KR20230138966A - 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법 및 장치를 공개한다. 이 방법은 장치에 의해 수행되는 방법에 있어서, (a) 영상 획득부를 통해 획득된 적외선 영상으로부터 목표 혈관을 탐색하여, 상기 영상 획득부의 현재 위치에 대한 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 도출하는 단계; (b) 상기 도출된 상대적 좌표에 기초해 상기 목표 혈관의 제1 좌표 및 혈관 주행 방향과 정렬하기 위한 바늘 삽입 각도를 계산하여, 초음파 프로브를 상기 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 접촉시키는 단계; 및 (c) 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과로부터 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 획득하고, 바늘의 최대 침습 길이 오차를 고려하여 바늘의 최대 삽입 각도를 계산한 후, 상기 계산된 바늘의 최대 삽입 각도에 기초하여 상기 혈관 내 소정의 지점으로 바늘의 끝단이 침습되게 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법 및 장치{An invasive control method for safe automatic blood collection and a device thereof}

본 개시는 침습 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 개시는 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래부터 의료 분야에서 임상 검사나 연구 분석에 있어서 사람의 혈액 채취가 필요한데, 일반적인 채혈 방법으로서 채혈 시행자가 피채혈자의 상완부에 지혈대를 연결해 체 표면 가까이의 비교적 굵은 정맥을 떠오르게 해 육안에 의해 혈관을 확인한 후에 주사바늘을 혈관에 천자해 흡인한다.

그런데, 이러한 사람의 수작업에 의한 채혈 방법은 채혈 시행자의 기능이 미숙한 경우, 혈관에 대한 정확한 천자가 어렵고 천자 시의 통증이나 생체 조직의 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 최근에 보다 신속하고 정확한 천자 채혈을 목적으로 다양한 자동 채혈 장치가 연구 개발되고 있다.

그런데, 자동 채혈 장치와 같은 정밀한 장치는 제작 과정에서의 제작 오차, 각 구성요소들의 조립 과정에서의 조립 오차들이 누적되어, 장치가 실제로 동작할 때 오동작을 유발할 가능성이 있었다.

또한, 채혈 장치의 경우 채혈 대상의 혈관 전벽을 침습해야 하는데, 혈관에 대한 침습이 미숙달자에 의해 수행될 때에 채혈 대상에게 통증이나 생체 조직의 손상이 발생할 가능성이 있었다.

또한, 모터로 제어되는 자동 채혈 장치의 경우, 모터 제어에 의한 변위 방향이 바늘 주행 방향과 평행하지 않을 때 모터 제어 단위의 조합으로 바늘을 목표 혈관까지 도달시키는 과정에서 발생할 수 있는 진동으로 인한 마찰 때문에 채혈 대상의 바늘 주행 경로 주위에 통증이 유발될 수 있고, 통증에 반응하는 채혈 대상의 움직임 때문에 채혈 과정의 안정성을 해할 위험이 있었다.

또한, 채혈을 위한 바늘 삽입 시, 바늘이 목표 혈관 전벽을 통과해 목표 혈관 중심점보다 더욱 진행하여 혈관 후벽을 관통하는 후벽 천자 현상에 의한 혈종 등이 발생할 가능성이 있었다.

KR 10-0522157 B1　(2005.10.10.)

본 개시가 해결하고자 하는 과제는 채혈시 침습 과정에서 2차원의 직선 이동 제어 및 회전 운동 제어까지 가능한 3차원의 이동 제어를 수행하고, 혈관 침습 이후 피봇 모션 실행시 발생되는 바늘 삽입 각도 및 깊이를 제한하며, 임피던스 제어 방식으로 초음파 프로브를 제어할 수 있는 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 개시가 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 과제를 달성하기 위한 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 장치에 의해 수행되는 방법에 있어서, (a) 영상 획득부를 통해 획득된 적외선 영상으로부터 목표 혈관을 탐색하여, 상기 영상 획득부의 현재 위치에 대한 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 도출하는 단계; (b) 상기 도출된 상대적 좌표에 기초해 상기 목표 혈관의 제1 좌표 및 혈관 주행 방향과 정렬하기 위한 바늘 삽입 각도를 계산하여, 초음파 프로브를 상기 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 접촉시키는 단계; 및 (c) 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과로부터 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 획득하고, 바늘의 최대 침습 길이 오차를 고려하여 바늘의 최대 삽입 각도를 계산한 후, 상기 계산된 바늘의 최대 삽입 각도에 기초하여 상기 혈관 내 소정의 지점으로 바늘의 끝단이 침습되게 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 상기 (a) 단계는 (a-1) 적외선 카메라군을 통해 상기 피부 표면 상에 이격되어 위치하면서 상기 목표 혈관을 촬영하는 단계; (a-2) 상기 적외선 카메라군과 연동되는 거리 센서를 통해 상기 피부 표면과의 거리를 측정하는 단계; (a-3) 상기 적외선 영상 상에서 이미지의 중심 좌표와 상기 목표 혈관의 중심 좌표의 차이를 거리로 환산하는 단계; 및 (a-4) 상기 환산된 거리만큼 상기 거리 센서의 센싱 위치를 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 방향으로 이동시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 상기 (b) 단계는 (b-1) 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 기초로 하여 상기 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 지점인 목표 혈관 관측점 위치로부터 상기 거리 센서까지의 제1 수직 거리를 측정하는 단계; (b-2) 상기 혈관 주행 방향을 기준으로 수직으로 좌측, 우측 각각에 위치한 목표 혈관 좌측 관측점 위치 및 목표 혈관 우측 관측점 위치 각각에서 상부로 이격된 위치로 상기 거리 센서를 이동시켜 상기 양측 관측점 각각으로부터 상기 거리 센서까지의 제2 및 제3 수직 거리를 측정하는 단계; (b-3) 상기 목표 혈관 좌측 관측점 및 상기 목표 혈관 우측 관측점의 3차원 좌표를 산출하고, 상기 제1 내지 제3 수직 거리의 조합을 이용하여 상기 양측 관측점에서의 피부 표면의 기울기를 산출하는 단계; 및 (b-4) 상기 산출된 기울기를 이용하여 상기 목표 혈관의 주행 방향과 수직하고 상기 피부 표면에 평행하게 상기 초음파 프로브를 상기 피부 표면에 접촉시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 상기 (c) 단계는 (c-1) 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과를 이용하여 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 획득하는 단계; (c-2) 상기 초음파 프로브와의 위치 관계를 이용하여 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과에서 보이는 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 제2 좌표계에서 획득하는 단계; (c-3) 역기구학을 적용해 상기 바늘 삽입 각도를 제어하는 바늘부 구동 모터를 동작시키는 단계; 및 (c-4) 바늘부의 이동을 제어하여 상기 바늘을 주행시켜 상기 바늘의 끝단이 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점까지 침습되게 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 상기 (c-4) 단계에서, 상기 바늘부 구동 모터를 제어하여, 바늘 주행 방향과 모터 제어에 의한 변위 방향이 평행하도록 상기 바늘부의 이동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 상기 (c-4) 단계에서, 상기 바늘의 끝단 주행은 혈관 전벽 침습 이후부터 바늘 삽입 지점을 기점으로 피봇 모션을 수행하여, 최초 바늘 삽입 각도보다 점진적으로 바늘 입사각을 낮추면서 상기 바늘을 주행시키는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 상기 (c) 단계에서, 상기 초음파 프로브의 접촉 이후에, 상기 제어부가 조건 제어 입력 방식을 이용해 입력 조건을 변화시키면서 조건 변화를 수행하는 임피던스 제어로 변경하여, 상기 초음파 프로브와 상기 피부 표면의 상호 작용에 의해 발생하는 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 상기 (c-4) 단계에서, 혈관 밀림 방지부를 통해 상기 혈관 전벽을 침습하는 지점의 수직선을 기준으로, 상기 바늘 주행 방향과 대칭인 방향으로 상기 피부 표면에 압력을 전달하거나, 상기 바늘이 삽입되는 지점과 대칭인 지점을 포함한 피부 표면 상에 마찰력에 의한 압력을 전달하여 상기 바늘의 끝단이 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점까지 침습되게 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 개시의 일 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 수행하기 위해, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 컴퓨터 프로그램으로 저장되는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 개시의 다른 면에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치는 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상부에서 이격되어 적외선 영상 및 초음파 영상을 촬영하는 영상 획득부; 일측이 링크 연결부를 통해 상기 영상 획득부에 연결되고, 타측에 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점으로 끝단이 침습되도록 주행하는 바늘을 구비한 바늘부; 상기 영상 획득부의 현재 위치에 대한 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 도출하고, 상기 도출된 상대적 좌표에 기초해 제1 좌표를 계산하여 초음파 프로브를 상기 피부 표면 상으로 이동시키는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 응답하여, 바늘 주행 방향과 모터 제어에 의한 변위 방향이 평행하도록 상기 바늘부를 구동하는 바늘부 구동 모터; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 초음파 프로브와의 위치 관계를 이용하여 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점에 대한 제2 좌표를 획득하고, 혈관 전벽 침습 이후부터 바늘 삽입 지점을 기점으로 상기 바늘부의 피봇 모션을 수행하여 상기 바늘을 주행시키는 것을 특징으로 한다.

본 개시의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 개시에 의할 경우, 채혈 장치의 제작 과정 및 조립 과정에서의 누적 오차를 최소화하여 초음파 프로브 센싱 지점과 실제 바늘 침습 위치를 정밀하게 맞출 수 있다.

또한, 침습 과정에서 발생하는 불필요한 진동을 줄여 침습 통증이 최소화되고, 채혈 대상에 가해지는 압력이 안전 범위 내에서 조절되어 혈관 전벽 침습 이후 혈관 후벽의 천자 위험성이 감소된다.

본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 블록도(a) 및 개념도(b)이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 전반적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 목표 혈관 파악 동작을 설명하기 위한 블록도 및 개념도이다.
도 4는 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 초음파 프로브 접촉 동작을 설명하기 위한 블록도(a) 및 개념도(b)이다.
도 6은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S200 및 S300)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 바늘 침습 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S400 및 S500)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 도 1에 도시된 침습 제어 장치 내 초음파 프로브(120)가 신체 관측 부위에 접촉되기 전의 위치 제어(a) 및 접촉된 후의 임피던스 제어(b)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 12는 도 1에 도시된 침습 제어 장치 내 바늘에 의해 밀리는 이동을 방지하기 위한 제1 실시예(a) 및 제2 실시예(b)의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 개시의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 개시의 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.

본 개시에서 제어부(400)는 프로세서(Processor), 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로서, 영상 획득부(100), 바늘부(200) 및 링크 연결부(300)의 유기적인 동작을 전반적으로 제어하고, 각종 판단 및 연산을 수행하는 구성요소를 의미하고, 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 블록도(a) 및 개념도(b)로서, 영상 획득부(100), 바늘부(200), 링크 연결부(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

영상 획득부(100)는 센서부(110) 및 초음파 프로브(120)를 포함하고, 센서부(110)는 거리 센서(111) 및 적외선 카메라(112)를 포함하며, 바늘부(200)는 바늘 장착부(210) 및 바늘(220)을 포함한다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 전반적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3은 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 목표 혈관 파악 동작을 설명하기 위한 블록도 및 개념도로서, 적외선 카메라(112)가 스테레오 적외선 카메라인 경우(a)와 단일 적외선 카메라인 경우(b)이다.

도 4는 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 초음파 프로브 접촉 동작을 설명하기 위한 블록도(a) 및 개념도(b)이다.

도 6은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S200 및 S300)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 바늘 침습 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

도 10은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S400 및 S500)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 내지 도 10을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 유기적인 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 개시의 침습 제어 장치에서 목표 혈관의 적외선(IR) 영상을 획득하는 영상 획득부(100)는 단일 적외선 카메라를 복수개 포함하는 적외선 카메라군인 것으로 가정한다.

목표 혈관 파악 단계(S100)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

적외선 카메라군(112)은 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 이격되어 위치하면서 목표 혈관을 촬영한다(S110).

제어부(400)는 적외선 카메라군(112)에서 촬영된 적외선(IR) 영상을 통하여 채혈에 적합한 혈관을 탐색(딥러닝 처리도 가능)한 후에, 그 지점의 공간상 위치를 파악하기 위하여 거리 센서(111)가 목표 혈관이 위치한 지점 상부로 이동하여 신체의 채혈 대상 부위와의 거리를 측정한다(S120).

즉, 도 3에서 보는 바와 같이, 제어부(400)가 적외선 영상 상에서 이미지의 중심 좌표와 목표 혈관의 중심 좌표 차이를 xy 평면에서의 거리로 환산하여(S130), 센서부(110)의 센싱 위치를 환산된 거리만큼 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점 방향으로 이동하게 한다(S140).

이 때, 제어부(400)는 적외선 카메라군(112)과 침습 장치 전체의 3축(x,y,z) 방향의 프레임 이동을 사용하여 글로벌 좌표계를 생성한다.

여기에서, 글로벌 좌표계는 침습 장치의 케이스 내에서, 통합 이동 모듈이 이동할 수 있는 전체 공간을 표현하는 좌표계로서, 직육면체의 기기 케이스를 구성하는 서로 직교하는 3개의 축을 글로벌 좌표계의 x,y,z 축으로 설정한다.

도 3에서 보는 바와 같이, 글로벌 좌표계는 스테레오(stereo) 적외선 카메라를 이용한 3D 좌표계 또는 단일 적외선 카메라를 이용한 2D 좌표계일 수 있다.

이러한 글로벌 좌표계를 통하여 현재 위치에 대한 목표 혈관의 상대적 좌표를 추출할 수 있는데, 특히 스테레오 적외선 시스템의 경우 x,y,z 3차원 좌표계에서 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점 좌표를 찾기 때문에, 다음 단계인 초음파 프로브 접촉 단계에서 z축 좌표 추출 과정을 생략할 수 있다.

여기에서, 영상 획득부(100)는 적외선 카메라군뿐 아니라, 목표물의 3차원 영상 정보를 획득하는 3D 카메라나 TOF(Time Of Flight) 카메라(라이다 센서, 초음파 센서 등이 구비된)도 사용가능하다.

다음으로, 초음파 프로브 접촉 단계(S200~S300)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

목표 혈관 파악 단계에서 측정된 거리 값 셋으로 목표 혈관의 제1 좌표 즉, 글로벌 좌표 및 바늘 삽입 각도를 계산하여(S200), 초음파 프로브(120)를 채혈 대상인 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 접촉시킨다(S300).

여기에서, 바늘 삽입 각도는 바늘(220)의 신체 삽입 시, 바늘(220)과 신체 표면 사이의 입사각을 의미하는 것으로서, 혈관 주행 방향과 정렬하기 위한 각도이다.

또한, 혈관 내 적절한 지점의 z축 좌표 및 목표 혈관이 위치한 피부 표면의 현재 방향(orientation)을 확인한다.

즉, 목표 혈관 파악 단계에서 얻은 정보인 목표 혈관의 상대적 좌표를 기초로 하여 도 5(a)에서 보는 바와 같이, 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 지점인 목표 혈관 관측점 위치로부터 상부로 이격된 위치에서 거리 센서(111)를 이용하여 제1 z축 거리, 즉 제1 수직 거리를 측정한다(S210).

여기에서, 거리 센서(111)는 레이저 센서, 신체 내부에서 반사되는 빛의 위치 좌표를 파악할 수 있는 ToF 센서(time of flight sensor) 등이 사용될 수 있다.

그 후에, 목표 혈관 관측점에서 좌측으로 일정 거리 떨어진 목표 혈관 좌측 관측점과, 목표 혈관 관측점에서 좌측으로 일정 거리 떨어진 목표 혈관 우측 관측점 각각의 위치에서 상부로 이격된 위치로 센서부(110)를 이동시켜(S220), 목표 혈관 좌측 관측점 및 목표 혈관 우측 관측점 각각으로부터 거리 센서(111)까지의 제2 및 제3 z축 거리, 즉 제2 및 제3 수직 거리를 측정한다(S230).

이는 혈관 주행 방향을 기준으로 수직으로 좌측, 우측 각각에 위치한 목표 혈관 좌측 관측점 및 목표 혈관 우측 관측점의 x,y,z 좌표와 그에 접촉하는 지점에서의 피부 표면의 기울기를 산출하기 위함이다(S240, S250).

여기에서, 목표 혈관 좌측 관측점 및 목표 혈관 우측 관측점의 선정 기준 으로서, 육안으로 보여지는 혈관의 주행 방향에 대한 혈관 주행 벡터와 수직 관계에 있는 연장선인 혈관 주행 수직 벡터 상에서 양 관측점을 선정할 수 있다.

이렇게 측정된 피부 표면의 기울기는 목표 혈관의 주행 방향과 수직하고, 피부 표면에 평행하게 초음파 프로브(120)를 피부 표면에 접촉(S300)시키기 위해 제어하는데 사용된다.

한편, 본 개시의 침습 제어 장치와 같은 정밀한 장치는 제작 과정에서의 제작 공차, 각 링크 간의 조립 오차들이 누적되어, 장치가 실제로 동작할 때 오차를 유발할 가능성이 있다.

또한, 채혈 장치의 경우 발생할 수 있는 혈관에 대한 천자 시의 통증이나 생체 조직의 손상 가능성이 있으므로, 본 개시의 침습 제어 장치에서는 센서부(110) 동작과 바늘 장착부(210) 동작 간의 미세한 오차조차 최소화하는 것이 중요하다.

침습 제어 장치의 구조상 제어적으로 보정 불가능한 오차의 경우, 피부 표면과의 접촉 과정에서 장치의 불가피한 동작 오차를 고려한 보정이 적용되어 위치 제어가 될 수 있다.

예를 들어, 도 1(a)에서 보는 바와 같이, 센서부(110)와 물리적으로 고정 연결된 바늘 장착부(210)에서 y’축 방향으로의 독립적인 제어 기능이 없는 경우, 목표 혈관 관측점을 “y’축상 보정 불가능 오차”만큼 시프트하여 피부 표면과 접촉시킬 수 있다.

이럴 경우, 센서부(110)와 바늘 장착부(210) 사이의 보정 불가능 오차가 고려되어 센싱 및 침습 제어가 가능해짐에 따라, 초음파 영상에서 정 중앙에 목표 혈관이 보이지 않을 지라도 초음파 영상 출력 범위 이내로만 들어오면 바늘 포지셔닝(positioning)이 가능하게 된다.

이 때, “y’축상 보정 불가능 오차” 만큼의 변위로 인해, 목표 혈관 관측점과 실제 초음파 프로브(120) 접촉점이 다른 지점이 되게 된다.

다음으로, 바늘 침습 제어 단계의 동작(S400~S500)을 설명하면 다음과 같다.

목표 혈관 파악 단계에서 초음파 프로브(120)를 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 접촉시켜 측정한 초음파 프로브(120) 측정 결과로부터 얻은 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점으로 바늘부(200)의 바늘(220) 끝을 제어하여 이동시킨다.

즉, 초음파 프로브(120)를 통해 획득한 영상을 이용하여 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점 좌표가 획득되면(S410), 초음파 프로브(120)와 링크 연결부(300)를 통해 고정된 위치 관계를 가지는 바늘부(200)의 제어를 통해 목표 좌표를 알 수 있다.

이때, 사용되는 좌표계는 목표 혈관 파악 단계에서 얻은 z’축을 활용해 초음파 프로브 기준 좌표계 (x’, y’, z’)이다.

그 후에, 역기구학을 적용해 바늘 삽입 각도를 제어하는 바늘부 구동 모터인 바늘부 회전 모터(미도시)와 바늘부 위치 제어 모터(미도시)를 동작시킨다(S420).

여기에서, 초음파 프로브 기준 좌표계는 초음파 프로브(120) 밑단의 중심점을 기준으로 초음파 프로브(120)를 구성하는 3개의 평면과 각각 평행하도록 직교하는 세 개의 축을 각각 x’, y’, z’ 축으로 설정하는 좌표계를 의미한다.

목표 혈관 파악 단계에서 초음파 프로브 접촉점을 기준으로 획득된 초음파 영상의 픽셀당 실제 거리는 스펙 상으로 기 설정되어 있다.

따라서, 초음파 프로브(120)로부터 고정된 위치 관계를 활용하면, 도 1(b)에서 보는 바와 같이, 초음파 영상에서 보이는 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점 좌표를 제2 좌표계, 즉 센서부(110)-바늘 장착부(210) 좌표계에서 얻을 수 있다(S430).

이와 같이 획득된 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점까지 바늘(220)의 끝단이 침습되도록 제어부(400)가 바늘부(200)의 이동을 제어하여 바늘(220)을 주행시킨다(S500).

또한, 침습 제어 장치의 조립 및 가공 과정에서 누적되어 발생하는 x’ 축과 z’ 축 방향의 동작 오차는 이 단계에서 바늘(220)의 침습 각도의 변화 및 바늘 침습 깊이를 계산하면서 보정이 가능하다.

한편, 도 7(a)에서 보는 바와 같이, 모터 제어에 의한 변위 방향이 바늘 주행 방향과 평행하지 않을 경우, 모터 제어 단위의 조합으로 목표 혈관까지 도달하는 과정에서 주행 방향에 직교한 외력 및 진동(적색 점선 화살표)이 발생할 수 있다.

이로 인한 마찰 때문에 바늘 주행 경로 주위의 노출된 신경 말단을 자극하여 통증을 유발하고, 이는 채혈 대상의 불편함뿐 아니라, 통증에 반응하는 움직임 때문에 채혈 과정의 안정성을 감소시킬 위험이 있다.

따라서, 본 개시에서는 도 7(b)에서 보는 바와 같이, 제어부(400)가 바늘 삽입 각도를 가변적으로 조정하는 바늘부 구동 모터를 제어해서, 바늘 주행 방향과 모터 제어 단위를 평행하도록 조정하여, 바늘 주행 방향을 정해 1차원 이동으로 바늘(220)을 제어함으로써, 바늘 주행 방향과 직교하는 진동을 유발하지 않게 된다.

즉, 채혈을 위한 바늘(220) 삽입 시, 혈관 후벽 천자에 의한 혈종 등의 위험 발생 확률을 최소화하기 위하여, 도 9에서 보는 바와 같이, 목표 혈관의 침습 깊이에 따라 바늘(220) 삽입의 최대 각도를 가변시켜 가면서 바늘부(200) 내 바늘(220)의 이동을 제어한다.

이 때, 피부 표면으로부터의 최대 침습 깊이는 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.

[수학식 1]

최대 침습 깊이 = 바늘 침습 길이 x sin(바늘 삽입 각도)

따라서, 최대 침습 깊이 오차가 다음의 수학식 2에 의해 산출된 길이만큼 유지해야 하고, 바늘의 최대 삽입 각도가 다음의 수학식 3에 의해 산출된 각도 범위만큼 유지해야 바늘(220)이 목표 혈관을 관통하지 않게 된다.

[수학식 2]

최대 침습 깊이 오차 = 바늘 침습 길이의 오차 x sin(바늘 삽입 각도)

[수학식 3]

바늘의 최대 삽입 각도 < arcsin(목표 혈관의 반지름/최대 바늘 침습 길이 오차)

이로써, 채혈 대상에게 불필요하게 신경 말단을 자극하지 않게 되어, 채혈 대상의 통증을 최소화하여 자동 채혈 과정을 더 안정적으로 수행할 수 있게 된다.

또한, 채혈을 위한 바늘(220) 삽입 시, 혈관 관통에 의한 혈종 등의 위험 발생 확률을 최소화하기 위하여, 도 9(a)에서 보는 바와 같이, 피부 침습 후 바늘 삽입 지점을 기점으로 피봇 모션을 실행하면서 신체 내부로 바늘(220)을 주행시킨다.

즉, 피봇 모션을 통해 피부 표면 및 혈관 전벽을 뚫는 시점에서는 상대적으로 높은 각도로 바늘(220)의 관통력을 제공하는 반면, 혈관 전벽 침습 이후부터는 피봇 모션 수행시 도 9(b)에서 보는 바와 같이, 바늘(220)의 침습 길이 오차 등의 현실적 오차에 의한 침습 깊이 오차를 최소화하여, 혈관 후벽 천자 발생 위험을 방지한다.

여기에서, 피봇 모션(Pivoting)은 신체 침습 과정에서 최초 바늘 삽입 각도보다 점점 바늘(220) 입사각을 낮춰주면서 침습을 위한 바늘 주행을 수행하는 것을 의미하고, 후벽 천자는 바늘이 혈관 전벽을 통과해 제어 목표인 목표 혈관의 혈관 내 적절한 지점까지 진행한 후, 더욱 진행하여 혈관 후벽을 관통하는 경우를 의미한다.

도 11은 도 1에 도시된 침습 제어 장치 내 초음파 프로브(120)가 신체 관측 부위에 접촉되기 전의 위치 제어(a) 및 접촉된 후의 임피던스 제어(b)의 동작을 설명하기 위한 블록도로서, 초음파 프로브(120), 제어부(400) 및 임피던스 센싱부(600)를 포함한다.

본 개시의 침습 제어 장치와 같이 피부 표면과의 접촉이 필요한 센서 장치의 경우, 피부 표면과 접촉되기 전까지는 도 11(a)에서 보는 바와 같이, 임의의 위치(x0,y0,z0)에 있던 초음파 프로브(120)가 본 개시의 위치 제어를 통해 높은 정확도를 가지고 목표로 하는 관측 대상 신체 부위의 일정한 위치(x1,y1,z1)까지 이동한다.

이때, 초음파 프로브(120)의 측정 데이터는 위치 제어 프로세싱(딥러닝 프로세싱 포함)을 통해 모니터링하며, 피부 표면과의 접촉 시점을 판별한다.

또한, 피부 표면과 접촉된 시점부터는 채혈 대상의 사용감 및 안전을 고려하여, 조건 제어 입력(Condition control input) 방식을 이용해 위치 제어 대신 임피던스 제어로 변경한다.

여기에서, 조건 제어 입력 방식은 보다 정확한 조건 제어 입력을 추출하기 위해 하나 이상의 조건 각각을 동적으로 변화시키는 방식으로서, 각 조건마다 변화 주기, 변화량, 변화 속도 등의 변수로 다양하게 조건 변화를 수행하는 방식을 의미한다.

임피던스 제어는 임피던스 센싱부(600)가 초음파 프로브(120)와 신체 관측 부위인 피부 표면의 상호 작용에 의해 발생하는 임피던스(예를 들어, 탄성에 의한 저항)를 측정하여, 채혈 대상의 신경 말단 자극으로 인한 통증과 혈관 후벽 천자 발생의 위험을 최소화하면서도 최적의 센싱 결과를 얻을 수 있게 해준다.

도 12는 도 1에 도시된 침습 제어 장치 내 바늘에 의해 밀리는 이동을 방지하기 위한 제1 실시예(a) 및 제2 실시예(b)의 동작을 설명하기 위한 블록도로서, 바늘 및 혈관 밀림 방지부(700, 700')를 포함한다.

본 개시의 침습 제어 장치와 같이 피부 표면에 침습되는 바늘을 구비한 장치의 경우, 바늘이 침습되는 지점을 기준으로 목표 혈관에 수직하지 않은 바늘 삽입 각도 때문에 혈관 전벽의 외접 평면에 수직한 힘뿐 아니라 평행한 방향으로도 힘을 받게 된다.

이렇게 혈관 전벽의 외접 평면에 평행한 방향으로 작용하는 힘에 의해, 바늘은 혈관벽을 침습하면서도 목표 혈관의 위치 변위를 유발할 수 있다.

만일, 목표 혈관의 위치 변화가 커서 목표 혈관이 바늘에 의해 밀리는 이동이 발생하는 경우, 채혈 제어 경로 대비 오차가 생기게 되고 안전한 채혈을 방해하는 결과를 초래하게 된다.

이를 방지하기 위하여, 본 개시의 침습 제어 장치는 바늘 삽입 각도, 바늘 주행 방향 등을 제어하는 제어부(400)와는 별개의 혈관 밀림 방지부를 구비하여 목표 혈관의 밀림 현상을 최소화시킨다.

즉, 제1 실시예로서, 도 12(a)에서 보는 바와 같이, 혈관 전벽 침습 지점의 수직선을 기준으로 혈관 밀림 방지부(700)가 바늘 주행 방향과 대칭인 방향으로 피부 표면에 압력을 전달하여 목표 혈관의 밀림 현상을 방지한다.

또한, 제2 실시예로서, 도 12(b)에서 보는 바와 같이, 혈관 전벽 침습 지점의 수직선을 기준으로 혈관 밀림 방지부(700')가 바늘이 삽입되는 지점과 대칭인 지점을 포함한 피부 표면 상에 마찰력에 의한 압력을 전달하여 목표 혈관의 밀림 현상을 방지할 수도 있다.

이 때, 혈관 밀림 방지부는 침습 제어 장치 외부에 구비된 제3의 암(arm) 또는 촬영 중인 초음파 프로브(120)가 그 역할을 대신할 수도 있다.

이와 같이, 본 개시는 채혈시 침습 과정에서 2차원의 직선 이동 제어 및 회전 운동 제어까지 가능한 3차원의 이동 제어를 수행하고, 혈관 침습 이후 피봇 모션 실행시 발생되는 바늘 삽입 각도 및 깊이를 제한하며, 임피던스 제어 방식으로 초음파 프로브를 제어할 수 있는 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법 및 장치를 제공한다.

이를 통하여, 본 개시는 채혈 장치의 제작 과정 및 조립 과정에서의 누적 오차를 최소화하여 초음파 프로브 센싱 지점과 실제 바늘 침습 위치를 정밀하게 맞출 수 있다.

또한, 침습 과정에서 발생하는 불필요한 진동을 줄여 침습 통증이 최소화되고, 채혈 대상에 가해지는 압력이 안전 범위 내에서 조절되어 혈관 전벽 침습 이후 혈관 후벽의 천자 위험성이 감소된다.

이상에서 전술한 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법은, 영상 획득부(100), 바늘부(200) 및 링크 연결부(300)를 포함하는 하드웨어와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.

상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.

본 개시의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 개시의 실시예를 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 개시가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 영상 획득부
110: 센서부
111: 거리 센서
112: 적외선 카메라
120: 초음파 프로브
200: 바늘부
210: 바늘 장착부
220: 바늘
300: 링크 연결부
400: 제어부
600: 임피던스 센싱부
700, 700': 혈관 밀림 방지부

Claims (10)

1. 장치에 의해 수행되는 방법에 있어서,
   (a) 영상 획득부를 통해 획득된 적외선 영상으로부터 목표 혈관을 탐색하여, 상기 영상 획득부의 현재 위치에 대한 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 도출하는 단계;
   (b) 상기 도출된 상대적 좌표에 기초해 상기 목표 혈관의 제1 좌표 및 혈관 주행 방향과 정렬하기 위한 바늘 삽입 각도를 계산하여, 초음파 프로브를 상기 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 접촉시키는 단계; 및
   (c) 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과로부터 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 획득하고, 바늘의 최대 침습 길이 오차를 고려하여 바늘의 최대 삽입 각도를 계산한 후, 상기 계산된 바늘의 최대 삽입 각도에 기초하여 상기 혈관 내 소정의 지점으로 바늘의 끝단이 침습되게 하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 (a) 단계는
   (a-1) 적외선 카메라군을 통해 상기 피부 표면 상에 이격되어 위치하면서 상기 목표 혈관을 촬영하는 단계;
   (a-2) 상기 적외선 카메라군과 연동되는 거리 센서를 통해 상기 피부 표면과의 거리를 측정하는 단계;
   (a-3) 상기 적외선 영상 상에서 이미지의 중심 좌표와 상기 목표 혈관의 중심 좌표의 차이를 거리로 환산하는 단계; 및
   (a-4) 상기 환산된 거리만큼 상기 거리 센서의 센싱 위치를 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 방향으로 이동시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 (b) 단계는
   (b-1) 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 기초로 하여 상기 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 지점인 목표 혈관 관측점 위치로부터 상기 거리 센서까지의 제1 수직 거리를 측정하는 단계;
   (b-2) 상기 혈관 주행 방향을 기준으로 수직으로 좌측, 우측 각각에 위치한 목표 혈관 좌측 관측점 위치 및 목표 혈관 우측 관측점 위치 각각에서 상부로 이격된 위치로 상기 거리 센서를 이동시켜 상기 양측 관측점 각각으로부터 상기 거리 센서까지의 제2 및 제3 수직 거리를 측정하는 단계;
   (b-3) 상기 목표 혈관 좌측 관측점 및 상기 목표 혈관 우측 관측점의 3차원 좌표를 산출하고, 상기 제1 내지 제3 수직 거리의 조합을 이용하여 상기 양측 관측점에서의 피부 표면의 기울기를 산출하는 단계; 및
   (b-4) 상기 산출된 기울기를 이용하여 상기 목표 혈관의 주행 방향과 수직하고 상기 피부 표면에 평행하게 상기 초음파 프로브를 상기 피부 표면에 접촉시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 (c) 단계는
   (c-1) 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과를 이용하여 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 획득하는 단계;
   (c-2) 상기 초음파 프로브와의 위치 관계를 이용하여 상기 초음파 프로브를 통해 측정한 결과에서 보이는 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점 좌표를 제2 좌표계에서 획득하는 단계;
   (c-3) 역기구학을 적용해 상기 바늘 삽입 각도를 제어하는 바늘부 구동 모터를 동작시키는 단계; 및
   (c-4) 바늘부의 이동을 제어하여 상기 바늘을 주행시켜 상기 바늘의 끝단이 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점까지 침습되게 하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 (c-4) 단계에서,
   상기 바늘부 구동 모터를 제어하여, 바늘 주행 방향과 모터 제어에 의한 변위 방향이 평행하도록 상기 바늘부의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 (c-4) 단계에서,
   상기 바늘의 끝단 주행은
   혈관 전벽 침습 이후부터 바늘 삽입 지점을 기점으로 피봇 모션을 수행하여, 최초 바늘 삽입 각도보다 점진적으로 바늘 입사각을 낮추면서 상기 바늘을 주행시키는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 (c) 단계에서,
   상기 초음파 프로브의 접촉 이후에,
   상기 제어부가 조건 제어 입력 방식을 이용해 입력 조건을 변화시키면서 조건 변화를 수행하는 임피던스 제어로 변경하여, 상기 초음파 프로브와 상기 피부 표면의 상호 작용에 의해 발생하는 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 (c-4) 단계에서,
   혈관 밀림 방지부를 통해 상기 혈관 전벽을 침습하는 지점의 수직선을 기준으로, 상기 바늘 주행 방향과 대칭인 방향으로 상기 피부 표면에 압력을 전달하거나,
   상기 바늘이 삽입되는 지점과 대칭인 지점을 포함한 피부 표면 상에 마찰력에 의한 압력을 전달하여 상기 바늘의 끝단이 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점까지 침습되게 하는 것을 특징으로 하는,
   안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법.
   
9. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 상기 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법을 수행하기 위해 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된, 컴퓨터 프로그램.
   
10. 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상부에서 이격되어 적외선 영상 및 초음파 영상을 촬영하는 영상 획득부;
    일측이 링크 연결부를 통해 상기 영상 획득부에 연결되고, 타측에 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점으로 끝단이 침습되도록 주행하는 바늘을 구비한 바늘부;
    상기 영상 획득부의 현재 위치에 대한 상기 목표 혈관의 상대적 좌표를 도출하고, 상기 도출된 상대적 좌표에 기초해 제1 좌표를 계산하여 초음파 프로브를 상기 피부 표면 상으로 이동시키는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 응답하여, 바늘 주행 방향과 모터 제어에 의한 변위 방향이 평행하도록 상기 바늘부를 구동하는 바늘부 구동 모터;
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 초음파 프로브와의 위치 관계를 이용하여 상기 목표 혈관의 혈관 내 소정의 지점에 대한 제2 좌표를 획득하고, 혈관 전벽 침습 이후부터 바늘 삽입 지점을 기점으로 상기 바늘부의 피봇 모션을 수행하여 상기 바늘을 주행시키는 것을 특징으로 하는,
    안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치.
    

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