KR102660686B1 - 신체 압박부를 포함하는 신체 자동 침습 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 신체에 침습하는 주사침을 지지하는 주사침 유니트 지지부와; 침습 대상을 포함하는 신체를 압박하는 압박부(500)를 포함한다.

Description

신체 압박부를 포함하는 신체 자동 침습 장치{Automatic Invasion Device to Human Body Comprising Portion of Pressing the Body}
본 발명은 신체 자동 침습 장치에 대한 것으로서 보다 구체적으로는 침습 위치 탐지를 위해 신체 부위를 압박할 수 있는 신체 압박부를 포함하는 신체 자동 침습 장치에 대한 것이다.
병의원 등 의료 기관에서 채혈이나 주사액 주입을 위해 사람의 표재정맥에 주사침을 꽂는 경우가 매우 많다. 현재는 표재 정맥 등의 혈관의 위치를 찾도록 교육 받고 수련을 한 의사, 간호사 또는 임상병리사가 표재 정맥을 찾아 주사기를 꽂고 있는데 교육에 오랜 시간이 걸리고 전문 인력 고용을 위한 비용도 지속적으로 발생하며 한 번에 성공하지 못하고 여러 번 찔러야 하는 경우가 많은 문제가 있다. 아기, 노인, 항암치료 중인 환자와 같이 혈관 상태가 양호하지 않은 경우 또는 피부가 어두운 색이어서 혈관이 시각적으로 잘 보이지 않는 경우에는 숙련된 전문가도 혈관을 찾기가 매우 어려운 한계가 있다.
또한, 교육을 잘 받고 숙련된 의료진이라고 하더라도 반복적인 채혈작업 등은 피로도가 높고 거부감을 많이 야기하는 술기이기도 하며, 채혈 과정에서 실수로 피검자의 혈액이 술기자에게 튀거나 술기자의 신체로 들어가서 감염될 위험성도 상존하고 있는 등, 사람에 의한 채혈 등은 많은 문제점을 가지고 있었다.
본 출원인은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 침습을 시행할 신체 부분 예를 들어 표재 정맥의 위치를 자동으로 탐지하는 방법에 대해서 2020년 1월 29일에 특허출원 제10-2020-0010302호로, 자동 신체 침습 장치에 대해서 2020년 4월 2일에 특허출원 제10-2020-0040097호로 특허출원한 바 있다. 이 특허출원의 내용은 본 명세서에 전체로서 참조된다.
[선행기술문헌]
한국특허등록 제10-1601421호 (발명의 명칭: 자동채혈방법; 공고일:2016년 3월 10일)
본 발명은, 침습을 시행할 신체 부분의 위치가 확정되면, 그 해당 위치로 침습 장치를 이동시켜서 침습을 수행함에 있어서, 침습 위치를 보다 더 정확하게 탐지할 수 있도록 신체 압박부를 포함하는 신체 자동 침습 장치에 대한 것이다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 신체에 침습하는 주사침을 지지하는 주사침 유니트 지지부와; 침습 대상을 포함하는 신체를 압박하는 압박부를 포함한다.
상기 압박부는, 피압박 신체에 접촉하여 압박하도록 되어 있는 압박 밴드와; 상기 압박 밴드를 지지하는 적어도 한쌍의 이동부와; 상기 이동부를 압박 방향 및 압박 해제 방향으로 구동하는 구동 장치를 포함할 수 있다.
상기 압박 밴드는, 압박 전 초기 상태에서 피압박 신체와 접촉하지 않도록 배치될 수 있다.
상기 압박부는, 가이드봉과; 상기 구동 장치의 작동에 의해 상기 가이드봉을 따라 제1 방향을 따라 이동하는 제1 너트와; 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 상기 가이드봉을 따라 이동하는 제2 너트를 포함할 수 있으며, 상기 제1 너트 및 제2 너트는 상기 적어도 한쌍의 이동부에 연결되어 상기 이동부를 가이드봉을 따라 이동시킬 수 있다.
본 발명에 의한 자동 신체 침습 장치는, 가이드봉과 구동 장치의 출력축을 연결하는 커플링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 자동 신체 침습 장치는, 침습 위치를 탐지하는 초음파 프로브와; 상기 초음파 프로브를 지지하며, 초음파 프로브를 소정의 방향으로 이동시키는 프로브 유니트를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치를 이용한 혈압 또는 맥박의 측정 방법은, 상기 압박부로 상완을 압박하는 제1 단계와; 프로브 유니트가 상기 초음파 프로브를 하완에서 소정의 방향으로 이동시켜 초음파 영상을 통해 혈류량을 측정함으로써 혈압 또는 맥박을 측정하는 제2 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 혈압 또는 맥박 측정 방법은 상완을 압박하는 압력을 변화시키는 제1-1 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 신체 압박부를 포함하여 침습 위치 탐지에 유리한 신체 자동 침습 장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 침습과 함께 혈압 또는 맥박도 함께 측정할 수 있음으로 인해 미주신경성 실신 가능성을 미연에 탐지하고 그에 대한 의학적 조치를 취할 수 있는 효과도 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 사면 조정부의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 사면 조정부의 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 이송부의 측면도.
도 5는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 이송부의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부의 평면도.
도 7은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부의 정면도.
도 8은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부의 좌측면도.
도 9는 본 발명에 의한 진공 튜브 구동부의 정면 확대도.
도 10은 본 발명에 의한 진공 튜브 구동부의 우측면 확대도.
도 11은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 프로브 유니트와, 신체 압박부와, 신체 접촉물 공급부의 측면도.
도 12는 본 발명의 프로브 유니트의 측면도로서 침습 위치를 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 프로브 유니트와, 신체 압박부와, 신체 접촉물 공급부의 정면도.
도 14는 본 발명에 의한 신체 압박부와 신체 접촉물 공급부의 확대 정면도.
도 15는 본 발명에 의한 신체 압박부와 신체 접촉물 공급부의 측면 확대도.
도 16은 신체 접촉물 밴드의 일례를 도시한 도면.
도 17은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 방법의 흐름도.
도 18은 도 10에 도시된 단계 중 타겟 신체부 탐지 방법의 흐름도.
도 19 내지 도 22는 타겟 혈관을 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다.
본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 최소한의 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 언급되지 않은 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 설명하는 예시적인 실시예는 본 명세서에 개시(開示)되는 장치의 구조, 기능, 제작 및 용도와 방법의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공한다. 이러한 하나 이상의 실시예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 당업자라면 여기에 구체적으로 기재되고 첨부 도면에 도시되어 있는 장치 및 방법이 비제한적이고 예시적인 실시예이며 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 의해서 정의된다는 점을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시예와 관련되어 도시되고 설명되는 특징은 다른 실시예의 특징과도 결합될 수 있다. 그러한 수정(modification) 또는 변경(variation)은 본 발명의 권리범위에 포함되도록 의도된다.
본 발명의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행 단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다. 그리고 본 명세서에서 “A 또는 B”은 A와 B 중 어느 하나를 선택적으로 가리키는 것뿐만 아니라 A와 B 모두를 포함하는 것도 의미하는 것으로 정의된다. 또한, 본 명세서에서 "포함"이라는 용어는 포함하는 것으로 나열된 요소 이외에 추가로 다른 구성요소를 더 포함하는 것도 포괄하는 의미를 가진다.
본 발명에 의한 제어 방법은 컴퓨터, 태블릿 PC, 모바일폰, 휴대용 연산 장치, 고정식 연산 장치 등의 전자적 연산 장치에 의해서 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 방법 또는 형태가 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 프로세서는, 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 설치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령을 저장하도록 되어 있는 메모리가 그러한 장치에 설치되어서 프로그램이 저장된 프로그램 명령을 프로세서가 실행하도록 특별히 프로그램되어 하나 또는 그 이상의, 본 명세서에 기재된 기재된 바와 같은 프로세스를 실행할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 정보 및 방법 등은, 하나 또는 그 이상의 추가적인 구성요소와 프로세서를 포함하는 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 의해서 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 제어 로직은, 프로세서, 제어부/제어 유니트 등에 의해 실행가능한 프로그램 명령을 포함하는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래시 드라이브, 스마트 카드, 광학 데이터 저장 장치 등이 있지만 그에 제한되는 것은 아니다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어, 컴퓨터 판독 가능 매체가 분산된 방식 예를 들어 원격 서버 또는 CAN(Controller Area Network)에 의해 분산된 방식으로 저장되고 실행될 수도 있다.
도 1에는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 블록도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는 제어부(100)와, 사면(斜面) 조정부(22)와, 이송부(20)와, 주사침 유니트 가동부(30)와, 프로브 유니트(40)와, 진공튜브 구동부(50)와, 신체 압박부(500)와, 신체 접촉물 공급부(600)를 포함한다.
제어부(100)는, 사면 조정부(22)와, 이송부(20)와, 주사침 유니트 가동부(30)와, 프로브 유니트(40)와, 진공튜브 구동부(50)와, 신체 압박부(500)와, 신체 접촉물 공급부(600)의 동작을 제어한다. 제어부(100)는 전자적 연산 장치의 일부가 될 수 있으며, 범용적인 하드웨어와 그 기능을 수행하는 소프트웨어의 논리적 결합을 의미한다. 제어부(100)가 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 작동을 위해 생성하는 제어 명령은 전술한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해서 생성될 수 있다.
도 2에는 사면 조정부(22)의 정면도가 도 3에는 사면 조정부(22)의 측면도가 도시되어 있다.
사면 조정부(22)는 제1 구동 장치(16)와, 제1 방향 전환부(18)와, 제1 회전축(17)과, 몸체부(19)와, 제2 공압 장치(145)와, 지지암(14)과, 지지대(15)와, 검지부(222; 예를들어 비젼 센서)을 포함한다. 지지암(14)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 제공되는 적어도 한 쌍의 암으로 제공될 수 있으며, 제2 공압 장치(145)에 의해서 서로를 향해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 구동될 수 있다. 지지암(14)은 주사침 유니트(200)의 내측에서 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 주사침 유니트(200)의 내벽에 외측 방사 방향으로 힘을 가하면서 주사침 유니트(200)를 지지할 수 있다. 주사침 유니트(200)의 주사침의 단부의 사면의 방향은 검지부(222)에 의해서 검지될 수 있다.
지지대(15)에 제공된 주사침 유니트(200)의 검지된 사면의 방향이 소망하는 방향이 아닌 경우에는 제어부(100)의 제어 명령에 따라서 제1 구동 장치(16)가 구동하여 몸체부(19)를 제1 회전축(17)에 대해서 회전시켜서 지지암(14)에 의해 지지되어 있는 주사침 유니트(200)의 주사침 사면의 방향을 소망하는 방향으로 조정한다. 제1 구동 장치(16)의 구동력은 제1 방향 전환부(18)에 의해서 몸체부(19)를 회전시키는 방향으로 전환된다. 제1 구동 장치(16)의 구동력의 전달 방향을 전환하는 것은 공지되어 있는 다양한 기구학적 구조를 채택하여 구현할 수 있으며, 제1 방향 전환부(18)는 감속기를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 후술하는 방향 전환부 역시 필요에 따라 감속기를 포함할 수 있다. 제1 구동 장치(16)는 회전 구동 장치 예를 들어 통상의 모터가 될 수도 있고, 또는 직선형 구동 장치 예를 들어 리니어 모터가 될 수도 있다. 리니어 모터를 사용하는 경우 제1 방향 전환부(18)는 직선 운동 방향을 지지암(14)을 회전시키는 회전 방향으로 전환한다.
사면 조정부(22) 뿐만 아니라 후술하는 다른 구성요소에 사용되는 방향 전환부는 필수적인 구성요소는 아니며 구동 장치의 설계에 따라서 사용되지 않을 수도 있다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 신체 자동 침습 장치의 이송부(20)의 측면도와 평면도가 각각 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 이송부(20)에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부가 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부의 평면도가 도 6에 도시되어 있다.
이송부(20)는, 제2 구동 장치(23)와, 가동 암(24)과, 제2 회전축(25)과, 제1 본체부(26)와, 제2 방향 전환부(27)를 포함한다. 가동 암(24)에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부가 제공될 수 있다. 이 사면 조정부는, 주사침 유니트(200)에 접하는 적어도 하나의 롤러(214)와, 롤러(214)를 회전시켜서 주사침 유니트(200)를 회전시키도록 되어 있는 제7 구동 장치(223)와, 검지부(222; 도 4 내지 도 6에는 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 주사침 유니트(200)는 제1 유지부(211)에 의해서 외측이 지지되어 소정의 위치를 유지할 수 있다. 제1 유지부(211)는 서로 평행한 적어도 한 쌍의 암을 포함할 수 있으며, 상기 암은 예를 들어 제3 공압 장치(215)에 의해서 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 구동될 수 있다. 유지부(211)가 서로 가까워져서 주사침 유니트의 외측에 접하면 주사침 유니트(200)의 내측 방향으로 힘을 가해서 지지할 수 있다. 유지부(211)는 지지암(14)과 같이 주사침 유니트(200)의 내측에서 지지할 수도 있다.
롤러(214)의 외주면에는 치부(齒部)가 제공되어 주사침 유니트(200)의 외주면에 접할 수 있다. 주사침 유니트(200)의 외주면에 상기 치부에 상보적인 치부가 제공되면 서로 치합하도록 접할 수 있다. 롤러(214)의 재질은 실리콘 또는 합성 수지 내지 금속이 될 수 있다.
도 6에 도시된 사면 조정부는 주사침 유니트(200)가 롤러(214)의 회전에 의한 종속 회전 방향 이외의 방향으로는 주사침 유니트(200)가 움직이지 않도록 하는 이동 제한부(212, 213)을 더 포함할 수 있다. 이동 제한부(212, 213)는 주사침 유니트(200)의 외주에 복수 개가 제공될 수 있다.
가동 암(24)은, 제2 구동 장치(23)의 구동에 의해서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동할 수 있다. 본 명세서에서 "제1 위치"라 함은, 주사침 유니트(200)가 이송부(20)에 제공되는 위치를 의미하며, "제2 위치"라 함은, 이송부(20)로부터 주사침 유니트 가동부(30)로 주사침 유니트(200)가 전달되는 위치를 의미한다. 사면 조정부(22)는 제1 위치에 인접하거나 제1 위치에 제공될 수도 있고, 제2 위치에 인접하거나 제2 위치에 제공될 수도 있다. 또는, 제1 위치와 제2 위치가 아닌 제3의 위치에도 제공될 수 있으며, 그러한 경우 가동 암(24)은 제1 위치로부터 제3 위치로 주사침 유니트(200)을 이송하여 제3 위치에서 사면 방향이 조정되고, 제3 위치로부터 제2 위치로 주사침 유니트(200)를 이송할 수 있다. 그러한 실시예에서는, 제1 위치로부터 제3 위치로 주사침 유니트(200)를 이송하는 가동 암과, 제3 위치로부터 제2 위치로 주사침 유니트(200)를 이송하는 가동 암은 별개로 구성될 수도 있다.
사면 조정부(22)의 위치는 본 발명의 본질적인 기술적 사상과는 무관하다. 또는, 사면 조정부는 복수 개가 제공될 수도 있다. 사면 조정부가 제2 위치에 제공되는 경우에는 가동 암(24)은 필요하지 않을 수 있다.
도 7에는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부(30)의 정면도가, 도 8에는 좌측면도가 도시되어 있다.
주사침 유니트 가동부(30)는, 제2 본체부(31)와, 제1 공압 장치(32)와, 제3 구동 장치(33)와, 제4 구동 장치(34)와, 연결 부재(35), 제3 회전축(36)과, 제3 방향 전환부(37)와, 진공 튜브 구동부(50)를 포함한다.
연결 부재(35)에는 주사침 유니트(200)가 지지되는데, 제1 공압 장치(32)에 의해 구동되는 적어도 한 쌍의 제2 유지부(321)에 의해서 지지될 수 있다. 또한, 연결 부재(35)에는 진공 튜브 구동부(50)가 지지될 수 있다. 진공 튜브(도시되지 않음)는 주사침 유니트(200)에 삽입되어 채혈시 혈액을 빨아들일 수 있는 장치이다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 주사침 유니트(200)에 삽입되는 진공 튜브로 설명하지만, 주사침 유니트에 삽입될 수 있는 다른 부품을 구동하는 것도 포함된다.
도 9에는 진공 튜브 구동부(50)의 정면 확대도가, 도 10에는 진공 튜브 구동부(50)의 우측면 확대도가 도시되어 있다.
진공 튜브 구동부(50)는, 연결 부재(35)에 연결되는 브라켓(383)과, 진공 튜브 지지부(38)와, 리드 스크류(385)와, 너트(384)와, 연결부(387)와, 제8 구동 장치(39)를 포함한다. 브라켓(383)의 길이 방향을 따라서 가이드(386)가 제공된다. 연결부(387)는 너트(384)의 이동에 따라서 함께 이동하도록 너트(384)에 결합한다.
연결부(387)는, 진공 튜브 지지부(38)와 가이드(386)를 연결한다.
진공 튜브 지지부(38)에는 진공 튜브(도시되지 않음)가 끼워지는 리세스(382; 도 9 참조)가 제공되는데, 리세스(382)에는 끼워지는 진공 튜브의 측면에 접촉하는 치형 유지부(381)가 제공될 수 있다. 치형 유지부(381)에는 진공 튜브 지지부(38)의 길이 방향을 따라 연장하는 치부가 제공될 수 있는데, 그러한 치형 유지부(381)에 의해서 진공 튜브의 삽입은 수월해지는 반면에 진공 튜브가 이탈하는 것은 방지할 수 있다. 또한 진공 튜브 지지부(38)의 길이 방향을 따라 연장하는 치부가 제공됨으로써 진공 튜브를 주사침 유니트(200)에 삽입할 때 진공 튜브의 직진성과 중심을 유지할 수 있다. 치형 유지부(381)는 진공 튜브 지지부(38)의 길이 방향의 축에 대해서 회전 가능하게 제공될 수 있다.
가동 암(24)이 제1 위치에서 제2 위치로 이동하면, 제2 위치에서 제1 공압 장치(32)의 작동에 의해서 제2 유지부(321)가 주사침 유니트(200)를 지지한 후에, 제3 공압 장치(215)의 작동에 의해서 유지부(211)와 주사침 유니트(200)와의 유지 상태가 해제됨으로써 주사침 유니트(200)가 전달될 수 있다. 주사침 유니트(200)가 전달된 후에, 가동 암(24)은 제1 위치로 복귀할 수 있다.
연결 부재(35)에 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 구성의 사면 조정부가 제공될 수도 있다. 주사침 유니트(200)가 도 7에 도시된 바와 같이 주사침 유니트 가동부(30)에 공급되고, 주사침 유니트 가동부(30)에 사면 조정부가 제공되는 실시예에서는 이송부(20)는 필요하지 않을 수 있다.
주사침 유니트(200)가 주사침 유니트 가동부(30)로 전달되어 제2 유지부(321)에 의해 지지된 상태에서,진공 튜브 지지부(38)에 끼워진 진공 튜브는 주사침 유니트(200)로 삽입될 수 있다. 진공 튜브는 미리 진공 튜브 지지부(38)에 지지해 놓을 수도 있고, 주사침 유니트(200)가 제2 유지부(321)에 지지된 상태에서 진공 튜브를 진공 튜브 지지부(38)에 끼울 수도 있다.
진공 튜브가 진공 튜브 지지부(38)에 끼워진 상태에서, 제8 구동 장치(39)를 작동시키면 너트(384)가 리드 스크류(385)를 따라서 아래쪽으로 이동한다. 너트(384)의 이동에 의해서 연결부(387)가 함께 이동하며, 연결부(387)에 연결된 진공 튜브 지지부(38) 역시 가이드(386)를 따라서 주사침 유니트(200)측으로 이동하여 주사침 유니트(200)에 삽입된다.
진공 튜브가 삽입된 주사침 유니트(200)는 제3 구동 장치(33)와 제4 구동 장치(34)에 의해서 신체 침습이 가능한 배향(orientation)으로 정렬되어 타겟 신체에 침습한다.
먼저, 제3 구동 장치(33)가 구동되어 제2 본체부(31)를 소정의 침습 가능 배향의 각도를 가지도록 제3 회전축(36)에 대해서 회전시킨다. 제3 구동 장치(33)의 구동력은 제3 방향 전환부(37)에 의해서 제3 회전축(36)에 대한 회전력으로 변환된다. 소정의 각도로 제2 본체부(31)가 회전한 상태에서, 제4 구동 장치(34)가 구동해서 연결 부재(35)를 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라서 이동시켜서 침습을 실행한다. 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라서 볼 스크류가 제공되어 연결 부재(35)가 이동할 수 있다.
제3 구동 장치(33)의 구동에 의해 주사침 유니트(200)의 침습 가능 배향 각도로 조정하는 것은, 별도의 제3의 위치에서 수행된 후에 침습 가능 위치로 주사침 유니트(200)가 이송될 수도 있다.
도 7과 도 8에는 도시되지 아니하였지만, 제2 본체부(31)는 도 7의 좌우 방향 및 도 8의 좌우 방향 중 적어도 어느 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.
제3 구동 장치(33)에 의해서 제2 본체부(31)가 침습 가능한 배향으로 조정될 수 있지만, 제3 구동 장치(33) 없이 수동으로 배향이 조정될 수도 있다. 예를 들어, 제2 본체부(31)가 피침습 신체를 향해 소정의 각도를 가지도록 사용자가 회전시켜서 배향을 조정할 수 있다.
도 11에는 본 발명에 의한 프로브 유니트(40)와, 신체 압박부(500)와, 신체 접촉물 공급부(600)의 측면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 프로브 유니트(40)는, 프로브(41)와, 프로브 지지부(42)와, 제5 구동 장치(43)와, 제6 구동 장치(44)와, 레일부(45)와, 가동부(46)와, 제4 방향 전환부(47)와, 타겟 신체를 누르도록 되어 있는 누름부(48)와, 누름부 홀더(485)를 포함한다. 프로브(41)는 예를 들어 초음파 프로브일 수 있다. 누름부(48)는 누름부 홀더(485)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있으며, 롤러 형태를 취할 수 있다. 누름부(48)와 프로브 지지부(42)는 탄성 부재(49; 예를 들어 스프링)에 의해서 서로 연결되어 누름부(48)가 소정의 힘으로 신체를 누를 수 있도록 할 수 있다. 도 12에는 누름부(48)가 신체를 누르는 상태를 설명하기 위한 프로브 유니트(40)의 측면도가 도시되어 있다. 그러한 상태가 명료하게 도시될 수 있도록 신체 압박부(500)와 신체 접촉물 공급부(600)의 도시는 생략한다.
제5 구동 장치(43)의 작동에 의해 프로브 지지부(42)는 제4 회전축(475)에 대해서 즉 도 13에 도시된 정면에서 보았을 때에 좌우 방향으로 회전할 수 있다.
프로브 지지부(42)가 제4 회전축(475)에 대해서 회전하면 프로브 지지부(42)에 의해서 지지되는 프로브(41)가 신체 지지부(300)에 지지되는 신체 부위 예를 들어 하완의 폭 방향으로 이동하면서 침습 위치를 탐지할 수 있다.
제5 구동 장치(43)의 구동력은 제4 방향 전환부(47)에 의해서 프로브 지지부(42)를 제4 회전축(475)에 대해 회전시키는 회전력으로 전환될 수 있다.
가동부(46)는, 제6 구동 장치(44)의 작동에 의해서 레일부(45)의 길이 방향을 따라서 이동할 수 있다. 레일부(45)에는 볼 스크류가 제공될 수 있다.
프로브 유니트(40)는 신체(400)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 타겟 신체(예를 들어 표재 정맥)의 위치를 탐지하는 방법의 예시는 후술한다. 타겟 신체이 혈관인 경우, 직선화를 한 후에 탐지하면 위치 탐지가 수월해지므로, 프로브 유니트(40)를 신체 지지부(300)에 놓인 신체(400; 예를 들어 하완)의 길이 방향을 따라서 이동시키면서 누름부(48)가 신체를 눌러서 직선화시킬 수 있다. 한편, 누름부(48)가 직선화를 위해 누르는 범위는 타겟 신체 탐지를 위해 유의미한 거리로 미리 결정된 범위 내로 설정할 수 있다.
프로브 유니트(40)의 앞쪽에는 신체 압박부(500)가 제공된다. 도 13과 도 14를 참조하여 본 발명의 신체 압박부(500)를 설명한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 압박하는 신체 부위가 상완인 경우에 대해서 설명하지만 압박하는 신체 부위는 상완이 아닌 다른 곳이어도 무방하다.
신체 압박부(500)는, 압박 밴드(510)와, 제9 구동 장치(520)와, 압박 밴드(510)의 양측을 지지하는 적어도 한 쌍의 이동부(530)와, 제1 지지 프레임(540)과, 커플링(550)과, 엔코더(560)와, 제1 너트(570)와, 제2 너트(580)와, 이동부(530)가 지지되며 이동부의 이동을 가이드하는 가이드봉(590)을 포함한다. 가이드봉(590)은 리드 스크류가 될 수 있다. 제1 너트(570)와 제2 너트(580)는 적어도 한 쌍의 이동부(530) 각각에 연결되어 제1 너트(570)와 제2 너트(580)의 이동에 따라서 적어도 한 쌍의 이동부(530)가 함께 이동할 수 있게 한다.
하완(400)을 신체 지지부(300)에 놓을 때에 상완(410)이 압박 밴드(510)를 지나게 된다. 압박 밴드(510)는 압박 시행 전 초기 상태에서 상완(410)에 닿지 않도록 제공될 수 있다. 압박 시행 전에 상완(410)에 압박 밴드(510)가 닿지 않으면 압박 시행시에 피부가 압박 밴드에 쓸려서 찰과상을 입는 것을 방지할 수 있다.
커플링(550)은 제9 구동 장치(520)의 출력축과, 가이드봉(590)을 연결하여 제9 구동 장치(520)의 구동력을 전달한다. 제1 너트(570)와 제2 너트(580)는 제9 구동 장치(520)의 작동에 의해 가이드봉(590)을 따라서 이동하며, 제1 너트(570)와 제2 너트(580)는 가이드봉(590)을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 나사선이 형성된다.
제1 너트(570)는 도 14에서 좌측 이동부(530)와 함께 이동하고, 제2 너트(580)는 우측 이동부(530)와 함께 이동한다.
엔코더(560)는, 제9 구동 장치(520)의 회전 속도와 방향을 검지하는 센서이다.
상완 압박부(500)는, 상완을 압박하는 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
다음으로 신체 접촉물 공급부(600)에 대해서 설명한다.
신체 접촉물은 채혈 뒤에 채혈 부위에 지혈을 위해 부착하는 지혈 밴드가 될 수도 있고, 채혈 전에 초음파 프로브가 채혈 위치를 탐지하기 위해서 피부에 발라지는 겔이 될 수도 있다.
본 발명에 의하면 롤러 형태로 연속적으로 그러한 신체 접촉물을 공급하면서 신체 침습 위치 또는 원하는 위치에 정확하게 신체 접촉물을 제공할 수 있다.
신체 접촉물 공급부(600)는, 제1 롤러(610)와, 제1 전환 롤러(615)와, 제2 전환 롤러(640)와, 제3 전환 롤러(650)와, 제4 전환 롤러(655)와, 제2 롤러(620)를 포함한다. 제1 롤러(610)에는 제1 밴드롤(611)이 권취되고, 제2 롤러(620)에는 제2 밴드롤(621)이 권취된다. 제1 밴드롤(611)이 사용전 신체 접촉물 롤이면 제2 밴드롤(621)은 사용후 신체 접촉물 롤 즉 신체 접촉물이 제거된 롤이며, 제2 밴드롤(621)이 사용전 신체 접촉물 롤이면 제1 밴드롤(611)은 사용후 신체 접촉물 롤 즉 신체 접촉물이 제거된 롤이 된다.
제1 밴드롤(611)이 사용전 신체 접촉물 롤인 경우에는 제1 밴드롤(611)은, 제1 롤러(610)로부터, 제1 전환 롤러(615), 제2 전환 롤러(640), 제3 전환 롤러(650), 제4 전환 롤러(655)를 거쳐서 제2 롤러(620)로 진행하여 제2 롤러(620)에 사용 후 신체 접촉물 롤이 권취된다.
제2 전환 롤러(640)가 제10 구동 장치(660; 도 15 참조)에 의해서 구동되고, 제2 롤러(620)가 제11 구동 장치(도시되지 않음)에 의해 구동됨으로써 밴드(630)가 상기 방향으로 공급될 수 있다.
제1 보조 롤러(642)는 제2 전환 롤러(640)와 협동하여 밴드를 공급 방향으로 진행시킨다. 제2 보조 롤러(652)는 제3 전환 롤러(650)와 협동하여 밴드를 공급 방향으로 진행시킨다.
밴드(630)는 도 15에 도시된 바와 같이 하완(400)의 상부를 지나가도록 배치될 수 있으며, 밴드(630)의 상부에는 밴드(630)를 눌러서 밴드(630)에 부착된 신체 접촉물을 신체에 부착하거나 바를 수 있게 하는 프레스부(680)가 배치된다. 프레스부(680)는 소정의 구동 수단 예를 들어 솔레노이드 밸브(도시되지 않음) 등에 의해서 구동되어 소정의 위치에서 밴드(630) 상부를 누를 수 있다.
본 발명에 의한 신체 접촉물 공급부(600)는 소정의 레일 시스템을 따라서 복수 개의 방향으로 위치 제어를 하여 신체 접촉물을 부착하거나 바를 위치에 배치되도록 할 수 있다. 예를 들어 전술한 신체 접촉물 공급부(600)를 지지하는 소정의 브라켓을 복수 개의 방향으로 이동시킬 수 있는 레일 시스템에 연결하여 위치 제어를 할 수 있다. 브라켓을 레일 시스템을 통해 복수 개의 방향으로 이동시켜 위치제어하는 기술은 공지 기술을 적용하여 쉽게 구현할 수 있으며 본 발명의 본질적인 기술적 사상은 아니므로 자세한 설명은 생략한다.
도 16에는 본 발명의 밴드(630)의 일례가 도시되어 있다. 밴드(630)에는 신체 접촉물 예를 들어, 채혈 후 지혈하는 지혈 밴드 또는 초음파 프로브를 이용한 침습 위치 탐지를 위한 겔이 제공될 수 있다. 밴드(630)에 제공되는 겔은 고형 겔 형태가 될 수 있다.
지혈 밴드와 고형 겔이 밴드(630)에 제공되는 경우 제1 구역(A)과 제2 구역(B)이 번갈아 가면서 배치될 수 있고, 예를 들어 제1 구역(A)에는 지혈 밴드가, 제2 구역(B)에는 고형 겔이 배치될 수 있다. 밴드(630)에 제공되는 신체 접촉물의 개수에는 제한이 없으며 필요에 따라 2개 종류 이상의 접촉물이 제공될 수 있다.
다음으로 본 발명의 작동 및 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 17 및 도 21의 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행 단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다.
단계(1100)에서 주사침 유니트(200)가 공급된다. 주사침 유니트(200)는 사면 조정부(22)에 공급될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서는 지지대(15)에 주사침 유니트(200)가 지지되도록 공급할 수 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 사면 조정부의 실시예에서는 주사침 유니트(200)가 유지부(211)에 의해 지지되고 롤러(214) 사이에 배치되도록 주사침 유니트(200)를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이 사면 조정부는 제1 위치 및 제2 위치 중 적어도 어느 하나 또는 인접하여 제공될 수 있고, 제1 위치 또는 제2 위치가 아닌 제3의 위치 또는 인접하도록 제공될 수도 있다.
주사침 유니트(200)가 공급되면, 검지부(222)가 주사침의 사면의 방향 및 단부의 위치를 인식한다(단계 1110). 인식한 주사침 사면의 방향이 설정된 방향과 다르면 제어부(100)의 명령을 제1 구동 장치(16) 또는 제7 구동 장치(223)가 수신하여 작동하여 주사침 유니트(200)를 회전시킴으로써 주사침의 사면 방향을 조정한다(단계 1120). 제1 구동 장치(16)가 작동하면 제1 회전축(17)에 대해서 몸체부(19)가 회전하고, 지지암(14)에 의해 지지되어 있는 주사침 유니트(200)가 회전한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 다른 실시예의 사면 조정부에 있어서는, 제7 구동 장치(223)가 작동하면 롤러(214)가 회전하고, 그에 의해서 주사침 유니트(200)가 회전하여 사면 방향이 조정된다.
검지부(222)에 의해 조정된 주사침의 사면 방향이 설정된 값에 도달하면 제1 구동 장치(16) 또는 제7 구동 장치(223)의 작동을 멈추고 조정된 주사침 사면의 위치 정보를 제어부(100)에 기록된 값과 동기화를 시킨다(단계 1130).
단계(1132)에서는 신체 압박부(500)가 상완을 압박한다. 제9 구동 장치(520)가 작동하면 커플링(550)을 통해 제9 구동 장치(520)의 출력축과 연결되는 가이드봉(590)이 회전하고, 그 회전에 따라서 제1 너트(570)와 제2 너트(580)가 서로를 향해 가까워지는 방향으로 이동하며, 그에 따라서 압박 밴드가 상완(410)을 압박하게 된다.
다음으로 타겟 신체의 위치를 선정한다(단계 1140). 타겟 신체가 표재 정맥인 경우의 선정 과정이 도 18에 도시되어 있다.
먼저 프로브(41)를 혈관 근처로 이동시킨다(단계 1141). 이어서 누름부(48)로 혈관을 누른 상태로 프로브 유니트(40)를 이동시켜 직선화를 시행한다(단계 1142). 누름부(48)는 타겟 신체의 소정의 범위만큼만 이동하게 할 수 있다. 누름부(48)로 혈관을 직선화하면 초음파 스캔 및 채혈이 용이해진다. 누름부(48)가 누르는 힘은 0 내지 19.6N의 범위에서 최적화된 일정한 힘으로 누르도록 할 수 있다.
혈관 직선화가 완료되면 프로브(41)를 타겟 신체에 접촉시키고 초음파 영상을 획득하며(단계 1143), 획득한 초음파 영상의 이미지 처리를 통해 타겟 혈관의 위치를 결정한다(단계 1144).
한편, 타겟 혈관의 위치를 결정하는 것과 동시에 또는 시간차를 두고, 초음파 프로브(41)를 이용하여 혈압과 맥박을 측정할 수 있다. 즉 초음파 프로브(41)를 혈관 위치 탐지를 위해 신체에 접촉시켰을 때에 혈류량을 측정함으로써 혈압과 맥박도 함께 측정할 수 있게 된다. 혈압 및/또는 맥박의 측정이 함께 이루어지면 채혈시 발생할 수 있는 미주신경성 실신 발생 가능성을 사전에 파악하여 조치할 수 있는 효과가 있다.
혈압 또는 맥박 측정시에는, 상완 압박부(500)가 상완을 압박하는 압력을 변화시키면서 초음파 프로브(41)를 이동시키면서 획득한 영상을 통해 혈류량을 측정할 수 있다. 초음파 프로브(41)는 상완으로부터 가깝거나 먼쪽으로 이동시키면서 혈류량을 측정할 수 있다.
단계(1150)에서 주사침 유니트(200)를 제2 위치로 이동한다. 사면 조정부(22)가 제1 위치 또는 제1 위치에 인접하여 배치되는 경우에는 사면 방향이 조정된 주사침 유니트(200)를 가동 암(24)이 지지한 상태에서, 제어부(100)의 명령을 받아 제2 구동 장치(23)가 작동하여 가동 암(24)을 제2 회전축에 대해 회전시켜 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다. 제1 위치에서 제2 위치로의 이동이 반드시 가동 암(24)의 회전을 통해서만 이루어질 필요는 없으며, 공지되어 있거나 공지되어 있는 구조로부터 당업자에게 자명한 사항의 기구학적 위치 변경 구조라면 어느 것이든 적용할 수 있다.
사면 조정부(22)가 제2 위치 또는 제2 위치에 인접하여 배치되는 경우에는, 단계(1150)은 불필요할 수 있다. 이 실시예에서는, 주사침 유니트 가동부(30)에 주사침 유니트(200)가 지지된 상태에서 도 2 및 도 3 또는 도 4 내지 도 6에 도시된 사면 조정부가 사면 방향을 조정하면 된다.
사면 조정부(22)가 제3의 위치에 제공되는 경우에는, 가동 암(24)이 제1 위치에서 제3 위치로 이동하고, 제3 위치에서 사면 방향을 조정한 후에, 제2 위치로 이동할 수 있다.
주사침 유니트(200)가 제2 위치로 이동하거나 또는 제2 위치에 인접한 위치에서 사면 조정이 이루어진 후에는 주사침 유니트(200)로 진공 튜브가 삽입된다(단계 1152).
제8 구동 장치(39)가 작동하면 리드 스크류(385)가 회전하며, 그에 따라서 너트(384)가 리드 스크류(385)를 따라서 이동한다. 너트(384)의 이동에 의해 연결부(387)가 가이드(386)를 따라서 이동하며, 연결부(387)에 연결된 진공 튜브 지지부(38)가 주사침 유니트(200) 방향으로 이동하여 삽입된다.
진공 튜브가 삽입된 주사침 유니트(200)가 주사침 유니트 가동부(30)에 지지된 상태에서, 제3 구동 장치(33)가 제어부(100)의 명령에 따라 작동하여 제2 본체부(31)를 소정의 각도 즉 신체 침습을 위한 각도로 회전시키고, 제4 구동 장치(34)가 제어부(100)의 명령을 받아 연결 부재(35)를 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라 이동시켜 신체 침습을 시행한다(단계 1160). 타겟 신체가 표재 정맥인 경우에는 침습 후 채혈을 실시할 수 있다. 도 7과 도 8에는 도시되지 아니하였지만, 제2 본체부(31)는 도 7의 좌우 방향 및 도 8의 좌우 방향 중 적어도 어느 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.
채혈이 완료되면, 채혈 부위 즉 침습 위치에 채혈 밴드를 부착할 수 있다(단계 1162). 프레스부(680)가 구동 장치(예를 들어, 솔레노이드 밸브; 도시되지 않음)에 의해서 아래쪽으로 이동하고, 밴드(630)를 눌러서 채혈 부위에 접촉시켜서 밴드(630)에 제공되는 지혈 밴드를 채혈 부위에 부착시킬 수 있다. 접촉/부착이 완료되면 프레스부(680)는 위로 이동하고, 다음 차례 신체 접촉물이 해당 위치에 오도록 제2 전환 롤러(640)와 제3 전환 롤러(650)가 구동된다.
신체 접촉물이 고형 겔인 경우에는 단계(1140) 이전에 단계(1162)가 시행될 수 있다.
단계(1164)에서 상완 압박 상태를 해제한다. 제1 너트(570)와 제2 너트(580)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하도록 제9 구동 장치(520)를 작동시키면 이동부(530)가 서로 멀어지면서 상완(410)을 압박하고 있는 압박 밴드(510)의 압박 상태가 해제된다.
이하에서는, 초음파 프로브(41)에 의해 획득한 영상 이미지를 처리하여 침습할 신체부(표재 정맥을 예시로 설명)의 위치를 탐지하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 이하에서 설명하는 탐지 방법은, 본 출원인의 특허출원 제10-2020-0010302호에 기재된 내용이며, 본 발명의 이해를 돕기 위해 설명하는 예시적인 용도로서만 의미가 있으며 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
도 19에는 프로브 탐지를 통해 표재 정맥 위치 결정 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
표재 정맥의 위치 탐색을 위해선 피검자가 먼저 상완 압박 유니트(도시되지 않음)에 상완을 넣고 상완 압박을 수행한다(단계 1200). 상완 압박 유니트는 1 내지 5cm의 압박 수단을 포함하며, 압박 수단은 팔꿈치 위쪽 3 내지 12 cm, 바람직하게는 6 내지 8 cm에서 상완을 압박한다. 압박 압력은 10 내지 60 mmHg, 바람직하게는 20 내지 30 mmHg의 압력일 수 있다. 상완 압박 유니트가 상완을 압박하지 않고 후술하는 과정을 수행해도 무방하다.
도 19에는 상완 압박이 초음파 프로브(41)의 이동 전에 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 초음파 프로브(41)를 이동시킨 후에 초음파 프로브(41)가 제1 영상 데이터 획득을 시작한 후에 상완 압박이 수행될 수도 있다. 제1 영상 데이터 획득을 시작한 후에 상완 압박을 수행하는 경우에는, 상완 압박 수행 전의 제1 영상 데이터와, 상완 압박 수행 후의 제1 영상 데이터를 획득할 수 있다.
도 19로 돌아오면, 상완 압박 후에 피검자의 신체로부터 소정의 거리 예를 들어 1mm 만큼 이격된 위치로 초음파 프로브(41)를 이동시킨다(단계 1205).
초음파 프로브(41)가 배치되는 피검자의 신체 위치는, 팔오금중간정맥(median cubital vein)이 위치하는, 팔 오금으로부터 손 방향으로 0 내지 8 cm, 바람직하게는 1 내지 3 cm일 수 있다.
단계(1210)에서는 초음파 프로브(41)를 피검자의 신체쪽으로 이동시키면서 제1 영상 데이터를 획득한다. 제1 영상 데이터는, 피검자의 신체에 초음파 프로브(41)가 접촉하기 전의 영상 데이터이며, 상완이 압박되기 전의 영상 데이터와 상완이 압박된 후의 영상 데이터를 포함할 수 있다.
초음파 프로브(41)가 피검자의 신체에 접촉하고 압박하는 동안에는 제2 영상 데이터가 수집된다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 초음파 프로브(41)가 아닌 다른 수단에 의해서 피검자의 신체가 압박될 수도 있다.
제1 및 제2 영상 데이터는 혈류의 음파 신호 중 도플러 효과를 통해 분석된 영상 데이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 제1 영상 데이터 및 제2 영상 데이터 중 어느 하나만 사용할 수도 있다.
획득된 제1 및 제2 영상 데이터는 영상 데이터 처리 모듈(30)에 의해서 본 발명에 의한 방법을 실행하는 프로그램이 사용할 수 있는 포맷과 크기로 변환된다(단계 1220). 본 발명의 다른 실시예에 의하면 영상 데이터의 변환 없이 후술하는 영상 데이터 분석이 수행될 수 있다.
기계 학습 서버(140)의 예를 들어 컨볼루션 신경망을 통해서, 변환된 영상 데이터를 분석해서 영상 데이터에 목적 타겟과 회피 타겟의 픽셀을 표시한다(단계 1225).
본 명세서에서 목적 타겟은 표재 정맥 또는 동맥과 같은 혈관을, 회피 타겟은 동맥, 신경, 뼈 조직 등을 의미하며, 용도에 따라서 목적 타겟과 회피 타겟이 결정될 수 있다. 예를 들어 용도에 따라서는, 표재 정맥 위치 확인시 회피 타겟으로 결정되는 동맥이나, 신경, 뼈 조직 등이 오히려 목적 타겟으로 설정될 수도 있다.
목적 타겟과 회피 타겟을 표시하는 방법은, 픽셀 단위로 표시될 수 있으며, 중앙 값과 경계 및 거리를 통해서 bound-box로 표시될 수도 있다. 또는, 중앙 값, 원형/타원형, 직사각형 등 형태에 대한 정보와, 반지름/두 지점 이상의 거리 정보/한 변의 길이 등 형태를 특정할 수 있는 정보를 함께 저장할 수도 있다.
본 발명에서 활용하기 위한 기계 학습의 일례인 컨볼루션 신경망 학습에 대해서 설명한다.
컨볼루션 신경망 학습을 위해서는 사전에 학습 데이터를 통한 학습을 수행해야 한다. 컨볼루션 신경망 학습에 사용되는 영상 데이터는 전술한 바와 같은 제1 및 제2 영상 데이터의 랜덤 크롭, 크기 변환, 수평 플립 등을 포함하는 데이터 증강 기법으로 데이터의 일반성을 증가시키도록 전처리될 수 있다.
기계 학습 서버는 컨볼루션 신경망 학습을 통해서 목적 타겟과 회피 타겟의 특징에 부합하는 정보를 획득하고 저장한다.
그러한 특징 정보에는, 초음파 영상 데이터에서 확인되는 성분들이 가지는 echogenicity의 세기, echogenic한 성분들이 분포하는 패턴 정보, 영상 데이터내에서 확인되는 성분들이 분포하는 상대적인 위치 정보, 피검자의 키, 체중, 성별, 나이, 이환된 질환, 과거에 받았거나 현재 받고 있는 치료 정보, 초음파 프로브 또는 다른 수단에 의해서 압박될 때의 정보, 도플러 영상을 통해 분석한 혈류의 실시간 흐름 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
압박될 때의 정보는, 초음파 프로브 또는 다른 수단으로 피부 표면을 누르면 동맥과 달리 정맥은 직접 압박되어 크기가 줄어들거나 근위부가 압박되어 울혈이 유발됨으로써 크기가 부풀게 되는데 그에 관한 정보를 포함할 수 있다.
혈류의 실시간 정보는, 회피 타겟의 하나인 동맥의 경우 정맥과 달리 혈류가 빨라서 도플러 신호가 강하고 주기적으로 커지고 작아지며 박동을 하기 때문에 타겟 탐지에 유용하다.
컨볼루션 신경망 학습은, 상기 특징 정보를 바탕으로 영상 데이터 내에서 목적 타겟과 회피 타겟의 위치에 대응하는 픽셀을 표시하도록 훈련할 수 있다.
상기 학습(훈련)은 예를 들어 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning), 반지도 학습(semi-supervised learning)일 수 있다.
지도 학습의 경우 정답이 있는 영상과 비교하면서 훈련할 수 있는데 정답과 컨볼루션 신경망이 찾은 목적 타겟 및 회피 타겟이 다른 경우에는 손실 함수의 손실을 감소시키는 방향으로 학습시킬 수 있다. 손실 함수는 BCEloss(Binary Cross Entropy loss), Crossentropy 등이 될 수 있으며, 옵티마이저(optimizer)는 adam, RMSprop, 확률적 경사하강법을 사용할 수 있다. 그리고 평가는 dice coefficient loss 등을 통해서 수행할 수 있다.
컨볼루션 신경망 학습과 같은 기계 학습을 통해 목적 타겟과 회피 타겟이 결정되면, 단계(1230)로 이행하여 최종 목적 타겟을 결정한다.
도 20에는 단계(1230)의 구체적인 과정의 흐름도가 도시되어 있다.
단계(1300)에서는 단계(1225)에서 찾은 목적 타겟이 존재하는지 여부를 판단한다. 목적 타겟이 존재하면 단계(1305)로 이행하여 탐색된 목적 타겟이 1개인지, 2개 이상인지를 판단한다. 먼저 목적 타겟이 한 개인 경우에 대해서 설명한다.
목적 타겟이 한 개인 경우 해당 목적 타겟의 경계가 영상 데이터의 경계에 겹치는지를 판단한다(단계 1335). 겹치지 않으면 단계(1310)으로 이행하고, 겹치는 경우에는 단계(1355)로 이행하여 경계면 좌표가 영상 데이터의 내측 예를 들어 중앙에 위치하도록 초음파 프로브(41)를 이동하고 단계(1210)으로 복귀하여 그 이후의 절차를 수행한다. 초음파 프로브(41)를 이동하지 않고 피검자의 신체를 이동하게 할 수도 있다.
단계(1310)에서는 목적 타겟의 크기 기반 정보 중 하나인 최대 내접원 직경을 산출한다. 최대 내접원은, 목적 타겟의 픽셀만 들어갈 수 있는 원 중에서 크기가 가장 큰 내접원을 의미한다. 목적 타겟의 크기 기반 정보는 최대 내접원 직경 이외에 목적 타겟 내에 그릴 수 있는 가로선과 세로선의 최대 및 최소 길이, 목적 타겟의 무게 중심으로부터 목적 타겟의 경계선까지의 최대 및 최소 거리, 목적 타겟의 면적 등의 다른 정보가 될 수 있다.
그리고 목적 타겟의 깊이 기반 정보인 깊이를 산출하고(단계 1315), 제1 판단 기준과 제2 판단 기준을 해당 목적 타겟이 만족하는지 여부를 판단한다(단계 1320). "깊이 기반 정보"는 단순한 깊이 뿐만 아니라 깊이와 관련된 다양한 다른 정보들도 포함한다.
목적 타겟이 표재 정맥인 경우, 제1 판단 기준은, 최대 내접원 직경이 소정의 값(제1 값)보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이다. 제1 값은, 기기 작동 오차 범위 내에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 최대 내접원 직경이 2 mm 미만인 경우라면 해당 목적 타겟은 회피 타겟으로 분류할 수 있다(단계 1375). 제1 값보다 최대 내접원 직경이 크거나 또는 같으면 제1 판단 기준을 만족하는 것으로 판단한다.
크기 기반 정보가 목적 타겟 내에 그릴 수 있는 가로선과 세로선의 길이 정보인 경우, 가로선과 세로선의 최대 및 최소 길이가 각각 소정의 값보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 것이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 가로선과 세로선의 최소 길이가 2 mm 미만인 경우에 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있다. 목적 타겟이 단수가 아닌 경우에는 가로선과 세로선들의 합, 곱, 평균 등이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수도 있으며(단계 1370).
크기 기반 정보가 목적 타겟의 무게 중심으로부터 경계선까지의 최대 및 최소 거리인 실시예에서는, 상기 최대 및 최소 거리가 소정의 값보다 크거나 같은지 여부를 판단하는 기준이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 목적 타겟의 무게 중심으로부터 목적 타겟의 경계선까지의 최소 거리가 2mm 미만인 경우에 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있다. 목적 타겟이 복수 개인 경우 무게 중심으로부터 목적 타겟 경계선까지의 거리들의 합, 곱, 평균 등이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수 있다(단계 1370).
크기 기반 정보가 면적 정보인 실시예에서는, 면적이 소정의 값보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 목적 타겟의 면적이 10mm2 미만인 경우에 해당 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있으며, 목적 타겟이 복수 개인 경우에는 면적이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수 있다(단계 1370)
제2 판단 기준은, 목적 타겟의 깊이가 소정의 값(제2 값) 예를 들어, 1cm 보다 작거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이다. 목적 타겟의 깊이가 제2 값보다 깊으면 해당 목적 타겟은 회피 타겟으로 결정한다(단계 1375). 이는, 표재 정맥이 아니라 심부 정맥의 경우 표재 정맥보다 지혈이 어렵기 때문에 배제하고, 회피 타겟인 동맥 역시 배제하기 위함이다. 그리고 제2 값보다 깊은 경우 주사침이 진입하다가 상처를 깊게 낼 수 있으며, 그 침습 경로 내에 중요한 해부학적 구조물 내지 신경이 있을 수 있기 때문에 제2 판단 기준을 적용한다. 목적 타겟의 깊이가 제2 값보다 같거나 또는 작으면 제2 판단 기준을 통과한 것으로 판단한다.
제1 판단 기준과 제2 판단 기준을 만족하면, 목적 타겟과 피부 표면 사이의 직선 경로에 회피 타겟이 존재하는지 여부를 판단한다(단계 1325; 제3 판단 기준). 직선 경로에 회피 타겟이 존재하면 그 회피 타겟은 팔의 측면의 신경일 수가 있다.
단계(1325)의 판단 결과 "아니오"이면 해당 목적 타겟을 최종 목적 타겟으로 결정한다(단계 1330).
제1 판단 기준 내지 제3 판단 기준 중 모든 기준을 만족할 때 최종 목적 타겟으로 결정할 수도 있지만, 제1 판단 기준 내지 제3 판단 기준 중 적어도 어느 하나를 만족하면 최종 목적 타겟으로 결정할 수도 있다.
단계(1225)에서 탐색된 목적 타겟이 복수인 경우에 대해서 설명한다.
목적 타겟이 복수개 탐색되면 단계(1360)으로 이행하여 목적 타겟 각각의 최대 내접원 크기를 산출한다. 그리고 각각의 최대 내접원 크기를 비교하고(단계 1365), 제3 판단 기준에 따라서 최종 목적 타겟의 후보를 선정한다(단계 1370).
제3 판단 기준은 다음과 같다. 최대 내접원의 크기가 가장 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 선정하는 것이 원칙이되, 그 다음으로 큰 최대 내접원을 가지는 목적 타겟의 내접원과의 크기 차이가 소정의 값(제3 값) 예를 들어 10% 이내인 경우에는 초음파 프로브의 접촉면으로부터 가까운 예를 들어, 초음파 프로브의 접촉면의 중앙 지점으로부터 가까운 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 결정할 수 있다.
최대 내접원 크기가 아닌 다른 크기 기반 정보를 제1 정보로 사용하는 경우에도, 비교값의 차이가 소정의 값 이내라면 초음파 프로브의 접촉면으로부터 가까운 예를 들어, 초음파 프로브의 접촉면의 중앙 지점으로부터 가까운 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 결정할 수 있다.
단계(1370)에서 최종 목적 타겟의 후보가 결정되면 단계(1315)로 이행하여 전술한 그 이후의 과정이 실행되어 최종 목적 타겟이 결정되거나 회피 타겟으로 결정된다.
단계(1300)에서 목적 타겟이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우에는 목적 타겟 탐색이 소정 횟수 이상인지를 판단한다. 소정의 횟수 예를 들어 2회 또는 3회 이상인 경우에는 단계(1380)로 이행하여 반대쪽 팔에 대해서 목적 타겟을 탐색하도록 한다. 소정의 횟수 미만이면 단계(1210)로 이행하여 초음파 프로브(41)를 이동시켜 제1 영상 데이터를 획득하도록 한다. 이 때 이전 영상과 겹치지 않는 위치로 초음파 프로브(41)를 이동시켜서 제1 영상 데이터를 획득하도록 한다.
상기 과정을 거쳐서 최종 목적 타겟이 결정되면 단계(1235)에서 최종 목적 타겟의 중심 좌표를 산출한다. 주사침 유니트(200)는 중심 좌표로 침습을 수행한다.
중심 좌표는 최종 목적 타겟의 픽셀만을 포함하는 최대 내접원 내부의 임의의 지점(xi)와의 거리가 최대인 지점(x)의 좌표로 결정된다.
중심 좌표 산출이 완료된 후에, 해당 중심 좌표와 피부 표면 사이의 직선 경로 내에, 혈관의 표면을 소정의 횟수 예를 들어 2번 이상 지나는 경우에는 해당 최종 목적 타겟을 배제할 수 있다.
한편, 최종 목적 타겟 내의 모든 픽셀에 대해서 소정의 직경 예를 들어 1 mm의 직경을 가지는 원을 그리고, 그 원 내부의 픽셀 중 소정의 비율 예를 들어 30 내지 95% 바람직하게는 50 내지 70%이상의 픽셀이 최종 목적 타겟으로 분류되는 경우에 해당 픽셀을 최종 목적 타겟으로 하고, 그렇지 않으면 해당 픽셀은 삭제한다.
도 22에 도시된 바와 같이, 픽셀(1510)을 기준으로 그린 원(1520) 내에는 모든 픽셀(소정 비율 이상)이 존재하므로 해당 픽셀(1510)은 최종 목적 타겟의 픽셀로 분류될 수 있다. 픽셀(1530)을 기준으로 그린 원(1511) 내에는 최종 목적 타겟의 픽셀이 아닌 픽셀이 소정 비율 이상 존재하지 않으므로 해당 픽셀(1530)은 최종 목적 타겟에서 제거될 수 있다.
이 과정은 최종 목적 타겟의 경계면을 부드럽게 만들고 잘못 분류될 수 있는 픽셀이 존재할 가능성을 배제하고자 하는 과정이지만, 본 발명의 실시에 반드시 필요한 과정은 아니고 부수적인 과정이다.
이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
14: 지지암 15: 지지대
16: 제1 구동 장치 17: 제1 회전축
18: 제1 방향 전환부 19: 몸체부
20: 이송부 22: 사면 조정부
23: 제2 구동 장치 24: 가동 암
25: 제2 회전축 26: 제1 본체부
27: 제2 방향 전환부 30: 주사침 유니트 가동부
31: 제2 본체부 32: 제1 공압 장치
33: 제3 구동 장치 34: 제4 구동 장치
35: 연결 부재 36: 제3 회전축
37: 제3 방향 전환부 38: 진공튜브 지지부
39: 제8 구동 장치 40: 프로브 유니트
41: 프로브 42: 프로브 지지부
43: 제5 구동 장치 44: 제6 구동 장치
45: 레일부 46: 가동부
47: 제4 방향 전환부 48: 누름부
49: 탄성 부재 50: 진공 튜브 구동부
100: 제어부 140: 기계 학습 서버
145: 제2 공압 장치 200: 주사침 유니트
211: 제1 유지부 212,213: 이동 제한부
214: 롤러 215: 제3 공압 장치
222: 검지부 223: 제7 구동 장치
300: 신체 지지부 321: 제2 유지부
381: 치형 유지부 382: 리세스
383: 브라켓 384: 너트
385: 리드스크류 386: 가이드
387: 연결부 400: 신체
475: 제4 회전축 485: 누름부 홀더
500: 신체 압박부 510: 압박 밴드
520: 제9 구동 장치 530: 이동부
540: 제1 지지 프라임 550: 커플링
560: 엔코더 570: 제1 너트
580: 제2 너트 590: 가이드봉
600: 신체 접촉물 공급부 610: 제1 롤러
611: 제1 밴드롤 612: 회전축 (610 롤러 회전)
615: 제1 전환 롤러 616: 회전축 (615 롤러 회전)
620: 제2 롤러 621: 제2 밴드롤
630: 밴드 640: 제2 전환 롤러
642: 제1 보조 롤러 643: 회전축 (642 롤러 회전)
650: 제3 전환 롤러 652: 제2 보조 롤러
655: 제4 전환 롤러 660: 제10 구동 장치
670: 제2 지지 프레임 680: 프레스부

Claims (8)

  1. 신체 자동 침습 장치에 있어서,
    신체에 침습하는 주사침을 지지하는 주사침 유니트 지지부와,
    침습 대상을 포함하는 신체를 압박하는 압박부를 포함하고,
    상기 압박부는,
    피압박 신체에 접촉하여 압박하도록 되어 있는 압박 밴드와,
    상기 압박 밴드를 지지하는 적어도 한쌍의 이동부와,
    상기 이동부를 압박 방향 및 압박 해제 방향으로 구동하는 구동 장치를 포함하고,
    상기 압박부는,
    가이드봉과,
    상기 구동 장치의 작동에 의해 상기 가이드봉을 따라 제1 방향을 따라 이동하는 제1 너트와,
    제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 상기 가이드봉을 따라 이동하는 제2 너트를 포함하며,
    상기 제1 너트 및 제2 너트는 상기 적어도 한쌍의 이동부에 연결되어 상기 이동부를 가이드봉을 따라 이동시키면서 상기 피압박 신체가 압박되도록 하거나 압박 해제되도록 하고,
    상기 제1 너트와 제2 너트는 가이드봉을 따라 서로 반대 방향으로 이동하도록 나사선이 형성되어 있으며,
    상기 압박부는 엔코더를 더 포함하고, 상기 엔코더는 구동 장치의 회전 속도와 방향을 검지하는,
    신체 자동 침습 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압박 밴드는,
    압박 전 초기 상태에서 피압박 신체와 접촉하지 않도록 배치되는,
    신체 자동 침습 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    가이드봉과 구동 장치의 출력축을 연결하는 커플링을 더 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  6. 청구항 1 에 있어서,
    침습 위치를 탐지하는 초음파 프로브와,
    상기 초음파 프로브를 지지하며, 초음파 프로브를 소정의 방향으로 이동시키는 프로브 유니트를 더 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  7. 청구항 6의 자동 신체 침습 장치를 이용한 혈압 또는 맥박의 측정 방법에 있어서,
    상기 압박부로 상완을 압박하는 제1 단계와,
    프로브 유니트가 상기 초음파 프로브를 하완에서 소정의 방향으로 이동시켜 초음파 영상을 통해 혈류량을 측정함으로써 혈압 또는 맥박을 측정하는 제2 단계를 포함하는,
    혈압 또는 맥박 측정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상완을 압박하는 압력을 변화시키는 제1-1 단계를 더 포함하는,
    혈압 또는 맥박 측정 방법.
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US20190357828A1 (en) * 2010-12-22 2019-11-28 Veebot Systems, Inc. Systems and Methods for Autonomous Intravenous Needle Insertion

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