가. 소형 수술용 매니퓰레이터 장치의 규격 분석 및 평가
필요한 기능, 조작성 등 장치로서 필요하다고 판단되는 상세한 규격에 대해서 분석을 하고 평가내용을 피드백하여 시작 장치의 개향을 기하였다. 수술구 지지 및 구동 매니퓰레이터의 규격은 <표 1>과 같다.
Dry task(봉합·결찰)의 동식물 실험을 통해서 시작 장치의 임상 적응성(겸자 기능, 멸균 세정, 청결, 설치, 탈착)을 분석 평가하고 개선 사항을 정리하였다. 평가는 3개월에 1회 외부 의사에 의한 평가를 실시하였다.
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속도 |
힘[N] |
분해능력 |
동작범위 | |||
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요구 |
설계치 |
요구 |
설계치 |
요구 |
설계치 |
설계치 | |
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Pivot운동 |
50mm/s |
50mm/s |
5 |
5 |
0.1mm |
0.01mm |
정각60도 삼각추 |
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수술구 직동 |
50mm/s |
50mm/s |
5 |
15 |
0.1mm |
0.01mm |
50mm |
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수술구 축회전 |
180도/s |
300도/s |
5 |
10 |
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±170도 |
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수술구 굴곡 |
180도/s |
540도/s |
5 |
10 |
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Blade 동작 |
180도/s |
300도/s |
5 |
8 |
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<표1> 수술구 지지 매니퓰레이터 및 수술구 구동 매니퓰레이터의 규격
나. 매니퓰레이터 장치의 개발
매니퓰레이터 장치는 수술구, 직선 천자침, 내시경 등을 보지하고 그 자세와 위치를 정해주는 장치를 말하며 다음의 3요소로 구성되어 있다.
▲MRI 환경 하에서 동작가능하고 신체 표면의 자입점(刺入点)을 중심으로 피봇 운동을 통해서 수술구의 자세를 정해주는 매니퓰레이터 ▲MRI 환경 하에서 동작가능하고 수술구 선단에서 위치 자세 6자유도와 수술구 개폐 1자유도를 갖고 있는 매니퓰레이터 ▲매니퓰레이터의 동력을 전달하기 위한 동력부 등이다.
요구되는 규격을 바탕으로 매니퓰레이터 장치 전체의 실장방법, 인터페이스 등을 사양을 검토해서 설계/시작/개량을 실시하였다.
최종적으로 생체시험에 의해 매니퓰레이터의 과제를 추출하고 이에 의해 시작 개량된 매니퓰레이터를 개발하였다.
암(Arm)의 크기를 소형화하고 조작성을 다음과 같이 향상시켰다.
- 최대 높이를 390㎜로 하여 수술대 천판(天板)에 설치 채 MRI 개구부 출입이 가능하게 되었다.
- 암의 수는 4개의 시스템, 자유도는 수술구의 직동, 축의 회전, 선단에서의 2자유도, 개폐의 1자유도 등을 추가하여 7자유도로 개발하였다.
- 수술구 선단의 도달 가능범위는 매니퓰레이터의 가이드 프레임(Guide frame)을 수술대 천판 상의 가이드 레일(Guide rail) 상에서 이동 가능케 하여 치료범위가 되는 수술대 천판 상에서 임의의 위치에 도달 가능토록 하였다.
다. 선단(先端) 수술 장치
개발된 수술구의 특징은 선단에서의 동작에 필요한 3자유도를 와이어를 사용하지 않고 각각의 관절 동작이 간섭 없이 동작 가능하다.
관절의 굴곡 구동부에는 링크를 사용하여 강성을 증가시키고 흔들거림이 없도록 한 것이 특징이다.
모든 부품은 비자성체인 티탄, 세라믹 또는 엔지니어링 플라스틱인 PEEK
