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[국내논문] 부정맥 시술을 위한 마스터-슬레이브 원격제어·로봇 시스템 개발
Development of Master-Slave Type Tele-Operation Control Robotic System for Arrhythmia Ablation 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.22 no.8, 2016년, pp.585 - 589  

문영진 (서울아산병원 아산생명과학연구원 의공학연구소) ,  박상훈 (서울아산병원 아산생명과학연구원 의공학연구소) ,  후젠카이 (서울아산병원 아산생명과학연구원 의공학연구소) ,  최재순 (서울아산병원 아산생명과학연구원 의공학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the robotic assist system for cardiovascular intervention gets continuously growing interest. The robotic cardiovascular intervention systems are largely two folds, systems for cardiac ablation procedure assist and systems for vascular intervention assist. For the systems, the clinician co...

Keyword

#medical robot   #master-slave system   #tele-operation control   #catheter   #arrhythmia ablation  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 논문에서는 기존의 방식과는 달리 카테터 핸들의 동작을 보다 넓은 범위로 줄 수 있으며 직관성을 해치지 않는 형태의 마스터 장치를 설계하고 일반적인 카테터의 핸들을 제어할 수 있는 슬레이브 로봇을 제작하여 부정맥 시술을 위한 카테터 원격제어 시스템을 구축하였다.
  • 본 연구에서는 심혈관 중재시술 중 주로 부정맥을 치료하는데 사용되는 전기생리학(EP: Electrophysiology) 절제용 카테터를 대상으로 중재시술 보조 로봇 구성요소와 이의 제어기법을 개발한다. 전술한 바와 같이 마스터-슬레이브 구조에서 마스터 장치의 입력 모션이 카테터의 핸들부와 대응하도록 그림 2와 같은 원격제어 개념을 설정한다.
  • 본 연구에서는 부정맥 시술을 위한 EP 카테터를 원격으로 제어하기 위한 마스터-슬레이브 로봇 시스템을 개발하였다. 마스터 장치는 기본적으로 슬레이브측의 카테터 핸들 동작을 제어하는 방식과 이후 카테터 말단부의 동작을 제어하는 방식으로 확장을 고려하여 6 자유도 기구 시스템으로 설계되었다.

가설 설정

  • 2. Concept of catheter tele-operation control.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구형 메커니즘은 어떤 역할을 수행하는가? 구형 메커니즘은 그립(grip)을 구의 중심으로 하고 각 관절부가 같거나 다른 반경을 가지는 가상적인 구의 표면에서 움직이는 구조이다. 이 메커니즘은 마스터 장치-카테터 핸들대응방식에서는 카테터 핸들의 축방향 회전과 푸쉬-풀 장치를 구동하는 역할을 하며, 확장형인 마스터 장치-카테터 말단부 대응방식에서는 카테터 말단부의 공간상에서 두 방향축을 제어하는 역할을 수행한다. 그립의 중심을 좌표의 원점으로, 원점에서 엔코더가 설치된 각 관절 방향으로의 단위벡터를 각각 x, y축으로 정의를 할 때, 그림 3에 표시된 점 PE의 원점에 대한 벡터는 다음과 같이 구해진다.
마스터 장치의 역할은 무엇인가? 카테터 로봇 시스템이 해결하고자 하는 주요한 문제점 중 하나인 방사능 피폭의 저감을 위해서 그러한 시스템은 통상적으로 마스터-슬레이브(master-slave) 형식으로 구성된다. 마스터 장치는 원격지에서 시술자에 의한 카테터의 조작을 위한 입력을 전달하는 역할을 수행하고 슬레이브 로봇은 환자 인근에 위치하여 기존 시술에 사용되는 카테터를 직접적으로 조작할 수 있는 장치 또는 시스템 맞춤형 카테터 제어용 장치로 구성된다. 기존의 카테터 로봇 시스템에서 사용되어 오는 마스터 장치는 단순 조이스틱(joystick) 또는 노브(knob)구조, 카테터 핸들과 유사한 형태, 스튜어트 플랫폼(Stewart Platform) [7-9]과 같은 다자유도 병렬형 기구 메커니즘으로 구현되었다.
중재시술이란 무엇인가? 중재시술은 방사선 기반의 영상장비를 통해 환자 체내의 혈관 및 장기 등을 관찰하고 그러한 시각적 정보를 활용하여 피부조직에 세밀한 카테터(catheter) 또는 바늘을 삽입하여 진단 또는 치료를 수행하는 의료적 기법이다. 그 중 그림 1에서와 같은 부정맥 시술 또는 혈관 중재시술은 카테터를 활용한 대표적 시술로 알려져 있다.
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참고문헌 (13)

  1. J. Jayender, M. Azizian, and R. V. Patel, "Autonomous imageguided robot-assisted active catheter insertion," IEEE Transactions on Robotics, vol. 24, no. 4, pp. 858-871, 2008. 

    상세보기 crossref

  2. J. Jayender, R. V. Patel, and S. Nikumb, "Robot-assisted active catheter insertion: algorithms and experiments," The International Journal of Robotics Research, vol. 28, no. 9, pp. 1101-1117, 2009. 

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  3. Y. Ganji, F. Janabi-Sharifi, and A. N. Cheema, "Robot-assisted catheter manipulation for intracardiac navigation," International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, vol. 4, no. 4, pp. 307-315, 2009. 

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  4. J. Guo, S. Guo, N. Xiao, X. Ma, S. Yoshida, T. Tamiya, and M. Kawanishi, "A novel robotic catheter system with force and visual feedback for vascular interventional surgery," International Journal of Mechatronics and Automation, vol. 2, no. 1, pp. 15-24, 2012. 

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  5. W. Saliba, J. E. Cummings, S. Oh, Y. Zhang, T. N. Mazgalev, R. A. Schweikert, J. D. Burkhardt, and A. Natale, "Novel robotic catheter remote control system: Feasibility and safety of transseptal puncture and endocardial catheter navigation," Journal of Cardiovascular Electrophysiology, vol. 17, no. 10, pp. 1102-1105, 2006. 

    상세보기 crossref

  6. B. Knight, G. M. Ayers, and T. J. Cohen, "Robotic positioning of standard electrophysiology catheters: A novel approach to catheter robotics," Journal of Invasive Cardiology, vol. 20, no. 5, pp. 250-253, 2008. 

    상세보기

  7. T. A. Dwarakanath, B. Dasgupta, and T. S. Mruthyunjaya, "Design and development of a Stewart platform based force torque sensor," Mechatronics, vol. 11, no. 7, pp. 793-809, 2001. 

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  8. M. Coste and S. Moussa, "On the rationality of the singularity locus of a Gough-Stewart platform biplanar case," Mechanism and Machine Theory, vol. 87, pp. 82-92, 2015. 

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  9. S. Yang, R. A. MacLachlan, and C. N. Riviere, "Manipulator design and operation of a six-degree-of-freedom handheld tremor-canceling microsurgical instrument," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 20, no. 2, pp. 761-772, 2015. 

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  10. G. Yang, W. Chen, and I.-M. Chen, "A geometrical method for the singularity analysis of 3-RRR planar parallel robots with different actuation schemes," Proc. of the 2002 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, EPFL, Lausanne, Switzerland, pp. 2055-2060, Oct. 2002. 

  11. C. M. Gosselin and J.-P. Merlet, "The direct kinematics of planar parallel manipulators: Special architectures and number of solutions," Mechanism and Machine Theory, vol. 29, no. 8, pp. 1083-1097, 1994. 

    상세보기 crossref

  12. L. Clark, B. Shirinzadeh, Y. Tian, and B. Yao, "Development of a passive compliant mechanism for measurement of micro/nanoscale planar 3-DOF motions," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 21, no. 3, pp. 1222-1232, 2016. 

    상세보기 crossref

  13. D. Reveles and P. Wenger, "Trajectroy planning of kinematically redundant parallel manipulators by using multiple working modes," Mechanism and Machine Theory, vol. 98, pp. 216-230, 2016. 

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