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Twist Bendable Mechanism기반 후두수술용 수동 로봇 시스템 연구

Title
Twist Bendable Mechanism기반 후두수술용 수동 로봇 시스템 연구
Other Titles
Study on Passive Throat Surgical Robot System Using Twist Bendable Mechanism
Author
오세민
Alternative Author(s)
Se-Min. Oh
Advisor(s)
이병주
Issue Date
2017-08
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
최근 로봇, 자동화 수술시스템의 등장으로 국소부위만 절개하여 수술하는 이른바 최소 침습 수술이 각광을 받고 있다. 이는 최소 침습 수술로 인한 환자의 빠른 쾌유와 수술 자동화로 정밀한 수술, 수술시간 단축이라는 장점이 부각되고 있기 때문이다. 그러나 이러한 장점의 뒷면에 위치한 단점으로 자동화 시스템을 갖추어야 하기에 발생하는 부피적인 문제와 막대한 개발비로 인한 경제적인 문제점을 들 수 있다. 이는 곧 수술비를 감당해야 하는 환자의 입장에서 큰 비용을 지불해야 하는 부담으로 이어지는 실정이다. 이에 본 연구에서는 자동형 수술 시스템의 경제적인 단점을 보완하고자 수동형 수술로봇 시스템 개발을 시도하게 되었다. 자동화 시스템에서 수동형 시스템으로 전환할 경우, 자동으로 제어되던 End Effector는 의사의 손에 의해 작동 되어야 하기 때문에, 기존 End Effector의 작동을 위해 사용되는 wire driven방식에서의 고질적인 문제인 wire의 처짐 또는 길이변화 현상을 우선적으로 해결하여야 한다. 후두수술과 같이 굴곡이 있는 환경에서 End Effector를 수술영역까지 접근시키기 위해서는 End Effector 역시 굴곡을 따라 들어가는 모양을 취하게 된다. 이러한 굴곡 형성이라는 조건이 wire의 배열에 있어서 wire의 길이변화에 영향을 미치게 되는데, 자동형 시스템의 경우 제어알고리즘을 통해 이를 보완하고 있으나, 수동형 시스템으로 전환할 경우 굴곡부에서의 wire 길이 변화 문제를 근본적으로 해결해야 한다. 이에 본 연구에서는 굴곡부에서 발생하는 이러한 wire의 처짐 또는 길이변화 현상을 해결하기 위해서 Twist bendable mechanism의 개념을 제시, 적용하였다. Twist bendable mechanism이란 스프링 선경과 같이 구동 wire의 배열을 1회전 꼬아서 구동위상을 정렬시키는 개념으로, 이렇게 꼬인 구조에서는 나선체가 어떤 굴곡을 가지더라도 wire의 길이변화에 영향을 받지 않는다는 개념의 Mechanism이다. 이를 후두수술용 End Effector에 적용시킴으로서 End Effector가 후두의 굴곡부를 통과할 때 구동 wire의 길이변화 없이 수동으로 작동이 가능하게 된다. 본 연구에서 설계된 System의 구조는 Single port surgery 개념으로 후두로의 진입을 위해 구강 안내부(GooseNeck)라는 수동 굴곡 안내부를 따라 내시경과 수술용 End Effector가 들어가는 개념을 취하고 있다. 이 구강 안내부(GooseNeck)의 지지는 Stackable구조를 지니는 Arm을 사용했으며, Stackable Arm의 기저부에 있는 Magnet Brake로 고정되고, 이를 지탱해 주는 경량형 Stand로 수술용 Bed에 기구적으로 고정된다. 이렇게 완성된 Mechanism을 이용해 3가지 실험을 진행하였다. 첫째는 기본 Mechanism 구동실험으로, 구강 안내부(GooseNeck)를 따라 들어가는 내시경과 End Effector의 작동 감각을 익히기 위한 훈련 속성의 실험을 실시하였다. 둘째로, 마네킹 Phantom을 이용하여 End Effector의 후두 내 진입과 모의 Polyp 절단동작을 모사하였고, 셋째로, 사체실험(Cadaver Study)을 통하여 Mechanism의 인체 적용 가능성을 확인하였다. 이와 같이, 본 연구는 ‘Wire driven system의 구동 안정성’을 확보하기 위하여 개발된 시스템이며, 기존의 수동/자동 시스템에서 적용된 wire driven구조의 wire 길이변화에 대한 근본적인 문제를 해결한 방법이다. 이에 더하여, 굴곡형 대장내시경, 굴곡형 혈관중재 시술 등 다굴절 환경에서의 내시경 및 End Effector의 구동을 위한 메커니즘과 그 밖의 일반적인 굴곡형 도구가 필요한 진단 및 수술분야를 위한 방법으로 본 Twist Bendable Mechanism의 적용 및 확장 가능성을 시사하였다.
URI
http://hdl.handle.net/20.500.11754/33656http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000431100
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > INTELLIGENT ROBOT ENGINEERING(지능형로봇학과) > Theses (Master)
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