KR102052037B1 - 절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템 - Google Patents

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driving
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안범모
최운재
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한국생산기술연구원
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Abstract

절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 절개위치 감지센서는 전도성 물질로 이루어지고 양측에 제1전극 및 제2전극이 형성되는 제1구동층; 절연성 물질로 이루어지고 제1구동층의 일측에 배치되는 제1절연층; 전도성 물질로 이루어지고 제1절연층의 일측에 배치되며 제1전극 및 제2전극에 각각 직교하도록 그 양측에 제3전극 및 제4전극이 형성되는 제2구동층; 절연성 물질로 이루어지고 제2구동층의 일측에 배치되는 제2절연층; 및 전도성 물질로 이루어지고 제2절연층의 일측에 배치되며 둘레를 따라 제5전극이 형성되는 감지층;을 포함한다. 여기서, 제1구동층, 제1절연층, 제2구동층, 제2절연층 및 감지층은 순차적으로 적층된다.

Description

절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템{Sensor for sensing incision position and system for training cricothyrotomy}
본 발명은 절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 의료분야에서 절개술은 다양한 부위에 사용되고 있으며 사용빈도 또한 상당히 높은 수술법이다. 이러한 절개술은 그러나 절개 부위 주변에 대한 불필요한 손상을 방지하기 위해 세심한 주의를 기울여 정확하게 수행해야 한다. 따라서 필요 이상의 절개로 인한 과다출혈 및 신경부위 손상 등 그에 따른 의료사고도 많이 발생하고 있다. 특히 경험이 적은 의사들의 경우, 잘못된 절개로 인해 심각한 결과를 초래하는 사고가 발생하기 쉽다.
한편, 현재 경험이 부족한 의사들에게 필요한 트레이닝 시스템에서는 단순 외형적으로만 훈련을 진행할 수 있기 때문에 정량적인 평가가 이루어지지 않는다. 따라서 얼마나 정확하게 절개하였는지 확인할 수 없어 아주 작은 부위의 손상까지 대비하기엔 어려움이 따른다.
더욱이, 연수생들의 숙련도를 측정하는데 적합한 센서가 없어 정량적인 피드백을 제공할 수 없기 때문에 절개 수행 작업에 의한 오류를 정확하게 진단하기 어려우므로 트레이닝의 효과가 떨어진다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해 연수생에게 정확한 피드백을 할 수 있도록 정량적인 평가가 가능한 트레이닝 시스템이 요구된다.
JP 2004-348095 A
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 절개술 트레이닝 과정에서 절개 위치 및 절개 경로를 정량적으로 평가할 수 있는 절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템을 제공하고자 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전도성 물질로 이루어지고 양측에 제1전극 및 제2전극이 형성되는 제1구동층; 절연성 물질로 이루어지고 상기 제1구동층의 일측에 배치되는 제1절연층; 전도성 물질로 이루어지고 상기 제1절연층의 일측에 배치되며 제1전극 및 상기 제2전극에 각각 직교하도록 그 양측에 제3전극 및 제4전극이 형성되는 제2구동층; 절연성 물질로 이루어지고 상기 제2구동층의 일측에 배치되는 제2절연층; 및 전도성 물질로 이루어지고 상기 제2절연층의 일측에 배치되며 둘레를 따라 제5전극이 형성되는 감지층;을 포함하고, 상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되는 절개위치 감지센서가 제공된다.
일 실시예에서, 상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 전도성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어지고, 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층은 절연성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 미리 정해진 저항값을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 동일한 크기를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 정사각형으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절개위치 감지센서는 절연성 물질로 이루어지고 상기 제1구동층의 타측 및 상기 감지층의 일측에 각각 배치되는 보호층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절개위치 감지센서는 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전원공급부는 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 교번하여 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인체모형의 인공피부 아래에 배치되며 상술한 바와 같은 절개위치 감지센서; 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 전도성 물질로 이루어진 절개 수단이 상기 인공피부를 절개하는 경우, 상기 절개 수단이 상기 절개위치 감지센서를 관통함에 따라 상기 절개 수단을 통하여 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층과 전기적으로 연결되는 상기 감지층에서 전위를 검출하고 상기 검출되는 전위에 따라 상기 절개 수단의 절개위치를 연산하는 위치 연산부;를 포함하는 절개술 트레이닝 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 상기 위치 연산부는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이 또는 상기 제3전극과 상기 제4전극 사이의 거리를 기초로 상기 검출된 전위에 대한 상기 전원공급부에서 인가되는 전압의 비율로 상기 절개위치를 연산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절개술 트레이닝 시스템은 상기 전원공급부가 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 교번하여 공급하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 위치 연산부는 상기 전원공급부의 전원 교번에 따라 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층 중 어느 하나에 대하여 상기 전위를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭부는 일정한 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭부는 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 각각에 연결되고 제1신호에 의해 동시에 제어되는 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터; 및 상기 제3전극 및 상기 제4전극의 각각에 연결되고 상기 제1신호의 반전되는 제2신호에 의해 제어되는 제3트랜지스터 및 제4트랜지스터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 감지층은 상기 제5전극의 일측에 풀다운 저항이 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 풀다운 저항의 저항값은 상기 감지층의 저항값 및 도전성 절개 수단의 저항값의 합보다 100배 이상 클 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절개술 트레이닝 시스템은 상기 위치 연산부에서 산출된 위치를 누적하여 상기 절개 수단에 의한 절개 경로를 산출하는 절개 경로 산출부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 절개 경로 산출부는 상기 산출된 절개 경로를 상기 인체모형의 절개 부위에 중첩하여 디스플레이하도록 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절개위치 감지센서 및 절개술 트레이닝 시스템은 절개위치 감지센서를 인체모형에 내장하여 전원을 인가하고 절개 수단에 의해 절개된 위치의 전위를 검출하여 위치를 연산함으로써, 절개술 트레이닝 과정에서 절개부위에 대하여 정량적으로 평가할 수 있으므로 임상 경험이 부족한 연수생들에게 적절한 피드백을 제공할 수 있어 교육 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 절개위치 감지센서를 정사각형으로 구비하고 x축 방향과 y축 방향에 대하여 전원을 교번하여 인가함으로써, 절개 위치(또는 경로)를 정확하고 정밀하게 검출할 수 있어 트레이닝 결과의 고충실도(high-fidelity)를 보장할 수 있다.
또한, 본 발명은 절개위치 감지센서를 인체모형의 인공피부의 내면에 함께 부착하고 인공피부와 함께 절개됨으로써 연수생이 느끼는 촉감을 인체 수술과 거의 동일하여 절개술의 현실성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 절개위치 감지센서를 박막 형태의 저가 재료로 구현함으로써 제조비용을 감소시킬 수 있으며 1회사용후 폐기에도 경제적인 부담을 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 절개술 트레이닝 시스템을 도시한 블록도,
도 2는 기도절개술의 절차를 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 절개술 트레이닝 시스템이 인체모형에 적용된 상태를 도시한 사진,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 절개술 트레이닝 시스템을 통한 절개 경로를 디스플레이하는 화면의 일례를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 절개위치 감지센서를 도시한 분리 사시도,
도 6은 도 5의 절개위치 감지센서를 이용한 위치 검출의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에서 절개위치 감지센서의 출력을 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 7의 등가회로도,
도 9는 도 5의 절개위치 감지센서에 전원을 인가하는 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 10은 도 9의 스위치부의 일례를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 절개술 트레이닝 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절개술 트레이닝 시스템(100)은 전원공급부(110), 절개위치 감지센서(120), 및 제어부(130)를 포함한다.
절개술 트레이닝 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같은 절개 과정을 트레이닝하기 위한 것이다. 여기서, 기도절개 절차는 도 2의 상단과 같은 수직 절개와 하단과 같은 수평 절개의 두 단계를 거친다.
도 3을 참조하면, 절개술 트레이닝 시스템(100)은 인간의 신체를 재현하는 인체모델(10)에 절개위치 감지센서(120)가 내장된다. 이때, 절개위치 감지센서(120)는 도 3의 좌측과 같이 목 피부의 내면에 배치되고, 우측과 같이 윤상갑상막(cricothyroid membrane)에 대응하는 부위에 배치될 수 있다.
여기서, 절개술 트레이닝 시스템(100)은 기도절개술을 일례로 설명하지만 이에 한정되지 않고 다른 신체 부위의 절개술에도 적용될 수 있다.
전원공급부(110)는 절개위치 감지센서(120)에 전원을 공급한다. 여기서, 전원공급부(110)는 직류 전압원일 수 있다.
이때, 절개위치 감지센서(120)는 후술하는 바와 같이, x축 및 y축 방향에 대하여 위치를 감지하는데, 이를 위해 전원공급부(110)는 x축 및 y축 방향에 대하여 교번하여 전원을 공급할 수 있다.
절개위치 감지센서(120)는 절개술 트레이닝을 위한 인체모형(10)에 내장된다. 도 3을 참조하면, 절개위치 감지센서(120)는 인체모형(10)의 인공피부(11)의 아래에 배치된다. 즉, 절개위치 감지센서(120)는 인체모형(10)에 내장되고 인공피부(11)로 덮여진다.
여기서, 절개술 트레이닝시 전도성 물질로 이루어진 절개 수단(160)이 인공피부(11)를 절단하는 경우, 절개위치 감지센서(120)도 함께 절단된다. 이때, 절개위치 감지센서(120)는 전원공급부(110)로부터 인가되는 전압에 의해 절개 수단(160)의 절개위치에 대응하는 전위를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 절개 수단(160)이 인공피부(11)를 절개하는 경우, 해당 절개위치를 연산하여 절개 경로를 산출할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 전원공급부(110)가 절개위치 감지센서(120)의 방향에 대하여 교번하여 전원을 공급하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(130)는 위치 연산부(132) 및 절개 경로 산출부(134)를 포함할 수 있다.
위치 연산부(132)는 절개위치 감지센서(120)로부터 절개 수단(160)의 위치에 대응하는 전위를 검출한다. 이때, 위치 연산부(132)는 전원공급부(110)에서 절개위치 감지센서(120)로 인가하는 전압과 검출된 전위의 비에 따라 절개 수단(160)의 위치를 산출할 수 있다. 이와 같은 절개 수단(160)의 위치 산출은 도 6을 참조하여 후술한다.
절개 경로 산출부(134)는 위치 연산부(132)에서 산출된 위치를 누적하여 절개 수단(160)에 의한 절개 경로를 산출할 수 있다. 이때, 절개술 트레이닝 시스템(100)은 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 즉, 절개 경로 산출부(134)는 절개 수단(160)에 대하여 검출된 위치를 저장부(140)에 저장할 수 있다. 아울러, 절개경로 산출부(134)는 저장된 절개 위치들로부터 절개 경로를 산출할 수 있다.
또한, 절개 경로 산출부(134)는 산출된 절개 경로를 인체모형(10)의 절개 부위에 중첩하여 디스플레이하도록 제어할 수 있다. 이때, 절개술 트레이닝 시스템(100)은 절개경로를 디스플레이하는 디스플레이부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 절개 경로 산출부(134)는 인체모형(10)에 대응하는 영상에 산출된 절개 경로를 중첩하여 디스플레이부(150)를 통하여 디스플레이하도록 제어할 수 있다. 즉, 절개경로 산출부(134)는 절개시 발생한 오류가 얼마나 발생하였는지를 절개 경로를 기준 경로와 함께 훈련자에게 그래픽으로 제공할 수 있다.
이에 의해, 기도절개를 위한 기준 경로에 대하여 훈련자에 의해 수행된 절개 경로를 시각적으로 디스플레이함으로써 훈련자에게 용이하게 피드백할 수 있어 교육 효과를 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 절개위치 감지센서(120)는 전도성 물질 상에서 전류 흐름의 방향에 따라 선형적으로 감소하는 전위의 원리를 이용한 것으로서, 제1구동층(121), 제1절연층(122), 제2구동층(123), 제2절연층(124) 및 감지층(125)을 포함한다. 여기서, 제1구동층(121), 제1절연층(122), 제2구동층(123), 제2절연층(124) 및 감지층(125)을 일방향을 따라 순차적으로 적층된다. 일례로, 감지층(125)을 기반으로 상측으로 순차로 적층될 수 있다.
이때, 절개위치 감지센서(120)는 비용이 저렴하고 박막 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 절개위치 감지센서(120)는 테이프 또는 박막 필름으로 이루어질 수 있다. 그러나 절개위치 감지센서(120)는 이에 한정되지 않는다.
일례로, 제1구동층(121), 제2구동층(123) 및 감지층(125)은 판상의 전도성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어질 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 또한 제1절연층(122) 및 제2절연층(124)은 판상의 절연성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어질 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
이에 의해, 절개위치 감지센서(120)는 인체모형(10)의 인공피부(11) 아래에 용이하게 내장될 수 있다.
더욱이, 절개위치 감지센서(120)는 절개 수단(160)에 의해 인공피부(11)의 절개시 추가적인 저항력을 발생하지 않고 용이하게 절개될 수 있으므로 절개술이 현실성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 절개위치 감지센서(120)는 저렴한 비용으로 제작할 수 있고 따라서 인공피부(11)와 함께 절개되어 한 번 사용후 폐기하여도 경제적 부담을 경감할 수 있다.
제1구동층(121)은 전도성 물질로 이루어진다. 여기서, 제1구동층(121)은 미리 정해진 저항값을 가질 수 있다. 이러한 제1구동층(121)은 전원공급부(110)로부터 전원이 인가될 수 있다.
또한, 제1구동층(121)은 양측에 형성되는 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)을 포함한다. 일례로, 제1구동층(121)은 y축 방향의 양측(도 5에서 앞뒤 방향)에 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)이 형성될 수 있다.
여기서, 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)은 전원공급부(110)로부터 전원이 인가될 수 있다. 일례로, 제1전극(121a)은 전원공급부(110)의 양극 단자에 연결되고 제2전극(121b)은 전원공급부(110)의 음극(접지) 단자에 연결될 수 있다.
이때, 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)은 일정한 폭으로 제1구동층(121)의 양측변 전체에 각각 형성될 수 있다.
제1절연층(122)은 절연성 물질로 이루어진다. 또한, 제1절연층(122)은 제1구동층(121)의 일측에 배치될 수 있다. 일례로, 제1절연층(122)은 제1구동층(121)의 하면에 접합될 수 있다.
제2구동층(123)은 전도성 물질로 이루어진다. 여기서, 제2구동층(123)은 미리 정해진 저항값을 가질 수 있다. 이때, 제2구동층(123)은 제1절연층(122)의 일측에 배치될 수 있다. 일례로, 제2구동층(123)은 제1절연층(122)의 하면에 접합될 수 있다. 이러한 제2구동층(123)은 전원공급부(110)로부터 전원이 인가될 수 있다.
또한, 제2구동층(123)은 양측에 형성되는 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)을 포함한다. 여기서, 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)은 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)에 각각 직교하도록 배치된다. 일례로, 제2구동층(123)은 x축 방향의 양측(도 5에서 좌우 방향)에 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)이 형성될 수 있다.
여기서, 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)은 전원공급부(110)로부터 전원이 인가될 수 있다. 일례로, 제3전극(123a)은 전원공급부(110)의 양극 단자에 연결되고 제4전극(123b)은 전원공급부(110)의 음극(접지) 단자에 연결될 수 있다.
이때, 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)은 일정한 폭으로 제2구동층(123)의 양측변 전체에 각각 형성될 수 있다.
제2절연층(124)은 절연성 물질로 이루어진다. 또한, 제2절연층(124)은 제2구동층(123)의 일측에 배치될 수 있다. 일례로, 제2절연층(124)은 제2구동층(123)의 하면에 접합될 수 있다.
감지층(125)은 전도성 물질로 이루어진다. 여기서, 감지층(125)은 미리 정해진 저항값을 가질 수 있다. 이때, 감지층(125)은 제2절연층(124)의 일측에 배치될 수 있다. 일례로, 감지층(125)은 제2절연층(124)의 하면에 접합될 수 있다. 이러한 감지층(125)은 절개 수단(160)의 절개 위치에 대응하는 전압을 검출할 수 있다.
또한, 감지층(125)은 둘레를 따라 형성되는 제5전극(125a)을 포함한다. 이때, 제5전극(125a)은 일정한 폭으로 감지층(125)의 4변 전체에 형성될 수 있다.
여기서, 제1구동층(121), 제2구동층(123) 및 감지층(125)은 동일한 크기를 가질 수 있다. 이때, 제1구동층(121), 제2구동층(123) 및 감지층(125)은 사각형상으로 이루어질 수 있다. 일례로, 제1구동층(121), 제2구동층(123) 및 감지층(125)은 정사각형으로 이루어질 수 있다.
이에 의해, 절개위치 감지센서(120)는 절개 위치(또는 경로)를 2차원 좌표로 정확하고 정밀하게 검출 및 연산할 수 있고, 따라서 트레이닝 결과의 고충실도를 보장할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 절개위치 감지센서(120)는 보호층(126,127)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 보호층(126,127)은 제1절연층(122) 및 제2절연층(124)과 동일한 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
제1보호층(126)은 제1구동층(121)의 타측에 배치될 수 있다. 즉, 제1보호층(126)은 절개위치 감지센서(120)의 상면에서 제1구동층(121)을 외부와 절연 및 보호하기 위해 배치될 수 있다.
제2보호층(127)은 감지층(125)의 일측에 배치될 수 있다. 즉, 제2보호층(127)은 절개위치 감지센서(120)의 하면에서 감지층(125)을 외부와 절연 및 보호하기 위해 배치될 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 절개위치 감지센서(120)에 의한 절개 위치의 연산 원리를 보다 상세하게 설명한다.
도 6을 참조하면, 절개 위치의 1차원 좌표에 대한 연산을 위해, 전원공급부(110)로부터 구동층으로 전원이 인가된다. 여기서, x축 방향에 대한 제2구동층(123)을 기초로 설명하지만, y축 방향에 대한 제1구동층(121)에도 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.
이때, 제2구동층(123)의 제3전극(123a)은 양극 배선(111)을 통하여 전원공급부(110)의 양극 단자에 연결되고, 제4전극(123b)은 음극 배선(112)을 통하여 전원공급부(110)의 음극(접지) 단자에 연결된다. 여기서, 제3전극(123a)의 전위는 전원공급부(110)의 인가 전압(VS)과 같고, 제4전극(123b)의 전위는 0V와 같다.
이때, 절개 수단(160)이 제2구동층(123)의 특정 위치를 절개하면, 절개 수단(160)의 절개 지점(P1)과 제4전극(123b) 사이에는 제2구동층(123)의 저항값 및 그 사이의 거리(L1)에 따른 제1저항(R1)이 형성된다. 이와 유사하게, 절개 지점(P1)과 제4전극(123b) 사이에는 제2구동층(123)의 저항값 및 그 사이의 거리(L2)에 따른 제2저항(R2)이 형성된다.
이와 같이, 제2구동층(123)은 하기의 수학식 1과 같이 제3전극(123a)과 제4전극(123b) 사이에서 그 거리에 따라 일정한 저항값(R1, R2)으로 나타낼 수 있다.
Figure 112018051386770-pat00001
여기서, ρ는 제2구동층(123)의 비저항, L1은 제4전극(123b)과 절개 지점(P1) 사이의 거리, A1은 제4전극(123b)과 절개 지점(P1) 사이의 면적, L2는 제3전극(123a)과 절개 지점(P1) 사이의 거리, A2는 제3전극(123a)과 절개 지점(P1) 사이의 면적이다.
따라서 절개 지점(P1)의 전위(Vp)는 하기의 수학식 1과 같이 인가된 전압(VS)에 대한 전압 분배로 표현될 수 있다.
Figure 112018051386770-pat00002
여기서, 도 6의 위치별 전위 그래프에 도시된 바와 같이, 제2구동층(123)의 저항값에 의해, 절개 지점(P1)에서의 전위는 절개 지점(P1)과 제4전극(123b) 사이의 거리(L1)에 따라 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다.
수학식 2에 수학식 1을 대입하여 L1에 대하여 정리하면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure 112018051386770-pat00003
여기서, L은 제3전극(123a)과 제4전극(123b) 사이의 거리로서, L1+L2이다.
이와 같이, 절개 지점(P1)에서의 전위를 검출하면, 제4전극(123b)으로부터의 거리(L1)를 산출할 수 있고 따라서 절개 수단(160)의 절개 위치를 산출할 수 있다.
즉, 위치 연산부(132)는 제3전극(123a)과 제4전극(123b) 사이의 거리(L)를 기초로 절개 지점(P1)에서 검출된 전위(Vp)에 대한 전원공급부(110)에서 인가되는 전압(VS)의 비율로 절개 위치를 연산할 수 있다.
한편, 절개 지점(P1)에서의 전위는 감지층(125)을 통하여 검출될 수 있다. 여기서, 전도성 물질로 이루어진 절개 수단(160)이 인공피부(11)를 절개하는 경우, 인공피부(11)와 함께 절개위치 감지센서(120)도 절개된다.
이때, 절개 수단(160)이 절개위치 감지센서(120)를 관통함에 따라 절개 수단(160)을 통하여 제2구동층(123)과 감지층(125)이 전기적으로 연결된다.
도 7을 참조하면, 제2구동층(123)과 감지층(125)의 출력 단자(SO) 사이에는 절개 수단(160)에 의한 제3저항(R3)과 감지층(125)에 의한 제4저항(R4)이 추가로 형성된다.
즉, 제2구동층(123)의 절개 지점(P1)과 감지층(125)의 절개 지점(P2) 사이에는 절개 수단(160)이 갖는 저항값에 의해 제3저항(R3)이 형성된다. 또한, 감지층(125)의 절개 지점(P2)과 제5전극(125a) 사이에는 감지층(125)의 저항값에 의해 제4저항(R4)이 형성된다.
이때, 감지층(125)은 그 출력 단자(SO)에 풀다운 저항(Rp)이 구비될 수 있다. 여기서, 풀다운 저항(Rp)의 저항값은 감지층(125)의 저항값 및 절개 수단(160)의 저항값의 합보다 100배 이상 클 수 있다. 이에 의해, 출력 단자(SO)에서 검출된 전압이 랜덤하게 플로팅되는 것을 방지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 절개 지점(P1)과 접지 사이에서 제1저항(R1)은 제3저항(R3), 제4저항(R4) 및 풀다운 저항(Rp)의 직렬 저항과 병렬로 연결된다.
여기서, 풀다운 저항(Rp)의 저항값은 절개 수단(160)에 의한 저항값(R3) 및 감지층(125)에 의한 저항값(R4)의 합보다 매우 크기 때문에 대부분의 전압은 풀다운 저항(Rp)에 걸린다.
또한, 제2구동층(123)의 제2저항(R2)에 흐르는 전류(I)는 대부분 제1저항(R1)로 흐른다. 즉, 제2구동층(123)의 제1저항(R1)에 흐르는 전류(I1)는 제3저항(R3), 제4저항(R4) 및 풀다운 저항(Rp)을 통하여 흐르는 전류(I2)보다 매우 크다.
이와 같이, 감지층(125)의 출력 단자(SO)에 구비된 풀다운 저항(Rp)에 걸리는 전압을 측정함으로써, 절개 지점(P1)의 전위를 산출할 수 있다.
한편, 절개위치 감지센서(120)의 제1구동층(121) 및 제2구동층(123)을 이용하여 2차원 좌표로 위치 결정을 하기 위해서, 제1구동층(121)과 제2구동층(123)에 전원이 교번하여 인가된다.
도 9를 참조하면, 절개술 트레이닝 시스템(100)은 전원공급부(110)의 출력 전원을 제1구동층(121) 및 제2구동층(123)에 교번하여 공급하도록 스위칭하는 스위치부(SW)를 더 포함할 수 있다.
즉, y축 방향을 검출하기 위한 제1구동층(121)과 x축 방향을 검출하기 위한 제2구동층(123)에 대하여 하나의 감지층(125)을 이용하기 때문에, 스위치부(SW)는 제1구동층(121)과 제2구동층(123)에 교번하여 전원을 인가한다. 따라서 제1구동층(121) 및 제2구동층(123)이 선택적으로 활성화될 수 있다.
이때, 위치 연산부(132)는 전원공급부(110)의 전원 교번에 따라 제1구동층(121) 및 제2구동층(123) 중 어느 하나에 대하여 전위를 검출할 수 있다. 즉, 위치 연산부(132)는 x축 방향 및 y축 방향 중 하나의 방향에 대하여 절개 지점(P1)의 전위를 검출할 수 있다. 따라서 위치 연산부(132)는 전원의 교번 인가에 의해 절개 지점(P1)의 위치에 대한 x 및 y 좌표를 산출할 수 있다.
일례로, 스위치부(SW)는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1트랜지스터(S1a) 및 제2트랜지스터(S1b)는 제1구동층(121)의 제1전극(121a) 및 제2전극(121b)에 각각 연결될 수 있다. 또한 제3트랜지스터(S2a) 및 제4트랜지스터(S2b)는 제2구동층(123)의 제3전극(123a) 및 제4전극(123b)에 각각 연결될 수 있다.
이때, 제1구동층(121)에 연결되는 제1트랜지스터(S1a) 및 제2트랜지스터(S1b)는 제1신호(S1)에 의해 동시에 제어될 수 있다. 이와 유사하게 제2구동층(123)에 연결되는 제3트랜지스터(S2a) 및 제4트랜지스터(S2b)는 제2신호(S2)에 의해 동시에 제어될 수 있다.
여기서, 제2신호(S2)는 제1신호(S1)의 반전된 신호일 수 있다. 아울러, 제1신호(S1) 및 제2신호(S2)는 일정한 펄스 폭을 가질 수 있다. 결과적으로, 제1트랜지스터(S1a) 내지 제4트랜지스터(S2b)는 일정한 시간 간격으로 스위칭되며, 제1트랜지스터(S1a) 및 제2트랜지스터(S1b)와 제3트랜지스터(S2a) 및 제4트랜지스터(S2b)는 서로 다른 시간에 각각 턴온될 수 있다. 일례로, 제1신호(S1) 및 제2신호(S2)는 200㎐의 주파수의 구형파일 수 있다. 이때, 위치 연산부(132)는 100㎐의 주파수로 절개 위치를 검출할 수 있다.
즉, 제1트랜지스터(S1a) 및 제2트랜지스터(S1b)가 턴온되고, 제3트랜지스터(S2a) 및 제4트랜지스터(S2b)가 턴오프되면, 전원공급부(110)는 제1구동층(121)으로 전압(VS)을 인가할 수 있다.
이와 유사하게 제3트랜지스터(S2a) 및 제4트랜지스터(S2b)가 턴온되고, 제1트랜지스터(S1a) 및 제2트랜지스터(S1b)가 턴오프되면, 전원공급부(110)는 제2구동층(123)으로 전압(VS)을 인가할 수 있다.
이에 의해, 하나의 감지층을 이용하면서도 절개 위치를 2차원 좌표로 정확하게 산출할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100 : 절개술 트레이닝 시스템
110 : 전원공급부 111 : 양극 배선
112 : 음극 배선 120 : 절개위치 감지센서
121 : 제1구동층 121a : 제1전극
121b: 제2전극 122 : 제1절연층
123 : 제2구동층 123a: 제3전극
123b : 제4전극 124 : 제2절연층
125 : 감지층 125a : 제5전극
126 : 제1보호층 127 : 제2보호층
130 : 제어부 132 : 위치 연산부
134 : 절개 경로 산출부 140 : 저장부
150 : 디스플레이부 160 : 절개 수단
SW : 스위치부

Claims (18)

  1. 전도성 물질로 이루어지고 양측에 제1전극 및 제2전극이 형성되는 제1구동층;
    절연성 물질로 이루어지고 상기 제1구동층의 일측에 배치되는 제1절연층;
    전도성 물질로 이루어지고 상기 제1절연층의 일측에 배치되며 제1전극 및 상기 제2전극에 각각 직교하도록 그 양측에 제3전극 및 제4전극이 형성되는 제2구동층;
    절연성 물질로 이루어지고 상기 제2구동층의 일측에 배치되는 제2절연층; 및
    전도성 물질로 이루어지고 상기 제2절연층의 일측에 배치되며 둘레를 따라 제5전극이 형성되는 감지층;을 포함하고,
    상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되며,
    상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 미리 정해진 저항값을 갖는 절개위치 감지센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 전도성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어지고, 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층은 절연성 테이프 또는 절연성 박막 필름으로 이루어지는 절개위치 감지센서.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 동일한 크기를 갖는 절개위치 감지센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1구동층, 상기 제2구동층 및 상기 감지층은 정사각형으로 이루어진 절개위치 감지센서.
  6. 제1항에 있어서,
    절연성 물질로 이루어지고 상기 제1구동층의 타측 및 상기 감지층의 일측에 각각 배치되는 보호층을 더 포함하는 절개위치 감지센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부를 더 포함하는 절개위치 감지센서.
  8. 전도성 물질로 이루어지고 양측에 제1전극 및 제2전극이 형성되는 제1구동층;
    절연성 물질로 이루어지고 상기 제1구동층의 일측에 배치되는 제1절연층;
    전도성 물질로 이루어지고 상기 제1절연층의 일측에 배치되며 제1전극 및 상기 제2전극에 각각 직교하도록 그 양측에 제3전극 및 제4전극이 형성되는 제2구동층;
    절연성 물질로 이루어지고 상기 제2구동층의 일측에 배치되는 제2절연층;
    전도성 물질로 이루어지고 상기 제2절연층의 일측에 배치되며 둘레를 따라 제5전극이 형성되는 감지층; 및
    상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하고,
    상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되며,
    상기 전원공급부는 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 교번하여 전원을 공급하는 절개위치 감지센서.
  9. 인체모형의 인공피부 아래에 배치되며 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 절개위치 감지센서;
    상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부; 및
    전도성 물질로 이루어진 절개 수단이 상기 인공피부를 절개하는 경우, 상기 절개 수단이 상기 절개위치 감지센서를 관통함에 따라 상기 절개 수단을 통하여 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층과 전기적으로 연결되는 상기 감지층에서 전위를 검출하고 상기 검출된 전위에 따라 상기 절개 수단의 절개위치를 연산하는 위치 연산부;를 포함하는 절개술 트레이닝 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이 또는 상기 제3전극과 상기 제4전극 사이의 거리를 기초로 상기 검출된 전위에 대한 상기 전원공급부에서 인가되는 전압의 비율로 상기 절개위치를 연산하는 절개술 트레이닝 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전원공급부가 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 교번하여 공급하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하는 절개술 트레이닝 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 전원공급부의 전원 교번에 따라 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층 중 어느 하나에 대하여 상기 전위를 검출하는 절개술 트레이닝 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는 일정한 시간 간격으로 스위칭되는 절개술 트레이닝 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극의 각각에 연결되고 제1신호에 의해 동시에 제어되는 제1트랜지스터 및 제2트랜지스터; 및
    상기 제3전극 및 상기 제4전극의 각각에 연결되고 상기 제1신호의 반전되는 제2신호에 의해 제어되는 제3트랜지스터 및 제4트랜지스터를 포함하는 절개술 트레이닝 시스템
  15. 제9항에 있어서,
    상기 감지층은 상기 제5전극의 일측에 풀다운 저항이 구비되는 절개술 트레이닝 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 풀다운 저항의 저항값은 상기 감지층의 저항값 및 도전성 절개 수단의 저항값의 합보다 100배 이상 큰 절개술 트레이닝 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 위치 연산부에서 산출된 위치를 누적하여 상기 절개 수단에 의한 절개 경로를 산출하는 절개 경로 산출부;를 더 포함하는 절개술 트레이닝 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절개 경로 산출부는 상기 산출된 절개 경로를 상기 인체모형의 절개 부위에 중첩하여 디스플레이하도록 출력하는 절개술 트레이닝 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022093507A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Training prosthetic for self-cannulation training
US11972697B2 (en) 2020-10-28 2024-04-30 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Training prosthetic for self-cannulation training

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07239748A (ja) * 1994-03-01 1995-09-12 Fujitsu Ltd 座標検出装置
JP2004348095A (ja) 2003-03-26 2004-12-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology トレーニングシステム
KR20090085587A (ko) * 2006-09-29 2009-08-07 각코호진 와세다다이가쿠 의료용 테크닉 평가 시스템, 테크닉 평가 장치 및 테크닉 평가 장치용 프로그램

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07239748A (ja) * 1994-03-01 1995-09-12 Fujitsu Ltd 座標検出装置
JP2004348095A (ja) 2003-03-26 2004-12-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology トレーニングシステム
KR20090085587A (ko) * 2006-09-29 2009-08-07 각코호진 와세다다이가쿠 의료용 테크닉 평가 시스템, 테크닉 평가 장치 및 테크닉 평가 장치용 프로그램

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022093507A1 (en) * 2020-10-28 2022-05-05 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Training prosthetic for self-cannulation training
US11605311B2 (en) 2020-10-28 2023-03-14 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Training prosthetic for self-cannulation training
US11972697B2 (en) 2020-10-28 2024-04-30 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Training prosthetic for self-cannulation training

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