KR20220010367A

KR20220010367A - 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템

Info

Publication number: KR20220010367A
Application number: KR1020200089171A
Authority: KR
Inventors: 이현기; 임성준; 이석중
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원; 계명대학교 산학협력단
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-25

Abstract

본 발명은, 제1 파장을 포함하는 제1 광을 생체에 조사하는 제1 광원과, 제2 파장을 포함하는 제2 광을 상기 생체에 조사하는 제2 광원과, 상기 제1 광을 흡수하여 제3 파장을 포함하는 제3 광을 방출하는 발광물질을 포함하며 상기 생체에 삽입되는 바늘과, 상기 제3 광을 검출하는 제1 검출기와, 상기 생체로부터 반사되며 상기 제2 파장을 중심으로 특정 스펙트럼을 갖는 제4 광을 검출하는 제2 검출기를 포함하는, 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템을 제공한다.

Description

바늘의 위치 및 자세 추적 시스템{System for tracking position and posture of needle}

본 발명의 실시예들은, 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 인체에 삽입되는 의료용 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템에 관한 것이다.

의료 분야에서, 채혈, 약물 투여, 또는 생검 시에 생체에 바늘을 삽입하게 된다. 예를 들면 생체의 특정 혈관 또는 특정 위치에 바늘을 삽입해야 하는 경우, 정확하게 바늘을 핸들링 또는 조정하는 것이 중요하다.

종래에는 의사 또는 간호사의 감각으로 바늘을 핸들링하거나, 특정 의료영상의 도움을 받아 바늘을 핸들링하였다. 종래에 의료영상(예: 초음파 영상, CT 영상, MRI 영상 등)을 이용하여 바늘을 핸들링하는 경우, 바늘의 위치와 자세를 정확하게 모니터하기 어려운 문제점이 존재하였다.

예를 들어, 종래의 의료영상을 이용하는 경우, 바늘의 위치 및 자세(예: 각도) 등을 실시간으로 모니터하기 어려웠으며, 정확한 바늘의 핸들링이 불가능하였다.

구체적으로, 혈관의 특성, 혈관의 굵기, 탄력, 탄성 등에 따라 바늘을 삽입해야 하는 깊이 또는 각도가 달라질 수 있다. 예를 들면 소아의 혈관은 굵기가 가늘며, 노인의 혈관, 정맥, 및 저혈압 환자의 혈관은 탄력이 작아서, 바늘의 핸들링에 어려움이 존재한다. 예를 들면 상기 혈관들은 탄력이 작아서 바늘을 삽입하려 할 때 혈관이 이동해버릴 수 있다. 또한 동맥은 탄성이 커서 바늘이 제대로 삽입되지 못하는 경우가 있다. 따라서 초음파 영상, CT 영상, MRI 영상 등을 이용하여 바늘을 모니터할 경우, 상기와 같은 어려움이 존재하며, 상기 과정에서 바늘의 위치와 자세를 실시간으로 모니터하기 어려운 문제점이 존재한다.

또한 방사선을 이용하는 의료영상(예: CT 영상)의 경우, 방사능 노출의 위험이 존재한다. 또한 종래의 의료영상은 2차원 영상이기 때문에 바늘을 식별하더라도 타겟 위치에 바늘이 제대로 삽입되었는지, 아니면 타겟 위치의 전방이나 후방에 바늘이 위치하였는지 여부를 알기 어렵다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 방사능 노출의 위험이 없는 광을 사용하여 실시간으로 바늘의 위치와 자세를 추적해주는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템은, 제1 파장을 포함하는 제1 광을 생체에 조사하는 제1 광원; 제2 파장을 포함하는 제2 광을 상기 생체에 조사하는 제2 광원; 상기 제1 광을 흡수하여 제3 파장을 포함하는 제3 광을 방출하는 발광물질을 포함하며, 상기 생체에 삽입되는 바늘; 상기 제3 광을 검출하는 제1 검출기; 및 상기 생체로부터 반사되며 상기 제2 파장을 중심으로 특정 스펙트럼을 갖는 제4 광을 검출하는 제2 검출기;를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은, 상기 제1 검출기에서 검출된 신호와 상기 제2 검출기에서 검출된 신호를 영상화하여 하나의 화면에 표시해주는 표시 장치;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은, 상기 제1 광과 상기 제2 광을 상기 생체의 소정의 면적에 조사하도록, 상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로를 소정의 각도 범위 내에서 변화시키는 스캐너;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 광의 경로와 상기 제2 광의 경로의 적어도 일부는 겹치며, 상기 제1 광의 경로와 상기 제2 광의 경로는 하프 미러에 의해 합쳐질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은, 상기 바늘의 삽입 각도 및 삽입 깊이를 가이드하는 레이저광을 방출하는 광방출기;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 광방출기는, 적어도 두 개이며, 상기 바늘의 삽입 각도 및 삽입 깊이를 가이드하기 위해, 상기 적어도 두 개의 광방출기에서 총 세 개의 레이저 광이 방출될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 시스템은, 초음파 탐지기; 상기 초음파 탐지기에 연결된 광 추적기; 및 상기 광 추적기, 표시 장치, 및 상기 제1 검출기에 연결된 프로세서;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 초음파 탐지기와 상기 광 추적기를 통해 획득된 초음파 영상에 바늘의 영상을 중첩시켜 표시할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 바늘은 OCT (optical coherence tomography) 탐지기를 포함하고, 상기 시스템은, 상기 OCT 탐지기에 연결된 OCT 영상장치; 및 상기 OCT 탐지기, 상기 OCT 영상장치, 상기 제1 검출기에 연결된 프로세서;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 OCT 탐지기를 통해 획득된 OCT 영상에, 상기 제1 검출기를 통해 획득된 상기 OCT 탐지기의 영상을 중첩시켜 표시하도록 상기 OCT 영상장치를 제어할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체에 삽입되는 바늘의 위치와 자세를 실시간으로 모니터할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 방사능에 노출될 위험이 없다.

또한, 3차원적으로 바늘과 혈관을 이미징힐 수 있어, 바늘 핸들링의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 생체의 피부 상에 바늘의 삽입 위치, 삽입 각도, 삽입 깊이를 프로젝션할 수 있어, 바늘 핸들링의 정확도를 더욱 높일 수 있다.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(100)을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시돤 바늘(30) 및 혈관(B)의 확대도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘(30) 및 혈관(B)의 영상을 개략적으로 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템에서 바늘(30)의 삽입 위치, 삽입 각도, 삽입 깊이를 가이드해주는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(200)을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(300)을 개략적으로 도시한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, 구성요소, 블록, 유닛, 모듈 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성요소, 블록, 유닛, 모듈 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

이하의 실시예에서, 구성요소, 블록, 유닛, 모듈 등이 연결되었다고 할 때, 구성요소, 블록, 유닛, 모듈들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 구성요소, 블록, 유닛, 모듈들 중간에 다른 구성요소, 블록, 유닛, 모듈들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 도 2는 도 1에 도시돤 바늘(30) 및 혈관(B)의 확대도를 개략적으로 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(100)은, 제1 광원(11), 제2 광원(12), 제1 검출기(21), 제2 검출기(22), 생체에 삽입되기 위한 바늘(30)을 포함할 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 시스템(100)은 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.

예를 들면 바늘(30)은, 생체의 피부(skin, S)와 조직(tissue, T)을 뚫고 혈관(blood vessel, B)에 삽입되어야 할 수 있다. 다만 본 발명은 바늘(30)이 혈관(B)에 삽입되는 경우뿐 아니라, 생체 내의 특정 세포, 특정 조직, 또는 특정 위치에 삽입되는 경우도 포함한다. 본 발명에서 바늘(30)은 주사기, 관절경 등을 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 이하에서는 바늘(30)이 혈관(B)삽입되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 제1 광원(11)은 제1 파장을 포함하는 제1 광을 방출할 수 있다. 제2 광원(12)은 제2 파장을 포함하는 제2 광을 방출할 수 있다. 예를 들면 제1 광은 제1 파장을 중심으로 하는 소정 대역의 광일 수 있고, 편의상 제1 파장의 광으로 지칭될 수 있다. 제2 광은 제2 파장을 중심으로 하는 소정 대역의 광일 수 있고, 편의상 제2 파장의 광으로 지칭될 수 있다.

한편 도 2를 참조하면, 바늘(30)은 제1 광을 흡수하여 제3 파장을 포함하는 제3 광을 방출하는 발광물질(33)을 포함할 수 있다. 발광물질(33)은 예를 들면, 양자점(quantum dot, QD)일 수 있다.

따라서, 제1 파장의 제1 광은 바늘(30)에 포함된 발광물질(33)이 잘 흡수하는 파장대역의 광일 수 있다. 또한, 제2 파장의 제2 광은, 바늘(30)이 삽입될 타겟(예: 혈관(B))이 잘 흡수하는 파장대역의 광일 수 일 수 있다.

예를 들면, 제1 파장, 제2 파장, 제3 파장의 광은 단파적외선(short wave infrared, SWIR)일 수 있다. 단파적외선(SWIR)의 파장은 예를 들면 0.9 μm 내지 2.5 μm일 수 있다. 따라서, 제1 광, 제2 광이 생체에 조사되고, 제3 광이 생체 내의 바늘(30)로부터 방출되어도, 생체는 방사능에 노출될 위험이 없을 수 있다. 일 예를 들면 제1 파장은 950 nm일 수 있고, 제2 파장은 1400 nm일 수 있고, 제3 파장은 1100 nm일 수 있다.

한편 도 2를 참조하면, 바늘(30)은 중공(32)과, 중공(32)을 둘러싸는 외벽(31)을 포함할 수 있다. 바늘(30)의 외벽(31)에 발광물질(33)이 포함될 수 있다. 발광물질(33)은 단파적외선(예: 950 nm)을 흡수하여 단파적외선(예: 1100 nm)을 방출하는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광물질(33)은, 제1 파장의 입사광(I)을 흡수하여, 제3 파장의 방출광(E)을 방출 또는 방사할 수 있다. 제3 파장은 제1 파장보다 짧다.

일 실시예에 따르면 발광물질(33)은 양자점(예: 단파적외선 양자점)일 수 있으며, 바늘(30)의 외벽(31)의 표면에 양자점이 코팅될 수 있다. 상기 코팅은 고분자 기반의 코팅일 수 있다. 양자점은, 10 nm 미만의 구형 반도체 입자일 수 있다. 양자점은 예를 들면, 양자점을 둘러싸는 표면 물질에 따라 다양한 매질 속에 섞일 수 있다. 일 예를 들면, 바늘(30)의 외벽(31)을 둘러싸는 고분자 코팅에 양자점을 함유시킴으로써 바늘(30)을 제작할 수 있다. 일 예를 들면, 바늘(30)의 외벽(31)을 상기 양자점으로 코팅함으로써 바늘(30)을 제작할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 제1 검출기(21)는 제3 파장의 제3 광을 검출할 수 있다. 제2 검출기(22)는 제2 파장(예: 1400 nm)을 중심으로 하는 제4 광을 검출할 수 있다.

제3 광은 바늘(30)의 발광물질(33)에 의해 방사된 광이다. 따라서 제1 검출기(21)는 바늘(30)의 위치 및 자세를 검출할 수 있다. 예를 들면, 제1 검출기(21)에서 검출된 신호를 영상화하면, 바늘(30)의 형상이 식별될 수 있다.

제4 광은, 제2 광이 타겟(예: 혈관)에 흡수되고 남은 광, 또는 반사광일 수 있다. 일 예를 들면, 바늘이 삽입될 타겟은 제2 파장에 대한 흡수율이 높을 수 있다. 예를 들어 타겟이 혈관(B)인 경우, 혈관(B)은 제2 파장에서 높은 흡수율을 가져, 제2 검출기(22)에서 검출된 신호(즉, 제4 광에 대응하는 신호)를 영상화하면, 혈관(B)이 있는 부분만 어둡게(예를 들면 검정색으로) 보일 수 있다. 따라서, 제2 검출기(22)는 혈관(B)의 위치 및 형상을 검출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 파장(예: 1400 nm)은 물에 대한 흡수율이 높기 때문에 혈관에 다량 흡수될 수 있다.

따라서 예를 들면 제4 광은 제2 파장의 광을 포함하는 것이 아니라, 제2 파장을 중심으로 하는 특정 스펙트럼의 광일 수 있다. 왜냐하면, 제4 광은, 제2 광에서 제2 파장의 대역이 혈관에 흡수되고 남은 광일 수 있기 때문이다.

일 실시예에 따르면, 제1 광원(11) 및 제2 광원(12)은 멀티스펙트럼 단파적외선 LED(light emitting diode)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 검출기(21) 및 제2 검출기(22)는 멀티스펙트럼 단파적외선 디텍터일 수 있다. 제1 검출기(21) 및 제2 검출기(22)는 예를 들면 카메라일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에 따르면, 제1 광과 제2 광의 출발 위치는 다르지만, 일 지점에서 제1 광과 제2 광의 경로가 겹쳐질 수 있다.

일 예를 들면 제1 광의 출발 광과 제2 광의 출발 광이 90도를 이루도록 제1 광원(11)과 제2 광원(12)이 배치될 수 있다. 제1 광과 제2 광이 90도로 만나는 지점에 하프 미러(half-mirror)(13)가 구비될 수 있다. 하프 미러(13)는 제1 광과 제2 광에 대하여 45도로 배치될 수 있다. 예를 들면 하프 미러(13)는 제1 파장의 광은 통과시키되, 제2 파장의 광은 반사시킬 수 있다. 따라서, 하프 미러(13)에 의해 제1 광과 제2 광의 경로가 합쳐질 수 있다.

하프 미러(13)에서 합쳐진 제1 광과 제2 광은, 소정의 광학계(예: 미러(14))를 통해 스캐너(15)로 입사될 수 있다. 스캐너(15)는 예를 들면 미러를 포함할 수 있다. 스캐너(15)에서 반사된 제1 광과 제2 광은, 피부(S)를 향해 조사될 수 있다. 예를 들면, 제1 광과 제2 광은 경로가 겹쳐진 상태로 함께 피부(S)에 조사될 수 있다.

한편, 일 예를 들면 스캐너(15)는 소정의 각도 범위 내에서 회전(rotate)할 수 있다. 스캐너(15)의 동작에 따라, 제1 광과 제2 광이 피부에 조사되는 위치가 변화될 수 있다. 예를 들면, 제1 광과 제2 광의 합쳐진 경로는, 스캐너(15)의 회전에 의해, 소정의 각도(A) 범위 내에서 변화될 수 있다. 따라서, 제1 광과 제2 광은, 피부(S) 상의 소정의 면적 내에서 이동되며 조사될 수 있다.

한편, 바늘(30)로부터 방출된 제3 광의 일부와, 혈관에 의해 흡수되고 남은 제4 광의 일부는 각각, 제1 검출기(21)와 제2 검출기(22)로 입사될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 빔 스플리터(23)에 의해 제3 광과 제4 광의 경로가 나뉠 수 있다. 빔 스플리터(23)는 예를 들면, 제3 파장의 광은 통과시키고, 제2 파장을 중심으로 하는 소정 대역의 광은 반사시킬 수 있다. 따라, 빔 스플리터(23)에 의해 제3 광과 제4 광이 나뉠 수 있고, 제3 광은 제1 검출기(21)로 입사되고, 제4 광은 제2 검출기(22)로 입사될 수 있다.

한편 도 1의 광학계(예: 하프 미러(13), 미러(14), 스캐너(15), 빔 스플리터(23))는 간략한 예시로써 나타낸 것일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 상기 기능을 실현시킬 수 있는 다양한 구성의 광학계를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 시스템(100)의 다양한 구성들의 동작에 의해, 본 발명에 따른 시스템(100)은 실시간으로 및 연속적으로, 혈관(B)의 위치와 모양 및 바늘(30)의 위치와 자세(예: 각도)를 검출할 수 있다.

일 예를 들면 제1 검출기(21) 및 제2 검출기(22)는 광을 수신하여 전기 신호로 변환한 뒤, 디지털 신호로 변환할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에 따른 시스템(100)은, 상기 제1 검출기(21)에서 검출된 신호(예: 디지털 신호)와 제2 검출기(22)에서 검출된 신호(예: 디지털 신호)를 영상화하여, 하나의 화면에 표시해주는 표시 장치(미도시)(예: 디스플레이)를 더 포함할 수 있다. 표시 장치는 제어 회로를 포함할 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들면 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘(30) 및 혈관(B)의 영상을 개략적으로 도시한다. 일 실시예에 따르면, 상기 표시 장치(미도시)는, 제1 검출기(21)에서 검출된 신호를 영상화하여 바늘의 영상(39)을 표시하고, 제2 검출기(22)에서 검출된 신호를 영상화하여 혈관의 영상(BI)를 표시할 수 있다.

광학계, 표시 장치, 및 제어 회로의 동작에 의해, 바늘 영상(39)과 혈관 영상(BI)이 한 화면에 실시간으로 표시될 수 있으며, 3차원적으로 표시될 수 있다. 상기 화면에 표시된 바늘 영상(39)과 혈관 영상(BI)은, 실제 바늘(30)과 실제 혈관(B)의 상대적 위치를 3차원적으로 및 실시간으로 나타낼 수 있다. 또한, 바늘 영상(39)은 바늘(30)의 자세(예: 각도)를 3차원적으로 나타내며, 혈관 영상(BI)은 혈관(B)의 모양을 3차원적으로 나타낼 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템에서 바늘(30)의 삽입 위치, 삽입 각도, 삽입 깊이를 가이드해주는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은, 혈관의 위치 및 형상을 생체의 피부(S) 상에 투영해주는 프로젝터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 프로젝터는, 예를 들면, 제2 검출기(22)와 연결(예: 전기적 연결 또는 통신 연결)될 수 있다. 프로젝터는, 제2 검출기(22)가 검출한 제4 광에 대한 신호를 영상화하여, 피부(S) 상의 해당 위치에 투영할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 바늘의 삽입 위치, 삽입 각도, 및 삽입 깊이를 가이드하는 레이저광(41, 42, 43)을 방출하는 광방출기(예: 40)를 더 포함할 수 있다. 본 문서에서 바늘의 삽입 위치란, 타겟(예: 혈관(B)) 상의 지점이 아닌, 피부(S) 상에 표시되는 엔트리 포인트(entry-point)를 지칭한다.

일 실시예에 따르면, 상기 광방출기는, 제1 레이저광(41)으로 피부 상에 바늘의 삽입 위치를 표시할 수 있고, 제3 레이저광(43)으로 바늘의 삽입 깊이를 가이드할 수 있는 광방출기(40)를 포함할 수 있다. 상기 광방출기는, 제2 레이저광(42)으로 바늘의 삽입 각도를 가이드해주는 광방출기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 따라서 예를 들면, 상기 광방출기는 적어도 두 개일 수 있다. 다만 이에 한정되지 않는다, 광방출기는 일부 병합되거나 일부 분리될 수 있음은 물론이다.

일 실시예에 따르면, 광방출기(40)는 피부(S) 상에 바늘의 삽입 위치를 제1 점(51)으로 표시해주는 제1 레이저광(41)을 방출할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광방출기(미도시)는 바늘의 삽입 각도를 가이드해주는 제2 레이저광(42)을 방출할 수 있다. 예를 들면, 제2 레이저광(42)의 각도에 상응하도록 바늘(30) 각도를 조정한 채, 바늘(30)을 피부(S)에 인입할 수 있다. 예를 들면, 바늘(30)의 길이방향을 따라 상기 제2 레이저광(42)이 보이도록(즉, 비치도록) 바늘(30)의 삽입 각도를 조정할 수 있다. 제2 레이저광(42)은 상기 제1 점(51)을 가리킬 수 있다. 즉 제1 레이저광(41)과 제2 레이저광(42)은 하나의 제1 점(51)에서 모일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 광방출기(예: 40)는 제2 레이저광(42)의 경로 상의 제2 점(52)을 통과하는 제3 레이저광(43)을 방출할 수 있다. 제2 점(52)은, 제2 레이저광(42)과 제3 레이저광(43)이 교차하는 점일 수 있다. 제2 점(52)은, 바늘(30)의 삽입 깊이를 가이드할 수 있다. 제2 점(52)이 바늘의 삽입 깊이를 가이드하는 방법은 도 5를 통해 상세히 후술된다.

한편, 상기 제1, 2, 3 레이저광(41, 42, 43)을 가이더로 이용하여 바늘(30)을 삽입하는 와중에도, 전술한 광원(11, 12), 검출기(21, 22), 및 그 외의 광학계(예; 13, 14, 15, 23)를 통해 측정된 혈관의 3차원 영상(예: BI)과 바늘(30)의 3차원 영상(예: 39)은, 별도의 표시 장치를 통해 실시간으로 표시될 수 있다.

또한, 상기 제1, 2, 3 레이저광(41, 42, 43)을 가이더로 이용하여 바늘(30)을 삽입하는 와중에도, 전술한 제2 검출기(22)를 통해 혈관(B)이 영상화되어, 피부(S) 상에 계속 투영(project)될 수 있다. 상기 투영(projection)은, 혈관(B)의 위치 및 형상을 나타낼 수 있다.

한편 도 5를 참조하면, 바늘(30) 상에, 제2 레이저광(42)과 제3 레이저광(43)이 만나는 제2 점(52)이 표시될 수 있다. 사용자(예: 의사 또는 간호사)는, 바늘(30)의 외벽(31) 상의 소정의 표시(예: 눈금)(35)가 상기 제2 점(52)과 겹쳐질 때까지 바늘을 삽입할 수 있다. 이를 통해 제2 점(52)이 바늘의 삽입 깊이를 가이드할 수 있는 것이다. 즉, 지정된 깊이까지 바늘(30)을 삽입하게 되면, 바늘(30) 상의 특정 표시(예: 특정 눈금)(35)가 제2 점(52)과 겹쳐질 수 있다.

한편 일 실시예에 따르면, 같은 혈관에 삽입하더라도, 바늘(30)의 종류에 따라 삽입 깊이나, 바늘(30)에 표시된 눈금이 다를 수 있다. 따라서 일 실시예에 따르면, 시스템(100)은, 바늘(30)에 표시된 별도의 식별정보를 인식할 수 있는 판독기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 판독기(미도시)는, 바늘(30)의 식별정보(예: 바코드 또는 QR 코드)를 인식하여, 시스템(100)의 적어도 일부가 공유하는 프로세서(미도시)로 송신할 수 있다. 프로세서(미도시)는, 수신된 식별정보에 따라 바늘(30)의 종류나 바늘(30) 상의 특정 표시(예: 특정 눈금)의 위치를 식별할 수 있다. 프로세서(미도시)는, 식별정보에 따라 바늘의 종류나 바늘 상의 특정 표시(예: 특정 눈금)의 위치를 고려하여, 제1 점(51) 및 제2 점(52)를 표시하도록 광방출기(예: 40)를 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(200)을 개략적으로 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(200)은, 도 1에 도시된 시스템(100)에 비하여, 초음파 탐지기(61) 및 광 추적기(62)를 더 포함할 수 있다.

광 추적기(optical tracker)(62)는, 초음파 탐지기(probe)(61) 및 제1, 2 검출기(21, 22)와 연결(예: 전기적 연결 또는 통신 연결)될 수 있다. 광 추적기(62)는, 초음파 탐지기(61)로부터 수신된 신호에 따라 초음파 영상을 표시하도록 제어할 수 있다. 광 추적기(62)는, 제1, 2 검출기(21, 22)로부터 수신된 디지털 신호에 따라, 타겟(예: 혈관)의 3차원적 형상 및 바늘(30)의 3차원적 위치 및 자세를 탐지할 수 있다.

광 추적기(62) 및 별도의 표시 장치(미도시)에 연결된 프로세서(미도시)는, 상기 초음파 영상에 바늘(30)의 실제 위치를 대응시켜 표시하도록 표시 장치를 제어할 수 있다. 예를 들면, 표시 장치는 프로세서의 제어에 따라, 초음파 영상에 바늘(30)의 3차원적 영상이 중첩된 영상(63)을 표시할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(300)을 개략적으로 도시한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(300)에서는, 도 1에 도시된 시스템(100)에서 바늘(30)이 OCT(optical coherence tomography) 탐지기(probe)(72)로 구현될 수 있다. 또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 바늘의 위치 및 자세 추적 시스템(300)은, 도 1에 도시된 시스템(100)에 비하여, OCT 영상장치(71)를 더 포함할 수 있다.

OCT 영상은, 광간섭 단층영상으로, 예를 들면 생체 조직의 단층영상 또는 횡단면을 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따르면, 시스템(300)은, 바늘(30)로써 OCT 탐지기(72)를 사용할 수 있다. OCT 탐지기(72)는 예를 들면 바늘(30)과 마찬가지로 발광물질(33)을 포함할 수 있다. 따라서 광원(11, 12)과 검출기(21, 22)를 포함하는 광학계(예: 13, 14, 15, 23)는, 바늘(30)과 마찬가지로 OCT 탐지기(72)의 실시간 위치 및 자세를 검출할 수 있다.

OCT 탐지기(72), OCT 영상장치(71), 및 제1 검출기(21)에 연결(예: 전기적 연결 또는 통신 연결)된 프로세서(미도시)는, OCT 영상에 OCT 탐지기(72)의 실제 위치를 대응시켜 표시하도록 OCT 영상장치(71)를 제어할 수 있다. 예를 들면, OCT 영상장치(71)는 프로세서의 제어에 따라, OCT 영상에 OCT 탐지기(72)의 영상이 중첩된 영상을 표시할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

제1 파장을 포함하는 제1 광을 생체에 조사하는 제1 광원;
제2 파장을 포함하는 제2 광을 상기 생체에 조사하는 제2 광원;
상기 제1 광을 흡수하여 제3 파장을 포함하는 제3 광을 방출하는 발광물질을 포함하며, 상기 생체에 삽입되는 바늘;
상기 제3 광을 검출하는 제1 검출기;
상기 생체로부터 반사되며 상기 제2 파장을 중심으로 특정 스펙트럼을 갖는 제4 광을 검출하는 제2 검출기;를 포함하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 검출기에서 검출된 신호와 상기 제2 검출기에서 검출된 신호를 영상화하여 하나의 화면에 표시해주는 표시 장치;를 더 포함하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 광과 상기 제2 광을 상기 생체의 소정의 면적에 조사하도록, 상기 제1 광과 상기 제2 광의 경로를 소정의 각도 범위 내에서 변화시키는 스캐너;를 더 포함하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 광의 경로와 상기 제2 광의 경로의 적어도 일부는 겹치며,
상기 제1 광의 경로와 상기 제2 광의 경로는 하프 미러에 의해 합쳐지는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 바늘의 삽입 각도 및 삽입 깊이를 가이드하는 레이저광을 방출하는 광방출기;를 더 포함하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제5항에 있어서,
상기 광방출기는, 적어도 두 개이며,
상기 바늘의 삽입 각도 및 삽입 깊이를 가이드하기 위해, 상기 적어도 두 개의 광방출기에서 총 세 개의 레이저 광이 방출되는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1항에 있어서,
초음파 탐지기;
상기 초음파 탐지기에 연결된 광 추적기; 및
상기 광 추적기, 표시 장치, 및 상기 제1 검출기에 연결된 프로세서;를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 초음파 탐지기와 상기 광 추적기를 통해 획득된 초음파 영상에 바늘의 영상을 중첩시켜 표시하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.
제1항에 있어서,
상기 바늘은 OCT (optical coherence tomography) 탐지기를 포함하고,
상기 시스템은,
상기 OCT 탐지기에 연결된 OCT 영상장치; 및
상기 OCT 탐지기, 상기 OCT 영상장치, 상기 제1 검출기에 연결된 프로세서;를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 OCT 탐지기를 통해 획득된 OCT 영상에, 상기 제1 검출기를 통해 획득된 상기 OCT 탐지기의 영상을 중첩시켜 표시하도록 상기 OCT 영상장치를 제어하는,
바늘의 위치 및 자세 추적 시스템.