피부 레이저 치료를 위한 머리 고정 장치의 설계 및 해석

Abstract

피부 질환 환자의 얼굴에 치료용 레이저로 열 자극을 가하면 통증에 의해 종종 환자가 무조건 반사로 움직여서, 이를 방지하기 위해 시술자는 환자의 머리를 붙잡고 작업을 해야한다. 따라서 자동화된 피부 레이저 치료 로봇을 활용하는데 있어 환자의 머리를 고정해 주는 장치가 필요하다. 논문에서 소개하는 머리 고정 장치는 치료하는 도중에 발생하는 환자 머리의 미세한 움직임을 방지하고자 한다. 이를 위해 본 장치는 머리 관자놀이 부위를 고정하는 최적의 구조 설계를 위해 한국인 남녀 신체 치수 통계 자료를 참고하였으며, 머리 너비, 귀구슬R11;뒤통수 돌출 수평 길이를 고려하여 머리 고정 장치를 제작했다. 설계 시 고려사항으로는 레이저 로봇 핸드피스의 동선에 방해를 받지 않는 구조 설계, 구조의 무게 경량화, 최소한의 동작으로 머리를 고정하는 조작성이 있다. 이 연구에서 제안하는 머리 고정 장치의 주요 구성요소는 우레탄 폼 패드, 샤프트, 좌우 개방 유닛, 높이조절 랩잭이며, 고정 장치 및 연결 부위에 해당하는 기타 부속품은 3D프린터로 제작했다. 머리 고정 장치는 좌우 대칭으로 이루어져 있으며, 기구가 축간 이동에서 서로 방해하지 않으면서 움직일 수 있도록 제작하여 쉽고 빠르게 고정 가능한 장점이 있다. SOLIDWORKS Simulation을 통해 머리와 닿는 우레탄 폼 패드에 50 N의 하중을 인가하여 구조 수치해석을 진행했다. 그 결과 머리 고정부 끝단에서 1 mm 이내의 변위를 확인하였고, 이는 무조건 반사로 움직이는 순간적인 머리의 움직임을 충분히 고정할 수 있을 것으로 기대한다.