KR20190041902A - 인공지능 기반의 자동 삽관 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치는 일측에 소정의 길이를 가지는 촬상채널이 구비된 비디오 후두경이 구비되며, 삽관튜브를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 몸체, 상기 촬상채널의 둘레에 상기 촬상채널의 길이 방향을 따라 결합되어 기관 내로 삽입되는 블레이드 및 상기 삽관튜브가 기관 내로 자동 삽관되도록 상기 몸체의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

인공지능 기반의 자동 삽관 장치 및 그 구동 방법{APPARATUS FOR AUTOMATIC INTUBATION OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 자동 삽관 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공지능 알고리즘을 통해 검색된 기도를 따라 튜브가 자동 삽관되도록 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
기관삽관 기술은 호흡곤란, 의식저하 등으로 인해 자발호흡이 불가능하거나 어려워진 상태에 놓인 환자의 생명을 구하는 주요 기술이다. 이 기술은 숙련되기 전까지는 고도로 숙련된 전문가가 있는 상태에서 훈련되도록 권고할 정도로 배우기 어렵고, 숙련까지 많은 시간과 노력이 필요하다.
초기 직접 후두경을 통한 기관삽관은 어려운 것으로 알려져 있으며, 이러한 문제를 극복하기 위해 개발되기 시작한 후두경의 종류가 비디오 후두경이다.
비디오 후두경은 대체로 기관 내로의 진행을 가이드하는 가이드 채널을 가진 채널타입과 가이드 스타일렛을 이용하여 기관 내 진행될 방향을 시술자가 조절하는 스타일렛타입, 그리고 흔히 사용되지는 않으나 스타일렛에 비디오 카메라가 붙어 있어 후두경이 필요 없는 비디오 스타일렛 타입으로 구분될 수 있다.
그러나, 기관삽관이라는 기술은 응급상황에서 여전히 모든 의료인들에게 쉽지 않은 기술 중 하나이다.
종래에는 비디오 화면으로 후두의 모습을 육안으로 관찰하여 기관 내 삽관을 하는 방식으로 이루어졌으나, 이 단계에서 실수가 발생하는 경우가 많다. 또한, 개인의 후두 관련 해부학적 구조는 각각 다르기 때문에 후두경으로 보기 어려운 후두 구조를 가지는 경우에는 높은 숙련도를 가지고 있다 하더라도 실수 없이 그 다음 방법 등의 프로토콜로 명확하고 정확하게 변경하는 것은 쉽지 않다.
관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1561527호(발명의 명칭: 카메라 내장형 후두경, 공고일자: 2015년 10월 20일)가 있다.
본 발명의 실시예들은 다수의 기도 이미지에 대해서 기계학습을 수행하여 준비된(prepared) 인공지능 알고리즘을 기관 내 기도 이미지에 적용하여 기도위치를 검색하고, 검색된 기도위치에 따라 튜브의 진행방향을 자동으로 조절하여 삽관하기 위한 인공지능 기반의 자동 삽관 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치는 일측에 소정의 길이를 가지는 촬상채널이 구비된 비디오 후두경이 구비되며, 삽관튜브를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 몸체, 상기 촬상채널의 둘레에 상기 촬상채널의 길이 방향을 따라 결합되어 기관 내로 삽입되는 블레이드, 및 상기 삽관튜브가 기관 내로 자동 삽관되도록 상기 몸체의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 촬상채널의 종단부에는 기관 내부를 촬상하기 위한 촬상부 및 기관 내부에 빛 형태의 신호를 출력하기 위한 발광부가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 몸체는 상기 비디오 후두경이 착탈 가능하도록 일부가 개방된 형태의 거치부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 구동부는 상기 삽관튜브가 삽입되기 위한 공간을 가지며, 상기 몸체에 상기 삽입된 삽관튜브가 고정되거나 상기 몸체로부터 상기 삽관튜브가 분리되도록 개폐 동작하는 개폐부재, 및 상기 삽관튜브가 상하방향으로 이동되기 위한 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블레이드는 하부에 소정의 크기를 가지며 절곡되는 절곡부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블레이드는 상기 절곡부의 외측 일면을 따라 형성되며, 상기 블레이드의 폭보다 넓은 폭을 가지는 판 형상의 커버부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치는 상기 절곡부의 외측 타면을 따라 형성되며, 상기 커버부재로부터 이격됨에 따라 마련되는 공간을 통해 상기 삽관튜브를 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 블레이드 및 상기 가이드부는 적어도 하나 이상의 조절부재와 연결되어 각각 독립적으로 가변 가능한 다수의 분절부로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 몸체에는 상기 삽관튜브의 이동 속도를 조절하기 위한 제1 버튼, 및 상기 삽관튜브의 삽입 방향을 조절하기 위한 제2 버튼이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 삽관튜브는 상기 제1 버튼 및 상기 제2 버튼의 조작을 통해 기관 내로 반자동 삽관될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어부는 준비된 인공지능 알고리즘에 기초하여 기관 내부의 이미지에 대한 기도위치를 검색하고, 상기 기도위치에 따라 상기 삽관튜브의 진행방향을 자동으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제어부는 상기 촬상채널을 통해 촬상된 기관 내부의 이미지에 관한 이미지정보를 수집하는 이미지 수집부, 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 상기 수집된 이미지정보에 적용하여 기도위치를 검색하는 기도위치 검색부, 상기 촬상된 기관 내부의 이미지 내에 상기 검색된 기도위치를 표시하는 이미지 생성부 및 상기 검색된 기도위치에 기초하여 상기 삽관튜브의 진행방향이 조절되도록 상기 몸체 및 상기 블레이드의 구동을 제어하는 삽관 조절부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치의 구동 방법은 비디오 후두경에 구비된 촬상채널을 이용하여 기관 내부의 이미지를 촬상하고, 상기 촬상된 기관 내부의 이미지에 관한 이미지정보를 수집하는 단계, 삽관 장치의 제어부에 의해 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 상기 수집된 이미지정보에 적용하여 기도위치를 검색하는 단계, 상기 제어부에 의해 상기 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 상기 검색된 기도위치를 표시하는 단계, 및 상기 제어부에 의해 상기 검색된 기도위치에 기초하여, 삽관튜브의 진행방향이 자동으로 조절되도록 상기 삽관 장치의 몸체 및 상기 촬상채널과 결합되는 블레이드의 구동을 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치의 구동 방법은 상기 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 표시된 기도위치에 따라, 상기 삽관장치의 몸체에 구비된 버튼을 조작하여 상기 삽관튜브의 진행방향을 반자동으로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 기관 내 기도 이미지에 적용하여 기도위치를 검색하고, 검색된 기도위치에 따라 튜브의 진행방향을 자동으로 조절하여 삽관할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 미성숙한 의료인을 숙련시키기 위한 별도의 과정을 거치지 않고 환자의 안전을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 정면도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체 내 구동부의 동작을 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드를 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드 및 삽관튜브가 결합된 모습을 설명하기 위해 도시한 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드 및 비디오 후두경이 결합된 모습을 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드, 비디오 후두경 및 삽관튜브가 결합된 모습을 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부의 구조를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기계학습에 사용되는 다층 구조의 인공신경망 형태를 나타낸 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기관 내부를 나타내는 원본 이미지이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 원본 이미지에 기도 위치만을 나타낸 기도 이미지이다.
도 9c는 기관 내부의 이미지에 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치가 추가로 표시된 이미지이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체 내 구동부의 동작을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드를 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드 및 삽관튜브가 결합된 모습을 설명하기 위해 도시한 단면도이고, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드 및 비디오 후두경이 결합된 모습을 설명하기 위해 도시한 평면도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 블레이드, 비디오 후두경 및 삽관튜브가 결합된 모습을 도시한 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명이 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치(1)는 환자의 기도 내로 튜브의 진행방향을 자동으로 조절하여 삽관하기 위한 장치로서 몸체(100), 블레이드(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 삽관 장치(1)는 몸체(100)에 구비되는 비디오 후두경(10)의 촬상채널에 블레이드(200)가 결합되는 구조를 가지며, 블레이드(200)를 통한 자동 삽관이 진행된다.
몸체(100)에는 환자의 기도 내를 촬영하기 위한 도구인 비디오 후두경(10)과 기도 내로 삽입되는 삽관튜브(20)가 결합될 수 있다.
비디오 후두경(10)은 기관 내부의 촬영 영상을 표시하는 표시장치 및 표시장치의 일측으로부터 연장 형성되어 기관 내로 삽입되는 촬상채널(12)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 비디오 후두경(10)은 후술하고자 하는 블레이드(200)의 내부에 삽입된 상태에서 전방향으로 회전될 수 있어 사용의 편리성이 향상될 수 있다.
표시장치는 디스플레이 장치로서 CRT형, LCD형, PDP형 등 다양한 종류의 화면조회 장치로 구현될 수 있다.
이때, 비디오 후두경(10)은 유무선 통신으로 연결된 PC, 노트북, 영상 프로젝터, TV, 스마트폰과 같은 외부 기기(미도시)와 연동하여 구동될 수 있다. 이에 따라, 비디오 후두경(10)의 표시장치에 표시되는 기관 내부의 촬영 영상을 외부 기기로 전달하여 외부 기기를 통해 표시하거나, 외부 기기로부터 삽관 시술에 필요한 자료를 전달받아 비디오 후두경(10)을 통해 표시할 수 있다.
촬상채널(12)의 종단부에는 촬상부(미도시) 및 발광부(미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 촬상채널(12)은 촬상부를 통해 기관 내부를 촬상하고, 발광부를 통해 기관 내부에 빛 형태의 신호를 출력하여 촬상이 가능하도록 할 수 있다.
예컨대, 촬상부 및 발광부는 서로 나란히 배치될 수 있고, 촬상부의 외측을 따라 복수의 발광부가 배치될 수 있으며, 상호간의 배치 형태에 제한은 없다.
삽관튜브(20)는 촬상채널(12)이 기관 내로 삽입됨에 따라 환자의 기도가 확보된 상태에서 기도를 따라 삽입될 수 있다.
이때, 삽관튜브(20)는 후술하고자 하는 인공지능 알고리즘에 따른 제어부(300)의 제어를 통해 기도위치로 자동 삽관될 수 있다.
삽관튜브(20)는 플렉서블(flexible)한 재질로 만들어져 기관 내부의 굴곡진 형상에 대응하여 삽입되도록 휘어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 삽관튜브(20)는 PVC, 실리콘 또는 탄성이 있는 합성수지재질 등 다양한 재질로 구현될 수 있다.
이하에서는, 도 2, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 실시예에 따른 몸체(100)의 구조에 관하여 구체적으로 설명하고자 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 몸체(100)는 사용자가 파지할 수 있는 파지부(미도시), 비디오 후두경(10)이 착탈되는 거치부(120) 및 삽관튜브(20)를 이동시키기 위한 구동부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.
파지부는 소정의 길이를 가지는 기둥 형태로서, 삽관 시술을 수행하기 위한 각종 버튼, 스위치 및 표시장치가 구비될 수 있다.
각종 버튼은 몸체(100)를 온오프시키기 위한 전원버튼(132), 삽관튜브(20)의 이동 속도를 조절하기 위한 제1 버튼(134) 및 삽관튜브(20)의 삽입 방향을 조절하기 위한 제2 버튼(136)을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 삽관 시술에 필요한 버튼이라면 추가로 더 구비될 수 있다.
제1 버튼(134)은 단일버튼으로 구현되어 가압 횟수에 따라 삽관튜브(20)의 이동 속도를 조절할 수 있다. 즉, 제1 버튼(134)을 1회 가압 시 삽관튜브(20)의 이동 속도는 느려지고, 2회 연속 가압 시 삽관튜브(20)의 이동 속도는 빨라질 수 있으며, 횟수에 제한을 두지는 않는다.
이때, 삽관튜브(20)의 이동 속도를 모드로서 구분하여 시각적으로 표시하기 위한 표시부가 더 구비될 수 있다. 예컨대, 삽관튜브(20)의 이동 속도가 느린 경우에 대한 모드로서 'L' 표시부가 발광할 수 있고, 삽관튜브(20)의 이동 속도가 빠른 경우에 대한 모드로서 'H' 표시부가 발광할 수 있다.
제2 버튼(136)은 삽관튜브(20)의 진행방향을 고려하여 전진버튼(△)과 후진버튼(▽)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 버튼(136)의 전진버튼(△)을 가압 시 삽관튜브(20)가 기도를 향해 전진하여 삽입될 수 있고, 제2 버튼(136)의 후진버튼(▽)을 가압 시 삽관튜브(20)가 기도 밖으로 후진하여 배출될 수 있다.
여기서, 제1 버튼(134) 및 제2 버튼(136)은 삽관튜브(20)의 자동 삽관 기능을 수행하기 어려운 경우에 사용자가 삽관튜브(20)를 수동 조작하여 삽관시키기 위한 버튼일 수 있다. 예컨대, 삽관 시술 중 자동 삽관 기능이 중단되는 경우 또는 비디오 후두경(10)의 표시장치에 이상이 생기는 경우 등에 사용자가 버튼을 수동 조작할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 전원버튼(132) 또는 별도의 구동버튼(미도시)을 가압함으로써 삽관튜브(20)의 자동 삽관 시술을 시작할 수 있다.
한편, 파지부에는 후술하고자 하는 구동부(110)의 개폐를 제어하기 위한 개폐 스위치(138) 및 몸체(100)를 구동시키기 위한 배터리가 삽입되는 배터리부(131)를 더 구비할 수 있다.
거치부(120)는 파지부의 일단에 돌출되어 형성되며, 비디오 후두경(10)이 착탈 가능하도록 일부가 개방될 수 있다.
이때, 거치부(120)의 내측에 클립 형태의 체결부(122)가 구비되며, 고정부(122)에 의해 비디오 후두경(10)을 거치부(120)에 체결시킬 수 있다.
참고로, 본 실시예에서의 비디오 후두경(10)은 거치부(120)에 의해 착탈되지 않고 몸체(100)와 일체로 결합된 구조를 가질 수도 있다.
구동부(110)는 삽관튜브(20)가 몸체(100)에 결합된 상태에서 기도 내외로 이동 시키기 위한 도구로서, 개폐부재(112) 및 롤러(114)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동부(110)는 삽관튜브(20)가 삽입되기 위한 소정 크기의 공간을 구비할 수 있으며, 공간의 크기는 삽관튜브(20)의 둘레보다 크게 구현되는 것이 바람직하다.
개폐부재(112)는 상기 공간으로 삽입된 삽관튜브(20)가 몸체(100)에 고정되거나 몸체(100)로부터 분리되도록 개폐 동작할 수 있다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 개폐부재(112)가 열린 경우, 삽관튜브(20)를 몸체(100)와 결합되도록 상기 공간으로 삽입시키거나 몸체(100)와 분리되도록 상기 공간에서 빼낼 수 있다. 반면에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 개폐부재(112)가 닫힌 경우, 삽관튜브(20)를 몸체(100)에 고정시킬 수 있다.
여기서, 개폐부재(112)는 구동부(110)의 내부에 내장되거나 외부에 구현되는 구동모터(미도시)에 의해 동작될 수 있으며, 구동모터는 몸체(100)에 구비된 개폐 스위치(138)의 조작에 따라 구동될 수 있다.
롤러(114)는 삽관튜브(20)가 상하방향으로 이동되도록 일단 및 타단이 고정된 상태에서 회전할 수 있다. 여기서, 롤러(114)는 개폐부재(112)와 마찬가지로 구동모터(미도시)에 의해 동작될 수 있다.
한편, 몸체(100)에는 삽관튜브(20)가 흔들림 없이 이동되도록 고정시키기 위한 고정부(130)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 블레이드(200)는 촬상채널(12)의 외측 둘레를 감싸는 형태로 채널의 길이 방향을 따라 결합될 수 있다.
본 실시예에서 블레이드(200)는 내부에 결합된 촬상채널(12)을 육안으로 관찰할 수 있도록 투명 또는 반투명한 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 블레이드(200)는 내부가 비칠 수 있는 다양한 재질로 구현될 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 블레이드(200)는 하부에 소정의 크기를 가지며 절곡되는 절곡부(210)를 구비할 수 있다. 이로써, 기관 내로 블레이드(200)를 삽입 시 후두 내벽에 자극을 주어 환자가 느끼는 불편함을 최소화할 수 있다.
블레이드(200)는 절곡부(210)의 외측 일면을 따라 형성되며, 블레이드(200)의 폭보다 넓은 폭을 가지는 판 형상의 커버부재(212)를 더 구비할 수 있다.
커버부재(212)는 절곡부(210)의 길이 방향을 따라 절곡된 모양으로 형성될 수 있으며, 절곡부(210)의 절곡된 정도와 동일한 절곡도를 가지는 것이 바람직하다.
본원발명에서는절곡부(210)의 외측 타면을 따라 형성되는 가이드부(220)를 더 포함할 수 있다.
가이드부(220)는 절곡부(210)의 길이 방향을 따라 커버부재(212)가 구비된 방향과 마주하는 방향에 형성될 수 있다.
가이드부(220)는 커버부재(212)로부터 이격됨에 따라 마련되는 공간을 통해 삽관튜브(20)를 가이드할 수 있다. 즉,가이드부(220) 및 커버부재(212) 사이에는 소정 크기의 공간이 마련될 수 있으며 상기 공간으로 삽관튜브(20)가 삽입될 수 있다.
참고로, 가이드부(220)는 절곡부(210)의 외측 타면을 따라 일체로 형성될 수 있으나, 본 발명에서는 분리 가능한 형태로도 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 블레이드(200) 및 가이드부(220)는 적어도 하나 이상의 조절부재와 연결되어 각각 독립적으로 가변 가능한 다수의 분절부(230)로 이루어질 수 있다.
다수의 분절부(230)는 신체의 관절구조와 유사한 구조를 가지며, 다수의 분절부재로 구성되어 기관 내 삽입되는 삽관튜브(20)의 진행방향이 자유롭게 조절되도록 할 수 있다.
이때, 다수의 분절부(230)는 각 분절부재를 가변 시키기 위한 적어도 하나 이상의 조절부재(미도시)와 연결될 수 있다. 조절부재는 분절부재의 각도, 곡률, 부피 등을 개별적으로 조절함으로써 각각의 분절부재가 가변 가능하도록 할 수 있다.
참고로, 조절부재는 도시되지는 않았지만 모터 또는 공압장치와 연결되어 구동될 수 있으며, 후술하고자 하는 인공지능 알고리즘에 기반하여 다수의 분절부(230)를 가변시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 블레이드(200)의 내측에 촬상채널(12)이 끼워질 수 있다. 이에 따라, 블레이드(200)는 촬상채널(12)과 결합된 상태에서 기관 내로 삽입될 수 있다.
즉, 비디오 후두경(10)의 촬상채널(12)이 블레이드(200) 내에 장착된 상태에서 블레이드(200)를 기관 내로 삽입한 후에, 삽관튜브(20)가 가이드부(220)를 통해 삽관될 수 있다. 참고로, 도면에는 도시되지 않았지만, 촬상채널(12)은 블레이드(200)를 관통하는 것으로, 블레이드(200)의 절곡부(210) 끝단을 통과하는 것으로 볼 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 도면에 도시되지는 않았지만, 제어부(300)는 삽관튜브(20)가 기관 내로 자동 삽관되도록 몸체(100)의 구동을 제어할 수 있다.
제어부(300)는 자체적인 연산 기능을 가지는 부품 또는 회로로서 몸체(100)에 내장되거나, 몸체(100)와 유무선 통신으로 연결된 외부 기기(미도시)에 포함되는 부품 또는 회로일 수 있다.
제어부(300)는 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된(prepared) 인공지능 알고리즘을 기관 내부의 이미지에 적용하여 기도위치를 검색하고, 기도위치에 따라 삽관튜브(20)의 진행방향을 자동으로 제어할 수 있다.
제어부(300)는 삽관튜브(20)의 진행방향을 자동으로 제어할 뿐만 아니라, 반자동 또는 수동으로 제어할 수도 있으며, 이에 대해서는 도 7을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부의 구조를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 제어부(300)는 이미지 수집부(310), 기도위치 검색부(320), 이미지 생성부(330) 및 삽관 조절부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
이미지 수집부(310)는 촬상채널(12)을 통해 촬상된 기관 내부의 이미지에 관한 이미지정보를 수집할 수 있다.
즉, 이미지 수집부(310)는 비디오 후두경(10)의 촬상채널(12)에 구비된 촬상부 및 발광부를 통해 기관 내부를 여러 번 촬상할 수 있으며, 이미지 수집부(310)는 촬상된 기관 내부의 복수 이미지로 구성된 이미지정보를 수집할 수 있다. 여기서, 이미지정보는 영상 이미지 파일로서 정지영상 또는 동영상을 포함할 수 있다. 예컨대, 촬상채널(12)을 이용하여 기관 내부에 대한 동영상을 촬영하고, 촬영된 동영상의 파일로부터 정지영상을 추출하여 영상 이미지 파일로 사용할 수 있다.
이미지 수집부(310)는 촬상된 원본 이미지에 대하여 다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된(prepared) 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치를 추가로 나타낼 수 있다.
여기서, 인공지능 알고리즘 생성을 위한 기계학습은 유무선 통신으로 연결된 외부 기기(미도시)에서 수행되는 것이 바람직하며, 생성된 인공지능 알고리즘을 본 발명의 자동 삽관 장치에 삽입 가능한 칩에 마운트 하여 활용할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 자동 삽관 장치와 연결된 외부 기기에서 기계학습이 수행되어 인공지능 알고리즘이 미리 준비(prepared)될 수 있으며, 준비(prepared)된 알고리즘을 기도 이미지에 적용할 수 있다.
기도위치 검색부(320)는 수집된 이미지정보에 인공지능 알고리즘을 적용하여 기도위치를 검색할 수 있다.
기계학습은 인공신경망(Neural Network)을 이용한 반복학습으로서, 인공신경망을 구성하는 다수의 내부 변수를 랜덤 변경하고, 랜덤 변경된 내부 변수값과 인공신경망의 입력값 및 출력값과의 관계를 고려하여 반복 수행될 수 있다.
본 실시예에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 다층 구조의 신경망 형태를 설계하여 별도의 컴퓨터에서 다수의 수집된 기도 이미지와 각각의 기도 위치를 가지고 기계학습을 수행하였다. 예컨대, 인공신경망의 입력층 및 출력층 사이에 여러가지 형태의 은닉층을 사용하여 다층 구조의 신경망 형태를 설계할 수 있다.
이미지 생성부(330)는 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 검색된 기도위치를 추가로 표시할 수 있다.
즉, 이미지 생성부(330)는 촬상된 원본 이미지 상에 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치가 추가로 표시된 이미지를 생성할 수 있다. 이때, 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치가 추가로 표시된 이미지는 비디오 후두경(10)의 표시장치에 표시될 수 있고, 기도 삽관 작업이 진행되면서 실시간으로 표시될 수도 있다.
삽관 조절부(340)는 이미지에 추가로 표시된 기도위치에 기초하여 삽관튜브(20)의 진행방향이 자동으로 조절되도록 몸체(100) 및 블레이드(200)의 구동을 제어할 수 있다.
이에 따라, 기계학습을 통해 이미지 상에 표시되는 기도위치를 반영하여, 삽관튜브(20)가 해당 기도위치를 향해 자동으로 삽관될 수 있다.
한편, 본 발명의 삽관튜브(20)는 총 3가지 실시예에 따라 삽관될 수 있다.
일 실시예로, 자동모드로서, 인공지능 알고리즘 기반의 전술한 과정을 통해 블레이드(200), 특히 다수의 분절부(230)가 자동으로 움직이도록 함으로써 기도위치에 따라 삽관튜브(20)의 진행방향을 자동으로 제어할 수 있고, 삽관튜브(20)가 기관 내로 삽입되거나 기관으로부터 배출되는 이동 자체를 제어부(300)에 의해 자동으로 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 반자동 모드로서, 인공지능 알고리즘 기반의 전술한 과정을 통해 블레이드(200), 특히 다수의 분절부(230)가 자동으로 움직이도록 함으로써 기도위치에 따라 삽관튜브(20)의 진행방향을 자동으로 제어하되, 삽관튜브(20)가 기관 내로 삽입되거나 기관으로부터 배출되는 이동은 삽관 장치의 몸체(100)에 구비된 각종 버튼을 이용하여 수동으로 제어할 수 있다.
또 다른 실시예로, 반자동 모드로서, 인공지능 알고리즘 기반의 전술한 과정을 통해 블레이드(200), 특히 다수의 분절부(230)가 자동으로 움직이도록 함으로써 기도위치에 따라 삽관튜브(20)의 진행방향을 자동으로 제어하되, 삽관튜브(20)가 기관 내로 삽입되거나 기관으로부터 배출되는 이동은 사용자가 직접 도수 조작하여 수동으로 제어할 수 있다.
또 다른 실시예로, 수동 모드로서, 사용자가 직접 도수 조작하여 삽관튜브(20)의 진행방향을 수동으로 제어하되, 삽관튜브(20)가 기관 내로 삽입되거나 기관으로부터 배출되는 이동 또한 사용자가 직접 도수 조작하여 수동으로 제어할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능 기반의 자동 삽관 장치의 구동 방법을 설명하고자 한다.
먼저, 본 발명의 자동 삽관 장치(1)는 삽관 장치(1)에 탈착 가능한 비디오 후두경(10)에 구비된 촬상채널(12)을 이용하여 기관 내부의 이미지를 촬상할 수 있다. 기관 내부의 이미지는 기도 내부를 나타내는 영상 이미지로서 기도위치를 검색하기 위한 인공지능 알고리즘에 사용되는 이미지에 해당한다.
이때, 자동 삽관 장치(1)는 촬상채널(12)에 구비된 촬상부 및 발광부를 이용하여 기관 내부를 여러 번 촬상할 수 있으며, 촬상된 복수의 이미지에 관한 이미지정보를 수집할 수 있다.
아울러, 자동 삽관 장치(1)는 촬상된 원본 이미지에 대하여 인공지능 알고리즘으로 검색된 기도위치를 추가로 나타낸 기도 이미지를 생성할 수 있다.
참고로, 기관 내부를 나타내는 원본 이미지의 일례로 도 9a와 같고, 원본 이미지에 기도 위치만을 나타낸 기도 이미지(흰색)의 일례로 도 9b와 같다.
이로써, 다수의 기도 이미지에 대해서 기계학습을 수행하여 주어진 기도 이미지에 대해서 기도위치를 검색하는 인공지능 알고리즘을 준비할 수 있다.
다음으로, 자동 삽관 장치(1)는 제어부(300)에 의해 수집된 기도 이미지에 대해서 준비된(prepared) 인공지능 알고리즘을 적용하여 기도위치를 검색할 수 있다.
구체적으로, 수집된 이미지정보에 대한 원본 이미지와 기도 이미지의 화소(pixel)값이 ((빨간색 X 0.299) + (초록색 X 0.587) + (파란색 X 0.114)) / 255라는 흑백 변환 공식을 이용하여 0과 1 사이의 크기 값인 수치데이터로 각각 변환할 수 있다.
이때, 원본 이미지로부터 변환된 수치데이터는 기계학습의 입력값으로서 사용되며, 기도 이미지로부터 변환된 수치데이터는 기계학습의 목표값으로서 사용될 수 있다.
본 실시예에서의 기계학습은 인공신경망(neural network)을 이용한 반복학습으로서, 인공신경망을 구성하는 다수의 내부 변수 중 일부를 랜덤 선택하여 해당하는 변수값을 랜덤 변경하게 된다.
이후에, 원본 이미지로부터 변환된 수치데이터인 입력값을 기계학습의 입력값으로 입력하여 랜덤 변경된 내부 변수값을 가지는 인공신경망의 출력값을 계산할 수 있다.
이후에, 계산된 출력값을 기도 이미지로부터 변환된 수치데이터인 목표값과의 차이를 제곱 및 합산하는 연산을 수행한다.
이후에, 상기 제곱 및 합산된 값이 인공신경망의 내부 변수값을 랜덤 변경하기 전보다 작으면 변경된 내부 변수값을 인공신경망에 저장하고, 랜덤 변경하기 전보다 크면 변경된 내부 변수값을 저장하지 않고 기계학습을 반복 수행한다. 여기서, 저장되는 내부 변수값에 대응하는 인공신경망의 최대 출력 값의 위치가 이미지 내에 표시되는 기도위치로 설정될 수 있다.
참고로, 사전에 기계학습의 반복 횟수를 설정해두되, 설정된 횟수에 도달할 때까지 기계학습을 반복 수행한다.
다음으로, 자동 삽관 장치(1)는 제어부(300)에 의해 상기 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 전술한 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치가 추가로 표시된 이미지를 생성할 수 있다.
이때, 기관 내부의 이미지에 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치(녹색 네모)가 추가로 표시된 이미지의 일례는 도 9c와 같다.
참고로, 기도 이미지에 대해서 준비된(prepared) 인공지능 알고리즘을 적용하여 기도위치가 추가로 표시된 이미지는 비디오 후두경(10)의 표시장치에 표시될 수 있고, 기도 삽관 작업이 진행되면서 실시간으로 표시될 수도 있다.
다음으로, 자동 삽관 장치(1)는 제어부(300)에 의해 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치에 기초하여 삽관튜브(20)의 진행방향이 조절되도록 몸체(100) 및 블레이드(200)의 구동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 블레이드(200)에 구비된 가이드부(220)를 따라 삽관튜브(20)를 이동시키되, 가이드부(220) 및 블레이드(200)를 구성하는 다수의 분절부(230)의 각도, 곡률, 부피 등을 조절함으로써 삽관튜브(20)가 기도위치를 향해 이동하도록 삽관튜브(20)의 진행방향을 조절할 수 있다.
이에 따라, 기도 이미지에 대해서 인공지능 알고리즘을 적용하여 검색된 기도위치를 반영하여, 삽관튜브(20)가 해당 기도위치를 향해 자동으로 삽관될 수 있다.
이후에, 사전에 설정된 횟수만큼 기계학습을 수행하고 나면 삽관 장치의 구동은 종료된다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 삽관 장치
10 : 비디오 후두경
12: 촬상채널
20 : 삽관튜브
100 : 몸체
110 : 구동부
112 : 개폐부재
114 : 롤러
120 : 거치부
122 : 체결부
130 : 고정부
131 : 배터리부
132 : 전원버튼
134 : 제1 버튼
136 : 제2 버튼
138 : 개폐 스위치
200 : 블레이드
210 : 절곡부
212 : 커버부재
220 : 가이드부
230 : 분절부
300 : 제어부
310 : 이미지 수집부
320 : 기도위치 검색부
330 : 이미지 생성부
340 : 삽관 조절부

Claims (14)

  1. 일측에 소정의 길이를 가지는 촬상채널이 구비된 비디오 후두경이 구비되며, 삽관튜브를 이동시키기 위한 구동부를 포함하는 몸체;
    상기 촬상채널의 둘레에 상기 촬상채널의 길이 방향을 따라 결합되어 기관 내로 삽입되는 블레이드; 및
    상기 삽관튜브가 기관 내로 자동 삽관되도록 상기 몸체 및 상기 블레이드의 구동을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 촬상채널의 종단부에는
    기관 내부를 촬상하기 위한 촬상부 및 기관 내부에 빛 형태의 신호를 출력하기 위한 발광부가 구비되는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 비디오 후두경이 착탈 가능하도록 일부가 개방된 형태의 거치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 삽관튜브가 삽입되기 위한 공간을 가지며,
    상기 몸체에 상기 삽입된 삽관튜브가 고정되거나 상기 몸체로부터 상기 삽관튜브가 분리되도록 개폐 동작하는 개폐부재; 및
    상기 삽관튜브가 상하방향으로 이동되기 위한 롤러
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드는
    하부에 소정의 크기를 가지며 절곡되는 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 블레이드는
    상기 절곡부의 외측 일면을 따라 형성되며, 상기 블레이드의 폭보다 넓은 폭을 가지는 판 형상의 커버부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부의 외측 타면을 따라 형성되며, 상기 커버부재로부터 이격됨에 따라 마련되는 공간을 통해 상기 삽관튜브를 가이드하는 가이드부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 블레이드 및 상기 가이드부는
    적어도 하나 이상의 조절부재와 연결되어 각각 독립적으로 가변 가능한 다수의 분절부로 이루어진 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 몸체에는
    상기 삽관튜브의 이동 속도를 조절하기 위한 제1 버튼; 및
    상기 삽관튜브의 삽입 방향을 조절하기 위한 제2 버튼이 구비되는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 삽관튜브는
    상기 제1 버튼 및 상기 제2 버튼의 조작을 통해 기관 내로 반자동 삽관되는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    준비된 인공지능 알고리즘에 기초하여 기관 내부의 이미지에 대한 기도위치를 검색하고, 상기 기도위치에 따라 상기 삽관튜브의 진행방향을 자동으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 촬상채널을 통해 촬상된 기관 내부의 이미지에 관한 이미지정보를 수집하는 이미지 수집부;
    다수의 기도 이미지에 대해 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 상기 수집된 이미지정보에 적용하여 기도위치를 검색하는 기도위치 검색부;
    상기 촬상된 기관 내부의 이미지 내에 상기 검색된 기도위치를 표시하는 이미지 생성부; 및
    상기 검색된 기도위치에 기초하여 상기 삽관튜브의 진행방향이 자동으로 조절되도록 상기 몸체 및 상기 블레이드의 구동을 제어하는 삽관 조절부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치.
  13. 비디오 후두경에 구비된 촬상채널을 이용하여 기관 내부의 이미지를 촬상하고, 상기 촬상된 기관 내부의 이미지에 관한 이미지정보를 수집하는 단계;
    삽관 장치의 제어부에 의해 다수의 기도 이미지에 대해서 기계학습을 수행하여 준비된 인공지능 알고리즘을 상기 수집된 이미지정보에 적용하여 기도위치를 검색하는 단계;
    상기 제어부에 의해 상기 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 상기 검색된 기도위치를 표시하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해 상기 검색된 기도위치에 기초하여, 삽관튜브의 진행방향이 자동으로 조절되도록 상기 삽관 장치의 몸체 및 상기 촬상채널과 결합되는 블레이드의 구동을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치의 구동 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 촬상된 기관 내부의 이미지 상에 표시된 기도위치에 따라, 상기 삽관장치의 몸체에 구비된 버튼을 조작하여 상기 삽관튜브의 진행방향을 반자동으로 조절하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공지능 기반의 자동 삽관 장치의 구동 방법.
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