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본 논문에서는 복강경 수술에서 복강경을 들고 조종하는 보조의의 역할을 대신할 수 있는 새로운 복강경 수술용 보조 로봇을 제안하였다. 기존의 복강경 수술용 보조 로봇이 가진 단점을 보완하면서도 그 기본적인 아이디어는 유지하기 위해, 이전의 시스템을 유지하되 이에 추가적으로 부착되는 시스템을 구성하였다. 담낭 절제술 등의 간단한 수술에는 이전의 시스템을 적용하고, 더 넓은 범위의 화면을 필요로 하는 수술에는 새로운 시스템을 적용할 수 있도록 함으로써 의사의 의향에 따라 선택할 수 있게 하였다. 우선 시스템을 개발하기 위해서 어떠한 요구사항이 필요한지 알아보기 위해 복강경 수술의 환경과 그 도구들에 대해 살펴보았다. 이를 통해 복강경 수술용 보조 로봇 시스템을 개발하기 위한 기본적인 공학적 요구 사항과 더불어 의학영역의 안정성(safety) 문제도 고려하였다. 상용 로봇들의 크기가 크다는 단점을 극복하기 위해 개발된 기존의 KaLAR 시스템은 bending motion, zooming motion 의 3자유도를 가지고 있으며 외부의 움직임이 전혀 없는 반면에 그 ...

본 논문에서는 복강경 수술에서 복강경을 들고 조종하는 보조의의 역할을 대신할 수 있는 새로운 복강경 수술용 보조 로봇을 제안하였다. 기존의 복강경 수술용 보조 로봇이 가진 단점을 보완하면서도 그 기본적인 아이디어는 유지하기 위해, 이전의 시스템을 유지하되 이에 추가적으로 부착되는 시스템을 구성하였다. 담낭 절제술 등의 간단한 수술에는 이전의 시스템을 적용하고, 더 넓은 범위의 화면을 필요로 하는 수술에는 새로운 시스템을 적용할 수 있도록 함으로써 의사의 의향에 따라 선택할 수 있게 하였다. 우선 시스템을 개발하기 위해서 어떠한 요구사항이 필요한지 알아보기 위해 복강경 수술의 환경과 그 도구들에 대해 살펴보았다. 이를 통해 복강경 수술용 보조 로봇 시스템을 개발하기 위한 기본적인 공학적 요구 사항과 더불어 의학영역의 안정성(safety) 문제도 고려하였다. 상용 로봇들의 크기가 크다는 단점을 극복하기 위해 개발된 기존의 KaLAR 시스템은 bending motion, zooming motion 의 3자유도를 가지고 있으며 외부의 움직임이 전혀 없는 반면에 그 작업공간이 복잡한 수술을 진행하기에는 부족하다는 단점이 있었다. 이에 따라 그 작업공간을 확대시켜주면서도 외부의 움직임을 최소화 할 수 있는 외부 매니퓰레이터를 제안하였다. 외부 매니퓰레이터는 2자유도의 움직임을 가지며 기계적 특징이나 시스템의 안정성 등을 고려하여 arc motion 메커니즘을 이용하였다. 하나의 회전축과 arc motion guide 로 구성되어 있는 이 메커니즘은 2개의 모터로 구동되며 arc motion 의 경우 그 구동을 위해 와이어를 이용하였다. 개발된 시스템은 크게 수동 홀더, 벤딩 복강경, 외부 매니퓰레이터의 3부분으로 나뉘어 지며 각각의 부분이 서로 탈/부착이 간편하도록 제작되었다. 전체 시스템이 5자유도 인데 반해 그 움직임은 3자유도인 여유 자유도 시스템이므로 여유 자유도 제어를 위해 주동자-추종자 기법을 이용하였다. 이를 이용하여 외부에서의 의사와의 간섭을 줄이면서도 충분한 범위의 화면을 제공할 수 있는 구동 방법으로써의 가능성이 확인되었다. 그러나 제안된 시스템이 실제 수술에 적용되기 위해서는 실제 환자에게 적용가능한 특징들을 가지고 있는지 등의 성능 평가가 이루어져야 할 것이다. 실제 수술이 이루어지는 동일한 환경 하에서 실험을 함으로써 사용하는데 문제점은 없는지, 장착이 용이한지, 수술에 방해가 되지 않는지 등의 검증 작업이 필요한 것이다. 또한 실제 수술환경에서는 음성 입력이 주변의 소음으로 인해 강인하지 못하므로 좀 더 수술 환경에 강인한 인터페이스의 개발도 요구되며, 수술 시 복강경의 움직임 분석 등을 통한 design 의 최적화가 이루어진다면 더욱 작고 꼭 필요한 움직임만을 가지는 시스템이 될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Laparoscopic surgery is a surgical approach that is performed with special surgical tools and a laparoscope. Although it has become increasingly popular, there are some problems in applying laparoscopic surgery. Due to its minimally invasive nature, there have been many attempts to improve its perfo...

Laparoscopic surgery is a surgical approach that is performed with special surgical tools and a laparoscope. Although it has become increasingly popular, there are some problems in applying laparoscopic surgery. Due to its minimally invasive nature, there have been many attempts to improve its performance by applying robotics technology. In this paper, a 5-DOF laparoscopic assistant robot system with a bending mechanism is presented. The system consists of three main components: a 3-DOF bendable laparoscope, a 2-DOF external manipulator and a passive base. By using both external and internal motions, the system provides sufficient workspace for performing general laparoscopic surgeries. In comparison with other systems, the proposed system requires lesser external motion due to the use of internally bending mechanism and thus, is expected to have fewer chance of interfering with the surgeon and patient. Moreover, the system can be mounted onto the bed and is compatible with the existing surgical environment. A prototype of the system is developed with the consideration of functional requirements for general laparoscopy. Based on the parameters of the prototype, workspace analysis is performed. The redundant control scheme to actuate the combined motion is presented. The image capturing and displaying has been implemented using an image grabbing board and the voice command interface has been implemented by adopting commercial software into control program. Through the comparison of outer workspace of between AESOP and proposed system, it is found that the outer workspace of the proposed system is reduced. Experiment on test-bed shows that the developed system operates properly.

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