KR20140047999A - 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법 - Google Patents

인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 척추수술 시뮬레이션 시스템은, 인체모형; 인체모형의 내부에 설치되는 척추모형; 인체모형의 외부에서 인체모형의 내부로 척추모형에 침습하는 니들(Needle); 니들의 선단에 설치되며, 니들의 방향을 따라 전방향을 향해 소정의 신호를 발신하는 니들센서; 척추모형에 설치되며, 니들센서에 의해 발신되는 신호를 감지하는 척추센서; 및 척추센서에 의해 감지되는 신호에 기초하여 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산하여 표시하는 침습표시장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법{Vertebra Operation Simulation System and Method using Dummy}
본 발명은 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최소한의 의료장비 및 인력으로 척추수술 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하며, 의료진에게 실제 척추수술을 위한 최적의 시뮬레이션 환경을 제공함으로써 의료진이 고난도의 경험을 충분히 쌓을 수 있도록 하며 환자에 대한 실제 수술의 성공확률을 높일 수 있도록 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
가상현실은 실제로는 존재하지 않는 특정한 환경 또는 상황을 컴퓨터를 이용한 모의실험을 통하여 인간의 오감에 의도된 착오를 가져오게 해서 마치 실제 세계에 놓여있는 것처럼 하는 인간-컴퓨터 간의 인터페이스를 지칭하며, 사용자로 하여금 인공적으로 창조된 세계에 몰입되도록 함으로써 사용자 자신이 그곳에 있는 듯한 착각에 빠지게 하는 사는 사이버 스페이스하고 할 수 있다.
최근에는 이와 같은 가상현실을 의료수술 시뮬레이션 분야에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
의료수술은 개복수술(open surgery), 최소침습수술(MIS: Minimally Invasive Surgery), 방사선수술(radio surgery) 등으로 분류할 수 있다. 개복수술은 치료되어야 할 부분을 의료진이 직접 보고 만지며 시행하는 수술을 말하며, 최소침습수술은 키홀 수술(keyhole surgery)이라고도 하는데 복강경 수술이 가장 대표적이다. 복강경 수술은 개복을 하지 않고 필요한 부분에 작은 구멍을 내어 특수 카메라가 부착된 복강경과 수술 도구를 몸속에 삽입하여 비디오 모니터를 통해서 관측하며 레이저나 특수기구를 이용하여 미세수술을 한다. 나아가 방사선수술은 체외에서 방사선이나 레이저 광으로 수술 치료를 하는 것을 말한다.
수술에 관련되어 현재 가상현실 기술이 적용되는 분야로는 가상내시경(Virtual Endoscopy), 영상가이드 수술(Image Guided Surgery), 수술전 계획(Preoperative Planning)을 들 수 있다. 가상내시경은 MRI(Magnetic Resonance Imaging)나 CT(Computed Tomography)와 같은 촬영을 통하여 볼륨영상으로 받은 인체 내부를 가상공간에서 가상적으로 탐험하면서 해당 부위를 살펴보는 것을 말한다. 내시경이 가장 많이 적용되는 곳은 위장과 대장인데, 가상내시경은 실제 내시경에 비하여 영상의 질이 낮지 않으며 무엇보다도 환자의 고통이 전혀 없는 가상공간에서 이루어진다. 더욱이 실제로 탐험할 수 없는 혈관 속이나 뇌수 공동에도 적용이 가능하여 앞으로 진단에 많이 활용될 것으로 기대되는 분야이다. 영상가이드 수술은 가상현실이라기보다는 증강현실 기법을 활용한 것이라고 할 수 있는데, 수술하고자 하는 부분 주위의 내부를 실제 부위에 정합하여 보여줌으로써 정확하게 시술할 수 있도록 해 주는 기술이다. 수술전 계획은 시술을 하기 이전에 가상공간에서 환자의 기관이나 조직들을 구분하여 가시화하고 조작해 봄으로써 어떤 방법으로 시술을 하는 것이 가장 효과적인지 미리 계획을 할 수 있도록 도와주는 기술이다.
수술에서 빼 놓을 수 없는 부분은 바로 교육과 연습(training)이다. 이는 의료 시뮬레이션을 통하여 이루어질 수 있는데, 전술한 최소침습수술의 경우에 특히 많이 요구되는 부분이라고 할 수 있다. 즉, 개복수술의 경우에는 의사가 직접 환부를 보고 만질 수 있으나 복강경 수술인 경우에는 카메라를 이용하여 제한된 부분만을 볼 수 있고 또한 도구를 이용하여 시술을 하기 때문에, 환자를 보호하고 의료진에게 고난도의 경험을 제공하기 위하여 수술을 시행하기 전에 의료수술 시뮬레이션을 충분히 시행하여야 할 필요가 있다.
일반적으로 의료 시뮬레이션은 동물이나 사체를 사용한다. 그런데, 동물은 사람과 다른 해부학적인 구조를 가지고 있으며, 사체는 생리학(physiology)적인 성질이 다르기 때문에 효과적이라고 할 수 없다. 특히, 환자의 신체조건은 사람마다 다르며, 신체조건에 따라 주변의 혈관, 신경, 장기 등의 위치도 달라질 수 있기 때문에, 잘못된 의료 시뮬레이션의 실행은 실제 수술을 시행할 때 의료진에게 혼동을 줄 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 척추수술 시뮬레이션의 경우에는 니들(needle)을 병변 위치까지 침습하는 동작이 정밀하게 이루어져야 하기 때문에, C-Arm과 같은 모니터링 장비를 이용하여 니들의 침습과정을 실시간으로 분석하여야만 한다.
그런데, 이와 같은 의료장비를 구동하기 위해서는 수술 시뮬레이션을 수행하는 의료진 외에도 의료장비를 구동하기 위한 스태프(staff)가 필요하기 때문에, 척추수술 시뮬레이션을 위한 인력과 비용의 낭비가 심하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 최소한의 의료장비 및 인력으로 척추수술 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하며, 의료진에게 실제 척추수술을 위한 최적의 시뮬레이션 환경을 제공함으로써 의료진이 고난도의 경험을 충분히 쌓을 수 있도록 하며 환자에 대한 실제 수술의 성공확률을 높일 수 있도록 하는 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 척추수술 시뮬레이션 시스템은, 인체모형; 인체모형의 내부에 설치되는 척추모형; 인체모형의 외부에서 인체모형의 내부로 척추모형에 침습하는 니들(Needle); 니들의 선단에 설치되며, 니들의 방향을 따라 전방을 향해 소정의 신호를 발신하는 니들센서; 척추모형에 설치되며, 니들센서에 의해 발신되는 신호를 감지하는 척추센서; 및 척추센서에 의해 감지되는 신호에 기초하여 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산하여 표시하는 침습표시장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 척추수술 시뮬레이션 시스템은, 인체모형의 겉표면에 설치되며, 니들의 침습지점을 감지하는 침습감지센서;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 침습표시장치는 척추센서에 의해 감지되는 신호 및 침습감지센서에 의해 감지되는 침습지점에 기초하여 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산한다.
여기서, 침습표시장치는, 복수의 척추센서 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정하는 타겟지점설정부; 및 침습감지센서에 감지된 침습지점과 설정된 타겟지점 사이의 침습경로를 설정하는 침습경로설정부;를 포함할 수 있다.
전술한 침습표시장치는, 침습경로설정부에 의해 설정된 침습경로를 기준으로 니들의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산하는 침습계산부; 침습계산부에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단하는 침습판단부; 및 침습계산부에 의해 계산되는 값 및 침습판단부에 의해 판단되는 결과를 표시하는 침습표시부;를 더 포함할 수 있다.
전술한 침습표시장치는, 타겟지점설정부에 의해 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정하는 침습지점설정부; 및 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 침습지점설정부에 의해 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단하는 침습지점판단부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 침습경로설정부는 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 침습지점설정부에 의해 설정된 침습지점에 해당하는 것으로 판단된 경우에 침습경로를 설정한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법은, 인체모형의 외부에서 인체모형의 내부로 니들이 침습되면, 니들의 선단에 설치된 니들센서가 소정의 신호를 발신하는 단계; 인체모형 내부의 척추모형에 설정된 간격으로 설치된 복수의 척추센서 중 적어도 하나가 니들센서에 의해 발신되는 신호를 감지하는 단계; 및 각각의 척추센서에 의해 감지되는 신호에 기초하여 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산 및 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 척추수술 시뮬레이션 방법은, 인체모형의 겉표면에 설치된 침습감지센서가 니들의 침습지점을 감지하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 계산 및 표시단계는 각각의 척추센서에 의해 감지되는 신호 및 침습감지센서에 의해 감지되는 침습지점에 기초하여 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 감지한다.
전술한 척추수술 시뮬레이션 방법은, 복수의 척추센서 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정하는 단계; 및 침습감지센서에 감지된 침습지점과 설정된 타겟지점 사이의 침습경로를 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
계산 및 표시단계는, 설정된 침습경로를 기준으로 니들의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산하고, 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단하며, 그 계산되는 값 및 판단결과를 표시할 수 있다.
전술한 척추수술 시뮬레이션 방법은, 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정하는 단계; 및 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 침습경로설정단계는 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 설정된 침습지점에 해당하는 것으로 판단된 경우에 침습경로를 설정한다.
본 발명에 따르면, 최소한의 의료장비 및 인력으로 척추수술 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 함으로써 척추수술 시뮬레이션의 비용을 최소화하여 의료진이 많은 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 의료진이 척추수술 시뮬레이션을 수행하는 과정에서 니들의 침습지점이 잘못되거나 침습경로가 잘못된 경우 등에는 해당 내용을 실시간으로 확인할 수 있도록 함으로써 의료진에게 최적의 척추수술 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 침습표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 침습경로설정의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 니들이 침습경로로부터 설정된 범위 이상 벗어나도록 침습되는 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 니들이 침습경로를 따라 침습되는 경우의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템 및 그 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템은, 인체모형(10), 척추모형(20), 니들(30), 니들센서(40), 복수의 척추센서(50), 침습감지센서(60) 및 침습표시장치(100)를 포함한다.
인체모형(10)은 척추수술 시뮬레이션을 위한 인체의 모형으로서 더미(dummy)라하고도 하며, 도 1에 나타낸 바와 같이 인체의 등 및 허리의 형상으로 이루어질 수 있다. 이때, 인체모형(10)은 니들(30)이 침습하기 용이하도록 실리콘, 고무 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 실제로 척추수술이 수행되는 환자의 신장, 몸무게, 체격, 체형 등의 신체 사이즈(size)를 반영하여 그 크기가 결정될 수 있다.
척추모형(20)은 인체모형(10)의 내부에 설치된다. 이때, 척추모형(20)은 실제로 척추수술이 수행되는 환자의 X-ray, MRI(Magnetic Resonance Imaging), CT(Computed Tomography) 등의 이미지, 및 환자의 신장, 몸무게, 체격, 체형 등의 신체 사이즈를 반영하여 그 크기 및 형태가 결정될 수 있다.
니들(30)은 환자의 병변에 침습하여 약물을 주입하기 위한 관으로서, 인체모형(10)의 외부에서 인체모형(10)의 내부로 척추모형(20)에 침습한다.
니들센서(40)는 니들(30)의 선단에 설치되며, 니들(30)의 방향을 따라 전방을 향해 소정의 신호를 발신한다. 이때, 니들센서(40)는 광신호, 초음파신호, RF(Radio Frequency) 신호 등을 발신할 수 있다.
척추센서(50)는 척추모형(20)에 설치되며, 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지한다. 이때, 척추센서(50)는 척추모형(20)의 마디에 대응하여 복수로 설치될 수 있다. 이 경우, 복수의 척추센서(50) 중 인체모형(10)의 내부로 침습하는 니들(30)의 방향에 대응하는 척추센서(50)가 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지하는 것이 바람직하다.
침습감지센서(60)는 인체모형(10)의 겉표면에 설치되며, 니들(30)의 침습지점을 감지한다. 즉, 침습감지센서(60)는 인체모형(10)의 등 및/또는 옆구리의 겉표면에 설치될 수 있으며, 니들(30)이 인체모형(10)의 외부에서 내부로 침습할 경우에 인체모형(10)의 표면을 통과하는 지점을 침습지점으로 감지한다.
침습표시장치(100)는 척추센서(50) 및 침습감지센서(60)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 침습표시장치(100)는 척추센서(50)에 의해 감지되는 신호에 기초하여 니들(30)의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산하여 표시한다. 또한, 침습표시장치(100)는 척추센서(50)에 의해 감지되는 신호 및 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 침습지점에 기초하여 니들(30)의 침습방향 및 침습깊이를 계산할 수도 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 침습표시장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 침습표시장치(100)는 타겟지점설정부(110), 침습경로설정부(120), 침습계산부(130), 침습판단부(140), 침습표시부(150), 침습지점설정부(160) 및 침습지점판단부(170)를 포함할 수 있다.
타겟지점설정부(110)는 복수의 척추센서(50) 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정한다. 즉, 타겟지점설정부(110)는 복수의 척추센서(50) 중 척추수술이 수행되는 실제 환자의 병변의 위치에 대응하는 척추센서(50)를 타겟지점으로 설정한다.
침습경로설정부(120)는 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 침습지점과 타겟지점설정부(110)에 의해 설정된 타겟지점 사이의 침습경로를 설정한다. 이때, 침습경로설정부(120)는 도 3에 도시한 바와 같이, 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 니들(30)의 침습지점과 타겟지점설정부(110)에 의해 타겟지점으로 설정된 척추센서(50) 사이의 직선경로를 침습경로로 설정할 수 있다. 도 3에는 침습경로설정부(120)에 의해 설정된 침습경로에 참조번호 122를 부여하여 표시하였다.
침습계산부(130)는 침습경로설정부(120)에 의해 설정된 침습경로를 기준으로 니들(30)의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산할 수 있다. 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 니들(30)의 수직하방에 위치한 척추센서(50)가 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지한다고 가정하면, 침습계산부(130)는 침습경로설정부(120)에 의해 설정된 침습경로(122)와, 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지한 척추센서(50) 사이의 각도 즉, 침습경로(122)와 니들(30)의 침습방향 사이의 각도를 계산할 수 있다. 또한, 침습계산부(130)는 니들(30)이 침습지점을 통과한 시점부터 척추센서(50)의 방향으로 침습할수록 해당 척추센서(50)에서 감지하는 신호의 세기는 점차 증가하게 되므로, 해당 척추센서(50)에서 감지하는 신호 세기의 증가율에 기초하여 니들(30)의 침습깊이를 계산할 수 있다.
침습판단부(140)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단한다. 즉, 침습판단부(140)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습경로에 대한 침습방향의 각도가 설정된 값 이상으로 벗어나는지를 판단하며, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습깊이에 기초하여 니들(30)이 설정된 범위 이내로 접근하는지를 판단할 수 있다.
침습표시부(150)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값 및 침습판단부(140)에 의해 판단되는 결과를 디스플레이(도시하지 않음)에 표시한다. 즉, 침습표시부(150)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습경로와 침습방향 사이의 각도, 침습깊이, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위 이상 벗어나는지의 여부 등을 표시한다. 이때, 침습표시부(150)는 디스플레이에 인체모형(10)의 영상을 표시하며, 해당 인체모형(10)의 영상과 함께 니들(30)의 침습영상을 표시할 수 있다. 이 경우, 니들(30)의 침습영상은 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값에 인체모형(10)의 비율을 반영하여 표시할 수 있다. 또한, 침습표시부(150)는 현재의 니들(30)의 침습상태에 대하여 침습을 계속할 경우의 진행방향을 함께 표시할 수 있으며, 이를 통해 의료진이 척추수술 시뮬레이션을 진행하면서 니들(30)의 침습방향이 원하는 방향으로 진행하고 있는지 시각적으로 즉시 판단할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 침습표시부(150)는 니들(30)의 침습영상과 함께 침습판단부(140)에 의해 판단되는 결과를 함께 표시할 수 있으며, 현재의 침습상태에 대하여 침습을 계속 진행하는 경우의 타겟지점과의 최소거리 등을 예측하여 수치로 표시할 수도 있다. 침습표시부(150)에 의한 표시방법은 기재된 방법에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형된 표시방법이 적용될 수 있다.
침습지점설정부(160)는 타겟지점설정부(110)에 의해 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정할 수 있다. 즉, 침습지점설정부(160)는 타겟지점설정부(110)에 의해 설정된 타겟지점까지 혈관이나 신경 등의 손상을 최소화하면서 침습할 수 있는 최적의 침습지점을 설정할 수 있다.
침습지점판단부(170)는 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단한다. 이때, 침습경로설정부(120)는 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 침습지점으로부터 소정의 범위 이내에 해당하는 경우에 해당 니들(30)이 정상적으로 침습되는 것으로 판단하고, 도 5에 도시한 바와 같이 니들(30)의 침습지점으로부터 타겟지점까지의 침습경로를 설정할 수 있다. 이 경우, 니들(30)의 전방향의 척추센서(50)는 타겟지점으로 설정된 척추센서가 되므로, 해당 타겟지점으로 설정된 척추센서(50)가 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 인체모형(10)의 내부에는 척추모형(20)이 설치되며, 척추모형(20)의 각각의 마디에는 적어도 하나의 척추센서(50)가 설치될 수 있다. 또한, 인체모형(10)의 겉표면에는 니들(30)의 침습을 감지하는 침습감지센서(60)가 설치될 수 있다. 또한, 니들(30)의 선단에는 니들센서(40)가 설치되며, 니들(30)의 전방향으로 소정의 신호를 발신하며, 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호는 니들(30)의 전방향에 위치한 척추센서(50)에 의해 감지될 수 있다.
타겟지점설정부(110)는 복수의 척추센서(50) 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정한다(S102). 이때, 타겟지점설정부(110)는 복수의 척추센서(50) 중 척추수술이 수행되는 실제 환자의 병변의 위치에 대응하는 척추센서(50)를 타겟지점으로 설정하는 것이 바람직하다.
침습지점설정부(160)는 타겟지점설정부(110)에 의해 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정할 수 있다(S104). 즉, 침습지점설정부(160)는 실제 환자에 대한 척추수술을 진행할 경우에 니들(30)이 병변의 위치까지 침습하면서 혈관이나 신경 등의 손상을 최소화할 수 있는 침습지점을 최적의 침습지점으로 설정할 수 있다.
인체모형(10)의 외부에서 인체모형(10)의 내부로 니들(30)이 침습하면(S106), 침습감지센서(60)는 니들(30)의 침습지점을 감지한다(S108).
이때, 침습지점판단부(170)는 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단할 수 있다(S110). 침습경로설정부(120)는 침습감지센서(60)에 의해 감지되는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 침습지점으로부터 소정의 범위 이내에 해당하는 경우, 침습경로설정부(120)는 니들(30)이 정상적으로 침습된 것으로 판단하며, 니들(30)의 침습지점으로부터 타겟지점으로 설정된 척추센서(50)까지 침습경로를 설정한다(S112).
니들센서(40)는 니들(30)의 선단으로부터 니들(30)의 방향을 따라 전방으로 소정의 신호를 발신한다(S114). 이 경우, 니들(30)의 전방향에 위치한 척추센서(50)가 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지한다(S116).
침습계산부(130)는 침습경로설정부(120)에 의해 설정된 침습경로를 기준으로 니들(30)의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산할 수 있다(S118). 이때, 침습계산부(130)는 복수의 척추센서(50) 중 어느 척추센서가 니들센서(40)에 의해 발신되는 신호를 감지하였는지에 따라 니들(30)의 침습방향을 알 수 있으며, 그에 따라 침습경로에 대한 침습방향의 각도를 계산할 수 있다. 또한, 침습계산부(130)는 니들(30)이 침습지점을 통과한 시점부터 척추센서(50)의 방향으로 침습할수록 증가하는 신호 세기의 비율에 기초하여 니들(30)의 침습깊이를 계산할 수 있다. 즉, 척추센서(50)와 침습지점의 거리는 인체모형(10)의 설정에 따라 알 수 있으며, 해당 거리 및 신호 세기의 증가율에 따라 니들(30)의 침습깊이를 계산할 수 있다.
침습판단부(140)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단한다(S120). 즉, 침습판단부(140)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습경로에 대한 침습방향의 각도가 설정된 값 이상으로 벗어나는지를 판단하며, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습깊이에 기초하여 니들(30)이 설정된 범위 이내로 접근하는지를 판단할 수 있다.
침습표시부(150)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값 및 침습판단부(140)에 의해 판단되는 결과를 디스플레이(도시하지 않음)에 표시한다. 즉, 침습표시부(150)는 침습계산부(130)에 의해 계산되는 침습경로와 침습방향 사이의 각도, 침습깊이, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위 이상 벗어나는지의 여부 등을 표시한다. 이때, 침습표시부(150)는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 범위 이내로 침습하며, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나지 않는 경우에는 척추수술 시뮬레이션이 정상적으로 수행되고 있음을 표시할 수 있다(S122). 또한, 침습표시부(150)는 니들(30)의 침습지점이 침습지점설정부(160)에 의해 설정된 범위를 벗어나 침습하거나, 침습계산부(130)에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는 경우 등에는 척추수술 시뮬레이션이 비정상적으로 수행되고 있음을 표시하여 의료진이 즉시 수정할 수 있도록 할 수 있다(S124).
10: 인체모형 20: 척추모형
30: 니들 40: 니들센서
50: 척추센서 60: 침습감지센서
100: 침습표시장치 110: 타겟지점설정부
120: 침습경로설정부 130: 침습계산부
140: 침습판단부 150: 침습표시부
160: 침습지점설정부 170: 침습지점판단부

Claims (6)

  1. 인체모형;
    상기 인체모형의 내부에 설치되는 척추모형;
    상기 인체모형의 외부에서 상기 인체모형의 내부로 상기 척추모형에 침습하는 니들(Needle);
    상기 니들의 선단에 설치되며, 상기 니들의 방향을 따라 전방을 향해 소정의 신호를 발신하는 니들센서;
    상기 척추모형에 설치되며, 상기 니들센서에 의해 발신되는 신호를 감지하는 척추센서;
    상기 척추센서에 의해 감지되는 신호에 기초하여 상기 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산하여 표시하는 침습표시장치; 및
    상기 인체모형의 겉표면에 설치되며, 상기 니들의 침습지점을 감지하는 침습감지센서;
    를 포함하며,
    상기 침습표시장치는 상기 척추센서에 의해 감지되는 신호 및 상기 침습감지센서에 의해 감지되는 침습지점에 기초하여 상기 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 침습표시장치는,
    상기 복수의 척추센서 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정하는 타겟지점설정부;
    상기 침습감지센서에 감지된 침습지점과 설정된 상기 타겟지점 사이의 침습경로를 설정하는 침습경로설정부;
    상기 침습경로설정부에 의해 설정된 침습경로를 기준으로 상기 니들의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산하는 침습계산부;
    상기 침습계산부에 의해 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단하는 침습판단부; 및
    상기 침습계산부에 의해 계산되는 값 및 상기 침습판단부에 의해 판단되는 결과를 표시하는 침습표시부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 침습표시장치는,
    상기 복수의 척추센서 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정하는 타겟지점설정부;
    상기 침습감지센서에 감지된 침습지점과 설정된 상기 타겟지점 사이의 침습경로를 설정하는 침습경로설정부;
    상기 타겟지점설정부에 의해 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정하는 침습지점설정부; 및
    상기 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 상기 침습지점설정부에 의해 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단하는 침습지점판단부;
    를 포함하며,
    상기 침습경로설정부는 상기 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 상기 침습지점설정부에 의해 설정된 침습지점에 해당하는 것으로 판단된 경우에 침습경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 시스템.
  4. 인체모형의 겉표면에 설치된 침습감지센서가 니들의 침습지점을 감지하는 단계;
    상기 인체모형의 외부에서 상기 인체모형의 내부로 니들이 침습되면, 상기 니들의 선단에 설치된 니들센서가 소정의 신호를 발신하는 단계;
    상기 인체모형 내부의 척추모형에 설정된 간격으로 설치된 복수의 척추센서가 상기 니들센서에 의해 발신되는 신호를 감지하는 단계; 및
    각각의 상기 척추센서에 의해 감지되는 신호 및 상기 침습감지센서에 의해 감지되는 침습지점에 기초하여 상기 니들의 침습방향 및 침습깊이 중 적어도 하나를 실시간으로 계산하여 표시하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 척추센서 중 어느 하나를 타겟지점으로 설정하는 단계; 및
    상기 침습감지센서에 감지된 침습지점과 설정된 상기 타겟지점 사이의 침습경로를 설정하는 단계;
    를 더 포함하며, 상기 계산 및 표시단계는,
    설정된 상기 침습경로를 기준으로 상기 니들의 침습방향의 각도 및 침습깊이 중 적어도 하나를 계산하고, 계산되는 값이 설정된 범위를 벗어나는지의 여부를 판단하며, 그 계산되는 값 및 판단결과를 표시하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설정된 타겟지점에 대응하여 최적의 침습지점을 설정하는 단계; 및
    상기 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 상기 설정된 침습지점에 해당하는지를 판단하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 침습경로설정단계는 상기 침습감지센서에 의해 감지된 침습지점이 상기 설정된 침습지점에 해당하는 것으로 판단된 경우에 침습경로를 설정하는 것을 특징으로 하는 인체모형을 이용한 척추수술 시뮬레이션 방법.
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