KR20240011860A

KR20240011860A - An invasive control method for safe automatic blood collection and a device thereof

Info

Publication number: KR20240011860A
Application number: KR1020240007527A
Authority: KR
Inventors: 이혜성; 최영재
Original assignee: 주식회사 에어스 메디컬
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2024-01-17
Publication date: 2024-01-26
Also published as: KR20240011226A; KR20230138966A

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.This disclosure discloses an invasive control method and device for safe automated blood collection. This method is performed by a device, comprising: (a) searching for a target blood vessel from an infrared image acquired through an image acquisition unit, and deriving relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current location of the image acquisition unit; (b) calculating a needle insertion angle to align with the first coordinate and blood vessel traveling direction of the target blood vessel based on the derived relative coordinates, and contacting the ultrasound probe on the skin surface above the point where the target blood vessel is located; step; and (c) obtaining the coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel from the results measured using the ultrasound probe, calculating the maximum insertion angle of the needle considering the maximum invasive length error of the needle, and then calculating the calculated needle insertion angle. allowing the tip of the needle to invade a predetermined point within the blood vessel based on the maximum insertion angle; It is characterized by including.

Description

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.The present disclosure relates to an invasiveness control method and device, and more specifically, the present disclosure relates to an invasiveness control method and device for safe automated blood collection.

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. Traditionally, in the medical field, human blood collection has been necessary for clinical examinations and research analysis. As a common blood collection method, the person collecting blood attaches a tourniquet to the upper arm of the person being collected, floats a relatively thick vein near the body surface, and confirms the blood vessel with the naked eye. Afterwards, a needle is punctured into a blood vessel and aspirated.

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. However, this method of manually collecting blood by a person has a problem in that it is difficult to accurately puncture a blood vessel and pain or damage to biological tissue may occur when the blood sampler is inexperienced.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 최근에 보다 신속하고 정확한 천자 채혈을 목적으로 다양한 자동 채혈 장치가 연구 개발되고 있다.To overcome these problems, various automatic blood collection devices have recently been researched and developed for the purpose of more rapid and accurate puncture blood collection.

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. However, precision devices such as automatic blood sampling devices have the potential to cause malfunctions when the device is actually operated due to accumulation of manufacturing errors during the manufacturing process and assembly errors during the assembly of each component.

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. Additionally, in the case of a blood collection device, the entire wall of a blood vessel must be invaded, and when the invasion of a blood vessel is performed by an unskilled person, there is a possibility that pain or damage to biological tissue may occur in the blood collection target.

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.In addition, in the case of an automatic blood collection device controlled by a motor, when the direction of displacement by motor control is not parallel to the direction of needle travel, friction due to vibration that may occur in the process of reaching the needle to the target blood vessel with a combination of motor control units Pain may be caused around the needle travel path of the blood collection subject, and there is a risk of compromising the stability of the blood collection process due to the movement of the blood collection subject in response to pain.

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.Additionally, when inserting a needle for blood collection, there was a possibility that the needle would pass through the anterior wall of the target blood vessel, advance further than the center point of the target blood vessel, and cause a hematoma due to posterior wall puncture, which would penetrate the posterior wall of the blood vessel.

KRKR 10-0522157 10-0522157 B1　(2005.10.10.)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.The problem that the present disclosure aims to solve is to perform three-dimensional movement control that can range from two-dimensional linear movement control and rotational movement control during the invasion process during blood collection, and to limit the needle insertion angle and depth that occurs when pivoting motion is performed after blood vessel invasion. The goal is to provide an invasive control method for safe automatic blood collection that can control an ultrasonic probe using an impedance control method.

본 개시가 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 과제를 달성하기 위한 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 장치를 제공하는 것이다.Another problem that the present disclosure aims to solve is to provide an invasive control device for safe automatic blood collection to achieve the above problem.

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.The invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem is a method performed by a device, which includes (a) searching for a target blood vessel from an infrared image acquired through an image acquisition unit, Deriving relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current location of the image acquisition unit; (b) calculating a needle insertion angle to align with the first coordinate and blood vessel traveling direction of the target blood vessel based on the derived relative coordinates, and contacting the ultrasound probe on the skin surface above the point where the target blood vessel is located; step; and (c) obtaining the coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel from the results measured using the ultrasound probe, calculating the maximum insertion angle of the needle considering the maximum invasive length error of the needle, and then calculating the calculated needle insertion angle. allowing the tip of the needle to invade a predetermined point within the blood vessel based on the maximum insertion angle; It is characterized by including.

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.Step (a) of the invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem is (a-1) positioned at a distance on the skin surface through a group of infrared cameras and targeting the target. Taking pictures of blood vessels; (a-2) measuring the distance to the skin surface through a distance sensor linked to the infrared camera group; (a-3) converting the difference between the center coordinates of the image and the center coordinates of the target blood vessel in the infrared image into a distance; and (a-4) moving the sensing position of the distance sensor toward a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel by the converted distance. It is characterized by including.

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.Step (b) of the invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem is (b-1) the point where the target blood vessel is located based on the relative coordinates of the target blood vessel. measuring a first vertical distance from a target blood vessel observation point, which is an upper skin surface point, to the distance sensor; (b-2) Move the distance sensor to a position spaced upward from the left and right observation point positions of the target blood vessel and the right observation point position of the target blood vessel located vertically to the left and right, respectively, based on the direction of blood vessel travel, and move the distance sensor from each of the observation points on both sides. measuring second and third vertical distances to the distance sensor; (b-3) calculating three-dimensional coordinates of the left observation point of the target blood vessel and the right observation point of the target blood vessel, and calculating the slope of the skin surface at both observation points using a combination of the first to third vertical distances. ; and (b-4) contacting the ultrasound probe to the skin surface perpendicular to the traveling direction of the target blood vessel and parallel to the skin surface using the calculated slope; It is characterized by including.

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.Step (c) of the invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem is (c-1) the blood vessel of the target blood vessel using the result measured through the ultrasonic probe. Obtaining the coordinates of my predetermined point; (c-2) using the positional relationship with the ultrasound probe to obtain coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel visible in the measurement results using the ultrasound probe in a second coordinate system; (c-3) operating a needle drive motor that controls the needle insertion angle by applying inverse kinematics; and (c-4) controlling the movement of the needle unit to drive the needle so that the tip of the needle invades the target blood vessel to a predetermined point within the blood vessel. It is characterized by including.

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.In order to solve the above-described problem, the invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure is to control the needle drive motor in step (c-4), and change the needle traveling direction and displacement by motor control. The movement of the needle unit is controlled so that the directions are parallel.

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.In the invasion control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem, in step (c-4), the tip of the needle pivots from the needle insertion point after invading the anterior wall of the blood vessel. The motion is performed to move the needle while gradually lowering the needle incidence angle from the initial needle insertion angle.

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.In the invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem, in step (c), after contact with the ultrasonic probe, the controller sets the input conditions using a condition control input method. It is characterized by changing to impedance control that changes conditions while changing the condition, and measuring the impedance generated by the interaction between the ultrasonic probe and the skin surface.

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.In the step (c-4), the invasion control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-described problem is based on a vertical line at the point of invading the anterior wall of the blood vessel through the blood vessel pushing prevention unit, Pressure is delivered to the skin surface in a direction symmetrical to the needle traveling direction, or pressure due to friction is delivered to the skin surface including a point symmetrical to the point where the needle is inserted, so that the tip of the needle is connected to the target blood vessel. It is characterized by allowing invasion to a predetermined point within the blood vessel.

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.The invasive control method for safe automatic blood collection according to one aspect of the present disclosure to solve the above-mentioned problem is characterized by being stored as a computer program in a computer-readable recording medium to be performed in combination with a computer as hardware.

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.An invasive control device for safe automatic blood collection according to another aspect of the present disclosure for solving the above-described problems includes an image acquisition unit that is spaced from the upper part of the skin surface above the point where the target blood vessel is located and captures an infrared image and an ultrasound image; One side is connected to the image acquisition unit through a link connection, and the other side has a needle that travels so that the tip penetrates into a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel; a control unit that derives relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current position of the image acquisition unit, calculates first coordinates based on the derived relative coordinates, and moves the ultrasound probe onto the skin surface; and a needle drive motor that drives the needle unit so that the needle traveling direction and the displacement direction by the motor control are parallel in response to the control of the control unit. It includes, wherein the control unit acquires second coordinates for a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel using the positional relationship with the ultrasound probe, and controls the needle portion of the needle unit starting from the needle insertion point after invasion of the anterior wall of the blood vessel. The needle is driven by performing a pivot motion.

본 개시의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the present disclosure are included in the detailed description and drawings.

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.According to the present disclosure, the ultrasound probe sensing point and the actual needle invasion position can be precisely aligned by minimizing cumulative errors during the manufacturing and assembly process of the blood collection device.

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.In addition, invasive pain is minimized by reducing unnecessary vibration that occurs during the invasion process, and the pressure applied to the blood collection target is controlled within a safe range, reducing the risk of puncture of the posterior wall of the blood vessel after invasion of the anterior wall of the blood vessel.

본 개시의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

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.Figure 1 is a block diagram (a) and a conceptual diagram (b) for explaining the overall operation of an invasive control device for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a flowchart for explaining the overall operation of the invasive control method for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 3 is a block diagram and conceptual diagram for explaining the target blood vessel identification operation of the invasion control device shown in FIG. 1.
FIG. 4 is a flowchart for explaining partial operations of step S100 of the invasion control method shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a block diagram (a) and a conceptual diagram (b) for explaining the ultrasonic probe contact operation of the invasive control device shown in FIG. 1.
FIG. 6 is a flowchart for explaining partial operations of steps S200 and S300 of the invasion control method shown in FIG. 2.
FIGS. 7 to 9 are conceptual diagrams for explaining the needle invasion control operation of the invasion control device shown in FIG. 1.
FIG. 10 is a flowchart for explaining partial operations of steps S400 and S500 of the invasion control method shown in FIG. 2.
FIG. 11 is a block diagram for explaining the operations of position control (a) before the ultrasonic probe 120 in the invasive control device shown in FIG. 1 comes into contact with the body observation area and impedance control (b) after contact.
FIG. 12 is a block diagram for explaining the operation of the first embodiment (a) and the second embodiment (b) for preventing movement by the needle in the invasive control device shown in FIG. 1.

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. The advantages and features of the present disclosure and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure is complete and to provide a general understanding of the technical field to which the present disclosure pertains. It is provided to fully inform those skilled in the art of the scope of the present disclosure, and the present disclosure is defined only by the scope of the claims.

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.The terminology used herein is for the purpose of describing embodiments and is not intended to limit the disclosure. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other elements in addition to the mentioned elements. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification, and “and/or” includes each and every combination of one or more of the referenced elements. Although “first”, “second”, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present disclosure.

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.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with meanings commonly understood by those skilled in the art to which this disclosure pertains. Additionally, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless clearly specifically defined.

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.Spatially relative terms such as “below”, “beneath”, “lower”, “above”, “upper”, etc. are used as a single term as shown in the drawing. It can be used to easily describe the correlation between a component and other components. Spatially relative terms should be understood as terms that include different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, if a component shown in a drawing is flipped over, a component described as “below” or “beneath” another component will be placed “above” the other component. You can. Accordingly, the illustrative term “down” may include both downward and upward directions. Components can also be oriented in other directions, so spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

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. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification of this disclosure. This specification does not describe all elements of the embodiments, and general content or overlapping content between the embodiments in the technical field to which the present disclosure pertains is omitted. The term 'unit, module, member, block' used in the specification may be implemented as software or hardware, and depending on the embodiment, a plurality of 'unit, module, member, block' may be implemented as a single component, or It is also possible for one 'part, module, member, or block' to include multiple components.

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.In addition, when a part "includes" a certain component, this does not mean excluding other components, unless specifically stated to the contrary, but may further include other components.

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.The identification code for each step is used for convenience of explanation. The identification code does not explain the order of each step, and each step may be performed differently from the specified order unless a specific order is clearly stated in the context. there is.

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.In the present disclosure, the control unit 400 is a processor, controller, microcontroller, microprocessor, microcomputer, etc., and includes the image acquisition unit 100 and the needle unit 200. and a component that generally controls the organic operation of the link connection unit 300 and performs various judgments and calculations, and may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination of these. .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings.

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.Figure 1 is a block diagram (a) and a conceptual diagram (b) for explaining the overall operation of an invasive control device for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure, which includes an image acquisition unit 100 and a needle unit 200. , includes a link connection unit 300 and a control unit 400.

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.The image acquisition unit 100 includes a sensor unit 110 and an ultrasonic probe 120, the sensor unit 110 includes a distance sensor 111 and an infrared camera 112, and the needle unit 200 includes a needle. Includes a mounting portion 210 and a needle 220.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 전반적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 2 is a flowchart for explaining the overall operation of the invasive control method for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure.

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.FIG. 3 is a block diagram and conceptual diagram for explaining the target blood vessel identification operation of the invasion control device shown in FIG. 1, showing a case where the infrared camera 112 is a stereo infrared camera (a) and a case where the infrared camera 112 is a single infrared camera (b). .

도 4는 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S100)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart for explaining partial operations of step S100 of the invasion control method shown in FIG. 2.

도 5는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 초음파 프로브 접촉 동작을 설명하기 위한 블록도(a) 및 개념도(b)이다.FIG. 5 is a block diagram (a) and a conceptual diagram (b) for explaining the ultrasonic probe contact operation of the invasive control device shown in FIG. 1.

도 6은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S200 및 S300)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart for explaining partial operations of steps S200 and S300 of the invasion control method shown in FIG. 2.

도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 침습 제어 장치의 바늘 침습 제어 동작을 설명하기 위한 개념도이다.FIGS. 7 to 9 are conceptual diagrams for explaining the needle invasion control operation of the invasion control device shown in FIG. 1.

도 10은 도 2에 도시된 침습 제어 방법 중 단계(S400 및 S500)의 부분 동작을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 10 is a flowchart for explaining partial operations of steps S400 and S500 of the invasion control method shown in FIG. 2.

도 1 내지 도 10을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 안전한 자동 채혈을 위한 침습 제어 방법의 유기적인 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.With reference to FIGS. 1 to 10 , the organic operation of the invasive control method for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure will be described in detail as follows.

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. First, it is assumed that the image acquisition unit 100 that acquires an infrared (IR) image of a target blood vessel in the invasion control device of the present disclosure is an infrared camera group including a plurality of single infrared cameras.

목표 혈관 파악 단계(S100)의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the target blood vessel identification step (S100) is explained as follows.

적외선 카메라군(112)은 목표 혈관이 위치한 지점 상부의 피부 표면 상에 이격되어 위치하면서 목표 혈관을 촬영한다(S110).The infrared camera group 112 photographs the target blood vessel while being spaced apart on the skin surface above the point where the target blood vessel is located (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).The control unit 400 searches for a blood vessel suitable for blood collection (deep learning processing is also possible) through the infrared (IR) image captured by the infrared camera group 112, and then uses a distance sensor (distance sensor) to determine the spatial location of the point. 111) moves to the upper part of the point where the target blood vessel is located and measures the distance to the blood collection target area of the body (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).That is, as shown in FIG. 3, the control unit 400 converts the difference between the center coordinate of the image and the center coordinate of the target blood vessel on the infrared image into a distance in the xy plane (S130) to determine the sensing position of the sensor unit 110. Move in the direction of an appropriate point within the target blood vessel by the calculated distance (S140).

이 때, 제어부(400)는 적외선 카메라군(112)과 침습 장치 전체의 3축(x,y,z) 방향의 프레임 이동을 사용하여 글로벌 좌표계를 생성한다.At this time, the control unit 400 creates a global coordinate system using the infrared camera group 112 and frame movement in the three axes (x, y, z) directions of the entire invasive device.

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. Here, the global coordinate system is a coordinate system that represents the entire space in which the integrated movement module can move within the case of the invasive device, and the three mutually orthogonal axes that make up the cuboid device case are the x, y, and z axes of the global coordinate system. Set to .

도 3에서 보는 바와 같이, 글로벌 좌표계는 스테레오(stereo) 적외선 카메라를 이용한 3D 좌표계 또는 단일 적외선 카메라를 이용한 2D 좌표계일 수 있다.As shown in FIG. 3, the global coordinate system may be a 3D coordinate system using a stereo infrared camera or a 2D coordinate system using a single infrared camera.

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.Through this global coordinate system, the relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current location can be extracted. In particular, in the case of the stereo infrared system, the coordinates of the appropriate point within the blood vessel of the target blood vessel are found in the x, y, z three-dimensional coordinate system, so the next step is The z-axis coordinate extraction process can be omitted in the ultrasonic probe contact step.

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.Here, the image acquisition unit 100 can use not only an infrared camera group, but also a 3D camera or TOF (Time Of Flight) camera (equipped with a lidar sensor, ultrasonic sensor, etc.) that acquires 3D image information of the target. do.

다음으로, 초음파 프로브 접촉 단계(S200~S300)의 동작을 설명하면 다음과 같다. Next, the operation of the ultrasonic probe contact step (S200 to S300) is described as follows.

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).The first coordinates of the target blood vessel, that is, the global coordinates, and the needle insertion angle are calculated using the set of distance values measured in the target blood vessel identification step (S200), and the ultrasound probe 120 is positioned on the skin surface above the point where the target blood vessel to be collected is located. Contact it (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. Here, the needle insertion angle refers to the angle of incidence between the needle 220 and the body surface when the needle 220 is inserted into the body, and is an angle for aligning with the direction of blood vessel travel.

또한, 혈관 내 적절한 지점의 z축 좌표 및 목표 혈관이 위치한 피부 표면의 현재 방향(orientation)을 확인한다.Additionally, the z-axis coordinate of the appropriate point within the blood vessel and the current orientation of the skin surface where the target blood vessel is located are confirmed.

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).That is, based on the relative coordinates of the target blood vessel, which is information obtained in the step of identifying the target blood vessel, as shown in Figure 5(a), the position is spaced upward from the target blood vessel observation point, which is a point on the skin surface above the point where the target blood vessel is located. The first z-axis distance, that is, the first vertical distance, is measured using the distance sensor 111 (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.Here, the distance sensor 111 may be a laser sensor, a ToF sensor (time of flight sensor) that can determine the positional coordinates of light reflected inside the body, etc.

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). Afterwards, the sensor unit 110 is moved to a position spaced upward from the positions of the left observation point of the target blood vessel that is a certain distance to the left of the target blood vessel observation point and the right observation point of the target blood vessel that is a certain distance to the left of the target blood vessel observation point ( S220), the second and third z-axis distances, that is, the second and third vertical distances, from each of the left observation point of the target blood vessel and the right observation point of the target blood vessel to the distance sensor 111 are measured (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).This is to calculate the x, y, z coordinates of the target blood vessel left observation point and the target blood vessel right observation point located vertically to the left and right, respectively, based on the direction of blood vessel travel, and the slope of the skin surface at the point in contact with them (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.Here, as a criterion for selecting the left observation point of the target blood vessel and the right observation point of the target blood vessel, both observation points can be selected on the blood vessel traveling vertical vector, which is an extension line in a perpendicular relationship with the blood vessel traveling vector for the traveling direction of the blood vessel seen with the naked eye.

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.The slope of the skin surface measured in this way is perpendicular to the traveling direction of the target blood vessel and is used to control the ultrasound probe 120 to contact the skin surface parallel to the skin surface (S300).

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. Meanwhile, in a precision device such as the invasion control device of the present disclosure, manufacturing tolerances and assembly errors between each link are accumulated during the manufacturing process, which may cause errors when the device is actually operated.

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.In addition, in the case of a blood collection device, there is a possibility of pain or damage to biological tissue when puncturing a blood vessel, which may occur, so in the invasive control device of the present disclosure, even the slightest error between the operation of the sensor unit 110 and the operation of the needle mounting unit 210 is minimized. It is important to do.

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. In the case of errors that cannot be corrected through control due to the structure of the invasive control device, position control can be achieved by applying corrections that take into account the inevitable operating errors of the device during contact with the skin surface.

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. For example, as shown in FIG. 1(a), if there is no independent control function in the y'axis direction in the needle mounting unit 210 that is physically fixedly connected to the sensor unit 110, the target blood vessel observation point is set to “y.” It can be shifted by the ‘on-axis non-compensable error’ and brought into contact with the skin surface.

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. In this case, the non-correctable error between the sensor unit 110 and the needle mounting unit 210 is taken into consideration to enable sensing and invasive control, so even if the target blood vessel is not visible in the exact center of the ultrasound image, it is only within the ultrasound image output range. Once in, needle positioning becomes possible.

이 때, “y’축상 보정 불가능 오차” 만큼의 변위로 인해, 목표 혈관 관측점과 실제 초음파 프로브(120) 접촉점이 다른 지점이 되게 된다. At this time, due to displacement equal to the “y’axis non-compensable error,” the target blood vessel observation point and the actual contact point of the ultrasound probe 120 become different points.

다음으로, 바늘 침습 제어 단계의 동작(S400~S500)을 설명하면 다음과 같다. Next, the operation (S400 to S500) of the needle invasion control step is explained as follows.

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.In the step of identifying the target blood vessel, the needle of the needle unit 200 is moved to an appropriate point within the blood vessel of the target blood vessel obtained from the measurement results of the ultrasound probe 120 measured by contacting the ultrasound probe 120 on the skin surface above the point where the target blood vessel is located. (220) Control and move the end.

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. That is, when the coordinates of an appropriate point within the blood vessel of the target blood vessel are obtained using the image acquired through the ultrasound probe 120 (S410), the needle has a fixed positional relationship through the ultrasound probe 120 and the link connection part 300. The target coordinates can be known through control of the unit 200.

이때, 사용되는 좌표계는 목표 혈관 파악 단계에서 얻은 z’축을 활용해 초음파 프로브 기준 좌표계 (x’, y’, z’)이다. At this time, the coordinate system used is the ultrasound probe reference coordinate system (x’, y’, z’) using the z’ axis obtained in the target blood vessel identification step.

그 후에, 역기구학을 적용해 바늘 삽입 각도를 제어하는 바늘부 구동 모터인 바늘부 회전 모터(미도시)와 바늘부 위치 제어 모터(미도시)를 동작시킨다(S420).Afterwards, the needle rotation motor (not shown) and the needle position control motor (not shown), which are needle drive motors that control the needle insertion angle by applying inverse kinematics, are operated (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. Here, the ultrasonic probe reference coordinate system is based on the center point of the bottom of the ultrasonic probe 120 and has three orthogonal axes parallel to the three planes constituting the ultrasonic probe 120, respectively, as x', y', and z' axes. This refers to the coordinate system being set.

목표 혈관 파악 단계에서 초음파 프로브 접촉점을 기준으로 획득된 초음파 영상의 픽셀당 실제 거리는 스펙 상으로 기 설정되어 있다.In the step of identifying the target blood vessel, the actual distance per pixel of the ultrasound image obtained based on the ultrasound probe contact point is preset according to the specifications.

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).Therefore, by utilizing the fixed positional relationship from the ultrasound probe 120, as shown in FIG. 1(b), the coordinates of an appropriate point within the blood vessel of the target blood vessel visible in the ultrasound image are calculated using the second coordinate system, that is, the sensor unit 110- It can be obtained from the coordinate system of the needle mounting unit 210 (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).The control unit 400 controls the movement of the needle unit 200 and moves the needle 220 so that the tip of the needle 220 penetrates to an appropriate point within the target blood vessel obtained in this way (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.In addition, operation errors in the x' and z' axes directions that accumulate during the assembly and processing of the invasion control device can be corrected by calculating the change in the invasion angle of the needle 220 and the needle invasion depth at this stage. .

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. On the other hand, as shown in Figure 7(a), when the direction of displacement by motor control is not parallel to the direction of needle travel, external force and vibration ( red dotted arrow) may occur.

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.This friction causes pain by irritating the exposed nerve endings around the needle travel path, which not only causes discomfort to the blood sampler, but also poses a risk of reducing the stability of the blood collection process due to movement in response to pain.

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.Therefore, in the present disclosure, as shown in FIG. 7(b), the control unit 400 controls the needle drive motor that variably adjusts the needle insertion angle, adjusts the needle traveling direction and the motor control unit to be parallel, By controlling the needle 220 in one-dimensional movement by determining the traveling direction, vibration perpendicular to the needle traveling direction is not caused.

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.That is, in order to minimize the probability of occurrence of risks such as hematoma due to puncture of the posterior wall of a blood vessel when inserting the needle 220 for blood collection, as shown in FIG. 9, the maximum angle of insertion of the needle 220 is adjusted according to the depth of invasion of the target blood vessel. The movement of the needle 220 within the needle unit 200 is controlled by varying .

이 때, 피부 표면으로부터의 최대 침습 깊이는 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.At this time, the maximum depth of invasion from the skin surface is calculated by the following equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

최대 침습 깊이 = 바늘 침습 길이 x sin(바늘 삽입 각도)Maximum invasion depth = needle invasion length x sin (needle insertion angle)

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.Therefore, the maximum invasion depth error must be maintained by the length calculated by Equation 2 below, and the maximum insertion angle of the needle must be maintained by the angle range calculated by Equation 3 below so that the needle 220 can penetrate the target blood vessel. It does not penetrate.

[수학식 2][Equation 2]

최대 침습 깊이 오차 = 바늘 침습 길이의 오차 x sin(바늘 삽입 각도) Maximum invasion depth error = error in needle invasion length x sin (needle insertion angle)

[수학식 3][Equation 3]

바늘의 최대 삽입 각도 < arcsin(목표 혈관의 반지름/최대 바늘 침습 길이 오차)Maximum needle insertion angle < arcsin (radius of target vessel/maximum needle invasion length error)

이로써, 채혈 대상에게 불필요하게 신경 말단을 자극하지 않게 되어, 채혈 대상의 통증을 최소화하여 자동 채혈 과정을 더 안정적으로 수행할 수 있게 된다.As a result, the nerve endings of the blood collection subject are not unnecessarily stimulated, thereby minimizing pain in the blood collection subject and enabling the automatic blood collection process to be performed more reliably.

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. In addition, when inserting the needle 220 for blood collection, in order to minimize the probability of occurrence of risks such as hematoma due to blood vessel penetration, a pivot motion is performed starting from the needle insertion point after skin invasion, as shown in FIG. 9(a). While doing so, the needle 220 is driven inside the body.

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.In other words, when piercing the skin surface and the anterior wall of a blood vessel through a pivot motion, the penetrating force of the needle 220 is provided at a relatively high angle, while when performing a pivot motion after invading the anterior wall of a blood vessel, as shown in FIG. 9(b), By minimizing the invasion depth error caused by realistic errors such as the invasion length error of the needle 220, the risk of puncturing the posterior wall of a blood vessel is prevented.

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. Here, pivoting motion means performing the needle movement for invasion while gradually lowering the incident angle of the needle 220 compared to the initial needle insertion angle during the body invasion process, and posterior wall puncture is controlled by the needle passing through the anterior wall of the blood vessel. This refers to a case where the procedure proceeds to an appropriate point within the target blood vessel and then proceeds further to penetrate the posterior wall of the blood vessel.

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.FIG. 11 is a block diagram for explaining the operation of the position control (a) before the ultrasonic probe 120 in the invasive control device shown in FIG. 1 touches the body observation area and the impedance control (b) after the ultrasonic probe 120 is contacted. It includes a probe 120, a control unit 400, and an impedance sensing unit 600.

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.In the case of a sensor device that requires contact with the skin surface, such as the invasion control device of the present disclosure, as shown in FIG. 11(a), ultrasound waves are at random positions (x0, y0, z0) before contact with the skin surface. The probe 120 moves to a certain position (x1, y1, z1) of the target body part to be observed with high accuracy through the position control of the present disclosure.

이때, 초음파 프로브(120)의 측정 데이터는 위치 제어 프로세싱(딥러닝 프로세싱 포함)을 통해 모니터링하며, 피부 표면과의 접촉 시점을 판별한다. At this time, the measurement data of the ultrasonic probe 120 is monitored through position control processing (including deep learning processing), and the point of contact with the skin surface is determined.

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.In addition, from the point of contact with the skin surface, considering the usability and safety of the blood collection target, the condition control input method is used to change position control to impedance control.

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. Here, the condition control input method is a method of dynamically changing each of one or more conditions in order to extract more accurate condition control input. For each condition, various condition changes are performed using variables such as change period, change amount, and change speed. means method.

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.In impedance control, the impedance sensing unit 600 measures the impedance (e.g., resistance due to elasticity) generated by the interaction between the ultrasound probe 120 and the skin surface, which is the body observation site, and stimulates the nerve terminals of the blood collection target. This allows optimal sensing results to be obtained while minimizing the risk of pain and puncture of the posterior wall of blood vessels.

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.FIG. 12 is a block diagram for explaining the operation of the first embodiment (a) and the second embodiment (b) for preventing movement of the needle in the invasion control device shown in FIG. 1, where the needle and blood vessel are pushed. Includes prevention units 700 and 700'.

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.In the case of a device equipped with a needle that invades the skin surface, such as the invasion control device of the present disclosure, the force is parallel as well as perpendicular to the circumscribed plane of the anterior wall of the blood vessel due to the needle insertion angle that is not perpendicular to the target blood vessel based on the point of needle invasion. Force is applied in only one direction.

이렇게 혈관 전벽의 외접 평면에 평행한 방향으로 작용하는 힘에 의해, 바늘은 혈관벽을 침습하면서도 목표 혈관의 위치 변위를 유발할 수 있다.Due to the force acting in a direction parallel to the circumscribed plane of the anterior wall of the blood vessel, the needle can cause displacement of the target blood vessel while invading the blood vessel wall.

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.If the change in position of the target blood vessel is large and the target blood vessel is moved by the needle, an error occurs compared to the blood collection control path and results in preventing safe blood collection.

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. To prevent this, the invasion control device of the present disclosure is provided with a blood vessel pushing prevention unit separate from the control unit 400 that controls the needle insertion angle, needle traveling direction, etc. to minimize the pushing phenomenon of the target blood vessel.

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.That is, in the first embodiment, as shown in FIG. 12(a), the blood vessel push prevention unit 700 transmits pressure to the skin surface in a direction symmetrical to the needle travel direction based on the vertical line of the invasion point of the anterior wall of the blood vessel. Prevents crowding of target blood vessels.

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.In addition, as a second embodiment, as shown in FIG. 12(b), the blood vessel pushing prevention portion 700' is positioned on the skin surface including a point symmetrical to the point where the needle is inserted, based on the vertical line of the invasion point of the anterior wall of the blood vessel. Pressure due to friction can be transmitted to prevent the target blood vessel from being pushed back.

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.At this time, the role of the blood vessel pushing prevention unit may be replaced by a third arm provided outside the invasive control device or the ultrasound probe 120 during imaging.

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.As such, the present disclosure performs three-dimensional movement control that can range from two-dimensional linear movement control and rotational movement control during the invasion process during blood collection, and limits the needle insertion angle and depth that occur when pivoting motion is performed after blood vessel invasion, Provided is an invasive control method and device for safe automatic blood collection that can control an ultrasonic probe using an impedance control method.

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.Through this, the present disclosure minimizes cumulative errors during the manufacturing and assembly process of the blood collection device and can precisely align the ultrasonic probe sensing point and the actual needle invasion location.

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.The invasive control method for safe automatic blood collection according to an embodiment of the present disclosure described above is to be executed in combination with hardware including the image acquisition unit 100, the needle unit 200, and the link connection unit 300. It can be implemented as a program (or application) and stored on a medium.

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.The above-mentioned program is C, C++, JAVA, machine language, etc. that can be read by the processor (CPU) of the computer through the device interface of the computer in order for the computer to read the program and execute the methods implemented in the program. It may include code coded in a computer language. These codes may include functional codes related to functions that define the necessary functions for executing the methods, and include control codes related to execution procedures necessary for the computer's processor to execute the functions according to predetermined procedures. can do. In addition, these codes may further include memory reference-related codes that indicate at which location (address address) in the computer's internal or external memory additional information or media required for the computer's processor to execute the above functions should be referenced. there is. In addition, if the computer's processor needs to communicate with any other remote computer or server in order to execute the above functions, the code uses the computer's communication module to determine how to communicate with any other remote computer or server. It may further include communication-related codes regarding whether communication should be performed and what information or media should be transmitted and received during communication.

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.The storage medium refers to a medium that stores data semi-permanently and can be read by a device, rather than a medium that stores data for a short period of time, such as a register, cache, or memory. Specifically, examples of the storage medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., but are not limited thereto. That is, the program may be stored in various recording media on various servers that the computer can access or on various recording media on the user's computer. Additionally, the medium may be distributed to computer systems connected to a network, and computer-readable code may be stored in a distributed manner.

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. The steps of the method or algorithm described in connection with the embodiments of the present disclosure may be implemented directly in hardware, implemented as a software module executed by hardware, or a combination thereof. The software module may be RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), Flash Memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside on any type of computer-readable recording medium well known in the art to which this disclosure pertains.

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.Above, embodiments of the present disclosure have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present disclosure can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. You will be able to understand it. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

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 방지부100: Image acquisition unit
110: sensor unit
111: Distance sensor
112: infrared camera
120: ultrasonic probe
200: Needle part
210: Needle mounting unit
220: Needle
300: Link connection part
400: Control unit
600: Impedance sensing unit
700, 700': Blood vessel compression prevention unit

Claims

In a method performed by a device,
(a) searching for a target blood vessel from an infrared image acquired through an image acquisition unit, and deriving relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current location of the image acquisition unit; and
(b) Calculate the needle insertion angle to align with the first coordinate of the target blood vessel and the blood vessel traveling direction based on the derived relative coordinates, so that the ultrasound probe contacts the skin surface above the point where the target blood vessel is located. Including; controlling,
In step (b),
(b-1) measuring a first vertical distance from the observation point of the target blood vessel to the distance sensor based on the relative coordinates of the target blood vessel;
(b-2) The distance sensor is installed at a position spaced upward from each of the left and right observation points of the target blood vessel, which are located at a certain distance to the left and right of the observation point perpendicularly based on the direction in which the blood vessel travels. moving and measuring a second vertical distance and a third vertical distance from each of the left and right observation points to the distance sensor;
(b-3) Calculate the three-dimensional coordinates of the left observation point and the right observation point, and use a combination of the first vertical distance, the second vertical distance, and the third vertical distance to determine each of the left observation point and the right observation point. Calculating the slope of the skin surface at a point corresponding to three-dimensional coordinates; and
(b-4) controlling the ultrasound probe to contact the skin surface perpendicular to the traveling direction of the target blood vessel and parallel to the skin surface using the calculated inclination;
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to claim 1,
In step (a),
(a-1) photographing the target blood vessel through a group of infrared cameras while being spaced apart on the skin surface;
(a-2) measuring the distance to the skin surface through a distance sensor linked to the infrared camera group;
(a-3) converting the difference between the center coordinates of the image and the center coordinates of the target blood vessel in the infrared image into a distance; and
(a-4) moving the sensing position of the distance sensor toward a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel by the converted distance;
Characterized in that it includes,
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to claim 1,
(c) Obtain the coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel from the results measured using the ultrasound probe, calculate the maximum insertion angle of the needle by considering the maximum invasive length error of the needle, and calculate the maximum insertion angle of the needle. Further comprising controlling the tip of the needle to invade a predetermined point within the blood vessel based on the angle,
In step (c),
(c-1) obtaining the coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel using the measurement result using the ultrasound probe;
(c-2) using the positional relationship with the ultrasound probe to obtain coordinates of a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel visible in the measurement results using the ultrasound probe in a second coordinate system;
(c-3) operating a needle drive motor that controls the needle insertion angle by applying inverse kinematics; and
(c-4) controlling the movement of the needle unit to drive the needle so that the tip of the needle invades the target blood vessel to a predetermined point within the blood vessel;
Characterized in that it includes,
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to claim 3,
In step (c-4) above,
Characterized in that the needle unit drive motor is controlled to control the movement of the needle unit so that the needle traveling direction and the displacement direction by motor control are parallel.
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to claim 3,
In step (c-4) above,
The end travel of the needle is
Characterized in that the needle is driven while gradually lowering the needle incidence angle from the initial needle insertion angle by performing a pivot motion starting from the needle insertion point after invasion of the anterior wall of the blood vessel.
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to clause 1,
In step (b) above,
After contact with the ultrasonic probe,
Characterized in that the control unit changes the input condition using a condition control input method to change the condition to an impedance control that performs a condition change, and measures the impedance generated by the interaction between the ultrasonic probe and the skin surface.
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

According to claim 3,
In step (c-4) above,
Pressure is delivered to the skin surface in a direction symmetrical to the needle travel direction, based on the vertical line of the point invading the anterior wall of the blood vessel through the blood vessel pushing prevention unit,
Characterized in that the tip of the needle penetrates to a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel by transmitting pressure due to frictional force on the skin surface including a point symmetrical to the point where the needle is inserted.
Controlled invasiveness method for safe automated blood collection.

A computer program combined with a computer as hardware and stored in a computer-readable recording medium to perform the invasive control method for safe automatic blood sampling according to any one of claims 1 to 7.

An image acquisition unit spaced from the upper part of the skin surface above the point where the target blood vessel is located to capture an infrared image and an ultrasound image;
One side is connected to the image acquisition unit through a link connection, and the other side has a needle that travels so that the tip penetrates into a predetermined point within the blood vessel of the target blood vessel;
a control unit that derives relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current position of the image acquisition unit, calculates first coordinates based on the derived relative coordinates, and moves the ultrasound probe onto the skin surface; and
a needle drive motor that drives the needle unit so that the needle traveling direction and the displacement direction by the motor control are parallel in response to control from the control unit;
Including,
The control unit,
Search for a target blood vessel from an infrared image acquired through an image acquisition unit, derive relative coordinates of the target blood vessel with respect to the current location of the image acquisition unit, and based on the derived relative coordinates, first coordinates of the target blood vessel and blood vessel Calculate the needle insertion angle to align with the traveling direction and control the ultrasound probe to contact the skin surface above the point where the target blood vessel is located,
A first vertical distance is measured from the observation point of the target blood vessel to the distance sensor based on the relative coordinates of the target blood vessel, and a point is a certain distance away from the observation point to the left and right, respectively, perpendicular to the direction of blood vessel travel. By moving the distance sensor to a position spaced upward from each of the left and right observation points of the target blood vessel located in, a second vertical distance and a third vertical distance from each of the left and right observation points to the distance sensor are determined. Measure each, calculate the three-dimensional coordinates of the left observation point and the right observation point, and use a combination of the first vertical distance, the second vertical distance, and the third vertical distance to obtain the three coordinates of each of the left observation point and the right observation point. Calculating the slope of the skin surface at a point corresponding to the dimensional coordinates, and using the calculated slope to control the ultrasound probe to contact the skin surface perpendicular to the traveling direction of the target blood vessel and parallel to the skin surface , an invasive control device for safe automated blood collection.