KR101202848B1 - simulator for injection training applied virtual reality and haptic technology - Google Patents

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KR101202848B1 KR1020100080782A KR20100080782A KR101202848B1 KR 101202848 B1 KR101202848 B1 KR 101202848B1 KR 1020100080782 A KR1020100080782 A KR 1020100080782A KR 20100080782 A KR20100080782 A KR 20100080782A KR 101202848 B1 KR101202848 B1 KR 101202848B1
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Abstract

본 발명은 실습자가 가상현실을 통해 실체 인체가 아니더라도 실제와 유사한 주사 반력 메카니즘을 제공하여 실제 주사실습시의 주사바늘이 혈관을 뚫고 지나가는 느낌을 현실감 있게 구현하는 등 실제 인체와 비슷한 현실감을 느끼면서 주사훈련을 수행할 수 있도록 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정맥 주사 부위를 가상의 영상으로 출력하는 그래픽 시뮬레이터, 요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직임을 갖는 주사이동 모듈과, 실제와 유사한 주사반력을 제공하기 위한 주사반력모듈과, 혈관 고정을 모사하기 위한 혈관고정모듈과, 혈관 팽창을 모사하기 위한 혈관팽창모듈을 포함하는 햅틱장치, 실제 주사기 및 카테터를 모사하기 위한 주사장치, 상기 햅틱장치와 주사장치, 그래픽 시뮬레이터의 신호정보를 처리하기 위한 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서로부터 그래픽 시뮬레이터 간의 통신을 하기위한 통신모듈로 구성된 제어부를 포함하여 구성된다.The present invention provides an injection reaction mechanism that is similar to reality even if the practitioner is not the actual human body through virtual reality, so as to realistically realize the feeling of passing the needle through the blood vessel during the actual injection practice, while feeling the reality similar to the actual human body. The present invention relates to a simulator for injection training using virtual reality and haptic technology to perform training, and more particularly, a graphic simulator for outputting an intravenous injection site as a virtual image, yaw, pitch, and horizontal. It includes a scan movement module having a movement in the movement (x) direction, a scan reaction module for providing a realistic injection reaction force, a vessel fixation module for simulating vascular fixation, and a vessel expansion module for simulating vascular expansion. A haptic device, an injection device for simulating an actual syringe and a catheter, the haptic device and an injection device, the It is configured to include a control section consisting of a communication module for communication between a graphic simulator from the microprocessor and the microprocessor for processing the information signal of the pickup simulator.

Description

가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터{simulator for injection training applied virtual reality and haptic technology} Simulator for injection training applied virtual reality and haptic technology

본 발명은 주사 훈련용 시뮬레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실습자가 인체를 대상으로 주사 훈련을 실시하는 것과 동일한 훈련 효과를 가질 수 있는 반 영구적으로 사용 가능한 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a simulator for injection training, and more particularly, a training simulator for injection training in which virtual reality and haptic technology can be used for semi-permanently capable of having the same training effect as a practitioner performing injection training on a human body. It is about.

주사액의 주입과 혈액 및 전해질의 보급 등에 사용되는 정맥 주사는 응급 상황 및 일반 주사상황에 널리 사용되고 있다. 이러한 정맥 주사는 모든 의료인이 반드시 숙달하여야 하는 의료 행위로서, 그 숙달을 위해서는 반복적인 주사 실습이 요구된다. 하지만 실습자가 실제 인체에 주사 실습을 행하였을 시 고통 및 2차 상해 등의 문제를 가지고 있다. 이러한 필요성으로 인해, 정맥주사 실습용 마네킹이 개발되어 보급되고 있다. 정맥주사 실습용 마네킹은 인체와 느낌이 유사한 실리콘 또는 고무 재질의 피부와 혈관을 모사하기위한 튜브로 구성되어 있다. 하지만 재질의 특성상 마모와 교체가 필요하며 수명도 짧은 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 외국에서는(Laerdal 사) 3D 그래픽기술과 햅틱 기술을 이용한 정맥주사 실습용 시뮬레이터를 개발하여 보급하였다. 최신 로봇 기술인 햅틱 기술을 적용하여 반 영구적인 정맥주사 실습이 용이하며, 다양한 소프트웨어 개발을 통하여 다양한 주사실습부위를 훈련 할 수 있는 반면에 가격이 높고, 장치가 복잡하고, 유지 보수가 용이하지 않은 단점이 있다. 이것으로 인하여 주사 실습 장치가 폭 넓게 사용되지 못하고 있는 실정이다.Intravenous injections, which are used in the injection of injections and in the supply of blood and electrolytes, are widely used in emergencies and general injection situations. This intravenous injection is a medical practice that must be mastered by all practitioners, and repetitive injection practice is required for its mastery. However, the practitioner has problems such as pain and secondary injury when the practitioner performs the injection practice on the human body. Due to this necessity, intravenous training mannequins have been developed and spread. Intravenous mannequins consist of tubes designed to simulate skin and blood vessels made of silicone or rubber that resemble the human body. However, due to the nature of the material, wear and replacement is necessary and has a short lifespan. In order to compensate for this, foreigner (Laerdal Co., Ltd.) developed and distributed a simulator for intravenous injection training using 3D graphic technology and haptic technology. It is easy to practice semi-permanent intravenous injection by applying the latest haptic technology, which is the latest robot technology, and it is possible to train various injection training sites through various software development, but it is expensive, complicated device, and not easy to maintain. There is this. As a result, the scanning training apparatus is not widely used.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 실습자가 가상현실을 통해 실체 인체가 아니더라도 실제와 유사한 주사 반력 메카니즘을 제공하여 실제 주사실습시의 주사바늘이 혈관을 뚫고 지나가는 느낌을 현실감 있게 구현하고, 주사 위치의 상부를 지혈대 등으로 묶었을 때, 혈관이 팽창하는 등의 실제 인체와 비슷한 현실감을 느끼면서 주사훈련을 수행할 수 있도록 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the conventional problems as described above, even if the practitioner is not the actual human body through the virtual reality to provide a realistic reaction reaction mechanism similar to the actual realization of the feeling of the needle passing through the blood vessel in the actual injection practice, When the upper part of the injection position is bundled with a tourniquet, etc., it provides a simulator for injection training using virtual reality and haptic technology to perform injection training while feeling the reality similar to the real human body such as blood vessels expanding. There is this.

또한, 장치를 단순화하여 생산 및 유지보수가 쉽고, 제작 및 공급단가가 저렴해질 수 있으며, 반 영구적으로 사용 가능한 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the aim of the present invention is to provide a simulator for injection training using virtual reality and haptic technology that can be easily produced and maintained, and manufactured and supplied in a low cost by simplifying the device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 정맥 주사 부위를 가상의 영상으로 출력하는 그래픽 시뮬레이터, 요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직임을 갖는 주사이동 모듈과, 실제와 유사한 주사반력을 제공하기 위한 주사반력모듈과, 혈관 고정을 모사하기 위한 혈관고정모듈과, 혈관 팽창을 모사하기 위한 혈관팽창모듈을 포함하는 햅틱장치, 실제 주사기 및 카테터를 모사하기 위한 주사장치, 상기 햅틱장치와 주사장치, 그래픽 시뮬레이터의 신호정보를 처리하기 위한 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서로부터 그래픽 시뮬레이터 간의 통신을 하기위한 통신모듈로 구성된 제어부를 포함하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a graphic simulator for outputting the intravenous injection site as a virtual image, a scanning movement module having a movement in the yaw, pitch, horizontal (x) direction, and the actual A haptic device including an injection reaction module for providing a reaction force similar to that of the blood vessel, a vascular fixation module for simulating vascular fixation, and a blood vessel expansion module for simulating vascular expansion, an injection device for simulating an actual syringe and a catheter, The haptic device and the scanning device, a virtual simulator including a control unit consisting of a microprocessor for processing signal information of the graphics simulator and a communication module for communication between the graphics simulator from the microprocessor and a scanning training simulator to which haptic technology is applied to provide.

본 발명 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터는 실습자가 가상현실을 통해 실체 인체가 아니더라도 실제와 유사한 주사 반력 메카니즘을 제공하여 실제 주사실습시의 주사바늘이 혈관을 뚫고 지나가는 느낌을 현실감 있게 구현하는 등 실제 인체와 비슷한 현실감을 느끼면서 주사훈련을 수행할 수 있도록 하고, 정맥주사를 통한 약물주입은 물론 카테터 삽입, 혈액샘플 채취 등의 훈련이 가능하며, 장치를 단순화하여 생산 및 유지보수가 쉬울 뿐 아니라, 제작 및 공급단가가 저렴해질 수 있으며, 반 영구적으로 사용 가능한 매우 유용한 효과가 있다.The injection training simulator using the virtual reality and the haptic technology of the present invention realizes the feeling of the needle passing through the blood vessel during the actual injection practice by providing a similar injection reaction mechanism to the actual human body even though the actual human body is not the actual human body through the virtual reality. It is possible to perform injection training while feeling the reality similar to the actual human body, and to inject drugs through intravenous injection, insert a catheter, collect blood samples, etc., and simplify the device to make production and maintenance easier. In addition, manufacturing and supply costs can be low, there is a very useful effect that can be used semi-permanently.

도 1은 본 발명에 따른 햅틱장치의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 햅틱장치의 단면도,
도 3은 주사장치의 사시도,
도 4는 주사장치가 결합된 모습을 보인 단면도,
도 5는 주사장치가 분리된 모습을 보인 단면도,
도 6은 주사이동모듈의 사시도,
도 7은 주사반력모듈의 측면도,
도 8은 혈관고정모듈의 사시도,
도 9는 혈관팽창모듈의 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 주사 훈련용 시뮬레이터의 개략도,
도 11 본 발명에 따른 주사 훈련용 시뮬레이터의 구성도,
도 12는 주사반력모듈의 알고리즘,
도 13은 주사장치의 정보획득 알고리즘.1 is a perspective view of a haptic device according to the present invention,
2 is a cross-sectional view of the haptic device according to the present invention,
3 is a perspective view of the injection device,
4 is a cross-sectional view showing a state in which the injection device is coupled,
5 is a cross-sectional view showing a state in which the injection device is separated;
6 is a perspective view of the scan movement module,
7 is a side view of the scan reaction module;
8 is a perspective view of the blood vessel fixing module,
9 is a perspective view of the blood vessel expansion module,
10 is a schematic diagram of the simulator for injection training according to the present invention,
11 is a configuration diagram of a simulator for injection training according to the present invention,
12 is an algorithm of a scanning reaction module,
13 is an information acquisition algorithm of the scanning device.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the simulator for injection training to which the present invention virtual reality and haptic technology are applied according to the accompanying drawings will be described in more detail.

도 1은 본 발명에 따른 햅틱장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 햅틱장치의 단면도이며, 도 3은 주사장치의 사시도이고, 도 4는 주사장치가 결합된 모습을 보인 단면도이며, 도 5는 주사장치가 분리된 모습을 보인 단면도이고, 도 6은 주사이동모듈의 사시도이며, 도 7은 주사반력모듈의 측면도이고, 도 8은 혈관고정모듈의 사시도이며, 도 9는 혈관팽창모듈의 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 주사 훈련용 시뮬레이터의 개략도이며, 도 11 본 발명에 따른 주사 훈련용 시뮬레이터의 구성도이고, 도 12는 주사반력모듈의 알고리즘이며, 도 13은 주사장치의 정보획득 알고리즘이다.1 is a perspective view of a haptic device according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the haptic device according to the present invention, Figure 3 is a perspective view of the injection device, Figure 4 is a cross-sectional view showing a combined injection device, 5 is a cross-sectional view showing the injection device is separated, Figure 6 is a perspective view of the injection module, Figure 7 is a side view of the injection reaction module, Figure 8 is a perspective view of the vessel fixing module, Figure 9 is a vascular expansion module 10 is a schematic view of a scanning training simulator according to the present invention, FIG. 11 is a configuration diagram of a scanning training simulator according to the present invention, FIG. 12 is an algorithm of a scanning reaction module, and FIG. 13 is information of an injection device. Acquisition algorithm.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터는 정맥 주사 부위를 가상의 영상으로 출력하는 그래픽 시뮬레이터(100);As shown in the drawings, the present invention virtual reality and haptic technology injection training simulator is applied to the graphics simulator 100 for outputting the intravenous injection site as a virtual image;

요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직임을 갖는 주사이동모듈(210)과, 실제와 유사한 주사반력을 제공하기 위한 주사반력모듈(220)과, 혈관 고정을 모사하기 위한 혈관고정모듈(230)과, 혈관 팽창을 모사하기 위한 혈관팽창모듈(240)을 포함하는 햅틱장치(200);To simulate the injection movement module 210 having movement in the yaw, pitch, and horizontal movement (x), the injection reaction module 220 for providing a realistic injection reaction force, and vessel fixation A haptic device 200 including a blood vessel fixation module 230 and a blood vessel expansion module 240 for simulating blood vessel expansion;

실제 주사기 및 카테터를 모사하기 위한 주사장치(300);An injection device 300 for simulating an actual syringe and catheter;

상기 햅틱장치(200)와 주사장치(300), 그래픽 시뮬레이터(100)의 신호정보를 처리하기 위한 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서로부터 그래픽 시뮬레이터(100) 간의 통신을 하기 위한 통신모듈로 구성된 제어부를 포함하여 구성된다.And a control unit including a haptic device 200 and a scanning device 300, a microprocessor for processing signal information of the graphic simulator 100, and a communication module for communicating between the microprocessor and the graphic simulator 100. It is composed.

먼저, 상기 그래픽 시뮬레이터(100)는 실습자가 현실감을 느낄 수 있도록 실제의 인체를 모사하여 정맥주사 부위를 가상의 영상으로 출력하고, 햅틱장치(200)로부터 주사장치(300)의 위치를 마이크로프로세서를 이용하여 신호정보를 처리한 뒤, 통신모듈을 통해서 그래픽 시뮬레이터(100)에 전달하여 가상의 주사기를 이동시키고, 가상의 주사기와 가상의 정맥주사 부위와 충돌하면 충돌 신호를 통신 모듈을 통하여 마이크로프로세서에 전달하고 햅틱장치(200)의 주사반력모듈(220)에 전기적 신호를 주어 실제와 유사한 주사 반력을 제공한다. First, the graphic simulator 100 simulates the actual human body so that the practitioner can feel a reality, and outputs the intravenous injection site as a virtual image, and the microprocessor is used to determine the position of the injection device 300 from the haptic device 200. After processing the signal information using the communication module through the communication module 100 to move the virtual syringe, and when colliding with the virtual syringe and the virtual intravenous injection site collision signal to the microprocessor through the communication module It transmits and gives an electrical signal to the scan reaction module 220 of the haptic device 200 to provide a scan reaction similar to the actual.

상기 햅틱장치(200)는 요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직임을 갖는 주사이동 모듈(210)과, 실제와 유사한 주사반력을 제공하기 위한 주사반력모듈(220)과, 혈관 고정을 모사하기 위한 혈관고정모듈(230)과, 혈관 팽창을 모사하기 위한 혈관팽창모듈(240)을 포함한다.The haptic device 200 includes a scan movement module 210 having movement in a yaw, pitch, and horizontal movement (x) direction, and a scan reaction module 220 for providing a scan force similar to the reality. And, it includes a vessel fixing module 230 for simulating vascular fixation, and a vessel expansion module 240 for simulating vascular expansion.

먼저, 주사이동모듈(210)의 작용을 설명하면, 주사장치(300)에 의해 요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직이면서 주사장치(300)의 요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로의 움직임을 감지하여 주사장치(300)의 이동 위치정보를 수집한 다음, 시뮬레이터 상의 주사바늘을 이동시킨다.First, the operation of the scan movement module 210 will be described. The yaw of the injection apparatus 300 is moved by the injection apparatus 300 in the yaw, pitch, and horizontal movement (x) directions. After detecting the movement in the pitch (p) and horizontal movement (x) directions, the position information of the injection apparatus 300 is collected, and the needle on the simulator is moved.

그 다음, 혈관 관통 좌표에 따른 신호를 출력하고, 마이크로프로세서를 통해 엑츄에이터를 제어함으로써, 주사반력모듈(220)이 작동되어 가상의 촉감 등을 구현하게 된다.Then, by outputting a signal according to the blood vessel coordinates, and controlling the actuator through a microprocessor, the scanning reaction module 220 is operated to implement a virtual tactile feel.

주사반력모듈(220)은 실제와 유사한 주사반력을 제공하기 위한 구성으로, 주사기의 이송정보를 3D가상 현실상의 인체 혈관부와 주사기의 충돌 시 통신모듈을 통해 콘트롤러의 마이크로프로세서로 정보를 출력하여 주사반력모듈(220)을 구동시켜 반력을 느끼도록 한다.The injection reaction module 220 is configured to provide a scanning reaction similar to the actual state, and outputs the injection information of the syringe to the microprocessor of the controller through the communication module when the syringe collides with the human blood vessel in the 3D virtual reality. The reaction force module 220 is driven to feel the reaction force.

구체적으로는, 주사장치(300)의 위치정보를 인식하여 주사 팁 거리 이송 정보를 획득한 후, 위치 정보에 따라 가상 주사기 위치 이동을 표시하고, 시뮬레이터 상에서 주사 팁과 피부가 접촉하고, 혈관을 관통하게 되면 접촉에 따른 반력신호를 출력하고, 주사반력모듈(220)이 작동하여 주사 반력을 구현하게 되는 것이다. Specifically, after acquiring the injection tip distance transfer information by recognizing the location information of the injection device 300, the virtual syringe position movement is displayed according to the location information, the injection tip and the skin contact on the simulator, and penetrate the blood vessel. If it is to output the reaction signal according to the contact, the scan reaction module 220 is to operate to implement the scan reaction force.

혈관고정모듈(230)은 주사실습 절차 중에 하나인 혈관 고정 실습을 모사하기 위한 구성으로, 압력센서 등이 장착되어, 주사장치(300) 삽입 위치의 아래부분에 누르는 힘이 가해질 경우 이 신호를 감지하여 그래픽 시뮬레이터 상의 혈관 고정을 구현할 수 있다.The vessel fixation module 230 is configured to simulate the vessel fixation practice, which is one of the injection training procedures, and is equipped with a pressure sensor to detect this signal when a pressing force is applied to the lower portion of the injection device 300. To achieve vessel fixation on the graphical simulator.

혈관팽창모듈(240)은 혈관 팽창을 모사하기 위한 구성으로, 주사 위치의 상부를 지혈대 등으로 묶었을 때, 이 신호를 감지하고 구동하여 혈관이 팽창된 느낌을 구현할 수 있도록 작용한다.The blood vessel expansion module 240 is configured to simulate blood vessel expansion, and when the upper portion of the injection position is bundled with a tourniquet or the like, the blood vessel expansion module 240 senses and drives this signal so that the blood vessel is expanded.

주사장치(300)는 실제 주사기 및 카테터를 모사하기 위한 구성이다.Injection device 300 is configured to simulate the actual syringe and catheter.

따라서, 정맥주사를 통한 약물주입은 물론 카테터 삽입, 혈액샘플 채취 등의 훈련이 가능하다.Therefore, as well as drug injection through intravenous injection, it is possible to train such as catheter insertion, blood sample collection.

상기 주사장치(300)는 상기 주사이동모듈(210)과 연결되어, 상기 주사장치(300)의 이동이 주사이동모듈(210)에 의해 감지되고, 최종적으로 주사장치(300)가 이동하면, 그래픽 시뮬레이터(100)에 표시된 가상의 주사기가 이동할 수 있게 된다.The injection device 300 is connected to the scan movement module 210, the movement of the injection device 300 is detected by the injection movement module 210, and finally, when the injection device 300 moves, the graphic The virtual syringe displayed on the simulator 100 can be moved.

제어부는 상기 햅틱장치(200)와 주사장치(300), 그래픽 시뮬레이터(100)의 신호정보를 처리하기 위한 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서로부터 그래픽 시뮬레이터(100) 간의 통신을 하기 위한 통신모듈로 구성된다. The control unit includes a haptic device 200, a scanning device 300, a microprocessor for processing signal information of the graphic simulator 100, and a communication module for communication between the microprocessor and the graphic simulator 100.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 그래픽 시뮬레이터(100)는 가상의 영상에서 이동하는 주사장치(300)에 의해 가상의 주사기가 시뮬레이션 상의 주사 부위와 충돌하면 충돌 신호를 전기적신호로 출력하여 햅틱장치(200), 바람직하게는 주사반력모듈(220)이 주사반력을 모사할 수 있도록 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the graphic simulator 100 outputs a collision signal as an electrical signal when the virtual syringe collides with the injection site in the simulation by the injection device 300 moving in the virtual image, and thus the haptic device. (200), Preferably, the scan reaction module 220 can simulate the scan reaction force.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 주사이동 모듈(210)은 요(yaw)방향 감지를 위한 로터리퍼텐쇼미터(211), 피치(pitch)방향 감지를 위한 기울기센서(212), 수평이동(x) 감지를 위한 리니어퍼텐쇼미터(213)를 포함한다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the scan movement module 210 may include a rotary potentiometer 211 for detecting a yaw direction, a tilt sensor 212 for detecting a pitch direction, and a horizontal movement ( x) a linear potentiometer 213 for sensing.

햅틱장치(200)의 주사이동 모듈(210)은 로터리퍼텐쇼미터(211), 기울기센서(212), 리니어퍼텐쇼미터(213)를 이용하여 장치를 단순화하여 구성하였으며, 각각의 신호정보를 마이크로 프로세서를 이용하여 신호정보를 디지털 값으로 변환하여 통신모듈을 통하여 그래픽 시뮬레이터(100)에 주사기의 위치정보를 전송하여 3차원적인 가상 현실 주사기 움직임을 모사하였다. The scan movement module 210 of the haptic device 200 uses a rotary potentiometer 211, a tilt sensor 212, and a linear potentiometer 213 to simplify the configuration of the device. The signal information was converted into digital values using a processor, and the position information of the syringe was transmitted to the graphic simulator 100 through the communication module to simulate the three-dimensional virtual reality syringe movement.

주사기의 움직임은 동차변환을 이용하여 계산되어 그래픽 시뮬레이터(100)상에 표시된다. 주사기의 움직임 중, 피부를 통과하여 주사바늘이 움직이는 경우, 관통된 피부부분을 중심으로 주사바늘의 끝 부분만이 움직이므로, 관통된 피부 부분을 원점으로 하는 동차변환 행렬을 이용한다. The movement of the syringe is calculated using homogeneous transformation and displayed on the graphics simulator 100. When the needle moves through the skin during the movement of the syringe, since only the tip of the needle moves around the penetrated skin portion, a homogeneous transformation matrix using the penetrated skin portion as an origin is used.

상세하게는 원점좌표 T0, X축방향 수평이동 좌표 T1, Y축방향 회전이동 좌표 T2, Z축방향 회전이동 좌표 T3의 상관관계에 의해서 원점 좌표 T0에서 목표 좌표 T3 까지의 절대위치는 다음과 같은 동차 변환 행렬을 이용하여 구할 수 있다. Specifically, from the origin coordinate T 0 to the target coordinate T 3 by the correlation of the origin coordinate T 0 , the X-axis horizontal movement coordinate T 1 , the Y-axis rotation movement coordinate T 2 , and the Z-axis rotation movement coordinate T 3 . The absolute position can be obtained using the homogeneous transformation matrix as follows.

원점좌표 T0에서 T1좌표까지 X축 방향으로 병진운동이 일어나며 이 행렬은 다음과 같다.The translational motion occurs in the X-axis direction from the origin coordinate T 0 to the T 1 coordinate.

Figure 112010053750331-pat00001
Figure 112010053750331-pat00001

T1좌표에서2좌표 까지 Y축 방향으로 회전 운동이 일어나며 이 행렬은 다음과 같다. The rotational motion occurs in the Y-axis direction from T 1 to 2 coordinates.

Figure 112010053750331-pat00002
Figure 112010053750331-pat00002

T2좌표에서 T3좌표 까지 Z축 방향으로 회전 운동이 일어나며 이 행렬은 다음과 같다. From the T 2 coordinates to the T 3 coordinates, a rotational motion occurs in the Z-axis direction.

Figure 112010053750331-pat00003
Figure 112010053750331-pat00003

따라서 원점좌표 T0에서 T3좌표까지의 절대 좌표를 계산하기 위해서는 다음과 같은 식이 필요하다. Therefore, the following equation is needed to calculate the absolute coordinates from the origin coordinates T 0 to T 3 coordinates.

Figure 112010053750331-pat00004
Figure 112010053750331-pat00004

이러한 동차변환행렬 연산을 통해 원점을 기준으로 위치하고 있는, 설정된 자유도 내에서 가능한 모든 위치의 주사침 끝 부분의 움직임의 절대 위치를 산출해 낼 수 있다.Through this homogeneous transformation matrix operation, it is possible to calculate the absolute position of the movement of the tip of the needle at all possible positions within the set degrees of freedom positioned relative to the origin.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 주사반력모듈(220)은 주사부위에 주사장치(300)가 접촉하면 반력을 구현하는 솔레노이드 액츄에이터(221)를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the scan reaction module 220 includes a solenoid actuator 221 for implementing a reaction force when the injection device 300 contacts the injection site.

햅틱장치(200)의 주사반력모듈(220)은 피부와 피부 바로 아래의 정맥 혈관을 관통하게 되는 주사기 팁에 반력을 구현하기 위하여 솔레노이드 액츄에이터(221)를 사용하였으며, 솔레노이드 액츄에이터(221)의 상하 운동을 이용하여 수직 방향으로 반력을 제어하였다. The injection reaction module 220 of the haptic device 200 uses the solenoid actuator 221 to implement reaction force at the syringe tip that penetrates the skin and the venous blood vessel just below the skin, and moves up and down the solenoid actuator 221. Reaction force was controlled in the vertical direction using.

가상의 영상으로 출력되어진 정맥주사 부위와 가상의 주사기가 충돌하면 충돌 신호를 통신모듈을 통하여 마이크로프로세서에 신호를 전송하고, 마이크로프로세서는 주사반력모듈(220)의 솔레노이드 액츄에이터(221)에 전기적 신호를 주어 솔레노이드 액츄에이터(221)를 수직방향으로 이송시켜 반력을 전달한다. 주사반력모듈(220)은 솔레노이드 액츄에이터(221)의 전류신호를 마이크로프로세서를 이용하여 제어함으로써 실제와 유사한 반력을 전달할 수 있다.When an intravenous injection site output as a virtual image collides with a virtual syringe, a collision signal is transmitted to a microprocessor through a communication module, and the microprocessor transmits an electrical signal to the solenoid actuator 221 of the scan reaction module 220. The solenoid actuator 221 is transferred in the vertical direction to transmit the reaction force. The scan reaction module 220 may transmit a reaction force similar to the actual one by controlling the current signal of the solenoid actuator 221 using a microprocessor.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 혈관 고정모듈(230)은 주사장치(300) 삽입위치의 아래를 눌렀을 때, 이 신호를 감지하도록 면압식 압력센서(231)를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the vessel fixation module 230 includes a pressure sensor 231 to detect this signal when the injection device 300 is pressed below the insertion position.

햅틱장치(200)의 혈관고정모듈(230)은 실제 주사 절차에서 주사기 삽입전 혈관의 이탈을 방지하기 위하여 주사기 삽입위치의 2~3cm 아래의 연조직과 정맥을 엄지로 고정하게 되는데 이를 구현하기 위하여 면압식 압력센서(231)를 이용하여 햅틱장치(200)의 혈관고정모듈(230)을 눌렀을 때 이 신호를 마이크로프로세서를 이용하여 정보를 획득하여 통신모듈을 통하여 그래픽 시뮬레이터(100)에 정보를 전송하고 그래픽 시뮬레이터(100)에는 가상의 손가락이 생성되어 실제와 유사한 영상을 출력한다.Vascular fixation module 230 of the haptic device 200 is fixed to the soft tissue and veins below 2 ~ 3cm of the syringe insertion position with the thumb to prevent the separation of blood vessels before the insertion of the syringe in the actual injection procedure. When the vessel fixation module 230 of the haptic device 200 is pressed using the pressure sensor 231, the signal is obtained by using a microprocessor, and the information is transmitted to the graphic simulator 100 through the communication module. The virtual simulator generates a virtual finger and outputs an image similar to the real one.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 혈관팽창모듈(240)은 주사 위치의 상부에 지혈대를 묶었을 때, 이 신호를 감지하고 솔레노이드 액츄에이터(241)에 신호를 주어 수직방향으로 혈관모사 기구부(242)를 밀어올려 혈관 팽창 느낌을 모사한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the blood vessel expansion module 240 detects this signal when the tourniquet is tied to the upper portion of the injection position, and gives a signal to the solenoid actuator 241 to provide an angiographic mechanism unit 242 in the vertical direction. ) To simulate the expansion of blood vessels.

햅틱장치(200)의 혈관팽창모듈(240)은 실제 주사 절차에서 지혈대를 묶어서 정맥 혈류를 막았을 때 혈관이 팽창하게 되고, 정맥을 촉지하는 절차를 구현하기 위하여 그래픽 시뮬레이터(100)상에서 가상의 영상으로 출력되어진 정맥주사 부위의 상단에 지혈대를 설치하였을 때 이 정보를 통신모듈을 통해 마이크로프로세서에 전송한 다음, 마이크로프로세서에서 혈관팽창모듈(240)의 솔레노이드 액츄에이터(241)에 신호를 주어 수직방향으로 혈관모사 기구부(242)를 밀어올려 혈관 팽창 느낌을 모사 한다. Vascular expansion module 240 of the haptic device 200 is a virtual image on the graphic simulator 100 in order to implement a procedure to expand the blood vessels when palpating the vein blood flow in the actual injection procedure to block the venous blood flow, palpation of the veins When the tourniquet is installed on the upper part of the intravenous injection site, the information is transmitted to the microprocessor through the communication module, and then the microprocessor gives a signal to the solenoid actuator 241 of the vessel expansion module 240 in the vertical direction. Push up the blood vessel simulation mechanism 242 to simulate the feeling of blood vessel expansion.

상기한 바와 같이 상기 햅틱장치(200)의 혈관고정모듈(230)과 혈관팽창모듈(240)은 실제 주사 절차에 맞추어 실습자가 훈련할 수 있도록 구현하였다.As described above, the vessel fixation module 230 and the vessel expansion module 240 of the haptic device 200 are implemented to be trained by the practitioner in accordance with the actual injection procedure.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 주사장치(300)는 주사기팁 기구부(310)와 주사기 기구부(320)를 포함하되, 상기 주사기 기구부(320)는 회전을 감지하는 로터리 가속도 센서(321), 리니어퍼텐쇼미터(322), 스프링(323)을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the injection device 300 includes a syringe tip mechanism 310 and a syringe mechanism 320, the syringe mechanism 320 is a rotary acceleration sensor 321 for detecting rotation, The linear potentiometer 322 and the spring 323 are included.

일반적으로 주사장치(300)는 일측에 주사바늘을 비롯한 주사기팁을 구비하고, 타측에 외주연을 따라 수직방향으로 플레이트가 형성되어 주사약을 수용하는 실린더바디와, 상기 실린더바디의 내부에서 왕복하는 피스톤과, 상기 피스톤과 연장 형성된 로드와, 상기 로드의 일측에 형성된 평판형의 누름부로 이루어진다.In general, the injection device 300 is provided with a syringe tip including an injection needle on one side, the plate body is formed in the vertical direction along the outer periphery on the other side and the cylinder body for receiving the injection, the piston reciprocating in the cylinder body And a rod extending from the piston, and a flat pressing portion formed on one side of the rod.

상기 로터리 가속도 센서(321)는 주사기 기구부(320)의 회전을 감지하고, 주사기팁 기구부(310)와 주사기 기구부(320)가 결합되었을 때에는 주사기 로드(324)가 뒤로 밀려 스프링(323)은 압축되고 주사기팁 기구부(310)와 주사기 기구부(320)가 분리되었을 때는 스프링(323)이 인장되어 주사기 로드(324)가 앞으로 나오게 된다. 이때의 위치정보를 리니어 퍼텐쇼미터(322)를 이용하여 정보를 획득하게 된다. The rotary acceleration sensor 321 detects the rotation of the syringe mechanism 320, and when the syringe tip mechanism 310 and the syringe mechanism 320 are coupled, the syringe rod 324 is pushed back so that the spring 323 is compressed. When the syringe tip mechanism 310 and the syringe mechanism 320 are separated, the spring 323 is tensioned so that the syringe rod 324 comes forward. At this time, the position information is acquired using the linear potentiometer 322.

로터리 가속도 센서(321)와 리니어 퍼텐쇼미터(322)의 신호를 마이크로프로세서를 이용하여 정보를 획득하여 통신모듈을 통해 그래픽 시뮬레이터(100)에 정보를 전송하고 그래픽 시뮬레이터(100)에는 가상의 주사기가 회전하거나 또는 주사기가 분리되거나 결합된 영상을 출력한다.The signals of the rotary acceleration sensor 321 and the linear potentiometer 322 are acquired using a microprocessor to transmit information to the graphic simulator 100 through a communication module, and a virtual syringe is provided in the graphic simulator 100. The image is rotated or the syringe is separated or combined.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100 : 그래픽 시뮬레이터 200 : 햅틱장치
210 : 주사이동모듈 211 : 로터리퍼텐쇼미터
212 : 기울기센서 213 : 리니어퍼텐쇼미터
220 : 주사반력모듈 221 : 솔레노이트 액츄에이터
230 : 혈관고정모듈 231 : 면압식 압력센서
240 : 혈관팽창모듈 241 : 솔레노이드 액츄에이터
242 : 혈관모사 기구부 300 : 주사장치
310 : 주사기팁 기구부 320 : 주사기 기구부
321 : 로터리 가속도센서 322 : 리니어퍼텐쇼미터
323 : 스프링 324 : 로드100: graphics simulator 200: haptic device
210: scan movement module 211: rotary potentiometer
212: tilt sensor 213: linear potentiometer
220: scan reaction module 221: solenoid actuator
230: blood vessel fixing module 231: pressure sensor
240: blood vessel expansion module 241: solenoid actuator
242: blood vessel simulation mechanism 300: injection device
310: syringe tip mechanism portion 320: syringe mechanism portion
321: rotary acceleration sensor 322: linear potentiometer
323: spring 324: rod

Claims (7)

정맥 주사 부위를 가상의 영상으로 출력하는 그래픽 시뮬레이터;
요(yaw), 피치(pitch), 수평이동(x) 방향으로 움직임을 갖는 주사이동 모듈과, 실제와 유사한 주사반력을 주사기 팁에 제공하도록 상하운동하는 주사반력모듈과, 혈관 고정을 모사하기 위한 혈관고정모듈과, 혈관 팽창을 모사하기 위한 혈관팽창모듈을 포함하는 햅틱장치;
실제 주사기 및 카테터를 모사하기 위한 주사장치;
상기 햅틱장치와 주사장치, 그래픽 시뮬레이터의 신호정보를 처리하기 위한 마이크로프로세서와 상기 마이크로프로세서로부터 그래픽 시뮬레이터 간의 통신을 하기위한 통신모듈로 구성된 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.A graphic simulator for outputting the intravenous injection site as a virtual image;
An injection movement module having movement in yaw, pitch, and horizontal movement (x), an injection reaction module that vertically moves to give a syringe tip a realistic injection force, and to simulate vascular fixation A haptic device including a vessel fixation module and a vessel expansion module for simulating vessel expansion;
Injection devices for simulating actual syringes and catheters;
And a control unit including a haptic device, a scanning device, a microprocessor for processing signal information of a graphic simulator, and a communication module for communicating between the microprocessor and the graphic simulator. Injection training simulator. 제 1항에 있어서,
상기 주사장치는 주사기팁 기구부와 주사기 기구부를 포함하되, 상기 주사기 기구부는 회전을 감지하는 로터리 가속도 센서, 리니어퍼텐쇼미터, 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.The method of claim 1,
The injection device includes a syringe tip mechanism portion and a syringe mechanism portion, the syringe mechanism portion injection simulation simulator for applying virtual reality and haptic technology comprising a rotary acceleration sensor, a linear potentiometer, a spring for detecting rotation . 제 1항에 있어서,
상기 그래픽 시뮬레이터는 가상의 영상에서 이동하는 주사장치의 가상 위치가 정맥주사 부위와 충돌하면 충돌 신호를 전기적신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.The method of claim 1,
The graphic simulator is a simulation for injection training using virtual reality and haptic technology characterized in that when the virtual position of the scanning device moving in the virtual image collides with the intravenous injection site outputs a collision signal as an electrical signal. 제 1항에 있어서,
상기 주사이동 모듈은 요(yaw)방향 감지를 위한 로터리퍼텐쇼미터, 피치(pitch)방향 감지를 위한 기울기센서, 수평이동(x) 감지를 위한 리니어퍼텐쇼미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.The method of claim 1,
The scan movement module includes a rotary potentiometer for yaw direction detection, a tilt sensor for pitch direction detection, and a linear potentiometer for horizontal movement (x) detection. And simulator for injection training with haptic technology. 제 1항에 있어서,
상기 주사반력모듈은 주사부위에 주사장치가 접촉하면 반력을 구현하는 솔레노이드 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.The method of claim 1,
The injection reaction module is a simulation for injection training using a virtual reality and haptic technology, characterized in that it comprises a solenoid actuator for implementing a reaction force when the injection device is in contact with the injection site. 제 1항에 있어서,
상기 혈관 고정모듈은 주사장치 삽입위치의 아래를 눌렀을 때, 이 신호를 감지하도록 면압식 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 주사 훈련용 시뮬레이터.The method of claim 1,
The vascular fixation module is a simulation for injection training using a virtual reality and haptic technology, characterized in that it comprises a pressure-type pressure sensor to detect the signal when the bottom of the injection device is pressed. 제 1항에 있어서,
상기 혈관팽창모듈은 주사 위치의 상부에 지혈대를 묶었을 때, 이 신호를 감지하고 솔레노이드 액츄에이터에 신호를 주어 수직방향으로 혈관모사 기구부를 밀어올려 혈관 팽창 느낌을 모사하는 것을 특징으로 하는 가상현실과 햅틱기술이 적용된 훈련용 시뮬레이터.
The method of claim 1,
The vascular expansion module senses this signal when the tourniquet is tied to the upper part of the injection position, and gives a signal to the solenoid actuator to push up the vascular simulation mechanism in a vertical direction to simulate the feeling of vascular expansion. Training simulator with technology.
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