WO2022065582A1 - 신체 자동 침습 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

신체 자동 침습 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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WO2022065582A1
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needle
needle unit
slope
target
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강승만
김형록
이혜성
김윤명
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic body invasion apparatus and a control method thereof, and more particularly, to an apparatus and control method capable of adjusting the direction of a needle slope of a needle unit.
  • an automatic body invasive device comprising: a slope adjusting unit for adjusting a needle slope direction of a needle unit; and a needle unit movable unit supporting the needle unit whose slope direction is adjusted by the slope adjusting unit, disposing the needle unit in an orientation that can invade the body, and performing invasion.
  • the automatic body invasion apparatus may further include a transfer unit for transferring the needle unit from the first position to the second position.
  • the slope adjustment unit includes: a support arm for supporting the needle unit; a driving unit for rotating the support arm; It may include a detection unit for detecting the slope direction of the needle.
  • the slope adjusting unit includes: at least one roller in contact with the needle unit; a seventh driving device for rotating the roller to rotate the needle unit; It may include a detection unit for detecting the slope direction of the needle.
  • the transfer unit may include a movable arm supporting the needle unit, and the movable arm may be provided to move between the first position and the second position.
  • the slope adjusting unit may be disposed adjacent to at least one of the first position and the second position.
  • the slope adjusting unit may further include a movement limiting unit for restricting movement of the needle unit in a direction other than the rotation direction of the needle unit.
  • the automatic body invasion apparatus may further include a probe unit for detecting a target body position, the probe unit comprising: a probe; a probe support; It may include a presser adapted to press the target body.
  • the probe unit may further include an elastic member connecting the pressing part and the probe support part.
  • the roller may include a tooth in contact with or meshing with the outer circumferential surface of the needle unit.
  • a method for controlling an automatic body invasive device comprises: a first step of supporting the needle unit by a movable part of the needle unit; a second step of adjusting the slope of the needle by the needle slope adjusting unit; a third step of driving the moving part of the needle unit in an orientation in which the needle unit can invade the body; It may include a fourth step of driving the needle unit movable part to perform the invasion.
  • a control method comprising: a first step of adjusting the slope of a needle by a needle slope adjusting unit; a second step of moving the needle unit from the first position to the second position by the transfer unit; a third step of receiving the needle unit at a second position by the needle unit movable part and supporting the needle unit; a fourth step of driving the needle unit movable part in an orientation in which the needle unit can invade the body; It may include a fifth step of executing the invasion by driving the needle unit movable part.
  • a control method includes: a first step of supporting the needle unit by a movable part of the needle unit; a second step of adjusting the slope of the needle by the needle slope adjusting unit; a third step of moving the pressing part in contact with the target body; a fourth step of driving the needle unit movable part in an orientation in which the needle unit can invade the body; It may include a fifth step of executing the invasion by driving the needle unit movable part.
  • a control method includes: a first step of adjusting the slope of the needle by a needle slope adjusting unit; a second step of moving the needle unit from the first position to the second position by the transfer unit; a third step of receiving the needle unit at a second position by the needle unit movable part and supporting the needle unit; a fourth step of moving the pressing unit in contact with the target body; a fifth step of driving the moving part of the needle unit in an orientation in which the needle unit can invade the body; It may include a sixth step of driving the needle unit movable part to perform invasion.
  • the pressing part can move in a straight line.
  • the pressing unit may be provided to move within a certain distance range with respect to the target body.
  • an apparatus for adjusting a needle slope of a needle unit comprising: a holding part for supporting at least one of an inner side and an outer side of the needle unit; It may include a driving unit for rotating the holding unit to adjust the slope direction of the needle.
  • an apparatus for adjusting a needle slope of a needle unit comprising: a holding part for supporting at least one of an inner side and an outer side of the needle unit; at least one roller in contact with the needle unit; It may include a driving unit for rotating the roller to adjust the direction of the needle slope.
  • the roller may include a tooth in contact with or meshing with the outer circumferential surface of the needle unit.
  • the driving unit of the slope adjusting unit of the automatic invasion device may be at least one of a rotation driving module and a linear driving module.
  • FIG. 1 is a block diagram of an automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a side view of a slope adjusting unit of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • Figure 4 is a side view of the transfer unit of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of the transfer unit of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a slope adjustment unit according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view of the needle unit movable part of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of the needle unit movable part of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 9 is a side view of the probe unit of the automatic body invasion device according to the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method for detecting a target body part among the steps shown in FIG. 10;
  • 12 to 15 are diagrams for explaining a method of detecting a target blood vessel.
  • the control method according to the present invention may be executed by an electronic computing device such as a computer, a tablet PC, a mobile phone, a portable computing device, and a stationary computing device. It should also be understood that one or more methods or aspects of the present invention may be executed by at least one processor.
  • the processor may be installed in a computer, a tablet PC, a mobile device, a portable computing device, or the like.
  • a memory configured to store computer program instructions may be installed in such a device such that the program is specifically programmed to cause the processor to execute the stored program instructions to execute one or more processes as described herein.
  • the information and methods described herein may be implemented by a computer, tablet PC, mobile device, portable computing device, etc. including one or more additional components and a processor.
  • control logic may be implemented in a non-volatile computer-readable medium including program instructions executable by a processor, a controller/control unit, or the like.
  • Examples of computer-readable media include, but are not limited to, ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, flash drive, smart card, optical data storage device, and the like.
  • the computer-readable recording medium may be distributed in computers connected to a network, and the computer-readable medium may be stored and executed in a distributed manner, for example, by a remote server or a controller area network (CAN).
  • CAN controller area network
  • the automatic body invasion device includes a control unit 100 , a slope adjustment unit 22 , a transfer unit 20 , a needle unit movable unit 30 , and a probe unit 40 . ) is included.
  • the control unit 100 controls the operations of the slope adjusting unit 22 , the transfer unit 20 , the needle unit movable unit 30 , and the probe unit 40 .
  • the control unit 100 may be a part of an electronic computing device, and refers to a logical combination of general-purpose hardware and software performing the function.
  • the control command generated by the controller 100 for operating the apparatus for automatic body invasion according to the present invention may be generated by a computer program stored in the aforementioned computer-readable recording medium.
  • FIG. 2 is a front view of the slope adjustment unit 22
  • FIG. 3 is a side view of the slope adjustment unit 22 .
  • the slope adjustment part 22 includes a first drive device 16 , a first direction change part 18 , a first rotation shaft 17 , a body part 19 , a second pneumatic device 145 , and a support. It includes an arm 14 , a support 15 , and a detection unit 222 (eg, a vision sensor).
  • the support arm 14 may be provided as at least a pair of arms provided parallel to each other as shown in FIG. 3 , and may be driven toward or away from each other by the second pneumatic device 145 . .
  • the support arm 14 can support the needle unit 200 while moving in a direction away from each other from the inside of the needle unit 200 and applying a force to the inner wall of the needle unit 200 in an outward radial direction. The direction of the slope of the end of the needle of the needle unit 200 may be detected by the detection unit 222 .
  • the first driving device 16 drives the body 19 according to the control command of the control unit 100 .
  • the direction of the needle slope of the needle unit 200 supported by the support arm 14 by rotating with respect to the first rotation shaft 17 is adjusted to a desired direction.
  • the driving force of the first driving device 16 is converted to a direction for rotating the body portion 19 by the first direction changing unit 18 .
  • Changing the transmission direction of the driving force of the first driving device 16 may be implemented by adopting various known kinematic structures, and the first direction changing unit 18 may include a speed reducer.
  • a direction change unit which will be described later in this specification, may also include a speed reducer if necessary.
  • the first drive device 16 may be a rotary drive device, for example a conventional motor, or a linear drive device, for example a linear motor.
  • a linear motor When a linear motor is used, the first direction change unit 18 converts the linear motion direction into a rotation direction for rotating the support arm 14 .
  • the direction changing unit used for the slope adjusting unit 22 as well as other components to be described later is not an essential component and may not be used depending on the design of the driving device.
  • FIGS. 4 and 5 show a side view and a plan view of the transfer unit 20 of the automatic body invasion device of the present invention, respectively.
  • the transfer unit 20 shown in FIGS. 4 and 5 may be provided with a slope adjusting unit according to another embodiment of the present invention.
  • a plan view of a slope adjusting unit according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. 6 .
  • the transfer unit 20 includes a second drive device 23 , a movable arm 24 , a second rotation shaft 25 , a first body portion 26 , and a second direction change unit 27 .
  • the movable arm 24 may be provided with a slope adjustment unit according to another embodiment of the present invention.
  • the slope adjusting unit includes at least one roller 214 in contact with the needle unit 200, a seventh driving device 223 configured to rotate the needle unit 200 by rotating the roller 214, and a detection unit ( 222 (not shown in FIGS. 4 to 6).
  • the needle unit 200 may be supported on the outside by the first holding part 211 to maintain a predetermined position.
  • the first holding part 211 may include at least a pair of arms parallel to each other, and the arms may be driven in a direction toward or away from each other by, for example, the third pneumatic device 215 .
  • the holding parts 211 When the holding parts 211 come close to each other and come into contact with the outside of the needle unit, they can be supported by applying a force in the inside direction of the needle unit 200 .
  • the holding part 211 may be supported on the inside of the needle unit 200 like the support arm 14 .
  • a tooth is provided on the outer peripheral surface of the roller 214 to be in contact with the outer peripheral surface of the needle unit 200 .
  • the teeth complementary to the teeth are provided on the outer peripheral surface of the needle unit 200, they may come into contact with each other.
  • the material of the roller 214 may be silicon, synthetic resin, or metal.
  • the slope adjustment unit shown in FIG. 6 further includes movement limiting units 212 and 213 that prevent the needle unit 200 from moving in a direction other than the direction of subordinate rotation of the needle unit 200 due to the rotation of the roller 214.
  • the movable arm 24 is movable between the first position and the second position by driving the second driving device 23 .
  • first position refers to a position at which the needle unit 200 is provided to the transfer unit 20
  • second position refers to a position at which the needle unit moves from the transfer unit 20. means a position to which the needle unit 200 is delivered.
  • the slope adjustment portion 22 may be adjacent to or provided at the first location, adjacent to the second location, or provided at the second location. Alternatively, it may be provided in a third position other than the first position and the second position, in which case the movable arm 24 transports the needle unit 200 from the first position to the third position to be inclined at the third position.
  • the direction may be adjusted, and the needle unit 200 may be transferred from the third position to the second position.
  • the movable arm for transporting the needle unit 200 from the first position to the third position and the movable arm for transporting the needle unit 200 from the third position to the second position may be configured separately. .
  • the position of the slope adjustment unit 22 is independent of the essential technical idea of the present invention. Alternatively, a plurality of slope adjusting units may be provided. The movable arm 24 may not be necessary if the slope adjustment is provided in the second position.
  • FIG. 7 is a front view of the needle unit movable part 30 of the automatic body invasive device according to the present invention
  • FIG. 8 is a side view.
  • the needle unit movable part 30 includes a second body part 31 , a first pneumatic device 32 , a third driving device 33 , a fourth driving device 34 , a connecting member 35 , It includes a third rotation shaft 36 and a third direction change unit 37 .
  • the needle unit 200 is supported by the connecting member 35 , and may be supported by at least a pair of second holding parts 321 driven by the first pneumatic device 32 .
  • the movable arm 24 When the movable arm 24 moves from the first position to the second position, after the second holding part 321 supports the needle unit 200 by the operation of the first pneumatic device 32 in the second position, The holding state between the holding part 211 and the needle unit 200 is released by the operation of the third pneumatic device 215 , so that the needle unit 200 may be delivered. After the needle unit 200 is delivered, the movable arm 24 may return to the first position.
  • the connecting member 35 may be provided with a slope adjusting portion having a configuration as shown in FIGS. 4 to 6 .
  • the transfer part 20 may not be necessary.
  • the needle unit 200 In a state in which the needle unit 200 is transferred to the needle unit movable part 30 and supported by the second holding part 321 , it is possible to invade the body by the third driving device 33 and the fourth driving device 34 . In orientation (orientation), the needle unit 200 is aligned to invade the target body.
  • the third drive device 33 is driven to rotate the second body portion 31 about the third rotation axis 36 to have an angle of a predetermined invasive orientation.
  • the driving force of the third driving device 33 is converted into a rotational force with respect to the third rotating shaft 36 by the third direction changing unit 37 .
  • the fourth driving device 34 is driven to move the connecting member 35 along the longitudinal direction of the second body part 31 to perform invasion. do.
  • a ball screw is provided along the longitudinal direction of the second body part 31 so that the connecting member 35 can move.
  • the second body part 31 may be provided to move in at least one of the left and right directions of FIG. 7 and the left and right directions of FIG. 8 or another direction.
  • FIG. 9 is a side view of the probe unit 40 according to the present invention.
  • the probe unit 40 includes a probe 41 , a probe support part 42 , a fifth driving device 43 , a sixth driving device 44 , a rail part 45 , and a movable part. 46 , a fourth direction change part 47 , a pressing part 48 adapted to press the target body, and a pressing part holder 485 .
  • the probe 41 may be, for example, an ultrasonic probe.
  • the pressing part 48 may be rotatably supported by the pressing part holder 485 and may take the form of a roller.
  • the pressing part 48 and the probe support part 42 may be connected to each other by an elastic member 49 (eg, a spring) so that the pressing part 48 can press the body with a predetermined force.
  • the probe support part 42 may rotate with respect to the fourth rotation shaft 475 by the operation of the fifth driving device 43 .
  • the driving force of the fifth driving device 43 may be converted into a rotational force for rotating the probe support part 42 with respect to the fourth rotation shaft 475 by the fourth direction changing part 47 .
  • the movable part 46 can move along the longitudinal direction of the rail part 45 by the operation of the sixth driving device 44 .
  • a ball screw may be provided on the rail 45 .
  • the probe unit 40 may move in the longitudinal direction of the body 400 .
  • An example of a method for detecting the location of a target body eg, a superficial vein
  • the position detection becomes easier if the target body is detected after straightening, so the probe unit 40 is moved along the longitudinal direction of the body 400 (eg, lower arm) placed on the body support part 300 while the pressing part ( 48) can straighten the body by pressing it.
  • the range in which the pressing unit 48 is pressed for straightening may be set within a predetermined range as a significant distance for target body detection.
  • the needle unit 200 is supplied.
  • the needle unit 200 may be supplied to the slope adjustment unit 22 .
  • the needle unit 200 may be supplied to the support 15 to be supported.
  • the needle unit 200 may be supplied such that the needle unit 200 is supported by the holding unit 211 and disposed between the rollers 214 .
  • the slope adjusting unit may be provided at or adjacent to at least one of the first position and the second position, or may be provided to be adjacent to or at a third position other than the first position or the second position.
  • the detection unit 222 recognizes the direction of the slope and the position of the end of the needle (step 1110). If the recognized needle slope direction is different from the set direction, the first driving device 16 or the seventh driving device 223 receives and operates the command from the control unit 100 to rotate the needle unit 200 to rotate the needle unit 200 in the direction of the needle slope is adjusted (step 1120).
  • the first driving device 16 operates, the body 19 rotates with respect to the first rotation shaft 17 , and the needle unit 200 supported by the support arm 14 rotates.
  • the operation of the first driving device 16 or the seventh driving device 223 is stopped and the adjusted needle slope position information is transmitted to the control unit 100 Synchronize with the recorded value (step 1130).
  • step 1140 the location of the target body is selected.
  • the selection process when the target body is a superficial vein is shown in FIG. 11 .
  • the probe 41 is moved near the blood vessel (step 1141). Then, the probe unit 40 is moved while the blood vessel is pressed by the pressing part 48 to perform straightening (step 1142).
  • the pressing part 48 may be moved only by a predetermined range of the target body. If the blood vessel is straightened by the pressing part 48, ultrasound scanning and blood collection are facilitated.
  • the pressing force of the pressing part 48 may be pressed with a constant force optimized in the range of 0 to 19.6N.
  • the probe 41 When blood vessel straightening is completed, the probe 41 is brought into contact with the target body, an ultrasound image is acquired (step 1143), and the location of the target blood vessel is determined through image processing of the acquired ultrasound image (step 1144).
  • a specific exemplary embodiment of location selection when the location of the target body is a superficial vein will be described later with reference to FIGS. 12 to 15 .
  • step 1150 the needle unit 200 is moved to the second position.
  • the movable arm 24 supports the needle unit 200 whose slope direction is adjusted, and receives a command from the control unit 100
  • the second drive device 23 may actuate to rotate the movable arm 24 about the second axis of rotation to move it from the first position to the second position.
  • the movement from the first position to the second position does not necessarily have to be achieved only through rotation of the movable arm 24, and any known or kinematic repositioning structure apparent to those skilled in the art from a known structure may be applied. can do.
  • step 1150 may be unnecessary.
  • the slope adjustment unit shown in FIGS. 2 and 3 or FIGS. 4 to 6 may adjust the slope direction.
  • the movable arm 24 can move from the first position to the third position, and after adjusting the slope direction at the third position, it can move to the second position. there is.
  • the third driving device 33 operates according to the command of the controller 100 to move the second body part 31 to a predetermined position. Rotate at an angle, that is, an angle for body invasion, and the fourth driving device 34 receives a command from the controller 100 to move the connecting member 35 along the longitudinal direction of the second body part 31 to prevent body invasion. enforce When the target body is a superficial vein, blood sampling can be performed after invasion.
  • the second body part 31 may be provided to move in at least one of the left and right directions of FIG. 7 and the left and right directions of FIG. 8 or another direction.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method for determining superficial vein positioning through probe detection.
  • the subject first puts the upper arm into a brachial compression unit (not shown) and performs upper arm compression (step 1200).
  • the upper arm compression unit comprises a pressing means of 1 to 5 cm, the pressing means pressing the upper arm 3 to 12 cm above the elbow, preferably 6 to 8 cm.
  • the pressing pressure may be between 10 and 60 mmHg, preferably between 20 and 30 mmHg.
  • the process described below may be performed without the upper arm compression unit compressing the upper arm.
  • the upper arm compression may be performed after the ultrasound probe 41 starts to acquire the first image data after the ultrasound probe 41 is moved. There is.
  • first image data before the upper arm compression is performed and first image data after the upper arm compression is performed may be acquired.
  • the ultrasound probe 41 is moved to a position spaced apart by a predetermined distance, for example, 1 mm, from the body of the subject after upper arm compression (step 1205).
  • the position of the subject's body in which the ultrasound probe 41 is disposed may be 0 to 8 cm, preferably 1 to 3 cm, in the hand direction from the popliteal muscle, where the median cubital vein is located.
  • first image data is acquired while the ultrasound probe 41 is moved toward the subject's body.
  • the first image data is image data before the ultrasound probe 41 comes into contact with the body of the examinee, and may include image data before the upper arm is compressed and image data after the upper arm is compressed.
  • Second image data is collected while the ultrasound probe 41 contacts and presses the body of the subject.
  • the body of the subject may be pressed by means other than the ultrasound probe 41 .
  • the first and second image data may include image data analyzed through a Doppler effect among sound wave signals of blood flow. According to another embodiment of the present invention, only one of the first image data and the second image data may be used.
  • the obtained first and second image data are converted into a format and size that can be used by a program executing the method according to the present invention by the image data processing module 30 (step 1220).
  • image data analysis which will be described later, may be performed without converting the image data.
  • the machine learning server 140 analyzes the transformed image data through a convolutional neural network, for example, and displays the pixels of the target target and the avoidance target in the image data (step 1225).
  • the target target refers to a blood vessel such as a superficial vein or artery
  • the avoidance target refers to an artery, nerve, bone tissue, etc.
  • the target target and the avoidance target may be determined according to the use. For example, depending on the use, an artery, nerve, bone tissue, etc. determined as an avoidance target when determining the location of a superficial vein may be rather set as a target target.
  • a method of displaying the target target and the avoidance target may be displayed in units of pixels, or may be displayed as a bound-box through a central value, a boundary, and a distance.
  • information on a shape such as a central value, a circle/ellipse, or a rectangle, and information for specifying a shape, such as a radius/distance information of two or more points/length of one side, may be stored together.
  • Convolutional neural network learning which is an example of machine learning for use in the present invention, will be described.
  • Image data used for learning the convolutional neural network may be preprocessed to increase generality of the data using data augmentation techniques including random cropping, size transformation, horizontal flip, and the like of the first and second image data as described above.
  • the machine learning server acquires and stores information matching the characteristics of the target target and the avoidance target through convolutional neural network learning.
  • Such characteristic information includes the intensity of echogenicity of the components identified in the ultrasound image data, pattern information where the echogenic components are distributed, the relative position information where the components identified in the image data are distributed, and the height, weight, sex, and age of the subject.
  • a diseased disease, treatment information received in the past or currently being received, information when compressed by an ultrasound probe or other means, and real-time flow information of blood flow analyzed through a Doppler image may include at least one.
  • the information on compression may include information on that when the skin surface is pressed with an ultrasound probe or other means, unlike arteries, veins are directly compressed to decrease in size, or to increase in size by compression of the proximal portion to induce congestion.
  • Real-time information on blood flow is useful for target detection because, in the case of arteries, which are one of the avoidance targets, unlike veins, the blood flow is fast, so the Doppler signal is strong, and the Doppler signal periodically increases and decreases.
  • the convolutional neural network learning may be trained to display pixels corresponding to the positions of the target target and the avoidance target in the image data based on the feature information.
  • the learning (training) may be, for example, supervised learning, unsupervised learning, or semi-supervised learning.
  • training can be performed while comparing the image with the correct answer. If the correct answer and the target target and the avoidance target found by the convolutional neural network are different, the training can be performed in a direction to reduce the loss of the loss function.
  • the loss function may be binary cross entropy loss (BCEloss), crossentropy, etc., and the optimizer may use adam, RMSprop, and stochastic gradient descent. And the evaluation can be performed through dice coefficient loss, etc.
  • step 1230 determines a final target target.
  • step 1230 shows a flowchart of a specific process of step 1230 .
  • step 1300 it is determined whether the target target found in step 1225 exists. If the target target exists, the flow advances to step 1305 to determine whether the searched target target is one or two or more. First, the case where there is one target target will be described.
  • step 1335 it is determined whether the boundary of the target target overlaps the boundary of the image data. If it does not overlap, the process proceeds to step 1310, and if it overlaps, proceeds to step 1355 to move the ultrasound probe 41 so that the boundary plane coordinates are located inside, for example, the center of, the image data, and return to step 1210.
  • step 1335 the process proceeds to step 1310, and if it overlaps, proceeds to step 1355 to move the ultrasound probe 41 so that the boundary plane coordinates are located inside, for example, the center of, the image data, and return to step 1210.
  • the body of the subject may be moved without moving the ultrasound probe 41 .
  • the maximum inscribed circle diameter which is one of the size-based information of the target target.
  • the maximum inscribed circle means an inscribed circle having the largest size among circles into which only pixels of a target target can enter.
  • the size-based information of the target target includes, in addition to the maximum inscribed circle diameter, the maximum and minimum lengths of horizontal and vertical lines that can be drawn within the target target, the maximum and minimum distances from the center of gravity of the target target to the boundary line of the target target, and the area of the target target. information can be
  • the depth which is depth-based information of the target target, is calculated (step 1315), and it is determined whether the target target satisfies the first and second determination criteria (step 1320).
  • “Depth-based information” includes not only simple depth, but also various other information related to depth.
  • the first judgment criterion is a criterion for judging whether the maximum inscribed circle diameter is greater than or equal to a predetermined value (first value).
  • the first value may be determined within a device operating error range. For example, if the maximum inscribed circle diameter is less than 2 mm, the target target may be classified as an avoidance target (step 1375). If the maximum inscribed circle diameter is greater than or equal to the first value, it is determined that the first criterion is satisfied.
  • determining whether the maximum and minimum lengths of the horizontal line and the vertical line are respectively greater than or equal to a predetermined value may be the first determination criterion . For example, when the minimum length of the horizontal line and the vertical line is less than 2 mm, the target target may be classified as an avoidance target. When the target target is not singular, a target target having a larger sum, product, average, etc. of horizontal and vertical lines may be selected as a final target candidate (step 1370).
  • a criterion for determining whether the maximum and minimum distances are greater than or equal to a predetermined value may be the first determination criterion. For example, when the minimum distance from the center of gravity of the target target to the boundary line of the target target is less than 2 mm, the target target may be classified as an avoidance target. When there are a plurality of target targets, a target target having a greater sum, product, average, etc. of distances from the center of gravity to the target boundary line may be selected as the final target target candidate (step 1370).
  • a criterion for determining whether the area is greater than or equal to a predetermined value may be the first determination criterion. For example, when the area of the target target is less than 10 mm 2 , the target target may be classified as an avoidance target, and when there are a plurality of target targets, a target target having a larger area may be selected as a final target target candidate (step 1370)
  • the second determination criterion is a criterion for determining whether the depth of the target target is less than or equal to a predetermined value (second value), for example, 1 cm. If the depth of the target target is greater than the second value, the target target is determined as an avoidance target (step 1375). This is to exclude a deep vein rather than a superficial vein because hemostasis is more difficult than that of a superficial vein, and also to exclude an artery that is a target to avoid. And, if it is deeper than the second value, the needle may make a deep wound while entering, and since there may be important anatomical structures or nerves in the invasive path, the second criterion is applied. If the depth of the target target is equal to or smaller than the second value, it is determined that the second criterion has been passed.
  • second value for example, 1 cm.
  • the avoidance target may be a nerve on the side of the arm.
  • step 1330 If the determination result of step 1325 is "No", the corresponding target target is determined as the final target target (step 1330).
  • the final target target may be determined when all criteria among the first to third criteria are satisfied, but may be determined as the final target when at least one of the first to third criteria is satisfied.
  • step 1225 A case in which there are a plurality of target targets searched for in step 1225 will be described.
  • step 1360 the process proceeds to step 1360 to calculate the maximum inscribed circle size of each target target. Then, each maximum inscribed circle size is compared (step 1365), and a candidate of a final target target is selected according to the third criterion (step 1370).
  • the third criterion is as follows.
  • the target target having the largest maximum inscribed circle size is selected as a candidate for the final target target, but the difference in size with the inscribed circle of the target target having the next largest maximum inscribed circle is a predetermined value (third value). For example, if it is within 10%, a target target that is close to the contact surface of the ultrasonic probe, for example, that is close to the center point of the contact surface of the ultrasonic probe, may be determined as a final target target candidate.
  • the target target close to the contact surface of the ultrasound probe for example, close to the center point of the contact surface of the ultrasound probe. may be determined as a candidate of the final target target.
  • step 1370 When a candidate of the final target target is determined in step 1370 , the process proceeds to step 1315 , and subsequent processes are executed to determine the final target target or to be the avoidance target.
  • step 1300 it is determined whether the target target search is performed a predetermined number of times or more. If the predetermined number of times, for example, two or three times or more, the process proceeds to step 1380 to search for a target target with respect to the opposite arm. If the number of times is less than the predetermined number, the process proceeds to step 1210 to move the ultrasound probe 41 to acquire first image data. At this time, the ultrasound probe 41 is moved to a position that does not overlap with the previous image to acquire the first image data.
  • the center coordinates of the final target target are calculated in step 1235 .
  • the needle unit 200 performs invasiveness with the central coordinates.
  • the center coordinate is determined as the coordinate of the point (x) having a maximum distance from any point (x i ) inside the maximum inscribed circle including only the pixels of the final target target.
  • the corresponding final target may be excluded.
  • the corresponding pixel 1510 may be classified as a pixel of a final target target. Since pixels that are not pixels of the final target do not exist in a predetermined ratio or more in the circle 1511 drawn based on the pixel 1530 , the corresponding pixel 1530 may be removed from the final target target.

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Abstract

본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 주사침 유니트의 주사침 사면 방향을 조정하는 사면 조정부와; 상기 사면 조정부에 의해 사면 방향이 조정된 주사침 유니트를 지지하며 주사침 유니트를 신체 침습이 가능한 배향(orientation)으로 배치하고 침습을 실행하는 주사침 유니트 가동부를 포함한다.

Description

신체 자동 침습 장치 및 그 제어 방법
본 발명은 신체 자동 침습 장치 및 그 제어 방법에 대한 것으로서 보다 구체적으로는 주사침 유니트의 주사침 사면의 방향을 조정할 수 있는 장치 및 제어 방법에 대한 것이다.
병의원 등 의료 기관에서 채혈이나 주사액 주입을 위해 사람의 표재정맥에 주사침을 꽂는 경우가 매우 많다. 현재는 표재 정맥 등의 혈관의 위치를 찾도록 교육 받고 수련을 한 의사, 간호사 또는 임상병리사가 표재 정맥을 찾아 주사기를 꽂고 있는데 교육에 오랜 시간이 걸리고 전문 인력 고용을 위한 비용도 지속적으로 발생하며 한 번에 성공하지 못하고 여러 번 찔러야 하는 경우가 많은 문제가 있다. 아기, 노인, 항암치료 중인 환자와 같이 혈관 상태가 양호하지 않은 경우 또는 피부가 어두운 색이어서 혈관이 시각적으로 잘 보이지 않는 경우에는 숙련된 전문가도 혈관을 찾기가 매우 어려운 한계가 있다.
또한, 교육을 잘 받고 숙련된 의료진이라고 하더라도 반복적인 채혈작업 등은 피로도가 높고 거부감을 많이 야기하는 술기이기도 하며, 채혈 과정에서 실수로 피검자의 혈액이 술기자에게 튀거나 술기자의 신체로 들어가서 감염될 위험성도 상존하고 있는 등, 사람에 의한 채혈 등은 많은 문제점을 가지고 있었다.
본 출원인은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 침습을 시행할 신체 부분 예를 들어 표재 정맥의 위치를 자동으로 탐지하는 방법에 대해서 2020년 1월 29일에 특허출원 제10-2020-0010302호로, 자동 신체 침습 장치에 대해서 2020년 4월 2일에 특허출원 제10-2020-0040097호로 특허출원한 바 있다. 이 특허출원의 내용은 본 명세서에 전체로서 참조된다.
[선행기술문헌]
한국특허등록 제10-1601421호 (발명의 명칭: 자동채혈방법; 공고일:2016년 3월 10일
본 발명은, 침습을 시행할 신체 부분의 위치가 확정되면, 그 해당 위치로 침습 장치를 이동시켜서 침습을 수행함에 있어서, 보다 더 바람직한 침습이 가능하도록 예를 들어 주사침의 사면의 배향(orientation)을 조정할 수 있는 신체 자동 침습 장치와 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 주사침 유니트의 주사침 사면 방향을 조정하는 사면 조정부와; 상기 사면 조정부에 의해 사면 방향이 조정된 주사침 유니트를 지지하며 주사침 유니트를 신체 침습이 가능한 배향(orientation)으로 배치하고 침습을 실행하는 주사침 유니트 가동부를 포함한다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 주사침 유니트를 제1 위치에서 제2 위치로 이송하는 이송부를 더 포함할 수 있다.
사면 조정부는, 주사침 유니트를 지지하는 지지암과; 상기 지지암을 회전시키는 구동부와; 주사침의 사면 방향을 검지하는 검지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부는, 주사침 유니트에 접하는 적어도 하나의 롤러와; 상기 롤러를 회전시켜 주사침 유니트을 회전시키는 제7 구동 장치과; 주사침의 사면 방향을 검지하는 검지부를 포함할 수 있다.
이송부는, 주사침 유니트를 지지하는 가동 암을 포함할 수 있으며, 가동 암은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하도록 제공될 수 있다.
사면 조정부는 제1 위치 및 제2 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 인접하여 배치될 수 있다.
사면 조정부는, 주사침 유니트의 회전 방향 이외의 방향으로의 주사침 유니트의 움직임을 제한하는 이동 제한부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는, 타겟 신체 위치를 탐지하기 위한 프로브 유니트를 더 포함할 수 있으며, 프로브 유니트는, 프로브와; 프로브 지지부와; 타겟 신체를 누르도록 되어 있는 누름부를 포함할 수 있다.
프로브 유니트는, 누름부와 프로브 지지부를 연결하는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 롤러는 주사침 유니트의 외주면에 접하거나 치합하는 치부(齒部)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치를 제어하는 방법은, 주사침 유니트 가동부가 주사침 유니트를 지지하는 제1 단계와; 주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제2 단계와; 주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제3 단계와; 주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제4 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 제어 방법은, 주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제1 단계와; 이송부가 주사침 유니트를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제2 단계와; 주사침 유니트 가동부가 제2 위치에서 주사침 유니트를 전달받아 주사침 유니트를 지지하는 제3 단계와; 주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제4 단계와; 주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제5 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 의한 제어 방법은, 주사침 유니트 가동부가 주사침 유니트를 지지하는 제1 단계와; 주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제2 단계와; 상기 누름부를 타겟 신체에 접촉시켜 이동시키는 제3 단계와; 주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제4 단계와; 주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제5 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 의한 제어 방법은, 주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제1 단계와; 이송부가 주사침 유니트를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제2 단계와; 주사침 유니트 가동부가 제2 위치에서 주사침 유니트를 전달받아 주사침 유니트를 지지하는 제3 단계와; 상기 누름부를 타겟 신체에 접촉시켜 이동시키는 제4 단계와; 주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제5 단계와; 주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제6 단계를 포함할 수 있다.
누름부는 직선으로 이동할 수 있다.
누름부는 타겟 신체에 대해 일정한 거리 범위 내에서 이동하도록 제공될 수 있다.
본 발명에 의한 주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치는, 주사침 유니트의 내측 및 외측 중 적어도 어느 한측을 지지하는 유지부와; 상기 유지부를 회전시켜 주사침의 사면 방향을 조정하는 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치는, 주사침 유니트의 내측 및 외측 중 적어도 어느 한측을 지지하는 유지부와; 상기 주사침 유니트에 접하는 적어도 하나의 롤러와; 상기 롤러를 회전시켜 주사침 사면 방향을 조정하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 롤러는 주사침 유니트의 외주면에 접하거나 치합하는 치부(齒部)를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 자동 침습 장치의 사면 조정부의 구동부는 회전 구동 모듈 및 리니어 구동 모듈 중 적어도 어느 하나가 될 수 있다.
본 발명에 의하면 주사침의 사면을 원하는 방향으로 조정함으로써 신체 침습이 보다 더 원활하게 시행될 수 있는 신체 자동 침습 장치를 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면 혈관을 직선화함으로써 혈관 위치 탐지 및 채혈에 유리한 신체 자동 침습 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 사면 조정부의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 사면 조정부의 측면도.
도 4는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 이송부의 측면도.
도 5는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 이송부의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부의 평면도.
도 7은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부의 정면도.
도 8은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부의 측면도.
도 9는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 프로브 유니트의 측면도.
도 10은 본 발명에 의한 신체 자동 침습 방법의 흐름도.
도 11은 도 10에 도시된 단계 중 타겟 신체부 탐지 방법의 흐름도.
도 12 내지 도 15는 타겟 혈관을 탐지하는 방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명한다.
본 명세서에서는 본 발명의 설명에 필요한 최소한의 구성요소만을 설명하며, 본 발명의 본질과 관계가 없는 구성요소는 언급하지 아니한다. 그리고 언급되는 구성요소만을 포함하는 배타적인 의미로 해석되어서는 아니되며 언급되지 않은 다른 구성요소도 포함할 수 있는 비배타적인 의미로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 설명하는 예시적인 실시예는 본 명세서에 개시(開示)되는 장치의 구조, 기능, 제작 및 용도와 방법의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공한다. 이러한 하나 이상의 실시예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 당업자라면 여기에 구체적으로 기재되고 첨부 도면에 도시되어 있는 장치 및 방법이 비제한적이고 예시적인 실시예이며 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 의해서 정의된다는 점을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시예와 관련되어 도시되고 설명되는 특징은 다른 실시예의 특징과도 결합될 수 있다. 그러한 수정(modification) 또는 변경(variation)은 본 발명의 권리범위에 포함되도록 의도된다.
본 발명의 설명에 있어서 각 단계의 순서는 선행 단계가 논리적 및 시간적으로 반드시 후행 단계에 앞서서 수행되어야 하는 경우가 아니라면 각 단계의 순서는 비제한적으로 이해되어야 한다. 즉 위와 같은 예외적인 경우를 제외하고는 후행 단계로 설명된 과정이 선행 단계로 설명된 과정보다 앞서서 수행되더라도 발명의 본질에는 영향이 없으며 권리범위 역시 단계의 순서에 관계없이 정의되어야 한다. 그리고 본 명세서에서 “A 또는 B”은 A와 B 중 어느 하나를 선택적으로 가리키는 것뿐만 아니라 A와 B 모두를 포함하는 것도 의미하는 것으로 정의된다. 또한, 본 명세서에서 "포함"이라는 용어는 포함하는 것으로 나열된 요소 이외에 추가로 다른 구성요소를 더 포함하는 것도 포괄하는 의미를 가진다.
본 발명에 의한 제어 방법은 컴퓨터, 태블릿 PC, 모바일폰, 휴대용 연산 장치, 고정식 연산 장치 등의 전자적 연산 장치에 의해서 실행될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 또는 그 이상의 방법 또는 형태가 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 프로세서는, 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 설치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령을 저장하도록 되어 있는 메모리가 그러한 장치에 설치되어서 프로그램이 저장된 프로그램 명령을 프로세서가 실행하도록 특별히 프로그램되어 하나 또는 그 이상의, 본 명세서에 기재된 기재된 바와 같은 프로세스를 실행할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 정보 및 방법 등은, 하나 또는 그 이상의 추가적인 구성요소와 프로세서를 포함하는 컴퓨터, 태블릿PC, 모바일 장치, 휴대용 연산 장치 등에 의해서 실행될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 또한, 제어 로직은, 프로세서, 제어부/제어 유니트 등에 의해 실행가능한 프로그램 명령을 포함하는 비휘발성 컴퓨터 판독 가능 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래시 드라이브, 스마트 카드, 광학 데이터 저장 장치 등이 있지만 그에 제한되는 것은 아니다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어, 컴퓨터 판독 가능 매체가 분산된 방식 예를 들어 원격 서버 또는 CAN(Controller Area Network)에 의해 분산된 방식으로 저장되고 실행될 수도 있다.
도 1에는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 블록도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치는 제어부(100)와, 사면(斜面) 조정부(22)와, 이송부(20)와, 주사침 유니트 가동부(30)와, 프로브 유니트(40)를 포함한다.
제어부(100)는, 사면 조정부(22)와, 이송부(20)와, 주사침 유니트 가동부(30)와, 프로브 유니트(40)의 동작을 제어한다. 제어부(100)는 전자적 연산 장치의 일부가 될 수 있으며, 범용적인 하드웨어와 그 기능을 수행하는 소프트웨어의 논리적 결합을 의미한다. 제어부(100)가 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 작동을 위해 생성하는 제어 명령은 전술한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해서 생성될 수 있다.
도 2에는 사면 조정부(22)의 정면도가 도 3에는 사면 조정부(22)의 측면도가 도시되어 있다.
사면 조정부(22)는 제1 구동 장치(16)와, 제1 방향 전환부(18)와, 제1 회전축(17)과, 몸체부(19)와, 제2 공압 장치(145)와, 지지암(14)과, 지지대(15)와, 검지부(222; 예를들어 비젼 센서)을 포함한다. 지지암(14)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 제공되는 적어도 한 쌍의 암으로 제공될 수 있으며, 제2 공압 장치(145)에 의해서 서로를 향해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 구동될 수 있다. 지지암(14)은 주사침 유니트(200)의 내측에서 서로 멀어지는 방향으로 이동하여 주사침 유니트(200)의 내벽에 외측 방사 방향으로 힘을 가하면서 주사침 유니트(200)를 지지할 수 있다. 주사침 유니트(200)의 주사침의 단부의 사면의 방향은 검지부(222)에 의해서 검지될 수 있다.
지지대(15)에 제공된 주사침 유니트(200)의 검지된 사면의 방향이 소망하는 방향이 아닌 경우에는 제어부(100)의 제어 명령에 따라서 제1 구동 장치(16)가 구동하여 몸체부(19)를 제1 회전축(17)에 대해서 회전시켜서 지지암(14)에 의해 지지되어 있는 주사침 유니트(200)의 주사침 사면의 방향을 소망하는 방향으로 조정한다. 제1 구동 장치(16)의 구동력은 제1 방향 전환부(18)에 의해서 몸체부(19)를 회전시키는 방향으로 전환된다. 제1 구동 장치(16)의 구동력의 전달 방향을 전환하는 것은 공지되어 있는 다양한 기구학적 구조를 채택하여 구현할 수 있으며, 제1 방향 전환부(18)는 감속기를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 후술하는 방향 전환부 역시 필요에 따라 감속기를 포함할 수 있다. 제1 구동 장치(16)는 회전 구동 장치 예를 들어 통상의 모터가 될 수도 있고, 또는 직선형 구동 장치 예를 들어 리니어 모터가 될 수도 있다. 리니어 모터를 사용하는 경우 제1 방향 전환부(18)는 직선 운동 방향을 지지암(14)을 회전시키는 회전 방향으로 전환한다.
사면 조정부(22) 뿐만 아니라 후술하는 다른 구성요소에 사용되는 방향 전환부는 필수적인 구성요소는 아니며 구동 장치의 설계에 따라서 사용되지 않을 수도 있다.
도 4 및 도 5에는 본 발명의 신체 자동 침습 장치의 이송부(20)의 측면도와 평면도가 각각 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 이송부(20)에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부가 제공될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부의 평면도가 도 6에 도시되어 있다.
이송부(20)는, 제2 구동 장치(23)와, 가동 암(24)과, 제2 회전축(25)과, 제1 본체부(26)와, 제2 방향 전환부(27)를 포함한다. 가동 암(24)에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 사면 조정부가 제공될 수 있다. 이 사면 조정부는, 주사침 유니트(200)에 접하는 적어도 하나의 롤러(214)와, 롤러(214)를 회전시켜서 주사침 유니트(200)를 회전시키도록 되어 있는 제7 구동 장치(223)와, 검지부(222; 도 4 내지 도 6에는 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 주사침 유니트(200)는 제1 유지부(211)에 의해서 외측이 지지되어 소정의 위치를 유지할 수 있다. 제1 유지부(211)는 서로 평행한 적어도 한 쌍의 암을 포함할 수 있으며, 상기 암은 예를 들어 제3 공압 장치(215)에 의해서 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 구동될 수 있다. 유지부(211)가 서로 가까워져서 주사침 유니트의 외측에 접하면 주사침 유니트(200)의 내측 방향으로 힘을 가해서 지지할 수 있다. 유지부(211)는 지지암(14)과 같이 주사침 유니트(200)의 내측에서 지지할 수도 있다.
롤러(214)의 외주면에는 치부(齒部)가 제공되어 주사침 유니트(200)의 외주면에 접할 수 있다. 주사침 유니트(200)의 외주면에 상기 치부에 상보적인 치부가 제공되면 서로 치합하도록 접할 수 있다. 롤러(214)의 재질은 실리콘 또는 합성 수지 내지 금속이 될 수 있다.
도 6에 도시된 사면 조정부는 주사침 유니트(200)가 롤러(214)의 회전에 의한 종속 회전 방향 이외의 방향으로는 주사침 유니트(200)가 움직이지 않도록 하는 이동 제한부(212, 213)을 더 포함할 수 있다. 이동 제한부(212, 213)는 주사침 유니트(200)의 외주에 복수 개가 제공될 수 있다.
가동 암(24)은, 제2 구동 장치(23)의 구동에 의해서 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동할 수 있다. 본 명세서에서 "제1 위치"라 함은, 주사침 유니트(200)가 이송부(20)에 제공되는 위치를 의미하며, "제2 위치"라 함은, 이송부(20)로부터 주사침 유니트 가동부(30)로 주사침 유니트(200)가 전달되는 위치를 의미한다. 사면 조정부(22)는 제1 위치에 인접하거나 제1 위치에 제공될 수도 있고, 제2 위치에 인접하거나 제2 위치에 제공될 수도 있다. 또는, 제1 위치와 제2 위치가 아닌 제3의 위치에도 제공될 수 있으며, 그러한 경우 가동 암(24)은 제1 위치로부터 제3 위치로 주사침 유니트(200)을 이송하여 제3 위치에서 사면 방향이 조정되고, 제3 위치로부터 제2 위치로 주사침 유니트(200)를 이송할 수 있다. 그러한 실시예에서는, 제1 위치로부터 제3 위치로 주사침 유니트(200)를 이송하는 가동 암과, 제3 위치로부터 제2 위치로 주사침 유니트(200)를 이송하는 가동 암은 별개로 구성될 수도 있다.
사면 조정부(22)의 위치는 본 발명의 본질적인 기술적 사상과는 무관하다. 또는, 사면 조정부는 복수 개가 제공될 수도 있다. 사면 조정부가 제2 위치에 제공되는 경우에는 가동 암(24)은 필요하지 않을 수 있다.
도 7에는 본 발명에 의한 신체 자동 침습 장치의 주사침 유니트 가동부(30)의 정면도가, 도 8에는 측면도가 도시되어 있다.
주사침 유니트 가동부(30)는, 제2 본체부(31)와, 제1 공압 장치(32)와, 제3 구동 장치(33)와, 제4 구동 장치(34)와, 연결 부재(35), 제3 회전축(36)과, 제3 방향 전환부(37)를 포함한다.
연결 부재(35)에는 주사침 유니트(200)가 지지되는데, 제1 공압 장치(32)에 의해 구동되는 적어도 한 쌍의 제2 유지부(321)에 의해서 지지될 수 있다.
가동 암(24)이 제1 위치에서 제2 위치로 이동하면, 제2 위치에서 제1 공압 장치(32)의 작동에 의해서 제2 유지부(321)가 주사침 유니트(200)를 지지한 후에, 제3 공압 장치(215)의 작동에 의해서 유지부(211)와 주사침 유니트(200)와의 유지 상태가 해제됨으로써 주사침 유니트(200)가 전달될 수 있다. 주사침 유니트(200)가 전달된 후에, 가동 암(24)은 제1 위치로 복귀할 수 있다.
연결 부재(35)에 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같은 구성의 사면 조정부가 제공될 수도 있다. 주사침 유니트(200)가 도 7에 도시된 바와 같이 주사침 유니트 가동부(30)에 공급되고, 주사침 유니트 가동부(30)에 사면 조정부가 제공되는 실시예에서는 이송부(20)는 필요하지 않을 수 있다.
주사침 유니트(200)가 주사침 유니트 가동부(30)로 전달되어 제2 유지부(321)에 의해 지지된 상태에서, 제3 구동 장치(33)와 제4 구동 장치(34)에 의해서 신체 침습이 가능한 배향(orientation)으로 주사침 유니트(200)가 정렬되어 타겟 신체에 침습한다.
먼저, 제3 구동 장치(33)가 구동되어 제2 본체부(31)를 소정의 침습 가능 배향의 각도를 가지도록 제3 회전축(36)에 대해서 회전시킨다. 제3 구동 장치(33)의 구동력은 제3 방향 전환부(37)에 의해서 제3 회전축(36)에 대한 회전력으로 변환된다. 소정의 각도로 제2 본체부(31)가 회전한 상태에서, 제4 구동 장치(34)가 구동해서 연결 부재(35)를 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라서 이동시켜서 침습을 실행한다. 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라서 볼 스크류가 제공되어 연결 부재(35)가 이동할 수 있다.
도 7과 도 8에는 도시되지 아니하였지만, 제2 본체부(31)는 도 7의 좌우 방향 및 도 8의 좌우 방향 중 적어도 어느 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.
도 9에는 본 발명에 의한 프로브 유니트(40)의 측면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 프로브 유니트(40)는, 프로브(41)와, 프로브 지지부(42)와, 제5 구동 장치(43)와, 제6 구동 장치(44)와, 레일부(45)와, 가동부(46)와, 제4 방향 전환부(47)와, 타겟 신체를 누르도록 되어 있는 누름부(48)와, 누름부 홀더(485)를 포함한다. 프로브(41)는 예를 들어 초음파 프로브일 수 있다. 누름부(48)는 누름부 홀더(485)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있으며, 롤러 형태를 취할 수 있다. 누름부(48)와 프로브 지지부(42)는 탄성 부재(49; 예를 들어 스프링)에 의해서 서로 연결되어 누름부(48)가 소정의 힘으로 신체를 누를 수 있도록 할 수 있다.
제5 구동 장치(43)의 작동에 의해 프로브 지지부(42)는 제4 회전축(475)에 대해서 회전할 수 있다. 제5 구동 장치(43)의 구동력은 제4 방향 전환부(47)에 의해서 프로브 지지부(42)를 제4 회전축(475)에 대해 회전시키는 회전력으로 전환될 수 있다.
가동부(46)는, 제6 구동 장치(44)의 작동에 의해서 레일부(45)의 길이 방향을 따라서 이동할 수 있다. 레일부(45)에는 볼 스크류가 제공될 수 있다.
프로브 유니트(40)는 신체(400)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. 타겟 신체(예를 들어 표재 정맥)의 위치를 탐지하는 방법의 예시는 후술한다. 타겟 신체이 혈관인 경우, 직선화를 한 후에 탐지하면 위치 탐지가 수월해지므로, 프로브 유니트(40)를 신체 지지부(300)에 놓인 신체(400; 예를 들어 하완)의 길이 방향을 따라서 이동시키면서 누름부(48)가 신체를 눌러서 직선화시킬 수 있다. 한편, 누름부(48)가 직선화를 위해 누르는 범위는 타겟 신체 탐지를 위해 유의미한 거리로 미리 결정된 범위 내로 설정할 수 있다.
다음으로 본 발명의 작동 및 제어 방법에 대해서 도 10 및 도 11 그리고 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
단계(1100)에서 주사침 유니트(200)가 공급된다. 주사침 유니트(200)는 사면 조정부(22)에 공급될 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서는 지지대(15)에 주사침 유니트(200)가 지지되도록 공급할 수 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 사면 조정부의 실시예에서는 주사침 유니트(200)가 유지부(211)에 의해 지지되고 롤러(214) 사이에 배치되도록 주사침 유니트(200)를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이 사면 조정부는 제1 위치 및 제2 위치 중 적어도 어느 하나 또는 인접하여 제공될 수 있고, 제1 위치 또는 제2 위치가 아닌 제3의 위치 또는 인접하도록 제공될 수도 있다.
주사침 유니트(200)가 공급되면, 검지부(222)가 주사침의 사면의 방향 및 단부의 위치를 인식한다(단계 1110). 인식한 주사침 사면의 방향이 설정된 방향과 다르면 제어부(100)의 명령을 제1 구동 장치(16) 또는 제7 구동 장치(223)가 수신하여 작동하여 주사침 유니트(200)를 회전시킴으로써 주사침의 사면 방향을 조정한다(단계 1120). 제1 구동 장치(16)가 작동하면 제1 회전축(17)에 대해서 몸체부(19)가 회전하고, 지지암(14)에 의해 지지되어 있는 주사침 유니트(200)가 회전한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 다른 실시예의 사면 조정부에 있어서는, 제7 구동 장치(223)가 작동하면 롤러(214)가 회전하고, 그에 의해서 주사침 유니트(200)가 회전하여 사면 방향이 조정된다.
검지부(222)에 의해 조정된 주사침의 사면 방향이 설정된 값에 도달하면 제1 구동 장치(16) 또는 제7 구동 장치(223)의 작동을 멈추고 조정된 주사침 사면의 위치 정보를 제어부(100)에 기록된 값과 동기화를 시킨다(단계 1130).
다음으로 타겟 신체의 위치를 선정한다(단계 1140). 타겟 신체가 표재 정맥인 경우의 선정 과정이 도 11에 도시되어 있다.
먼저 프로브(41)를 혈관 근처로 이동시킨다(단계 1141). 이어서 누름부(48)로 혈관을 누른 상태로 프로브 유니트(40)를 이동시켜 직선화를 시행한다(단계 1142). 누름부(48)는 타겟 신체의 소정의 범위만큼만 이동하게 할 수 있다. 누름부(48)로 혈관을 직선화하면 초음파 스캔 및 채혈이 용이해진다. 누름부(48)가 누르는 힘은 0 내지 19.6N의 범위에서 최적화된 일정한 힘으로 누르도록 할 수 있다.
혈관 직선화가 완료되면 프로브(41)를 타겟 신체에 접촉시키고 초음파 영상을 획득하며(단계 1143), 획득한 초음파 영상의 이미지 처리를 통해 타겟 혈관의 위치를 결정한다(단계 1144).
타겟 신체의 위치가 표재 정맥인 경우의 위치 선정의 구체적인 예시적인 실시예는 도 12 내지 도 15를 참조하여 후술한다.
단계(1150)에서 주사침 유니트(200)를 제2 위치로 이동한다. 사면 조정부(22)가 제1 위치 또는 제1 위치에 인접하여 배치되는 경우에는 사면 방향이 조정된 주사침 유니트(200)를 가동 암(24)이 지지한 상태에서, 제어부(100)의 명령을 받아 제2 구동 장치(23)가 작동하여 가동 암(24)을 제2 회전축에 대해 회전시켜 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다. 제1 위치에서 제2 위치로의 이동이 반드시 가동 암(24)의 회전을 통해서만 이루어질 필요는 없으며, 공지되어 있거나 공지되어 있는 구조로부터 당업자에게 자명한 사항의 기구학적 위치 변경 구조라면 어느 것이든 적용할 수 있다.
사면 조정부(22)가 제2 위치 또는 제2 위치에 인접하여 배치되는 경우에는, 단계(1150)은 불필요할 수 있다. 이 실시예에서는, 주사침 유니트 가동부(30)에 주사침 유니트(200)가 지지된 상태에서 도 2 및 도 3 또는 도 4 내지 도 6에 도시된 사면 조정부가 사면 방향을 조정하면 된다.
사면 조정부(22)가 제3의 위치에 제공되는 경우에는, 가동 암(24)이 제1 위치에서 제3 위치로 이동하고, 제3 위치에서 사면 방향을 조정한 후에, 제2 위치로 이동할 수 있다.
제2 위치에서 주사침 유니트(200)가 주사침 유니트 가동부(30)에 지지된 상태에서, 제3 구동 장치(33)가 제어부(100)의 명령에 따라 작동하여 제2 본체부(31)를 소정의 각도 즉 신체 침습을 위한 각도로 회전시키고, 제4 구동 장치(34)가 제어부(100)의 명령을 받아 연결 부재(35)를 제2 본체부(31)의 길이 방향을 따라 이동시켜 신체 침습을 시행한다. 타겟 신체가 표재 정맥인 경우에는 침습 후 채혈을 실시할 수 있다. 도 7과 도 8에는 도시되지 아니하였지만, 제2 본체부(31)는 도 7의 좌우 방향 및 도 8의 좌우 방향 중 적어도 어느 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하도록 제공될 수 있다.
이하에서는, 초음파 프로브(41)에 의해 획득한 영상 이미지를 처리하여 침습할 신체부(표재 정맥을 예시로 설명)의 위치를 탐지하는 방법의 예에 대해서 설명한다. 이하에서 설명하는 탐지 방법은, 본 출원인의 특허출원 제10-2020-0010302호에 기재된 내용이며, 본 발명의 이해를 돕기 위해 설명하는 예시적인 용도로서만 의미가 있으며 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.
도 12에는 프로브 탐지를 통해 표재 정맥 위치 결정 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
표재 정맥의 위치 탐색을 위해선 피검자가 먼저 상완 압박 유니트(도시되지 않음)에 상완을 넣고 상완 압박을 수행한다(단계 1200). 상완 압박 유니트는 1 내지 5cm의 압박 수단을 포함하며, 압박 수단은 팔꿈치 위쪽 3 내지 12 cm, 바람직하게는 6 내지 8 cm에서 상완을 압박한다. 압박 압력은 10 내지 60 mmHg, 바람직하게는 20 내지 30 mmHg의 압력일 수 있다. 상완 압박 유니트가 상완을 압박하지 않고 후술하는 과정을 수행해도 무방하다.
도 12에는 상완 압박이 초음파 프로브(41)의 이동 전에 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 초음파 프로브(41)를 이동시킨 후에 초음파 프로브(41)가 제1 영상 데이터 획득을 시작한 후에 상완 압박이 수행될 수도 있다. 제1 영상 데이터 획득을 시작한 후에 상완 압박을 수행하는 경우에는, 상완 압박 수행 전의 제1 영상 데이터와, 상완 압박 수행 후의 제1 영상 데이터를 획득할 수 있다.
도 12로 돌아오면, 상완 압박 후에 피검자의 신체로부터 소정의 거리 예를 들어 1mm 만큼 이격된 위치로 초음파 프로브(41)를 이동시킨다(단계 1205).
초음파 프로브(41)가 배치되는 피검자의 신체 위치는, 팔오금중간정맥(median cubital vein)이 위치하는, 팔 오금으로부터 손 방향으로 0 내지 8 cm, 바람직하게는 1 내지 3 cm일 수 있다.
단계(1210)에서는 초음파 프로브(41)를 피검자의 신체쪽으로 이동시키면서 제1 영상 데이터를 획득한다. 제1 영상 데이터는, 피검자의 신체에 초음파 프로브(41)가 접촉하기 전의 영상 데이터이며, 상완이 압박되기 전의 영상 데이터와 상완이 압박된 후의 영상 데이터를 포함할 수 있다.
초음파 프로브(41)가 피검자의 신체에 접촉하고 압박하는 동안에는 제2 영상 데이터가 수집된다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 초음파 프로브(41)가 아닌 다른 수단에 의해서 피검자의 신체가 압박될 수도 있다.
제1 및 제2 영상 데이터는 혈류의 음파 신호 중 도플러 효과를 통해 분석된 영상 데이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면 제1 영상 데이터 및 제2 영상 데이터 중 어느 하나만 사용할 수도 있다.
획득된 제1 및 제2 영상 데이터는 영상 데이터 처리 모듈(30)에 의해서 본 발명에 의한 방법을 실행하는 프로그램이 사용할 수 있는 포맷과 크기로 변환된다(단계 1220). 본 발명의 다른 실시예에 의하면 영상 데이터의 변환 없이 후술하는 영상 데이터 분석이 수행될 수 있다.
기계 학습 서버(140)의 예를 들어 컨볼루션 신경망을 통해서, 변환된 영상 데이터를 분석해서 영상 데이터에 목적 타겟과 회피 타겟의 픽셀을 표시한다(단계 1225).
본 명세서에서 목적 타겟은 표재 정맥 또는 동맥과 같은 혈관을, 회피 타겟은 동맥, 신경, 뼈 조직 등을 의미하며, 용도에 따라서 목적 타겟과 회피 타겟이 결정될 수 있다. 예를 들어 용도에 따라서는, 표재 정맥 위치 확인시 회피 타겟으로 결정되는 동맥이나, 신경, 뼈 조직 등이 오히려 목적 타겟으로 설정될 수도 있다.
목적 타겟과 회피 타겟을 표시하는 방법은, 픽셀 단위로 표시될 수 있으며, 중앙 값과 경계 및 거리를 통해서 bound-box로 표시될 수도 있다. 또는, 중앙 값, 원형/타원형, 직사각형 등 형태에 대한 정보와, 반지름/두 지점 이상의 거리 정보/한 변의 길이 등 형태를 특정할 수 있는 정보를 함께 저장할 수도 있다.
본 발명에서 활용하기 위한 기계 학습의 일례인 컨볼루션 신경망 학습에 대해서 설명한다.
컨볼루션 신경망 학습을 위해서는 사전에 학습 데이터를 통한 학습을 수행해야 한다. 컨볼루션 신경망 학습에 사용되는 영상 데이터는 전술한 바와 같은 제1 및 제2 영상 데이터의 랜덤 크롭, 크기 변환, 수평 플립 등을 포함하는 데이터 증강 기법으로 데이터의 일반성을 증가시키도록 전처리될 수 있다.
기계 학습 서버는 컨볼루션 신경망 학습을 통해서 목적 타겟과 회피 타겟의 특징에 부합하는 정보를 획득하고 저장한다.
그러한 특징 정보에는, 초음파 영상 데이터에서 확인되는 성분들이 가지는 echogenicity의 세기, echogenic한 성분들이 분포하는 패턴 정보, 영상 데이터내에서 확인되는 성분들이 분포하는 상대적인 위치 정보, 피검자의 키, 체중, 성별, 나이, 이환된 질환, 과거에 받았거나 현재 받고 있는 치료 정보, 초음파 프로브 또는 다른 수단에 의해서 압박될 때의 정보, 도플러 영상을 통해 분석한 혈류의 실시간 흐름 정보 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
압박될 때의 정보는, 초음파 프로브 또는 다른 수단으로 피부 표면을 누르면 동맥과 달리 정맥은 직접 압박되어 크기가 줄어들거나 근위부가 압박되어 울혈이 유발됨으로써 크기가 부풀게 되는데 그에 관한 정보를 포함할 수 있다.
혈류의 실시간 정보는, 회피 타겟의 하나인 동맥의 경우 정맥과 달리 혈류가 빨라서 도플러 신호가 강하고 주기적으로 커지고 작아지며 박동을 하기 때문에 타겟 탐지에 유용하다.
컨볼루션 신경망 학습은, 상기 특징 정보를 바탕으로 영상 데이터 내에서 목적 타겟과 회피 타겟의 위치에 대응하는 픽셀을 표시하도록 훈련할 수 있다.
상기 학습(훈련)은 예를 들어 지도 학습(supervised learning), 비지도 학습(unsupervised learning), 반지도 학습(semi-supervised learning)일 수 있다.
지도 학습의 경우 정답이 있는 영상과 비교하면서 훈련할 수 있는데 정답과 컨볼루션 신경망이 찾은 목적 타겟 및 회피 타겟이 다른 경우에는 손실 함수의 손실을 감소시키는 방향으로 학습시킬 수 있다. 손실 함수는 BCEloss(Binary Cross Entropy loss), Crossentropy 등이 될 수 있으며, 옵티마이저(optimizer)는 adam, RMSprop, 확률적 경사하강법을 사용할 수 있다. 그리고 평가는 dice coefficient loss 등을 통해서 수행할 수 있다.
컨볼루션 신경망 학습과 같은 기계 학습을 통해 목적 타겟과 회피 타겟이 결정되면, 단계(1230)로 이행하여 최종 목적 타겟을 결정한다.
도 13에는 단계(1230)의 구체적인 과정의 흐름도가 도시되어 있다.
단계(1300)에서는 단계(1225)에서 찾은 목적 타겟이 존재하는지 여부를 판단한다. 목적 타겟이 존재하면 단계(1305)로 이행하여 탐색된 목적 타겟이 1개인지, 2개 이상인지를 판단한다. 먼저 목적 타겟이 한 개인 경우에 대해서 설명한다.
목적 타겟이 한 개인 경우 해당 목적 타겟의 경계가 영상 데이터의 경계에 겹치는지를 판단한다(단계 1335). 겹치지 않으면 단계(1310)으로 이행하고, 겹치는 경우에는 단계(1355)로 이행하여 경계면 좌표가 영상 데이터의 내측 예를 들어 중앙에 위치하도록 초음파 프로브(41)를 이동하고 단계(1210)으로 복귀하여 그 이후의 절차를 수행한다. 초음파 프로브(41)를 이동하지 않고 피검자의 신체를 이동하게 할 수도 있다.
단계(1310)에서는 목적 타겟의 크기 기반 정보 중 하나인 최대 내접원 직경을 산출한다. 최대 내접원은, 목적 타겟의 픽셀만 들어갈 수 있는 원 중에서 크기가 가장 큰 내접원을 의미한다. 목적 타겟의 크기 기반 정보는 최대 내접원 직경 이외에 목적 타겟 내에 그릴 수 있는 가로선과 세로선의 최대 및 최소 길이, 목적 타겟의 무게 중심으로부터 목적 타겟의 경계선까지의 최대 및 최소 거리, 목적 타겟의 면적 등의 다른 정보가 될 수 있다.
그리고 목적 타겟의 깊이 기반 정보인 깊이를 산출하고(단계 1315), 제1 판단 기준과 제2 판단 기준을 해당 목적 타겟이 만족하는지 여부를 판단한다(단계 1320). "깊이 기반 정보"는 단순한 깊이 뿐만 아니라 깊이와 관련된 다양한 다른 정보들도 포함한다.
목적 타겟이 표재 정맥인 경우, 제1 판단 기준은, 최대 내접원 직경이 소정의 값(제1 값)보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이다. 제1 값은, 기기 작동 오차 범위 내에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 최대 내접원 직경이 2 mm 미만인 경우라면 해당 목적 타겟은 회피 타겟으로 분류할 수 있다(단계 1375). 제1 값보다 최대 내접원 직경이 크거나 또는 같으면 제1 판단 기준을 만족하는 것으로 판단한다.
크기 기반 정보가 목적 타겟 내에 그릴 수 있는 가로선과 세로선의 길이 정보인 경우, 가로선과 세로선의 최대 및 최소 길이가 각각 소정의 값보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 것이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 가로선과 세로선의 최소 길이가 2 mm 미만인 경우에 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있다. 목적 타겟이 단수가 아닌 경우에는 가로선과 세로선들의 합, 곱, 평균 등이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수도 있으며(단계 1370).
크기 기반 정보가 목적 타겟의 무게 중심으로부터 경계선까지의 최대 및 최소 거리인 실시예에서는, 상기 최대 및 최소 거리가 소정의 값보다 크거나 같은지 여부를 판단하는 기준이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 목적 타겟의 무게 중심으로부터 목적 타겟의 경계선까지의 최소 거리가 2mm 미만인 경우에 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있다. 목적 타겟이 복수 개인 경우 무게 중심으로부터 목적 타겟 경계선까지의 거리들의 합, 곱, 평균 등이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수 있다(단계 1370).
크기 기반 정보가 면적 정보인 실시예에서는, 면적이 소정의 값보다 크거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이 제1 판단 기준이 될 수 있다. 예를 들어, 목적 타겟의 면적이 10mm 2 미만인 경우에 해당 목적 타겟을 회피 타겟으로 분류할 수 있으며, 목적 타겟이 복수 개인 경우에는 면적이 더 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟 후보로 선정할 수 있다(단계 1370)
제2 판단 기준은, 목적 타겟의 깊이가 소정의 값(제2 값) 예를 들어, 1cm 보다 작거나 또는 같은지 여부를 판단하는 기준이다. 목적 타겟의 깊이가 제2 값보다 깊으면 해당 목적 타겟은 회피 타겟으로 결정한다(단계 1375). 이는, 표재 정맥이 아니라 심부 정맥의 경우 표재 정맥보다 지혈이 어렵기 때문에 배제하고, 회피 타겟인 동맥 역시 배제하기 위함이다. 그리고 제2 값보다 깊은 경우 주사침이 진입하다가 상처를 깊게 낼 수 있으며, 그 침습 경로 내에 중요한 해부학적 구조물 내지 신경이 있을 수 있기 때문에 제2 판단 기준을 적용한다. 목적 타겟의 깊이가 제2 값보다 같거나 또는 작으면 제2 판단 기준을 통과한 것으로 판단한다.
제1 판단 기준과 제2 판단 기준을 만족하면, 목적 타겟과 피부 표면 사이의 직선 경로에 회피 타겟이 존재하는지 여부를 판단한다(단계 1325; 제3 판단 기준). 직선 경로에 회피 타겟이 존재하면 그 회피 타겟은 팔의 측면의 신경일 수가 있다.
단계(1325)의 판단 결과 "아니오"이면 해당 목적 타겟을 최종 목적 타겟으로 결정한다(단계 1330).
제1 판단 기준 내지 제3 판단 기준 중 모든 기준을 만족할 때 최종 목적 타겟으로 결정할 수도 있지만, 제1 판단 기준 내지 제3 판단 기준 중 적어도 어느 하나를 만족하면 최종 목적 타겟으로 결정할 수도 있다.
단계(1225)에서 탐색된 목적 타겟이 복수인 경우에 대해서 설명한다.
목적 타겟이 복수개 탐색되면 단계(1360)으로 이행하여 목적 타겟 각각의 최대 내접원 크기를 산출한다. 그리고 각각의 최대 내접원 크기를 비교하고(단계 1365), 제3 판단 기준에 따라서 최종 목적 타겟의 후보를 선정한다(단계 1370).
제3 판단 기준은 다음과 같다. 최대 내접원의 크기가 가장 큰 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 선정하는 것이 원칙이되, 그 다음으로 큰 최대 내접원을 가지는 목적 타겟의 내접원과의 크기 차이가 소정의 값(제3 값) 예를 들어 10% 이내인 경우에는 초음파 프로브의 접촉면으로부터 가까운 예를 들어, 초음파 프로브의 접촉면의 중앙 지점으로부터 가까운 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 결정할 수 있다.
최대 내접원 크기가 아닌 다른 크기 기반 정보를 제1 정보로 사용하는 경우에도, 비교값의 차이가 소정의 값 이내라면 초음파 프로브의 접촉면으로부터 가까운 예를 들어, 초음파 프로브의 접촉면의 중앙 지점으로부터 가까운 목적 타겟을 최종 목적 타겟의 후보로 결정할 수 있다.
단계(1370)에서 최종 목적 타겟의 후보가 결정되면 단계(1315)로 이행하여 전술한 그 이후의 과정이 실행되어 최종 목적 타겟이 결정되거나 회피 타겟으로 결정된다.
단계(1300)에서 목적 타겟이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우에는 목적 타겟 탐색이 소정 횟수 이상인지를 판단한다. 소정의 횟수 예를 들어 2회 또는 3회 이상인 경우에는 단계(1380)로 이행하여 반대쪽 팔에 대해서 목적 타겟을 탐색하도록 한다. 소정의 횟수 미만이면 단계(1210)로 이행하여 초음파 프로브(41)를 이동시켜 제1 영상 데이터를 획득하도록 한다. 이 때 이전 영상과 겹치지 않는 위치로 초음파 프로브(41)를 이동시켜서 제1 영상 데이터를 획득하도록 한다.
상기 과정을 거쳐서 최종 목적 타겟이 결정되면 단계(1235)에서 최종 목적 타겟의 중심 좌표를 산출한다. 주사침 유니트(200)는 중심 좌표로 침습을 수행한다.
중심 좌표는 최종 목적 타겟의 픽셀만을 포함하는 최대 내접원 내부의 임의의 지점(x i)와의 거리가 최대인 지점(x)의 좌표로 결정된다.
중심 좌표 산출이 완료된 후에, 해당 중심 좌표와 피부 표면 사이의 직선 경로 내에, 혈관의 표면을 소정의 횟수 예를 들어 2번 이상 지나는 경우에는 해당 최종 목적 타겟을 배제할 수 있다.
한편, 최종 목적 타겟 내의 모든 픽셀에 대해서 소정의 직경 예를 들어 1 mm의 직경을 가지는 원을 그리고, 그 원 내부의 픽셀 중 소정의 비율 예를 들어 30 내지 95% 바람직하게는 50 내지 70%이상의 픽셀이 최종 목적 타겟으로 분류되는 경우에 해당 픽셀을 최종 목적 타겟으로 하고, 그렇지 않으면 해당 픽셀은 삭제한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 픽셀(1510)을 기준으로 그린 원(1520) 내에는 모든 픽셀(소정 비율 이상)이 존재하므로 해당 픽셀(1510)은 최종 목적 타겟의 픽셀로 분류될 수 있다. 픽셀(1530)을 기준으로 그린 원(1511) 내에는 최종 목적 타겟의 픽셀이 아닌 픽셀이 소정 비율 이상 존재하지 않으므로 해당 픽셀(1530)은 최종 목적 타겟에서 제거될 수 있다.
이 과정은 최종 목적 타겟의 경계면을 부드럽게 만들고 잘못 분류될 수 있는 픽셀이 존재할 가능성을 배제하고자 하는 과정이지만, 본 발명의 실시에 반드시 필요한 과정은 아니고 부수적인 과정이다.
이상 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 신체 자동 침습 장치에 있어서,
    주사침 유니트의 주사침 사면 방향을 조정하는 사면 조정부와,
    상기 사면 조정부에 의해 사면 방향이 조정된 주사침 유니트를 지지하며 주사침 유니트를 신체 침습이 가능한 배향(orientation)으로 배치하고 침습을 실행하는 주사침 유니트 가동부를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치
  2. 청구항 1에 있어서,
    주사침 유니트를 제1 위치에서 제2 위치로 이송하는 이송부를 더 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    사면 조정부는,
    주사침 유니트를 지지하는 지지암과,
    상기 지지암을 회전시키는 구동부와,
    주사침의 사면 방향을 검지하는 검지부를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    사면 조정부는,
    주사침 유니트에 접하는 적어도 하나의 롤러와,
    상기 롤러를 회전시켜 주사침 유니트을 회전시키는 제7 구동 장치과,
    주사침의 사면 방향을 검지하는 검지부를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    이송부는,
    주사침 유니트를 지지하는 가동 암을 포함하며,
    가동 암은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하는,
    신체 자동 침습 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    사면 조정부는 제1 위치 및 제2 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 인접하여 배치되는,
    신체 자동 침습 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    사면 조정부는,
    주사침 유니트의 회전 방향 이외의 방향으로의 주사침 유니트의 움직임을 제한하는 이동 제한부를 더 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    타겟 신체 위치를 탐지하기 위한 프로브 유니트를 더 포함하며,
    프로브 유니트는, 프로브와, 프로브 지지부와, 타겟 신체를 누르도록 되어 있는 누름부를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    프로브 유니트가, 누름부와 프로브 지지부를 연결하는 탄성 부재를 더 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  10. 청구항 4 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 롤러는 주사침 유니트의 외주면에 접하거나 치합하는 치부(齒部)를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치.
  11. 청구항 1의 청구항의 신체 자동 침습 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    주사침 유니트 가동부가 주사침 유니트를 지지하는 제1 단계와,
    주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제2 단계와,
    주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제3 단계와,
    주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제4 단계를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  12. 청구항 2의 신체 자동 침습 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제1 단계와,
    이송부가 주사침 유니트를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제2 단계와,
    주사침 유니트 가동부가 제2 위치에서 주사침 유니트를 전달받아 주사침 유니트를 지지하는 제3 단계와,
    주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제4 단계와,
    주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제5 단계를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  13. 청구항 8의 신체 자동 침습 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    주사침 유니트 가동부가 주사침 유니트를 지지하는 제1 단계와,
    주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제2 단계와,
    상기 누름부를 타겟 신체에 접촉시켜 이동시키는 제3 단계와,
    주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제4 단계와,
    주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제5 단계를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  14. 청구항 8의 신체 자동 침습 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    주사침 사면 조정부가 주사침의 사면을 조정하는 제1 단계와,
    이송부가 주사침 유니트를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키는 제2 단계와
    주사침 유니트 가동부가 제2 위치에서 주사침 유니트를 전달받아 주사침 유니트를 지지하는 제3 단계와,
    상기 누름부를 타겟 신체에 접촉시켜 이동시키는 제4 단계와,
    주사침 유니트가 신체 침습을 할 수 있는 배향으로 주사침 유니트 가동부를 구동하는 제5 단계와,
    주사침 유니트 가동부를 구동시켜 침습을 실행하는 제6 단계를 포함하는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    누름부를 직선으로 이동시키는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  16. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    누름부는 타겟 신체에 대해 일정한 거리 범위 내에서 이동하는,
    신체 자동 침습 장치의 제어 방법.
  17. 주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치에 있어서,
    주사침 유니트의 내측 및 외측 중 적어도 어느 한측을 지지하는 유지부와,
    상기 유지부를 회전시켜 주사침의 사면 방향을 조정하는 구동부를 포함하는,
    주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치.
  18. 주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치에 있어서,
    주사침 유니트의 내측 및 외측 중 적어도 어느 한측을 지지하는 유지부와,
    상기 주사침 유니트에 접하는 적어도 하나의 롤러와,
    상기 롤러를 회전시켜 주사침 사면 방향을 조정하는 구동부를 포함하는,
    주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 롤러는 주사침 유니트의 외주면에 접하거나 치합하는 치부(齒部)를 포함하는,
    주사침 유니트의 주사침 사면 조정 장치.
  20. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동부는 회전 구동 모듈 및 리니어 구동 모듈 중 적어도 어느 하나인,
    신체 자동 침습 장치.
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