Minimally invasive approach in medicine is taking its course toward the elimination of incision on the external surface of the abdomen. Natural orifice transluminal endoscopic surgery (NOTES) is a novel procedure that surgical target is approached through natural orifices such as transgastric, colonic, vaginal, and vesical openings. The advantage of such procedure is that there is no external incision and thus no scar remains. However the operation of NOTES has many limitations such as dexterous manipulation of surgical tools, force capability and stability of the endoscope. To overcome these limitations, a multi-tasking platform composed of endoscopic robot, surgical operation robot and master console is suggested.
In this research, locking mechanism for endoscopic robot is developed. Endoscopic robot should be able to offer flexibility and rigidity in NOTES operation and locking mechanism is to change its stiffness property.
First of all, the requirement of a locking mechanism is proposed. According to the clinical and anatomical information which is related to the transgastric surgery, the requirement is determined. Various ideas for a locking mechanism are proposed and evaluated by several design items. Selected idea is improved to detail design and manufactured by rapid prototyping to validate the idea. The manufactured prototype is evaluated for locking capability and compatibility as an endoscopic robot. Further, the alternative material is expected to enhance the performance of the proposed locking mechanism and the locking mechanism would be integrated in NOTES multi-tasking platform.
본 연구에서는 복강경 수술에 이은 차세대 수술 방법으로 기대되는 NOTES (Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery, 자연 개구부 내시경 수술)를 위한 수술 로봇 시스템에서 내시경 로봇을 위한 고정 메커니즘을 개발하였다.
NOTES 용 내시경 수술 로봇이 수술 부위까지의 접근성과 수술 시의 안정성을 제공할 수 있도록 고정/이완의 상태를 조절하는 고정 메커니즘을 개발하고 그 성능을 평가하였다.
아직은 연구가 미흡한 고정 메커니즘 개발 분야에 있어서 다양한 임상학적 자료와 이전 의료용 로봇 연구를 근거로 설계 요구 조건을 도출하였다. 그리고 고정 메커니즘으로 적용될 수 있는 아이디어들을 기구적 특성, 구동 원리적 특성에 따라 분류 및 비교 분석함으로써 새로운 메커니즘의 개발에 있어 가장 적합한 방법을 찾고자 하였다. 각 구동 원리에 대한 분석과 실제로 가능한 메커니즘에 대하여 개념 설계와 프로토타입 제작을 통해 구체화하였고, 임상 및 성능과 관련된 여러 가지 항목을 근거로 평가하였다.
선정된 유연 레버-슬라이드 구조의 고정 메커니즘의 상세 설계에 있어 중요한 설계 변수들을 정리하고 그 상관 관계를 분석하였다. 3D 설계 프로그램을 활용한 응력 분포 해석 등의 과정을 통해 설계를 하고 Rapid Prototyping을 통하여 프로토타입을 제작하였다.
제작된 프로토타입은 기구적 특성, 고정의 성능, 그리고 내시경 로봇으로서의 호환성에 대한 검사를 통하여 그 평가가 이루어졌고, 전반적으로 요구 조건에 부합하는 성능의 고정 메커니즘이 개발된 것을 확인할 수 있었고, 재료의 개선이 이루어진다면 보다 나은 성능을 얻을 것으로 분석되었다.
