KR102279467B1 - 봉합술 트레이닝 시스템 - Google Patents

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Abstract

봉합술 트레이닝 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템은 봉합술기를 훈련하기 위한 봉합술 트레이닝 시스템으로서, 절개 부위를 포함하는 인공피부; 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 감지층을 포함하고, 상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되는 봉합위치 감지센서; 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 전도성 물질로 이루어진 봉합 수단이 상기 인공피부의 절개 부위를 봉합하는 경우, 상기 봉합 수단이 상기 봉합위치 감지센서를 관통함에 따라 상기 봉합 수단을 통하여 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층과 전기적으로 연결되는 상기 감지층에서 전위를 검출하고 상기 검출된 전위에 따라 상기 봉합 수단의 봉합위치를 연산하는 위치 연산부;를 포함한다.

Description

봉합술 트레이닝 시스템{Suture Training System}
본 발명은 봉합술 트레이닝 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 의료인의 봉합술기 수련을 위한 봉합술 트레이닝 시스템이다.
일반적으로 의료분야에서 봉합술은 기본적이면서 가장 많이 사용되고 있는 외과 술기이다. 그러나 동일한 정도의 외상임에도 불구하고 의료인의 숙련도에 따라 상처의 예후를 달리하는 것에서 알 수 있듯이 의료인이 환자에게 일정 수준 이상의 봉합술을 제공하기 위해서는 많은 훈련을 필요로 한다.
그러나 수련의들은 대부분 인공피부나, 동물 사체 등을 사용하여 단순히 반복하여 감각을 인지하는 과정을 통해 술기 능력을 향상시키고 있다.
이에 따른 훈련방법은 훈련 결과물의 평가를 위해 전문가들이 직접 눈으로 평가하고 피드백을 주어야 하는 문제점이 있다. 즉, 훈련을 위해 시간이 다수 소요되며, 개인 선호에 따라 평가방법이 달라지는 등 주관적인 평가에 의할 수 있는 단점이 있다.
이를 보완하기 위해 아래의 특허문헌과 같이 가상 현실(Virtual Reality)을 이용한 간접 체험을 제공하며 동시에 소정의 평가방법에 따른 피드백을 확인할 수 있는 시뮬레이터가 제안된 바 있다.
그러나, 가상 현실을 이용한 시뮬레이터에 의해 제공되는 경험은 간접 경험일 뿐, 실제 피부조직에 의해 이루어지는 임상 경험과는 거리가 멀어 결과적으로 술기훈련에서 가장 중요한 감각적인 훈련이 배제되는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해 수련의에게 실제 임상 경험과 가까운 감각훈련이 가능하면서도 객관적인 피드백을 즉각적으로 제공하여 줄 수 있는 봉합술 트레이닝 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
미국등록특허 공개공보 8834170 B2
본 발명의 일 실시예는 봉합술 트레이닝 과정에서 봉합 위치를 정확히 감지하여 봉합의 품질을 정량적으로 평가할 수 있는 봉합술 트레이닝 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 수련의가 훈련과 동시에 즉각적으로 피드백을 제공받을 수 있는 봉합술 트레이닝 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 봉합술기를 훈련하기 위한 봉합술 트레이닝 시스템으로서, 절개 부위를 포함하는 인공피부; 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 감지층을 포함하고, 상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되는 봉합위치 감지센서; 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부; 및 전도성 물질로 이루어진 봉합 수단이 상기 인공피부의 절개 부위를 봉합하는 경우, 상기 봉합 수단이 상기 봉합위치 감지센서를 관통함에 따라 상기 봉합 수단을 통하여 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층과 전기적으로 연결되는 상기 감지층에서 전위를 검출하고 상기 검출된 전위에 따라 상기 봉합 수단의 봉합위치를 연산하는 위치 연산부;를 포함하는 봉합술 트레이닝 시스템가 제공된다.
이때, 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 봉합위치를 연산할 수 있다.
이때, 상기 전원공급부가 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 교번하여 공급하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 위치 연산부는 상기 전원공급부의 전원 교번에 따라 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층 중 어느 하나에 대하여 상기 전위를 검출할 수 있다.
이때, 상기 스위칭부는 일정한 시간 간격으로 스위칭될 수 있다.
이때, 상기 위치 연산부에서 산출된 적어도 2 이상의 위치를 연결하여 상기 봉합 수단에 의한 봉합 경로를 산출하는 봉합 경로 산출부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 봉합 경로 산출부에서 산출된 봉합 경로와 기준 경로를 서로 비교하여 봉합술 트레이닝을 평가하는 봉합훈련 평가부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 봉합 경로 산출부에서 산출된 상기 봉합 경로를 상기 인체모형의 봉합 부위에 중첩하여 출력하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 디스플레이부는 상기 봉합 경로 산출부로부터 무선통신에 의해 데이터를 수신하여 출력할 수 있다.
이때, 상기 디스플레이부는 개인용 통신단말기기를 이용하여 상기 봉합 경로를 상기 인체모형의 봉합 부위에 중첩하여 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템은 봉합위치 감지센서를 인체모형에 내장하여 전원을 인가하고 봉합 수단에 의해 봉합된 위치의 전위를 검출하여 위치를 연산함으로써, 훈련자에게 보다 정밀한 봉합 위치(경로)를 신속히 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템은 봉합위치 감지센서를 인공피부의 아래에 배치함으로써 실제 봉합 과정에서의 촉각적 감각을 현실감 있게 재현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템은 봉합술 트레이닝 과정에서 봉합 부위에 대하여 정량적으로 평가할 수 있으므로 임상 경험이 부족한 연수생들에게 적절한 피드백을 제공할 수 있어 스스로 교육 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템은 개인용 통신단말기기를 통해 훈련 결과물에 대한 즉각적인 시각화가 가능하므로 시간적, 공간적 제약 없이 효과적인 훈련을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템이 인체모형에 적용된 상태를 도시한 사진이다.
도 4는 도 1의 봉합위치 감지센서를 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 도 4의 봉합위치 감지센서를 이용한 위치 검출의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에서 봉합위치 감지센서의 출력을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 등가회로도이다.
도 8은 도 4의 봉합위치 감지센서에 전원을 인가하는 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 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 봉합술 트레이닝 시스템을 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템(100)은 전원공급부(110), 봉합위치 감지센서(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
봉합술 트레이닝 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같은 봉합 과정을 트레이닝하기 위한 시뮬레이션 시스템이다. 여기서, 봉합 절차는 부상이나 수술 후에 찢어지거나 절개된 신체 조직을 꿰매어 붙이고 이를 유지하는 데 사용되는 의료행위를 의미할 수 있다.
이때, 봉합술 트레이닝 시스템(100)은 외부에 노출되는 피부조직에 대한 봉합술을 일례로 설명하지만 이에 한정되지 않고 신체 내부의 장기에 대한 봉합술에도 적용될 수 있다.
도 2 및 3을 참조하면, 봉합술 트레이닝 시스템(100)은 인간의 신체를 재현하는 인체모델(10)에 내장된 봉합위치 감지센서(120)를 이용하여 봉합 수단(160) 예를 들면 바늘에 의한 봉합 위치를 감지하고 이를 시각화할 수 있다.
전원공급부(110)는 봉합위치 감지센서(120)에 전원을 공급한다. 여기서, 전원공급부(110)는 직류 전압원일 수 있다.
이때, 봉합위치 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.
전술한 바와 같이 봉합위치 감지센서(120)는 봉합술 트레이닝을 위한 인체모형(10)에 내장된다. 도 3을 참조하면, 봉합위치 감지센서(120)는 인체모형(10)의 인공피부(11)의 아래에 배치된다. 즉, 봉합위치 감지센서(120)는 인체모형(10)에 내장되고 인공피부(11)에 의해 상면이 덮힐 수 있다.
이때, 인공피부(11)는 일부에 상처를 모사한 절개 부위가 형성될 수 있다. 즉, 단절이 없이 매끈한 인공피부(11)의 일부 영역에서 인공피부(11)가 양쪽으로 찢어지거나 또는 벌어진 형태를 포함할 수 있다.
여기서, 봉합술 트레이닝 시 전도성 물질로 이루어진 봉합 수단(160)이 절개 부위와 인접한 인공피부(11)를 관통하는 경우, 아래에 배치된 봉합위치 감지센서(120)도 함께 관통된다. 이때, 봉합위치 감지센서(120)는 전원공급부(110)로부터 인가되는 전압에 의해 봉합 수단(160)의 봉합위치를 기준으로 이에 대응하는 전위가 분배될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 봉합위치 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, 봉합위치 감지센서(120)는 비용이 저렴하고 박막 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 봉합위치 감지센서(120)는 테이프 또는 박막 필름으로 이루어질 수 있다. 그러나 봉합위치 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.
보다 상세하게, 제1구동층(121), 제2구동층(123) 및 감지층(125)은 천 테이프에 전도성 잉크를 고르게 도포하고 잉크가 굳기 전에 구리테이프(전극)를 양 끝단에 접착시킴으로써 형성될 수 있다. 또한 제1절연층(122) 및 제2절연층(124)는 플라스틱테이프나 Opsite 필름을 이용하여 형성될 수 있다.
이에 의해, 봉합위치 감지센서(120)는 인체모형(10)의 인공피부(11) 아래에 용이하게 내장될 수 있다.
더욱이, 봉합위치 감지센서(120)는 봉합 수단(160)에 의해 인공피부(11)의 봉합시 추가적인 저항력을 발생하지 않고 용이하게 관통될 수 있으므로 봉합술의 현실성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 봉합위치 감지센서(120)는 저렴한 비용으로 제작할 수 있고 따라서 인공피부(11)와 함께 봉합되어 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 4에서 전후 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 4에서 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 봉합 수단(160)의 봉합 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, 봉합위치 감지센서(120)는 봉합 위치(또는 경로)를 2차원 좌표로 정확하고 정밀하게 검출 및 연산할 수 있고, 따라서 트레이닝 결과의 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 봉합위치 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 봉합위치 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 봉합위치 감지센서(120)의 하면에서 감지층(125)을 외부와 절연 및 보호하기 위해 배치될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 봉합위치 감지센서(120)에 의한 봉합 위치의 연산 원리를 보다 상세하게 설명한다.
도 6을 참조하면, 봉합 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, 봉합 수단(160)이 제2구동층(123)의 특정 위치를 관통하면, 봉합 수단(160)의 관통 지점(P1)과 제4전극(123b) 사이에는 제2구동층(123)의 저항값 및 그 사이의 거리(L1)에 따른 제1저항(R1)이 형성된다. 이와 유사하게, 봉합 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.
[수학식 1]
Figure 112019120573484-pat00001
여기서, ρ는 제2구동층(123)의 비저항, L1은 제4전극(123b)과 봉합 지점(P1) 사이의 거리, A1은 제4전극(123b)과 봉합 지점(P1) 사이의 수직 단면적, L2는 제3전극(123a)과 봉합 지점(P1) 사이의 거리, A2는 제3전극(123a)과 봉합 지점(P1) 사이의 수직 단면적이다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는, A1와 A2는 동일할 수도 있다. 이와 같이 A1와 A2가 서로 동일할 경우, 저항(R1, R2)은 길이(L1, L2)에 비례할 것이다.
따라서 봉합 지점(P1)의 전위(Vp)는 하기의 수학식 1과 같이 인가된 전압(VS)에 대한 전압 분배로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019120573484-pat00002
여기서, 도 5의 위치별 전위 그래프에 도시된 바와 같이, 제2구동층(123)의 저항값에 의해, 봉합 지점(P1)에서의 전위는 봉합 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.
[수학식 3]
Figure 112019120573484-pat00003
여기서, L은 제3전극(123a)과 제4전극(123b) 사이의 거리로서, L1+L2이다.
이와 같이, 봉합 지점(P1)에서의 전위를 검출하면, 제4전극(123b)으로부터의 거리(L1)를 산출할 수 있고 따라서 봉합 수단(160)의 봉합 위치를 산출할 수 있다.
즉, 위치 연산부(132)는 제3전극(123a)과 제4전극(123b) 사이의 거리(L)를 기초로 봉합 지점(P1)에서 검출된 전위(Vp)에 대한 전원공급부(110)에서 인가되는 전압(VS)의 비율로 봉합 위치를 연산할 수 있다.
한편, 봉합 지점(P1)에서의 전위는 감지층(125)을 통하여 검출될 수 있다. 여기서, 전도성 물질로 이루어진 봉합 수단(160)이 인공피부(11)를 관통하는 경우, 인공피부(11)와 함께 봉합위치 감지센서(120)도 관통된다.
이때, 봉합 수단(160)이 봉합위치 감지센서(120)를 관통함에 따라 봉합 수단(160)을 통하여 제2구동층(123)과 감지층(125)이 전기적으로 연결된다.
도 6을 참조하면, 제2구동층(123)과 감지층(125)의 출력 단자(SO) 사이에는 봉합 수단(160)에 의한 제3저항(R3)과 감지층(125)에 의한 제4저항(R4)이 추가로 형성된다.
즉, 제2구동층(123)의 봉합 지점(P1)과 감지층(125)의 봉합 지점(P2) 사이에는 봉합 수단(160)이 갖는 저항값에 의해 제3저항(R3)이 형성된다. 또한, 감지층(125)의 봉합 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 봉합 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 7을 참조하면, 봉합 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 봉합 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, 봉합 지점(P1)의 전위를 산출할 수 있다.
한편, 봉합위치 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 8을 참조하면, 봉합술 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 봉합 지점(P1)의 전위를 검출할 수 있다. 따라서 위치 연산부(132)는 전원의 교번 인가에 의해 봉합 지점(P1)의 위치에 대한 x 및 y 좌표를 산출할 수 있다.
일례로, 스위치부(SW)는 트랜지스터를 포함할 수 있다.
도 9를 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 봉합 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 봉합 위치를 2차원 좌표로 정확하게 산출할 수 있다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템(100)의 제어부(130)는 봉합 수단(160)이 인공피부(11)를 관통하는 경우, 해당 봉합위치를 연산하여 봉합 경로를 산출할 수 있다.
이때, 제어부(130)는 전원공급부(110)가 봉합위치 감지센서(120)의 방향에 대하여 교번하여 전원을 공급하도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(130)는 위치 연산부(132) 및 봉합 경로 산출부(134)를 포함할 수 있다.
위치 연산부(132)는 봉합위치 감지센서(120)로부터 봉합 수단(160)의 위치에 대응하는 전위를 검출한다. 이때, 위치 연산부(132)는 전원공급부(110)에서 봉합위치 감지센서(120)로 인가하는 전압과 검출된 전위의 비에 따라 봉합 수단(160)의 위치를 산출할 수 있다. 이와 같은 봉합 수단(160)의 위치 산출은 도 5를 참조하여 후술한다.
봉합 경로 산출부(134)는 위치 연산부(132)에서 산출된 적어도 2 이상의 위치를 서로 연결하여 봉합 수단(160)에 의한 봉합 경로를 산출할 수 있다. 일례로 바늘과 같은 봉합 수단(160)이 인공피부(11)의 하면에서 상면방향으로 나오면서 관통하는 지점의 위치와 뒤이어서 인공피부(11)의 상면에서 하면방향으로 들어가면서 관통하는 지점을 서로 연결함으로써 봉합 경로를 산출할 수 있다.
이때, 봉합술 트레이닝 시스템(100)은 저장부(140)를 더 포함할 수 있다. 즉, 봉합 경로 산출부(134)는 봉합 수단(160)에 대하여 검출된 위치를 저장부(140)에 저장할 수 있다. 아울러, 봉합경로 산출부(134)는 저장된 봉합 위치들로부터 봉합 경로를 산출할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 봉합 경로 산출부(134)는 인체모형(10)에 대응하는 영상에 산출된 봉합 경로를 중첩하여 후술될 디스플레이부(150)를 통하여 디스플레이하도록 제어할 수 있다.
즉, 봉합경로 산출부(134)는 도 3과 같이 훈련자가 봉합시 발생한 오류의 정도를 스스로 인지할 수 있도록 봉합 경로를 기준 경로와 함께 도시하여 그래픽으로 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(130)는 봉합훈련 평가부(136)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세하게, 제어부(130)는 훈련자에 의한 봉합 경로와 기준 경로를 서로 비교하여 오차 정도를 계산함으로써 훈련자에 의한 봉합품질을 정량화할 수 있다.
일례로, 기준 경로가 X축 및 Y축을 기준으로 기울어진 각도와 훈련자에 의한 봉합 경로가 X축 및 Y축을 기준으로 기울어진 각도를 측정하여 차이의 정도를 정량화 할 수 있다. 다른 예로, 봉합 경로의 진행에 따라 각각의 봉합선이 평행한 정도 또는 봉합길이의 균일 정도를 정량화 할 수도 있다.
또한 봉합훈련 평가부(136)는 저장부(140)에 저장된 날짜별 봉합 경로를 서로 비교하여 훈련자의 기간별 훈련성과를 분석할 수도 있다. 한편, 각 훈련자별 훈련 성과물(봉합 경로)를 각각 별도로 인식하여 서로 비교할 수도 있다. 그러나, 봉합훈련 평가부(136)의 적용이 이에 한정되는 것은 아니며, 봉합 품질을 평가할 수 있는 다양한 정량 지표가 채택될 수 있을 것이다.
이와 같이 봉합훈련 평가부(136)를 통해 정량화된 훈련성과는 디스플레이부(150)를 통해 도시됨으로써, 훈련자는 본인의 훈련 성과를 객관적으로 피드백 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 봉합술 트레이닝 시스템(100)은 봉합경로를 디스플레이하는 디스플레이부(150)를 더 포함할 수 있다.
디스플레이부(150)는 봉합 경로 산출부(134)에 의해 산출된 봉합 경로를 인체모형(10)의 대응 위치에 중첩하여 도시하는 것 또는 전술한 훈련평가 결과를 도시하는 것과 같이 훈련 과정에서 필요한 정보를 이미지 또는 텍스트 형태로 표시한다. 따라서 훈련자는 자율적으로 교육 효과를 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 훈련자는 봉합위치 감지센서(120)가 포함된 인체모형(10)을 통해 봉합술을 훈련하면서, 이와 인접한 곳에 디스플레이부(150)를 배치함으로써 훈련과 관련된 피드백을 즉시 확인할 수 있다.
한편, 디스플레이부(150)는 LCD 패널 또는 OLED 패널과 같이 다양한 종류의 패널 중 하나로 구현될 수 있으며, 터치 기능을 갖는 터치 패널로 구현될 수 있다.
이때, 디스플레이부(150)는 데이터 전송을 위해 전술한 제어부(130)와 유선 케이블에 의해 연결될 수 있다.
또한, 디스플레이부(150)는 별도의 통신수단을 구비하여 제어부(130)와 무선 통신에 의해 연결될 수도 있다.
일례로 휴대폰, 태블릿 PC 등과 같이 훈련자의 개인용 통신단말기기에 포함된 패널이 디스플레이부(150)로 이용될 수도 있다. 이 경우 훈련자는 봉합술 트레이닝 시스템(1)이 설치된 특정 장소 외에 개인의 주거시설과 같은 곳에서도 훈련을 수행할 수 있다. 즉, 봉합술 트레이닝의 공간적 제약을 극복함으로써 자유롭게 훈련을 수행할 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 : 봉합술 트레이닝 시스템
110 : 전원공급부 111 : 양극 배선
112 : 음극 배선 120 : 봉합위치 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 : 봉합 경로 산출부 136 : 봉합 훈련 평가부
140 : 저장부 150 : 디스플레이부
160 : 봉합 수단 SW : 스위치부

Claims (10)

  1. 봉합술기를 훈련하기 위한 봉합술 트레이닝 시스템으로서,
    절개 부위를 포함하는 인공피부;
    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 감지층을 포함하고, 상기 제1구동층, 상기 제1절연층, 상기 제2구동층, 상기 제2절연층 및 상기 감지층은 순차적으로 적층되는 봉합위치 감지센서;
    상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 공급하는 전원공급부;
    전도성 물질로 이루어지며, 상기 절개 부위와 인접한 영역의 상기 인공피부를 관통하는 바늘;및
    상기 바늘이 상기 절개 부위를 봉합하는 경우, 상기 바늘이 상기 봉합위치 감지센서를 관통함에 따라 상기 바늘을 통하여 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층과 전기적으로 연결되는 상기 감지층에서 전위를 검출하고 상기 검출된 전위에 따라 상기 바늘의 봉합위치를 연산하는 위치 연산부;를 포함하고,
    상기 전원공급부는 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 교번하여 전원을 공급하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  2. 제1항에 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 봉합위치를 연산하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급부가 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층에 전원을 교번하여 공급하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 연산부는 상기 전원공급부의 전원 교번에 따라 상기 제1구동층 및 상기 제2구동층 중 어느 하나에 대하여 상기 전위를 검출하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 스위칭부는 일정한 시간 간격으로 스위칭되는 봉합술 트레이닝 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치 연산부에서 산출된 적어도 2 이상의 위치를 연결하여 상기 바늘에 의한 봉합 경로를 산출하는 봉합 경로 산출부를 더 포함하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 봉합 경로 산출부에서 산출된 봉합 경로와 기준 경로를 서로 비교하여 봉합술 트레이닝을 평가하는 봉합훈련 평가부를 더 포함하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 봉합 경로 산출부에서 산출된 상기 봉합 경로를 인체모형의 봉합 부위에 중첩하여 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 봉합술 트레이닝 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 상기 봉합 경로 산출부로부터 무선통신에 의해 데이터를 수신하여 출력하는, 봉합술 트레이닝 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 개인용 통신단말기기를 이용하여 상기 봉합 경로를 상기 인체모형의 봉합 부위에 중첩하여 출력하는, 봉합술 트레이닝 시스템.
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