이의 차이로 표현되는) 상기 벨로우즈형 관형 본체부의 상당한 두께는 그 내부의 실제의 가용한 공간을 상당히 감소시키게 되고, 이는 상기 장치의 이동에 필요한 압축공기 튜브들의 통과를 어렵게 만들며, 작은 직경의 튜브를 사용해 그 결과 압력강하를 증가시키고, 상기 장치의 이동 속도를 감소시키는 것을 필요하게 한다는 것이다.

본 발명의 목적은 국제특허출원 WO02/068035호에 기술된 형태의 내시경 장치를 제공하되, 상기 기재된 기술적 단점 없이 동일 정도의 가요성을 유지하는 것이다.

본 발명의 특별한 목적은 상기 기재된 형태의 내시경 장치로서, 관형 본체부가 상당한 신장능력 및 작은 마찰계수를 구비하여, 체강의 벽을 형성하는 조직들을 포획하는 것을 방지하고, 그 결과 장치의 효과적인 이동을 보장하는 내시경 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 특별한 목적은, 전술된 형태의 내시경 장치에 있어 동일한 외경을 유지하면서도 상당한 정도로 더 넓은 내부공간을 제공하여, 벨로우즈형 본체부를 구비한 공지된 형태의 내시경 장치에서 가용한 것보다 더 넓은 내부공간을 제공하는 것이고, 그에 따라 상기 내부공간이 서비스 튜브(service tube)의 통과를 위해 더욱 효과적으로 사용될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 상술된 형태의 내시경 장치로서, 그 관형 본체부 또는 그 전방 단부 및 후방 단부에 제공된 고정수단의 액츄에이터가, 내시경 장치가 전진하며 통과하는 체강을 형성하는 벽의 조직이 포획될 수 있는 외주표면 주름 을 발생시키지 않고 수축하는 내시경 장치를 제공하는 것이다.

이들 목적은 본 발명에 따른 개선된 내시경 장치에 의해 달성되는데, 그 관형 본체부는 탄성 물질로 이루어지고, 반경방향에 대해서는 실질적으로 강성(rigid)이고 축방향에 대해서는 구부러지며 그 길이 방향을 따라 분포된 보강 구조물을 포함한다. 양호한 실시예에서, 상기 보강재는 다수의 상당히 강성인 링들 또는 하나 이상의 동축 스프링 또는 바람직하게는 서로에 대해 역방향으로(crosswise) 감긴 한 쌍의 링으로 구성된다.

본 발명에 따른 개선된 내시경 장치의 특징 및 장점들은, 첨부된 도면들을 참조한 비제한적인 예로서 주어지는 후술하는 양호한 실시예에 대한 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 내시경 장치는 각각 전방 단부(2) 및 후방 단부(3)로 불리는 두 단부 사이에서 연장하는 관형 본체부(1)를 포함하는데, 여기서 전방 및 후방이라는 용어는 체강을 통한 상기 장치의 이동 방향을 말하며, 화살표 F로 지시된다. 명백하게, 상기 장치는 체강 내에서 전후방 모든 쪽으로 움직일 수 있다.

상기 장치의 전방 단부(2) 및 후방 단부(3)는 엄밀하게는 클램핑 형태인 고정 장치(4)를 포함하는데, 이에 의해 상기 장치는 일시적으로 또는 번갈아 체강 벽에 부착될 수 있어, 공지된 방식으로 이동이 가능하다.

본 발명에 따르면, 관형 본체부(1)는 예를 들어 쇼어 A 10 실리콘(shore A 10 silicon) 같은 저경도 엘라스토머성(elastomeric) 재료로 이루어진다. 관형 본체부(1)는 구조 보강물을 구비하는데, 이는 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서, 예를 들어 쇼어 A 80 실리콘 같은 강성 재료로 이루어진 다수의 링(5)을 포함한다.

상기 후방 단부(3)는 서비스 튜브를 수용하는 호스(6)에 의해 외부 제어 유닛에 연결되고, 상기 서비스 튜브는 관형 본체부(1) 내부에 압축공기를 전달하기 위해 또는 그 내부에 음의 압력을 생성하기 위해 필요한 배관(tubing)을 포함하며, 이에 의해 공지된 소위 자벌레형 이동에 필요한 관형 본체부(1)의 신장 및 수축을 유도한다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 대안적인 실시예에서, 실리콘 관형 본체부(1)는 예를 들어 강철 같은 강성 재료로 만들어지고 서로에 대해 역방향으로 감겨 있는 한 쌍의 나선형 스프링(8 및 9)으로 보강된다.

양쪽 모든 경우에, 다수의 링 또는 두 동축 스프링의 존재는 관형 본체부(1)의 반경방향으로의 팽창 또는 붕괴를 방지하며, 반면 여전히 내부 압력상태의 변화에 따라 축방향으로의 신장 및 수축을 가능케 한다.

한 쌍의 나선형 스프링(8 및 9)을 포함하는 경우에, 서로에 대해 역방향으로 배치된 권선(windings)을 구비한 스프링들의 구성은, (전방 단부(2)에 배치된 TV 카메라에 의해 전송되는 이미지의 연속적인 회전을 유발하는) 상기 장치의 단부(2 및 3)의 관련된 회전이나 또는 후방 단부(3)로부터 연장된 호스(6)의 뒤틀림을 방 지한다. 두 스프링(8 및 9)이 서로에 대해 역방향으로 감겨져 있다는 사실 또한 관형 본체부(1)의 외부표면 위로 체강 조직이 미끄러지는 것을 용이하게 한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 링(5) 또는 나선형 스프링(10)으로 보강된 실리콘 배관은 또한, 상기 내시경 장치의 전방 단부(2) 및 후방 단부(3)에 배치된 고정수단(4)의 개방 및 폐쇄를 제어하는 구동장치를 위해서도 이용될 수 있다. 상기 언급된 도면에 도시된 바와 같이, 고정수단(4)은 한 쌍의 원형 죠(jaw; 4a 및 4b)를 포함하는데, 죠의 전방부는 고정된 반면, 후방부는 전방부에 대해 움직일 수 있다. 특히, 이동식 죠(4b)는 연결 플랜지(13)로부터 직각으로 연장하는 관형 부재(11)에 활주식으로(slidingly) 마운트되어 있는데, 이에 의해 단부(2)가 관형 본체부(1)에 축방향으로 연결된다. 이동식 죠(4b)는 또한 (도시된 경우에) 실리콘 튜브의 두께(thickness) 속에 포함된 나선형 스프링(10)을 구비한 실리콘 튜브(12)에 의해 플랜지(13)에 연결되어 있다. 튜브(12)는 챔버(14)의 범위를 한계짓는데, 챔버(14)는 관형 부재(11) 상의 구멍(15)을 통해 그 속으로 압축공기가 전달되거나 또는 음의 압력이 생성될 수 있다. 챔버(14) 내에서의 양 또는 음의 압력의 생성은 튜브(12)의 신장 또는 수축을 낳고, 이는 교대로 이동식 죠(4b)를 일방향 또는 다른 방향으로 활주하게 하며, 그 결과 고정수단(4)을 각각 폐쇄 또는 개방한다.

관형 본체부 및 고정수단에 대한 공압식 액츄에이터 모두에 적용되는 본 발명에 따른 개선은, 상기 내시경 장치의 효율적인 운동을 보장하고, 공지된 장치들 에 대한 상기 언급된 모든 단점들을 극복한다. 실제, 상기 장치의 외부표면은 신장 및 수축 상태 모두에서 부드럽고, 매끄럽게 유지되어, 체강 벽의 조직이 포획될 수 있는 주름이 배제된다. 게다가, 벨로우즈 디자인에 있어 통상적인 주름이 없다는 것은 장치의 외경에 대한 내경의 비율을 증가시켜, 동일한 외경에 대해 훨씬 더 큰 내부공간을 제공하며, 이는 서비스 튜브의 통과를 용이하게 한다. 마지막으로, 고-신장성 관형 본체부(1)는 작은 마찰계수와 결합하여, 전진 운동을 감소시키고 장치의 운동효율을 떨어뜨리는 체강 벽 조직에 대한 늘어뜨림을 방지한다.

본 발명에 따른 내시경 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 변경 및/또는 개조가 일어날 수 있다.

Claims (8)

1. 관형 본체부(1)의 상응하는 축방향 신장 및 수축과 동기화하여, 체강(body cavity)의 벽에 단부들을 일시적으로 및 번갈아 고정하기(attach) 위한 고정수단(4)을 포함하는, 각각 전방 단부(2) 및 후방 단부(3)인 두 개의 단부들 사이에서 연장하는 탄성 재료로 만들어진 관형 본체부(1), 및

   상기 고정수단의 구동을 위한 공압식 수단(pneumatic means; 12)을 포함하는, 사전-설정된 이동 방향으로 체강을 통한 자기-추진식 이동(self-propelled locomotion)을 위한 내시경 장치(endoscopic device)에 있어서,

   상기 내시경 장치는 신장 및 수축 상태 모두에서 부드럽고(smooth), 매끄럽게(slippery) 유지되는(remain) 외부 표면을 가지며,

   상기 관형 본체부(1)는 본체부의 길이에 걸쳐 분포되는 보강 구조물(5,8,9)을 포함하고(incorporate), 상기 보강 구조물들은 축방향으로는 구부러지면서(yield) 반경방향으로는 강성인 것을 특징으로 하는 내시경 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정수단(4)을 구동하기 위한 상기 공압식 수단은 관형 부재(12)를 포함하며,

   상기 관형 부재(12)는 상기 고정수단의 이동식 부재(4b)에 그리고 상기 관형 본체부(1)에 축방향으로 연결되고, 상기 보강 구조물을 또한 포함하는 가요성 및 탄성 물질로 이루어지며, 관형 부재의 내부 챔버(14)에 생성된 양 및 음의 압력에 반응하여, 원통형으로 신장 및 수축할 수 있으며, 그 결과 상기 고정수단(4)의 개방 및 폐쇄를 각각 유발하는 내시경 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정수단(4)은 클램프 형태이고, 고정식 죠(4a) 및 이동식 죠(4b)에 의해 형성되며, 이동식 죠에 상기 관형 부재(12)가 연결되는 내시경 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 구조물은 상기 관형 본체부(1) 및 상기 관형 부재(12)의 두께 내에 축방향으로 포함된 다수의 강성인 링(5)을 포함하는 내시경 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보강 구조물은 상기 관형 본체부(1) 및 상기 관형 부재(12)의 두께 내에 축방향으로 포함된 하나 이상의 나선형 스프링(8,9,10)을 포함하는 내시경 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 관형 본체부(1) 보강을 위한 상기 구조물은 서로에 대해 역방향으로 감겨진 한 쌍의 동축 나선형 스프링(8,9)를 포함하는 내시경 장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 및 가요성 물질은 저경도(low hardness) 실리콘인 내시경 장치.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 링(5)은 실리콘 쇼어 A 80으로 만들어진 내시경 장치.

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