KR100876633B1 - 출산 시뮬레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 인간의 출산 과정을 재현하기 위한 능동적 및 상호작용적 출산 시뮬레이터에 관한 것이다. 이 출산 시뮬레이터는 다음과 같은 특징을 갖는다. 유연한 재료로 이루어진 자궁체(1), 바람직하게도 실제 형태 및 크기 양상 및 촉감이 유지되는, 자궁체(1) 내에 배치된, 유연한 재료로 이루어진 태아 모형(2) 및 자궁체 내에서 이 태아 모형(2)을 동작시키거나 또는 산도를 통해 이 자궁체(1)에서 밀어내기 위해, 이 태아 모형(2)이 연결 장치(7)를 통해 제어 가능한 드라이브(5)와 결합하며, 프로그래밍이 가능한 제어 장치가 상기 드라이브(5)의 제어를 위해 장착된다.
자궁체, 출산 시뮬레이터

Description

출산 시뮬레이터{BIRTH SIMULATOR}
본 발명은, 출산 전 처치 방법을 재현하고 출산 과정에서 선택된 상황을 시뮬레이션하기 위한 출산 시뮬레이터에 관한 것이다.
학습해야 하는 핸드 그립 또는 의료 기구(예 : 석션컵/suction cup)의 사용은, 여러가지 이유에서 매우 제한적으로만 직접 산모에게 적용될 수 있으므로, 조산부 및 부인과 의사의 교육에는 많은 시간이 소요된다. 특히 복잡한 응급 상황에서는 경험이 없는 인원을 출산 과정에 능동적으로 투입하는 것이 불가능하거나 또는 윤리적으로 용인되지 않는다. 또한 복수의 난해한 증례는 대개 예측이 불가능한 상황에서 발생한다. 따라서 조산부 및 산부인과 의사는 장기간 피동적으로 출산 과정에 참여해야 한다. 이런 피동적인 교육을 장기간 이수한 후에 비로소 능동적인 실습을 시작할 수 있다. 또한 산모와 태아의 위험을 최소화하기 위해, 경험이 많은 전문 의료인이 모든 과정을 감독해야 한다.
현재까지는 부인과 교육을 지원하기 위해, 신체 모형, 필름 및 컴퓨터 애니메이션을 사용했다. 해부학적, 생리학적 또는 병리학적 연관 관계를 나타내는 조립형의 경질 모형이 존재한다. 또한, 신체의 촉각적 특성을 최대한 실재와 유사하게 재현하는, 즉 해부학적 모체 내에 변형 가능한 태아 모형이 배치된, 연질 탄성의 모형도 알려져 있다.
교육을 받는 조산부 및 부인과 의사는 이런 모형을 손으로 만지고 특정한 핸드 그립을 연습할 수 있으며, 예를 들어 태아 위치와 같은 공간적 연관 관계를 습득할 수 있다.
하지만 종래 기술에서 알려진 신체 모형, 필름 또는 컴퓨터 애니메이션이 실제 상황을 재현하기에는 부족하므로, 본 발명의 목적은, 출산 전 처치 방법을 재현하고 출산 과정에서 선택된 상황을 시뮬레이션함으로써 필요한 핸드 그립을 매우 효과적으로 학습 또는 습득할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 이 장치는 다음에서 출산 시뮬레이터로 지칭한다.
이 목적은 청구항 1에 따른 출산 시뮬레이터 및 청구항 8에 따른 태아 모형을 통해 달성된다.
바람직하게도 연질 탄성의 합성수지 또는 실제 신체의 형태, 경도 및 촉감에 상응하는 특성을 갖는 재료로 이루어진 자궁체는, 고무 탄성 재료로 이루어진 자궁강을 갖는다. 이 자궁강은, 연질 탄성 재료로 이루어진 태아 모형이 그 안으로 포함될 수 있도록, 형성되며, 자궁강 및 태아 모형은 형태, 크기 및 위치에 있어 실제 상황에 상응하게 형성된다. 본 발명에서는 태아 모형이 연결 장치를 통해 운동 가능한 드라이브와 기계적으로 연결된다. 또한 기계적 드라이브의 제어를 위한 프로그래밍이 가능한 제어 장치가 장착되어 있어, 자유롭게 프로그래밍이 가능한 동작 패턴에 따라서 태아 모형이 자궁강 내에서 움직이거나 또는 산도를 통해 자궁체 에서 배출될 수 있다.
본 발명의 이점은, 다양한 의학적 상황, 즉 출산 전 및 출산 중의 시간적 진행 과정을 손으로 잡을 수 있는 움직이는 신체 모형으로 재현하는 것이 가능하게되는 것이다. 이 모형은, 예를 들어 태아가 어떻게 산도에서 압박되는지를 감지하기 위해, 직접 손으로 잡을 수 있다. 또한, 겸자 또는 석션컵과 같은 기구의 정확한 사용 방법을 연습할 수 있다. 또한 프로그램 변경, 즉 "버튼 조작"을 통해 다른 의학적 상황을 재현할 수 있다는 것도 중요한 이점이다.
청구항 2에 따르면, 태아 모형이 제어 가능한 복수의 기계적 드라이브와 연결되므로, 실제 태아 동작과 매우 흡사한, 복잡한 태아 동작도 재현 가능하다. 바람직하게도 복수의 드라이브는 다관절 로봇일 수 있다.
청구항 3에 따르면, 추가적으로 힘 및 동작을 감지하기 위한 센서 장치 및 힘 및 동작 피드백의 재현을 위한 시뮬레이션 프로그램이 장착된다. 예를 들어, 검진하는 인원이 손으로 자궁체를 압박하거나 또는 손 또는 의료 기구로 태아 모형을 직접 잡는 경우에는, 이때 전달된 힘이 센서 장치의 센서에 의해 측정된다. 전문가라면, 이와 동시에 이 힘의 방향도 직접 또는 간접적으로 측정할 수 있다는 것을 이해한다. 이 센서는 연결 장치 및/또는 구동 부재에 배치된다. 센서 장치에 의해 처리된 측정 신호를 힘 및 동작 피드백 신호로 환산하는, 시뮬레이션 프로그램이 이 제어 장치의 컴퓨터에 탑재된다. 이 힘 및 동작 피드백 신호는 제어 장치에 전달되며, 이 제어 장치는, 피교육자에 의해 특정한 힘이 가해질 때, 구동 부재를 통해 태아 모형을 동작시킬 수 있도록 구동 부재를 제어하므로, 해당 의학적 상황에 서 태아의 실제 동작 양상에 상응하는 적합한 반응 동작이 태아 모형에서 실행된다. 이로 인해 조산부 또는 피교육자에게 "살아 있는" 태아의 느낌이 전달된다. 따라서 조산 및 임산부 관리 부문에서 완전히 새로운 형태의 교육 방법이 최초로 실현된다. 단지 프로그램 변경, 즉 버튼 조작만으로, 매우 다양한 임상적 상황 및 실제 태아의 동작 반응 패턴이 시뮬레이션된다.
청구항 4에 따르면, 제어 장치의 컴퓨터와 신호 기술적으로 결합된, 광학적 표시 장치가 추가적으로 장착된다. 이 표시 장치는 모니터 또는 데이터 안경일 수 있다. 시뮬레이션 중에 다양한 시각적 정보가 표시될 수 있다. 예를 들어 출산의 특수한 상황을 재현하는 경우에는, 예를 들어 실제 출산에서와 동일한 상황을 표시하는, 필름이 동시에 표시될 수 있다. 하지만 예를 들어 엑스레이 사진과 같은 다른 표시 유형도 선택할 수 있다.
청구항 5에 따르면, 광학적 표시 장치가 추가 정보 및 참조 사항도 표시한다. 예를 들어 위험한 상황에 대한 추가적인 참조 사항을 표시함으로써 교육에 큰 도움을 줄 수 있다.
청구항 6에 따르면, 전형적인 소음을 발생시키기 위한 음향 발생기가 추가적으로 장착된다. 태아의 소리 뿐 아니라 산모의 음향도 발생시킬 수 있다. 소음은 합성되거나 또는 자연적 소리일 수 있다. 즉 적합한 실제 상황에서 녹음된 테이프 녹음일 수 있다. 예를 들어 산모의 격렬한 산고 동작 및 통성을 재현하는 경우에, 이런 조치는 피교육자에게 실제 상황과 매우 흡사한 인상을 준다.
청구항 7에 따르면, 음향 발생기가 자궁체 내에 내장된다. 이로서 특히 태아 에 의해 발생하는 소음이 매우 실제적으로 재현될 수 있다.
청구항 8에서는, 바람직하게도 청구항 1 내지 청구항 7에 따른 출산 시뮬레이터에서 사용하도록 제작된 태아 모형을 명시한다. 이 태아 모형은 경부 및/또는 변형 가능한 단편으로 이루어진 두개관 부위에서, 신호 기술적으로 제어 장치의 컴퓨터와 결합된 거리 센서 및/또는 힘센서 및/또는 압력 센서를 갖는다.
청구항 1 내지 청구항 7에 따른 출산 시뮬레이터와 함께 사용할 때, 이 태아 모형은 학습 효과를 개선하는 추가적인 정보를 제공한다. 예를 들어 교육받은 자가 출산 시뮬레이터에서 출산 과정을 재현하는 중에, 태아에 가해지는 힘을 표시할 수 있다. 동일하게 피교육자에 의해 가해지는 힘도 표시된다. 마지막으로 이런 두 가지 힘을 비교하고 평가할 수 있다.
힘 및/또는 모멘트 센서의 적합한 장착 위치는 태아 모형의 경부이다. 거리 센서 또는 압력 센서의 적합한 장착 위치는 태아 모형의 두개골 부위이다. 거리 센서가 장착되는 경우에는, 두개골은 실제 태아 두개골에 상응하게 변형될 수 있고, 거리 센서에 의해 이동이 측정되는 이동 가능한 두개골 단편을 갖는다.
태아 모형을 청구항 3에 따른 출산 시뮬레이터와 함께 사용하는 경우에는, 더 많고 더 정확한 힘 및/또는 모멘트 정보를 반응력 및 해당 반응 동작의 계산에 제공하기 위해, 태아 모형의 센서 정보가 사용될 수 있다. 또한 전문가라면, 구체적인 동작 시뮬레이션을 전환할 때 신호 획득을 위해 필요한 경우에, 태아 또는 자궁체의 적합한 위치에 다른 센서를 배치할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어 자궁체의 복부 부위에 압력 센서를 배치할 수 있다.
다음에서는 개략적 도면으로 도시한 실시예를 근거로 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하며,
도 2는 본 발명의 제 2 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하고,
도 3은 본 발명의 제 3 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하며,
도 4는 본 발명의 제 4 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하고,
도 5는 본 발명의 제 5 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하며,
도 6은 본 발명의 제 6 능동적 실시예의 개략적 도면을 도시하고,
도 7은 제 2 발명의 제 1 실시예의 개략적 도면을 도시하며,
도 8은 제 2 발명의 제 2 실시예의 개략적 도면을 도시하고,
도 9는 본 발명의 상호작용적 실시예를 도시하며
도 10은 본 발명의 상호작용적 실시예를 위한 제 1 제어 알고리즘를 도시하고,
도 11은 본 발명의 상호작용적 실시예를 위한 제 2 제어 알고리즘를 도시한다.
도 1은 태아 모형(2)을 포함하는 임산부 자궁체(womb body)(1)의 형태 및 크기에 상응하는 출산 시뮬레이터에 대한 단면도를 도시한다. 자궁체(1)는 일부(3)에서, 예를 들어 테이블과 같은 바닥에 고정 배치된다. 태아 모형(2)은 자궁을 재현 하는 중공(4) 내에 존재한다. 이 자궁체(1) 및 태아 모형(2)은 연질 탄성의 합성수지로 이루어진다. 선형 드라이브(linear drive)(5)는 힘센서(force sensor)(6)를 통해 태아 모형(2)에 연결된다. 이 선형 드라이브(5)는 길이 측정 시스템 형태의 자체적인 위치 인식 장치를 가지며, 화살표 방향(5a)에서의 왕복 동작을 가능케 한다. 이 힘센서(6)는 볼 조인트(7a)를 통해 태아 모형(2)과 결합한다. 선형 드라이브(5)가 태아 모형(2)을 산도(birth canal)에서 밀어낼 때, 피교육자는 태아 모형(2)을 실제 출산에서와 같이 잡고 안내해야 한다. 이때 작용하는 힘은 힘센서(6)에 의해 측정되며 힘측정 신호로서 평가 전자장치에서 처리되고 힘측정 데이터로서 저장 장치에 저장된다. 시뮬레이션된 출산에서 추적 가능한 힘의 진행 및 동작 진행은 저장된 정상-힘-진행 및 정상-동작-진행과 비교된다. 추적된 힘-진행 및 동작-진행과 저장된 정상-힘-진행 및 정상-동작-진행 사이에서의 편차에서 피교육자의 트레이닝 결과에 대한 추리가 가능하다.
도 2는 원칙적으로 도 1과 동일한 장치를 나타내지만, 여기에서는 선형 드라이브(5)가 왕복 동작(5a)외에도 추가적으로 회전 동작(5b)을 가능케 한다. 도 1에서와 달리, 태아 모형(2)과 힘센서(6) 사이의 연결부가 내비틀림성의 탄성 부재(7b)로 이루어진다.
도 3은 원칙적으로 도 2와 동일한 장치를 나타내지만, 여기에서는 선형 드라이브(5)가 이런 동작(5a, 5b)외에도 추가적으로 틸팅 동작(5c)을 가능케 한다. 도 1 또는 도 2에서와 달리, 태아 모형(2)과 힘센서(6) 사이의 연결부가 견고하게 형성된다.
도 4는 원칙적으로 도 3과 동일한 장치를 나타내지만, 여기에서는 선형 드라이브(5)가 이런 동작(5a, 5b, 5c)외에도, 동작(5a) 방향에 대해 직각인 추가적인 동작(5d)을 실시한다. 마찬가지로 태아 모형(2)과 힘센서(6) 사이의 연결부는 견고하게 형성된다.
도 5는, 그 단부가 지지부(8) 및 플레이트(9)에서 선회 가능한 형태로 연결된, 세 개의 개별 드라이브(51, 52, 53)로 구성된 선형 드라이브(5)를 도시한다. 이 플레이트(9)는 힘센서(6)를 통해 2점 서포트(two-point support)(10)와 견고하게 결합한다. 2점 서포트(10)는 태아 모형(2)을 포인트(point)(11, 12)에 고정한다.
도 6은, 도 5에 대한 설명에서 기술한 바와 같이, 그 단부가 각 지지부(81, 82, 83)에서 선회 가능한 형태로 연결된, 동일한 세 개의 개별 드라이브(51, 52, 53)로 구성된 선형 드라이브(5)를 도시한다. 태아 모형(2) 방향에 형성된 단부는 선회 가능한 형태로 이 복수의 포인트(21, 22, 23)에 연결된다.
개략적 도면 및 전술한 설명을 근거로 전문가는, 서로 상이한 자유도(degree of freedom)를 갖는 복수의 드라이브를 통해 태아 모형에서 실제와 유사한 동작이 어떻게 실현되는 지를 명확하게 알 수 있다.
도 7은, 그 두부가 힘 및 회전 모멘트 센서(13)를 통해 몸체와 결합한 태아 모형(2)을 도시한다. 출산 시뮬레이션에서, 태아 모형(2)의 두부에서의 핸드 그립을 연습하는 것이 특히 중요하다. 이 때 태아의 경부에 강한 부하가 가해진다. 따라서 출산 시뮬레이션의 감독 시, 헤드 그립을 통제하는 것이 매우 중요한 의미를 갖는데, 이런 통제는 이 태아 모형의 실시예에서 가능하다. 전기적 측정 신호의 전달을 위해 유선 또는 무선 전달 방법이 전문가에게 제공된다.
도 8은, 도 7의 실시예와는 달리, 그 두부의 두개골 부위에 추가적인 거리 및 압력 센서(14)가 배치된 태아 모형(2)을 도시한다. 또한 태아 모형(2)의 두개관(skullcap)의 각부가 이동 가능한 형태로 형성된다. 예를 들어 출산 시뮬레이션 시, 실제 출산 과정에서와 같이 두개관의 각부가 이동하며, 트레이닝 시, 이런 이동이 의학적으로 규정된 한계를 초과하지 않도록 주의해야 한다. 출산 시뮬레이션 중에 거리 및 압력 센서를 통해 이동 및 압력 측정이 가능하며, 피교육자가 태아 모형의 두부를 정확하게 잡고 안내하는 지를, 얻은 데이터를 통해 평가할 수 있다. 적합한 거리 및 압력 센서 및 이에 적합한 신호 처리 장치를 선택 및 장착하는 것은 전문가에게 위임한다.
도 9는 태아 모형(2)을 포함하는 임산부 자궁체(1)의 형태에 상응하는 출산 시뮬레이터에 대한 단면도를 개략적으로 도시한다. 자궁체(1)는 일부(3)에서, 예를 들어 테이블과 같은 바닥에 고정 배치된다. 태아 모형(2)은 자궁을 재현하는 중공(4) 내에 존재한다. 이 자궁체(1) 및 태아 모형(2)은 연질 탄성의 합성수지로 이루어진다. 직렬 기구(serial kinematic)를 포함하는 6관절형(six articulated) 로봇(roboter)(5)이 6요소-힘-모멘트-센서(six component force moment sensor)(6)를 통해 태아 모형(2)에 연결된다.
출산 시뮬레이션에서 이 로봇(5)이 태아 모형(2)을 산도에서 밀어낼 때, 피교육자는 태아 모형(2)을 실제 출산에서와 같이 잡고 안내해야 한다. 이때 작용하 는 힘 및 모멘트는 6요소-힘-모멘트-센서(6)에 의해 측정되며, 전기적 신호로 전환되고 제어/조절 장치로 제공된다.
이 로봇은 직렬 기구를 갖는다. 즉 복수의 로봇 시그먼트는 능동적으로 구동되는 회전축을 통해 서로 직렬로 결합한다. 또한 로봇의 말단 장치(end effector)가 6요소-힘-모멘트-센서(6)에 연결된 태아 모형과 함께 6가지 자유도(3가지 위치 및 3가지 방향)로 동작할 수 있도록, 회전축의 방향을 선택한다. 로봇의 각도 위치는 내부적 조인트 각도 센서에 의해 측정되고 제어 및 조절 장치에 전달된다. 조인트 각도 데이터에서 공간 내에서의 태아 모형(2)의 위치가 결정된다.
어떤 인원이 손으로 복부 커버(1)를 통해 간접적으로 태아 모형(2)에 접촉하거나 또는 직접적으로 접촉하는 경우에도, 이 인원의 손 또는 의료 기구를 통해 태아 모형(2)에 가해지는 힘으로 인식하여 동작이 발생한다. 이에 대해 태아 모형(2)은, 실제 태아의 실제 반응 동작에 상응하는 동작 패턴에 따라 반응한다.
원칙적으로 태아 모형의 동작 유도는 두 가지 방법에 따라 이루어질 수 있다.
제 1 방법은 도 10에 도시된 접근 제어(admittance control)인데, 이 방법에서는 태아 모형(2)의 접촉 시 전달되는 힘이 6요소-힘-모멘트-센서(6)에 의해 측정되고 시뮬레이션 프로그램이 내장된 컴퓨터로 전달된다. 이 컴퓨터에서는 태아 모형(2)의 결과로 나타난 동작이 계산되고 목표값으로서 로봇 제어 장치에 전달된다. 로봇 제어 장치는 계산된 목표 동작과 측정된 로봇 동작을 비교하고, 측정된 동작과 계산된 동작 사이에 오류가 최소화되도록 로봇에 구동 전류를 공급한다.
제 2 방법은 도 11에 도시된 임피던스 제어(impedance control)인데, 이 방법에서는 힘 및 모멘트의 작용으로 강요된 위치 및 방향 변경이 측정되고 시뮬레이션 프로그램이 내장된 컴퓨터에 전달된다. 또한 대응하는 힘 및 모멘트가 계산되며 목표값으로서 로봇 제어 장치에 전달된다. 이 로봇 제어 장치는 계산된 목표 힘 및 모멘트를 실제로 발생한 힘 및 모멘트와 비교하고, 발생하는 오류가 최소화되도록 로봇을 제어한다.
따라서 출산 시뮬레이션을 위한 시뮬레이션 프로그램은, 산모의 근육, 피부, 힘줄, 인대, 골반 및 자궁과 태아 모형의 몸체 사이의 생체역학적 관계를 포함하는, 컴퓨터 모형을 포함한다. 이것은, 예를 들어 조산부와 같은 인원이 태아 모형에 가하는, 모멘트와 발생하는 힘, 및 공간 위치 및 방향과 관련된 태아의 동작 및 위치 및 산모 몸체에 대한 상대적인 속도 및 가속도 사이의 동적 및 정적 연관 관계를 설명한다. 이렇게 함으로써 태아 모형(2)의 결과로 나타나는 동작을 측정된 힘 및 모멘트에서 계산하거나(접근 제어) 또는 측정된 태아 동작에서, 피교육자로 전달되는 해당 힘 및 모멘트를 계산할 수 있다(임피던스 제어).
피교육자는 기계적인 선형 드라이브의 조절을 통해 실제 반응의 주로 주관적인 인상을 받는다. 출산 시뮬레이션 계산에서 적합한 변수 선택을 통해 단지 정상적인 출산 과정 또는 태아 동작 만 시뮬레이션하는 것이 아니라, 특이한 상황 및 난해한 증례도 재현하고 상세히 교육할 수 있다.
또한 도 9에 따른 본 발명의 실시 형태에서는 동작 에니메이션 계산에서 출산 시뮬레이션 중에 처리되는 동작 정보로부터, 예를 들어 산모 및 태아의 근육, 피부, 힘줄, 인대, 골반 및 자궁과 같은 해부학적 요소의 변형 및 동작이 측정되며 실시간으로 모니터(7)에 표시된다. 예를 들어 도시된 엑스레이 사진과 유사한 표시 또는 초음파 사진과 유사한 표시와 같은 서로 상이한 표시 방법을 선택할 수 있으며, 예를 들어 매우 위험한 부위 또는 상해 부위는 컬러로 강조할 수 있다. 또한 복수의 표시 방법 사이에서 전환하는 것이 가능하다. 시각적 정보가 촉각적 정보와 함께 피교육자에게 전달되므로, 피교육자는 전체적으로 매우 현실적인 인상을 받는다.
도 9에 따른 본 발명의 실시예에서는 생체역학적 계산에서 추가적으로 동통 역치도 측정되는데, 이 동통 역치가 초과되는 경우에는 사운드 샘플(soundsample)의 발생 명령이 유도된다. 이 사운드 샘플은 메모리에 저장되며, 요청 시 호출되고, 스테레오 스피커 시스템(8)을 통해 출력된다. 예를 들어 잘못된 핸드 그립 시 통증 음향이 발생하는 것은 피교육자에게 있어 상당한 학습 심리학적 효과를 의미한다.
다음은 액추에이터 및 그 제어의 실현에 대한 다른 설명이 명시된다.
이 액추에이터는 슈토이블이(Staubli) 사의 다관절 산업용 로봇 RX90을 통해 실현된다. 이 로봇의 본래 제어 컴퓨터는 16ms 이상의 비교적 긴 사이클 타임을 필요로 한다. 출산 시뮬레이터를 안정적으로 운전하고 생체역학적 특성을 실제 상황과 유사하게 안정적으로 표시하기 위해서는 실시간 조건으로 kHz 구간에서 더 높은 주사율(scanning rate) 및 모형에 근거한 제어 방법의 실시를 위한 높은 연산 성능이 필요하다. 이런 이유에서 개인 컴퓨터(PC)에 근거한 제어가 추가적으로 구축되 었다. 전환기를 통해 각도 센서, 힘센서 및 모멘트 센서 및 전자 관절 증폭기(joint amplifier)를 위한 아날로그 신호가 스토이블이사의 컴퓨터에서 개인 컴퓨터(PC)로 전환할 수 있으며, 이 개인 컴퓨터에서는 신호 측정 및 출력이 상응하는 PCI 카드를 통해 이루어진다. 전류 제어로 전자 관절 증폭기를 배치함으로써 개인 컴퓨터 상에서 관절 모멘트 인터페이스에 기인한, 전술된 제어를 실행할 수 있다. 개인 컴퓨터의 현저히 높은 연산 성능으로 인해 스캐닝 시간을 250㎲으로 단축할 수 있으므로, 본래의 구조에서보다 현저히 개선된 결과를 얻을 수 있다. 또한 바람직하게도 이 과정에서, 관절 증폭기, 전류 공급, 비상 정지 및 제동을 위한 전자 안전 장치와 같은 다른 모든 본래의 부품은 계속 사용할 수 있다.
다음은 생체역학적 모형의 실현에 대한 다른 설명이 명시된다.
본 발명의 실현을 위해서는 기본적인 생체역학적 모형이 개발되어야 한다. 생체역학적 모형에서는, 외부(조작자)에서 태아에 가해지는 부하, 힘 및 모멘트(원인)와 기본적인 동작 또는 위치(효과) 사이의 연관 관계가 나타난다. 수학적 표시에서 원인-효과-원칙 또는 효과-원인-원칙이 설명되는지의 여부는, 제어 유형에 따라 결정된다. 접근 제어에서는 역전 모형(inverse model)이 필요하다. 즉 원인(힘, 모멘트)이 효과(위치, 속도)의 함수로서 계산된다. 반대로, 직접적인 동적 모형(전향 모형(forward model)이라고도 함)에 대한 임피던스 제어에서는 효과가 원인에서 계산된다. 계산 방식, 즉 역전 또는 직접 계산 방식은 모델링 방법에 있어 부수적인 의미만을 갖는다. 다음에서는 직접 방향에서의 모델링 보기가 설명된다.
태아는, 간단하게 강직성 및 내좌굴성으로 간주할 수 있는 특정한 해부학적 형태/형상을 갖는다. 하지만, 조작자에 의해 또는 자궁부와의 접촉을 통해 태아에 가해지는 힘이 존재할 경우에 태아의 형태가 피동적, 점탄성적으로 변형한다는 가정이 바람직하다. 마찬가지로, 자궁, 복부, 산도, 골반 등으로 이루어지는 모체도 특정한 형상적 및 점탄성적 특성을 갖는다.
조작자가 태아에게 힘 및/또는 모멘트를 가하면, 이 부하가 태아를 통해 태아-산모 사이의 접촉부에 전달된다(예 : 자궁 또는 산도). 이 위치에서 변형 및 마찰로 인한 상대적 운동이 발생한다. 상응하는(즉 포함된) 태아 및 산모 신체 부위의 형상적 및 점탄성적 특성이 어떻게 형성되었는지에 따라서, 다소 차이는 있지만 명확한 동작이 발생한다(더 정확한 표현 : 빠르게 또는 뚜렷하게). 즉 태아의 위치는(질 또는 복부를 통한) 외부로부터의 부하에 의해 영향을 받는다. 또한 큰 역학적 또는 근육에 의한 저항이 발생하지 않는 경우에는, 외부로부터의 영향을 받지 않고도, 즉 자궁과의 접촉만으로도, 모체로부터 움직일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 하지만 산도가 수축하거나, 또는 태아의 두개골이 산도의 불리한 경사 위치에 "끼이는" 경우에는, 조작자가 "배출력"을 증가시키거나(예 : 산모의 복부에서 압박함으로써) 또는 태아 두부를 회전시킴으로써 끼임 현상이 제거되도록(조작자가 외부에서 산도를 압박함으로써), 조작자가 힘 및 모멘트를 가해야 한다.
생체역학적 모형은 모든 해부학적 요소 및 형태를 정확하게 포함할 필요가 없다. 가해지는 힘과 결과로서 나타나는 동작 사이의 수학적 연관 관계에 대한 어느 정도의 "추상적인" 도시만으로 충분하다. 즉, 수학적 함수는, 힘 및 모멘트가 태아의 측정 위치에서 특정한 방향으로 작용하는 경우에, 어떤 위치, 방향 및 속도 가 나타나는지를 설명한다. 또한 이 문제의 다차원성에 주의해야 한다. 즉, 가해지는 힘 및 모멘트는 삼차원적 방향에서 작용하며 태아 표면의 임의의 위치에 가해질 수 있다. 또한 결과로서 나타나는 위치, 방향 및 속도도 삼차원적으로 표시해야 한다. 힘/모멘트와 위치/동작 사이의 관계는 자궁 또는 산도 내에서의 태아의 현재 위치에 따라 결정된다. 이런 수학적 관계는 선형 또는 비선형 대수 방정식을 근거로 쉽게 설명할 수 있다. 하지만 정확한 변수화는 난해하다. 정상적 또는 병리학적 출산 과정이 얼마나 실제와 유사하게 재현될 수 있는지는 변수의 선택에 따라 결정된다. 이런 변수는 이론적 고찰을 통해 예측하거나 또는 실험적/측정 기술적 방법으로 획득할 수 있다.
다음에서는 그래픽 디스플레이의 실현에 관한 다른 설명이 명시된다. 모니터에는 골반골, 자궁, 태반, 자궁구, 혈관 및 태아와 같은 내부적인 해부학적 요소가 표시된다. 옵션에 따라서 입체 셔터 안경을 통해 입체적인 화면을 관찰할 수도 있다. 동작 애니메이션은 출산 시뮬레이터의 동작과 동기적으로 이루어진다. 이를 통해 조작자는, 태아의 동작 중에도 신체 내부의 해부학적 및 생체역학적 연관 관계를 학습할 수 있다. 가시화는 단편화된 및 삼차원 재조합된 CT 사진 및 MRI 사진을 근거로 이루어진다. 재조합된 해부학적 도시는, 의학 실습 시 중요한 교습적 가치를 갖지만 실제 출산 과정에서는 관찰할 수 없는 추가적인 정보를 제공한다. 일반적으로 병원에서의 일상적인 검사에서는 출산의 관찰 및 평가를 위해 초음파 기술만이 사용된다. 이런 초음파 촬영은 출산과 동기적으로 촬영되는 개별 사진을 근거로 하여 동작 애니메이션에서 시뮬레이션될 수 있다.
그래픽 애니메이션에서는 동작 동기적인 신체 단편의 위치 변화, 혈관 또는 태줄의 진행 변화 또는 근육, 자궁, 태반 등의 변형이 참작된다. 이런 동작 과정의 가시화는 소위 "동적 CT 및 MRI 촬영"을 통해 가능하다. 하지만 이것은 하나 이상의 자유도에서 상호작용적 조작이 허용되지 않는 촬영 기술이며, 따라서 VR 구간에서의 사용과 관련해 단지 제한적으로만 적합하다(Dupuy et al., 1997; Wintonski and Goraj 1999). 이에 대한 대안적 방법은 모형에 근거한 애니메이션이다. 여기에서는 모든 요소가 그 중요한 형상적 및 점탄성적 특성 및 그 역학적 연관 관계로 모델링된다. 하지만 실제 상황과 유사하게 시뮬레이션하기 위해서는, 기술적으로 매우 복잡하고 시스템의 실시간 성능을 저하시킬 수 있는, 복잡한 멀티 바디-컨택트 모형(multibody-contact model) 및 FE-연산이 필요하다.
따라서 이미지 데이터 뿐 아니라 해부학적 모형도 사용될 수 있는 조합적 방법이 바람직하다. 임의의 모든 태아 위치가 각각의 중요한 자유도로 표시될 수 있도록, 복수의 불연속적 출산 순간에서 재조합된 형상 데이터를 내삽 및 외삽한다. 이런 내삽(interpolation) 및 외삽(extrapolation)은, 예를 들어 특정한 신체 부위의 체적 유지 또는 길이 일정성을 참작함으로써, 모형을 근거로 이루어진다. 이 과정이 비교적 쉬운 연산을 통해 가능하므로, 모든 임의의 방향에서 실시간으로 원활한 동작 진행이 달성될 수 있다.
다음에서는 청각적 표시의 실현에 관한 다른 설명이 명시된다. 출산 시에는 스피커를 통해 재현되는 복수의 청각적 신호가 발생한다. 이런 청각적 신호로는 산모의 신음 소리, 태아 출산 시 소음, 산모의 몸동작으로 인한 청각적 신호 및 태아 의 심전도 소리를 들 수 있다. 스피커는 인공 산모에 인접하게 배치되거나 또는 외부에서 관찰할 수 없도록 신체 내에 배치된다.
출산 소음은 출산 중에 복수의 산모에게서 녹음될 수 있다. 상응하는 소음을 발생시키기 위해서는, 해당 상황 및 조작자의 실시 동작에 따라서 적합한 소음을 발생시키는 모형이 필요하다. 복수의 부인과의사들의 경험을 바탕으로 이런 모형 개발이 가능했으며, 지능적 측정(fuzzy logic) 방법을 통해 해당 상황과 조작자의 실시 동작 사이의 청각적 연관 관계를 측정할 수 있었다.

Claims (8)

  1. 유연한 재료로 이루어진 자궁체(1),
    실제 형태 및 크기 양상 및 촉감이 유지되는, 자궁체(1) 내에 배치된, 유연한 재료로 이루어진 태아 모형(2) 및
    상기 자궁체(1) 내에서 상기 태아 모형(2)을 동작시키거나 또는 산도를 통해 상기 자궁체(1)에서 밀어내기 위해, 상기 태아 모형(2)이 연결 장치(7)를 통해 제어 가능한 드라이브(5)와 결합하며,
    컴퓨터를 포함하는, 프로그래밍이 가능한 제어 장치가 상기 드라이브(5)의 제어를 위해 장착되고,
    검진하는 인원에 의해 손 또는 의료 기구로 상기 자궁체(1) 또는 상기 태아 모형(2)에 가해지는, 힘 및 동작을 감지하기 위한 센서 장치가 장착되며, 상기 센서 장치의 센서가 상기 연결 장치(7) 또는 상기 드라이브(5)에 배치되고,
    상기 제어 장치는 상기 드라이브(5)를 제어하기 위한 접근 제어 또는 임피던스 제어를 포함하되, 상기 컴퓨터에 상기 센서 장치에 의해 처리된 측정 신호가 전달되도록 구성되고,
    상기 컴퓨터에 탑재된 시뮬레이션 프로그램은, 연습하는 인원이 상기 태아 모형(2)에 외부적인 힘을 가할 때 상기 드라이브(5)가 상기 태아 모형(2)이 해당 검사 또는 해당 출산 과정 중에 모체 내에서 태아의 자연적인 동작 양상에 해당하는 적합한 반응 동작을 수행하도록, 상기 제어 장치의 접근 제어 또는 임피던스 제어와 연동하는 것을 특징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 태아 모형(2)의 동작을 위해 복수의 상기 연결 장치(7) 및 제어 가능한 복수의 상기 드라이브(5)가 장착되는 것을 특징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 실시간으로 태아 동작을 표시하며, 상기 제어 장치와 신호 기술적으로 결합된 광학적 표시 장치가 장착되는 것을 특징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학적 표시 장치가 추가 정보 및 참조 사항을 표시하는 것을 특징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치와 신호 기술적으로 결합된 음향 발생기가, 실제 검사 또는 실제 출산 시 발생할 수 있는 전형적인 소음 및 음향을 발생시키기 위해 장착되는 것을 특징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 음향 발생기가 상기 자궁체(1) 내에 내장되는 것을 특 징으로 하는 출산 시뮬레이터.
  8. 삭제
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