WO2024117415A1 - 진동 특성을 이용한 침습 장치 및 방법 - Google Patents

진동 특성을 이용한 침습 장치 및 방법 Download PDF

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WO2024117415A1
WO2024117415A1 PCT/KR2023/008591 KR2023008591W WO2024117415A1 WO 2024117415 A1 WO2024117415 A1 WO 2024117415A1 KR 2023008591 W KR2023008591 W KR 2023008591W WO 2024117415 A1 WO2024117415 A1 WO 2024117415A1
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medical tool
vibration
medical
invasive
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PCT/KR2023/008591
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김창균
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주식회사 에어스 메디컬
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/15—Devices for taking samples of blood
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/06—Body-piercing guide needles or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/42—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests having means for desensitising skin, for protruding skin to facilitate piercing, or for locating point where body is to be pierced

Definitions

  • the present disclosure relates to a technology for invasiveness, and specifically to a device and method that can perform medical procedures such as blood collection using vibration characteristics.
  • IV intravenous injection
  • intravenous injection is a method of injecting drugs directly into the blood vessel by puncturing the vein with a needle.
  • intravenous injection is used to supply water, salt, and other necessary electrolytes, to supply blood after bleeding, to inject drugs such as antidotes into the blood, or when rapid drug effect is expected. It is used.
  • Intravenous injection is performed with a guide needle and catheter sheath overlapping to ensure continuous drug administration.
  • the medical staff performs an injection with the guide needle and catheter sheath overlapping, and secures space for the drug to be injected by pushing the catheter sheath further into the vein. Additionally, medical staff can continuously administer drugs for a certain period of time in the space secured through the catheter sheath.
  • intravenous injection is performed with the guide needle and catheter sheath overlapping, patients often complain of pain and discomfort during the invasive process. Additionally, since intravenous injection is performed with the guide needle and catheter sheath overlapping, damage to blood vessels, nerves, or tissues can easily occur during the invasive process.
  • the present disclosure was developed in response to the above-described background technology, and seeks to provide an invasive device and method that can minimize friction between medical tools and body tissues using vibration characteristics and apply vibration to target points where vibration is needed. .
  • the device includes a camera for imaging a first medical tool for invasiveness; a first vibration module generating vibration transmitted to the first medical tool; and a control unit that determines the frequency of vibration transmitted to the first medical tool based on the image of the first medical tool captured by the camera.
  • control unit may determine the length of the first medical tool based on the first image of the first medical tool captured by the camera.
  • the controller may, at a predetermined point of the first medical tool, cause constructive interference between the vibration and a standing wave generated by a reflected wave of the vibration occurring at the tip of the first medical tool entering the invasive target point.
  • the frequency of vibration transmitted to the first medical tool may be determined based on the determined length of the first medical tool.
  • the predetermined point of the first medical tool may be a point where frictional force generated when the first medical tool comes into contact with a body part acts during the invasion process.
  • the device may further include a second vibration module that generates vibrations that are transmitted to a second medical tool that is different from the first medical tool.
  • control unit may perform calibration between a first image related to the first medical tool and a second image related to the second medical tool.
  • control unit may adjust the length of the second medical tool determined based on the first image and the calibrated second image to adjust the amplitude of constructive interference occurring at a predetermined point of the first medical tool. As a basis, it is possible to determine the frequency of vibration transmitted to the second medical tool.
  • the device may include: a first adapter for attachment and detachment of the first medical tool; And it may further include a second adapter for attaching and detaching the second medical tool.
  • the first medical tool may include a needle for blood collection or a catheter sheath for intravenous injection.
  • the second medical tool may include a syringe for blood collection, a tube for blood collection, or a guide needle for intravenous injection.
  • the device may further include a sensor unit for measuring frictional force of at least one of the first medical tool or the second medical tool different from the first medical tool during an invasive process.
  • the controller based on the frictional force of at least one of the first medical tool or the second medical tool measured during the invasive process, applies pressure to at least one of the first medical tool or the second medical tool.
  • the amplitude of the transmitted vibration can be determined.
  • the sensor unit may include: a first sensor module provided on a first frame to which a first adapter for attaching and detaching the first medical tool is coupled; And it may include a second sensor module provided on the second frame to which a second adapter for attaching and detaching the second medical tool is coupled.
  • An invasive method performed by an invasive device for realizing the above-described problem is disclosed.
  • the method includes generating an image by photographing at least one of a first medical tool for invasion or a second medical tool different from the first medical tool; and determining the frequency of vibration transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool based on the generated image.
  • the present disclosure utilizes the vibration characteristics of medical tools for blood collection, etc. to minimize friction between medical tools and body tissues, and can reduce patient pain, discomfort, and soft tissue trauma.
  • the present disclosure can increase the accuracy of invasion and the efficiency of the invasion process by minimizing friction between medical tools and body tissues and applying vibration targeting the point where vibration is needed, thereby reducing pressure on the tissue.
  • FIG. 1 is a block diagram of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 2 is a conceptual diagram of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 3 is a conceptual diagram expressing an operation method using the vibration characteristics of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • Figure 4 is a flowchart showing an invasive method according to an embodiment of the present disclosure.
  • the term “or” is intended to mean an inclusive “or” and not an exclusive “or.” That is, unless otherwise specified in the present disclosure or the meaning is not clear from the context, “X uses A or B” should be understood to mean one of natural implicit substitutions. For example, unless otherwise specified in the present disclosure or the meaning is not clear from the context, “X uses A or B” means that It can be interpreted as one of the cases where all B is used.
  • N is a natural number
  • N is a natural number
  • components performing different functional roles may be distinguished as first components or second components.
  • components that are substantially the same within the technical spirit of the present disclosure but must be distinguished for convenience of explanation may also be distinguished as first components or second components.
  • connection refers not only to the case where components are “directly connected,” but also to the case where other components “exist” in the middle, and to “electrically connect” other components in between. It should be interpreted to include cases where it is “connected.”
  • module refers to an independent functional unit such as hardware, a part thereof, or a combination of software and hardware. It can be understood.
  • the “module” or “unit” may be a unit composed of a single element, or may be a unit expressed as a combination or set of multiple elements.
  • a “module” or “unit” as a narrow concept may refer to a hardware element of a device or a collection thereof for a specific purpose.
  • module or “unit” may refer to the device itself for a specific purpose.
  • the concept of “module” or “unit” may be defined in various ways within a range understandable to those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the invasive device may be part of a medical robot or the medical robot itself.
  • an invasive device may be a hardware component included in a medical robot that includes blood collection or intravenous (IV) functions for disease diagnosis, blood transfusion, etc.
  • the invasive device may include an end-effector and hardware elements necessary for blood collection or intravenous injection.
  • the invasive device includes a camera 100 for imaging the end-effector and/or hardware configuration required for intravenous injection, a sensor unit 200 and a vibration unit 300 for using vibration characteristics in the invasive process, and It may include a control unit 400 responsible for processing and managing data required for the invasion process.
  • the camera 100 may photograph at least one of a first medical tool required for invasion or a second medical tool different from the first medical tool. Additionally, the camera 100 may generate an image of at least one of the first medical tool and the second medical tool. For example, assuming that an invasion for blood collection is performed, the first medical tool may be a blood collection needle, and the second medical tool may be a syringe or a blood collection tube. The camera 100 may generate an image by photographing at least one of a blood collection needle, a syringe, or a blood collection tube. Assuming that invasiveness for intravenous injection is performed, the first medical tool may be a catheter sheath, and the second medical tool may be a guide needle.
  • the camera 100 may generate an image by photographing at least one of a guide needle or a catheter sheath.
  • the catheter sheath may be referred to as a catheter tube or a catheter hub, but in the present disclosure, it is collectively referred to as a catheter sheath.
  • the first medical tool and the second medical tool may have different diameters and lengths depending on the type. Therefore, when it is necessary to control both the first medical tool and the second medical tool, it is necessary to perform calibration for effective control of each tool.
  • the camera 100 may photograph the first medical tool and the second medical tool, respectively, to generate individual images. For example, when a guide needle and a catheter sheath need to be controlled together for invasiveness for intravenous injection, the camera 100 may capture the guide needle and the catheter sheath to generate images for each. When the blood collection needle and syringe need to be controlled together for invasion for blood collection, the camera 100 can capture the blood collection needle and the syringe and generate images for each.
  • the sensor unit 200 may measure the frictional force applied to at least one of the first medical tool or the second medical tool during the invasive process in order to use the vibration characteristics.
  • the sensor unit 200 may measure the friction force generated when at least one of the first medical tool or the second medical tool contacts a body part during the invasive process. Additionally, the sensor unit 200 may generate a numerical value for the frictional force applied to at least one of the first medical tool or the second medical tool.
  • the frictional force measured by the sensor unit 200 may be used to determine the magnitude of vibration transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool during the invasive process.
  • the sensor unit 200 may include a shear load cell.
  • the type of the sensor unit 200 described above is only an example, the type of the sensor unit 200 may be configured in various ways within a range understandable to those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
  • the vibrating unit 300 may generate vibration that is transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool during the invasive process.
  • the vibration unit 300 may generate vibration to reduce frictional force generated during the invasive process of at least one of the first medical tool or the second medical tool according to a signal determined by the control unit 400, which will be described later.
  • the vibration unit 300 may include a first vibration module that generates vibration that is transmitted to the first medical tool and a second vibration module that generates vibration that is transmitted to the second medical tool. Accordingly, the vibration unit 300 can individually generate vibration suitable for each of the first medical tool and the second medical tool.
  • the vibration unit 300 may be a structure that generates vibration through mechanical movement when power is applied, such as a piezoelectric actuator.
  • the type of the vibrating unit 300 described above is only an example, the type of the vibrating unit 300 may be configured in various ways within a range understandable to those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
  • the control unit 400 may determine at least one of the amplitude or frequency of the vibration generated by the vibration unit 300 based on the image generated through the camera 100 and the friction force measured through the sensor unit 200. Additionally, the control unit 400 may control the operation of the vibration unit 300 to generate vibration in the vibration unit 300 according to the determined amplitude or frequency. For example, the control unit 400 may determine the frequency of vibration generated by the vibrating unit 300 based on an image of at least one of the first medical tool and the second medical tool captured through the camera 100. The control unit 400 may determine the amplitude of the vibration generated by the vibration unit 300 based on the frictional force for at least one of the first medical tool and the second medical tool measured by the sensor unit 200.
  • control unit 400 may measure the length of the catheter sheath based on the image of the catheter sheath captured through the camera 100.
  • the control unit 400 may determine the frequency of vibration generated by the first vibration module included in the vibration unit 300 based on the length of the catheter sheath.
  • the control unit 400 may determine and adjust the frequency of vibration transmitted to the catheter sheath according to the length of the catheter sheath so that vibration can be effectively transmitted by targeting a point in the catheter sheath where friction reduction is required.
  • control unit 400 may determine the amplitude of vibration applied to the catheter sheath based on the frictional force of the catheter sheath measured by the sensor unit 200. Since the friction force applied to the catheter sheath changes during the invasion process, the control unit 400 can monitor the friction force measured in real time through the sensor unit 200. In addition, the control unit 400 may adjust the amplitude of the vibration transmitted to the catheter sheath according to the magnitude of the friction force according to the monitoring results. That is, the control unit 400 can perform adaptive control of vibration in accordance with the frictional force applied to the catheter sheath.
  • the control unit 400 displays images for each of the guide needle and catheter sheath captured through the camera 100. Based on this, calibration of the guide needle and catheter sheath can be performed. Since guide needles and catheter sheaths have different diameters and lengths for each type, it is necessary to standardize the guide needles and catheter sheaths currently used for invasion on images in order to effectively control the guide needles and catheter sheaths at the same time. Accordingly, the control unit 400 may perform calibration on the image of the guide needle and the catheter sheath generated through the camera 100.
  • control unit 400 may determine the length of the guide needle based on the calibration result and determine the frequency of vibration individually generated by the first vibration module and the second vibration module included in the vibration unit 300.
  • the control unit 400 can also generate vibration applied to the catheter sheath based on the calibration result, thereby increasing the magnitude of the vibration transmitted by targeting the point where friction reduction is required in the guide needle.
  • control unit 400 may include a processor and memory.
  • the processor included in the control unit 400 may be understood as a structural unit including hardware and/or software for performing computing operations.
  • a processor can read a computer program to perform data processing for control of an invasive device.
  • the processor may process computational processes such as data processing to calculate friction force, data processing to determine and/or adjust the amplitude or frequency of vibration, etc.
  • Processors for performing such data processing include a central processing unit (CPU), a general purpose graphics processing unit (GPGPU), a tensor processing unit (TPU), and an application specific integrated circuit (ASIC). : Application specific integrated circuit), or field programmable gate array (FPGA) may be included. Since the above-described type of processor is only an example, the type of processor may be configured in a variety of ways that can be understood by those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
  • the memory included in the control unit 400 can be understood as a structural unit that includes hardware and/or software for storing and managing data processed by the invasive device. That is, the memory can store any type of data generated or determined by the processor and any type of data received by the network unit. In addition, the memory can manage data necessary for the processor to perform operations, combinations of data, and program codes executable on the processor by structuring and organizing them.
  • memory includes flash memory type, hard disk type, multimedia card micro type, card type memory, RAM (random access memory), S RAM (SRAM: static random access memory), ROM (read-only memory), EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), PROM (programmable read-only memory), magnetic memory, magnetic disk , or an optical disk.
  • the memory may include a database system that controls and manages data in a predetermined system. Since the above-described type of memory is only an example, the type of memory may be configured in various ways within a range understandable to those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
  • Figure 2 is a conceptual diagram of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • An invasive device is equipped with a first medical tool and includes a first part for implementing the movement of the first medical tool and a second medical tool for implementing the movement of the second medical tool. It can be divided into a second part to do this.
  • the invasive device can individually control each medical tool during the invasive process through the first and second parts.
  • the invasive device may have a two-degree-of-freedom structure that controls the invasiveness of the first medical tool and the invasiveness of the second medical tool through linear forward and backward movement.
  • the invasive device can implement forward and backward linear movement of the first and second parts of the two-degree-of-freedom structure through the driving unit 700.
  • CS catheter sheath
  • GN guide needle
  • the first part of the invasive device includes a first adapter 510 for attaching and detaching the catheter sheath, a first frame 610 to which the first adapter 510 is coupled, and the first frame 610 is coupled.
  • One side of the first adapter 510 may have an internal shape on which the catheter sheath is seated according to the shape of the catheter sheath.
  • the catheter sheath can be naturally attached and detached from the first adapter 510 through one side of the first adapter 510, which has an internal shape that matches the shape of the catheter sheath.
  • the catheter sheath may be attached to the first adapter 510 by being inserted into and fastened to one side of the first adapter 510 by the user.
  • the catheter sheath inserted into one side of the first adapter 510 may be separated by the user and fall off from the first adapter 510.
  • the first adapter 510 may be provided with a first vibration module 310 that generates vibration that is transmitted to the guide needle and catheter sheath during the invasive process.
  • the first vibration module 310 can transmit vibration to the catheter sheath attached to the first adapter 510 and the guide needle inserted into the catheter sheath with as little loss as possible.
  • the first adapter 510 can be coupled to or separated from the first frame 610.
  • One surface of the first adapter 510 and one surface of the first frame 610 may be brought into contact by a user, and the first adapter 510 may be coupled to the first frame 610.
  • the first adapter 510 may be separated from the first frame 610.
  • coupling of the first adapter 510 and the first frame 610 may be performed based on a mechanical coupling method or an electrical coupling method.
  • the first frame 610 may be equipped with a first sensor module 210 that detects the frictional force applied to the catheter sheath during the invasion process. During the invasion process, frictional force is generated in a direction opposite to the invasion direction, and the frictional force may be transmitted to the first frame 610 to which the first adapter 510 is coupled and moves as one unit. Therefore, the first sensor module 210 can effectively measure the friction force generated during the invasion process by being provided on the first frame 610.
  • the first connection module 641 may connect the first frame 610 and the first movement module 661 so that the first frame 610 and the first movement module 661 can move together.
  • the first connection module 641 may be mounted on the support module 630 so that the first frame 610 can be stably moved according to the movement of the first movement module 661.
  • the first connection module 641 may be mounted on a support module 630 arranged in parallel with the first guide module 651, which will be described later, to guide and limit movement in the forward and backward directions. That is, by mounting the first connection module 641 on the support module 630, the catheter sheath, first adapter 510, first frame 610, and first movement module 661 can be stably moved as one unit. there is.
  • the first movement module 661 is mounted on the first guide module 651 and can move along the longitudinal direction of the first guide module 651 according to the operation of the first guide module 651. For example, when power is generated in the driving unit 700 and the first guide module 651 rotates, the first movement module 661 moves according to the rotation of the first guide module 651. It can move back and forth along the length direction of .
  • the first guide module 651 may be a slide screw.
  • the first movement module 661 may be a slider that moves according to the rotation of the slide screw.
  • the second part of the invasive device includes a second adapter 520 for attaching and detaching the guide needle, a second frame 620 to which the second adapter 520 is coupled, and a second connection module to which the second frame 620 is coupled ( 645), a second movement module 665 to which the second connection module 645 is coupled and implements forward and backward linear movement, and the movement of the second movement module 665 in the forward and backward direction using the power transmitted from the driving unit 700 It may include a second guide module 655 that guides.
  • One side of the second adapter 520 may have an internal shape on which the guide needle is seated according to the shape of the guide needle.
  • the guide needle can be naturally attached and detached from the second adapter 520 through one side of the second adapter 520, which has an internal shape that matches the shape of the guide needle.
  • the guide needle may be attached to the second adapter 520 by being inserted into one side of the second adapter 520 by the user and fastened.
  • the guide needle inserted into one side of the second adapter 520 may be separated by the user and fall off from the second adapter 520.
  • the second adapter 520 may be provided with a second vibration module 320 that generates vibration that is transmitted to the guide needle and catheter sheath during the invasive process.
  • the second vibration module 320 can transmit vibration to the guide needle attached to the second adapter 520 and the catheter sheath into which the guide needle is inserted with as little loss as possible.
  • the second vibration module 320 can directly transmit vibration to the guide needle, so the first vibration module 310 and the second vibration module 320 can be selectively used depending on the purpose. can be used When the first vibration module 310 and the second vibration module 320 are used simultaneously, the vibration transmitted to the guide needle and the catheter sheath can be further amplified compared to when only one vibration module is used.
  • the second adapter 520 can be coupled to or separated from the second frame 620.
  • One side of the second adapter 520 and one side of the second frame 620 come into contact with each other by the user, so that the second adapter 520 can be coupled to the second frame 620.
  • the second adapter 520 may be separated from the second frame 620.
  • coupling of the second adapter 520 and the second frame 620 may be performed based on a mechanical coupling method or an electrical coupling method.
  • the second frame 620 may be equipped with a second sensor module 220 that detects the frictional force applied to the guide needle during the invasion process.
  • a second sensor module 220 that detects the frictional force applied to the guide needle during the invasion process.
  • frictional force is generated in a direction opposite to the invasion direction, and the frictional force may be transmitted to the second frame 620, which moves as one unit with the second adapter 520. Accordingly, the second sensor module 220 can effectively measure the friction force generated during the invasion process by being provided on the second frame 620.
  • the second connection module 645 may connect the second frame 620 and the second movement module 665 so that the second frame 620 and the second movement module 665 can move together.
  • the second connection module 645 may be mounted on the support module 630 so that the second frame 620 can be stably moved according to the movement of the second movement module 665.
  • the second connection module 645 is mounted on the support module 630 arranged in parallel with the second guide module 655, which will be described later, and can guide and limit movement in the forward and backward directions. That is, by mounting the second connection module 645 on the support module 630, the guide needle, second adapter 520, second frame 620, and second movement module 665 can be stably moved as one unit. there is.
  • the second movement module 665 is mounted on the second guide module 655 and can move along the longitudinal direction of the second guide module 655 according to the operation of the second guide module 655. For example, when power is generated in the driving unit 700 and the second guide module 655 rotates, the second movement module 665 moves according to the rotation of the second guide module 655. It can move back and forth along the length direction of .
  • the second guide module 655 may be a slide screw.
  • the second movement module 665 may be a slider that moves according to the rotation of the slide screw.
  • FIG 3 is a conceptual diagram expressing an operation method using the vibration characteristics of an invasive device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the operation method of the invasive device will be described assuming that a catheter sheath (CS) is used as a first medical tool and a guide needle (GN) is used as a second medical tool to perform invasion for intravenous injection.
  • CS catheter sheath
  • GN guide needle
  • the invasion device can reduce friction that occurs during invasion by utilizing the characteristics of the standing wave generated by the vibration generated by the vibration unit 300 and the reflected wave of the vibration generated at the invasion target point.
  • the control unit 400 of the invasive device generates vibration generated by the vibration unit 300 at a predetermined point of the catheter sheath and a reflected wave of the vibration generated at the tip of the guide needle inserted into the invasive target point.
  • the frequency of vibration can be determined based on the respective lengths of the catheter sheath and guide needle.
  • the control unit 400 may adjust the frequency of vibration generated by the vibration unit 300 based on the frequency determined according to the length of each tool based on a predetermined point.
  • a predetermined point of the catheter sheath may be a point where frictional force generated when the catheter sheath comes into contact with a body part during the invasion process acts.
  • the control unit 400 of the invasive device adjusts the frequency based on the length of the guide needle so that the antitinode of the standing wave of vibration comes to the target position where the friction force acts, so that the vibration is effectively aimed at the desired position even if the vibration is not large. It can be delivered.
  • the first vibration when the first vibration is generated in the first vibration module 310 of the vibration unit 300, the first vibration may be transmitted to the end of the guide needle through the catheter sheath. Since the tip of the guide needle is a medium with a higher density than the body tissue, which is the invasion target point, free end reflection may occur at the tip of the guide needle. Therefore, when the first vibration, which is a two-dot chain line, is generated as shown in (a) of FIG. 3, a first reflected wave for the first vibration, which is a one-dot chain line, may be generated by free end reflection. And, as shown in (b) of FIG.
  • the first vibration which is a two-dot chain line
  • the first reflected wave which is a one-dot chain line
  • the control unit 400 may determine and adjust the frequency of the first vibration so that the point where constructive interference of the first standing wave occurs is A based on the length of the catheter sheath.
  • Point A, where the constructive interference of the first standing wave occurs may be the point where the friction force generated when the catheter sheath contacts the body part or tissue during the invasion process is maximized.
  • free end reflection of the second vibration may occur at the end of the guide needle, similar to the first vibration described above. That is, when the second vibration, which is a two-dot chain line, is generated as shown in (c) of FIG. 3, a second reflected wave for the second vibration, which is a one-dot chain line, may be generated by free end reflection. And, as shown in (d) of FIG. 3, the second vibration, which is a two-dot chain line, and the second reflected wave, which is a one-dot chain line, may interfere to create a second standing wave.
  • the control unit 400 may determine and adjust the frequency of the second vibration so that the point where constructive interference of the second standing wave occurs is A based on the length of the guide needle. At this time, if constructive interference of the second standing wave occurs at point A, the first standing wave and the second standing wave can be combined to generate a larger vibration, as shown in (e) of FIG. 3. That is, the control unit 400 can adjust the maximum amplitude of vibration transmitted to point A by utilizing the second vibration in addition to the first vibration.
  • the control unit 400 can adjust the frequency of the first vibration based on the length of the catheter sheath so that constructive interference of the standing wave occurs at A, a point where friction reduction is required. Additionally, the control unit 400 may adjust the frequency of the second vibration based on the length of the guide needle along with the first vibration so that A, a point where friction reduction is required, is an antinode of the standing wave.
  • the invasive device can provide vibration of a desired size at a desired point through constructive interference of standing waves, thus minimizing the impact of vibration on components such as the drive unit 700 that do not require vibration, while increasing invasive accuracy, etc. Friction can be effectively reduced.
  • Figure 4 is a flowchart showing an invasive method according to an embodiment of the present disclosure.
  • the invasive device may generate an image by photographing at least one of a first medical tool for invasion or a second medical tool different from the first medical tool (S100).
  • a catheter sheath as a first medical tool and a guide needle as a second medical tool are mounted together in an invasive device for intravenous injection, the catheter sheath and guide needle have different diameters and lengths for each type, so calibration is required to control vibration. need.
  • the invasive device may generate respective images by photographing the guide needle and the catheter sheath through a camera for calibration.
  • the invasive device can measure the frictional force applied to at least one of the first medical tool or the second medical tool during the invasive process (S200). For example, when a guide needle is inserted into a catheter sheath and an invasion is performed together, the guide needle and the catheter sheath may come into contact with body tissue, causing friction. The invasive device can continuously detect the frictional force generated by each guide needle and catheter sheath through the sensor unit during the invasive process.
  • the invasive device may determine the frequency of vibration transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool based on the image captured by the camera (S300). Additionally, the invasive device may determine the amplitude of vibration transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool based on the friction force measured by the sensor unit (S300). Specifically, the invasive device may determine the length of the first medical tool based on the first image of the first medical tool captured by the camera. In order to cause constructive interference of the standing wave generated by the vibration and the reflected wave of the vibration generated at the tip of the first medical tool introduced into the invasive target point at a predetermined point of the first medical tool, the invasive device is configured to use the identified device.
  • the frequency of vibration transmitted to the first medical tool can be determined.
  • the invasive device may perform calibration between the first image and the second image for the second medical tool captured by the camera.
  • the invasive device may determine the length of the second medical tool based on the second image for which calibration was performed.
  • the invasive device may determine the frequency of the vibration transmitted to the second medical tool based on the length of the second medical tool.
  • the invasive device may determine the amplitude of vibration transmitted to at least one of the first medical tool or the second medical tool based on the frictional force of at least one of the first medical tool or the second medical tool measured during the invasive process. there is.
  • the invasive device may perform calibration on a first image of a catheter sheath and a second image of a guide needle, and determine the length of each tool based on the calibration results. Also, based on the length of each tool, the invasive device can determine the frequency of vibration so that constructive interference occurs between the vibration at a predetermined point of the catheter sheath and the reflected wave of the vibration occurring at the tip of the guide needle. Additionally, the invasive device can determine the amplitude of vibration according to the amount of friction detected by the sensor unit. The invasive device can generate vibration in the vibrating unit by applying a frequency determined based on the length of the guide needle identified through the image and an amplitude determined based on the size of the friction force.

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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 진동 특성을 이용한 침습 장치 및 방법이 개시된다. 상기 장치는, 침습을 위한 제 1 의료 도구를 촬영하는 카메라; 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 1 진동 모듈; 및 상기 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 대한 이미지를 기초로, 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

진동 특성을 이용한 침습 장치 및 방법
본 개시는 침습을 위한 기술에 관한 것으로, 구체적으로 진동 특성을 이용하여 채혈 등을 위한 의료 술기를 수행할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
혈관 등의 신체 조직에 침습을 수행해야 하는 다양한 의료 술기들이 존재한다. 예를 들어, 정맥 주사(IV: intravenous)는 정맥을 바늘로 천자하여 약물을 직접 혈관 속에 투입하는 방식이다. 경구적으로 수분을 충분히 투여할 수 없는 경우, 정맥 주사는 수분이나 염분, 그 밖에 필요한 전해질을 보급하기 위하여, 또는 출혈 후의 혈액보급을 비롯하여 해독제 등의 약제를 혈액 속에 주입하거나 빠른 약효를 기대할 경우 등에 쓰인다.
정맥 주사는 약물 투여가 지속적으로 유지될 수 있도록 가이드 니들(guide needle)과 카테터 쉬스(catheter sheath)가 겹쳐진 상태로 수행된다. 즉, 의료진은 가이드 니들과 카테터 쉬스를 겹친 상태에서 주사를 수행하고, 카테터 쉬스를 정맥 내로 더 밀어넣는 동작을 통해 약물이 투입될 공간을 확보한다. 그리고, 의료진은 카테터 쉬스를 통해 확보된 공간으로 약물을 일정 시간 동안 지속적으로 투여할 수 있다.
정맥 주사는 가이드 니들과 카테터 쉬스가 겹쳐진 상태에서 수행되므로, 침습 과정에서 환자가 고통, 불편함을 호소하는 경우가 많다. 또한, 정맥 주사는 가이드 니들과 카테터 쉬스가 겹쳐진 상태에서 수행되므로, 침습 과정에서 혈관, 신경 혹은 조직이 손상되는 문제가 쉽게 발생할 수 있다.
본 개시는 전술한 배경기술에 대응하여 안출된 것으로, 진동 특성을 이용하여 의료 도구와 신체 조직 간의 마찰을 최소화 하고, 진동이 필요한 지점을 목표로 진동을 가할 수 있는 침습 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 개시에서 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재를 근거로 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치가 개시된다. 상기 장치는, 침습을 위한 제 1 의료 도구를 촬영하는 카메라; 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 1 진동 모듈; 및 상기 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 대한 이미지를 기초로, 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 관한 제 1 이미지를 토대로, 상기 제 1 의료 도구의 길이를 파악할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서, 상기 진동과 침습 목표 지점에 인입된 제 1 의료 도구의 끝단에서 발생하는 진동의 반사파에 의해 생성된 정상파의 보강 간섭이 일어나도록 하기 위해, 상기 파악된 제 1 의료 도구의 길이를 기초로, 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다.
대안적으로, 상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점은, 상기 침습 과정에서 상기 제 1 의료 도구가 신체 부위에 맞닿아 발생하는 마찰력이 작용하는 지점일 수 있다.
대안적으로, 상기 장치는, 상기 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 2 진동 모듈을 더 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 제 1 의료 도구에 관한 제 1 이미지와 상기 제 2 의료 도구에 관한 제 2 이미지 간 캘리브레이션(calibration)을 수행할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서 발생하는 보강 간섭의 진폭을 조절하기 위해, 상기 제 1 이미지와 캘리브레이션 된 제 2 이미지를 토대로 파악된 제 2 의료 도구의 길이를 기초로, 상기 제 2 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다.
대안적으로, 상기 장치는, 상기 제 1 의료 도구의 탈부착을 위한 제 1 어댑터(adaptor); 및 상기 제 2 의료 도구의 탈부착을 위한 제 2 어댑터를 더 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제 1 의료 도구는, 채혈을 위한 바늘, 혹은 정맥 주사를 위한 카테터 쉬스(catheter sheath)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제 2 의료 도구는, 상기 채혈을 위한 주사기, 상기 채혈을 위한 튜브(tube), 혹은 상기 정맥 주사를 위한 가이드 니들(guide needle)을 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 장치는, 침습 과정에서 상기 제 1 의료 도구, 혹은 상기 제 1 의료 도구와 상이한 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 마찰력을 측정하기 위한 센서부를 더 포함할 수 있다.
대안적으로, 상기 제어부는, 상기 침습 과정에서 측정된, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 마찰력을 기초로, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 진폭을 결정할 수 있다.
대안적으로, 상기 센서부는, 상기 제 1 의료 도구의 탈부착을 위한 제 1 어댑터가 결합되는 제 1 프레임(frame)에 구비되는 제 1 센서 모듈; 및 상기 제 2 의료 도구의 탈부착을 위한 제 2 어댑터가 결합되는 제 2 프레임에 구비되는 제 2 센서 모듈을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 실현하기 위한 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치에 의해 수행되는 침습 방법이 개시된다. 상기 방법은, 침습을 위한 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구 중 적어도 하나를 촬영하여 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 이미지를 기반으로, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시는 채혈 등을 위한 의료 도구의 침습 시 진동 특성을 이용하여 의료 도구와 신체 조직 간의 마찰을 최소화 하고, 환자의 고통, 불편함, 연조직 외상 등을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 개시는 의료 도구와 신체 조직 간의 마찰을 최소화 하고 진동이 필요한 지점을 목표로 진동을 가함으로써, 조직의 눌림을 감소시켜 침습의 정확도 및 침습 수행 과정의 효율성을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 개념도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 진동 특성을 이용한 동작 방식을 표현한 개념도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 방법을 나타낸 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예가 상세히 설명된다. 본 개시에서 제시된 실시예들은 당업자가 본 개시의 내용을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 따라서, 본 개시의 실시예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 명백할 것이다. 즉, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
본 개시의 명세서 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분의 도면 부호는 생략될 수 있다.
본 개시에서 사용되는 "또는" 이라는 용어는 배타적 "또는" 이 아니라 내포적 "또는" 을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 본 개시에서 달리 특정되지 않거나 문맥상 그 의미가 명확하지 않은 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 개시에서 달리 특정되지 않거나 문맥상 그 의미가 명확하지 않은 경우, "X는 A 또는 B를 이용한다" 는 X가 A를 이용하거나, X가 B를 이용하거나, 혹은 X가 A 및 B 모두를 이용하는 경우 중 어느 하나로 해석될 수 있다.
본 개시에서 사용되는 "및/또는" 이라는 용어는 열거된 관련 개념들 중 하나 이상의 개념의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 특정 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 다른 구성요소 및/또는 이들에 대한 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시에서 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상" 을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 개시에서 사용되는 "제 N(N은 자연수)" 이라는 용어는 본 개시의 구성요소들을 기능적 관점, 구조적 관점, 혹은 설명의 편의 등 소정의 기준에 따라 상호 구별하기 위해 사용되는 표현으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서 서로 다른 기능적 역할을 수행하는 구성요소들은 제 1 구성요소 혹은 제 2 구성요소로 구별될 수 있다. 다만, 본 개시의 기술적 사상 내에서 실질적으로 동일하나 설명의 편의를 위해 구분되어야 하는 구성요소들도 제 1 구성요소 혹은 제 2 구성요소로 구별될 수도 있다.
본 개시에서 사용되는 "연결" 이라는 용어는, 구성들이 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성요소가 "존재" 하는 경우와, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 "전기적으로 연결" 되어 있는 경우도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 개시에서 사용되는 용어 "모듈(module)", 또는 "부(unit)" 는 하드웨어(hardware) 혹은 그 일부, 소프트웨어(software)와 하드웨어의 조합 등과 같은 독립적인 기능 단위를 지칭하는 용어로 이해될 수 있다. 이때, "모듈", 또는 "부"는 단일 요소로 구성된 단위일 수도 있고, 복수의 요소들의 조합 혹은 집합으로 표현되는 단위일 수도 있다. 예를 들어, 협의의 개념으로서 "모듈", 또는 "부"는 특정 목적을 위한 장치의 하드웨어 요소 또는 그 집합을 지칭할 수 있다. 또한, 광의의 개념으로서 "모듈", 또는 "부"는 특정 목적을 위한 장치 그 자체를 지칭할 수 있다. 다만, 상술한 개념은 하나의 예시일 뿐이므로, "모듈", 또는 "부"의 개념은 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 정의될 수 있다.
전술한 용어의 설명은 본 개시의 이해를 돕기 위한 것이다. 따라서, 전술한 용어를 본 개시의 내용을 한정하는 사항으로 명시적으로 기재하지 않은 경우, 본 개시의 내용을 기술적 사상을 한정하는 의미로 사용하는 것이 아님을 주의해야 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 블록도다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는 의료용 로봇의 일부 혹은 의료용 로봇 그 자체일 수 있다. 예를 들어, 침습 장치는 질병의 진단, 수혈 등을 위한 채혈 혹은 정맥 주사(IV: intravenous) 기능을 포함하는 의료용 로봇에 포함된 하드웨어 구성일 수 있다. 이때, 침습 장치는 채혈 혹은 정맥 주사를 위해 필요한 엔드-이펙터(end-effector) 및 하드웨어 요소를 포함할 수 있다. 구체적으로, 침습 장치는 정맥 주사를 위해 필요한 엔드-이펙터 및/또는 하드웨어 구성을 촬영하기 위한 카메라(100), 침습 과정에서 진동 특성을 이용하기 위한 센서부(200) 및 진동부(300), 그리고 침습 과정에 필요한 데이터 처리 및 관리를 담당하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
카메라(100)는 침습을 위해 필요한 제 1 의료 도구 혹은 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구 중 적어도 하나를 촬영할 수 있다. 그리고, 카메라(100)는 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구 중 적어도 하나를 촬영한 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 채혈을 위한 침습을 수행한다고 가정하면, 제 1 의료 도구는 채혈 바늘, 제 2 의료 도구는 주사기 혹은 채혈 튜브(tube)일 수 있다. 카메라(100)는 채혈 바늘, 주사기 혹은 채혈 튜브 중 적어도 하나를 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다. 정맥 주사를 위한 침습을 수행한다고 가정하면, 제 1 의료 도구는 카테터 쉬스(catheter sheath), 제 2 의료 도구는 가이드 니들(guide needle) 일 수 있다. 카메라(100)는 가이드 니들 혹은 카테터 쉬스 중 적어도 하나를 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다. 한편, 카테터 쉬스는 카테터 튜브 혹은 카테터 허브(hub)로 지칭될 수도 있는데, 본 개시에서는 카테터 쉬스로 통일하여 지칭하도록 한다.
제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구는 종류 별로 직경과 길이 등이 다를 수 있다. 따라서, 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구를 모두 제어해야 하는 경우, 각 도구의 효과적인 제어를 위해서 캘리브레이션(calibration)을 수행할 필요가 있다. 카메라(100)는 이러한 캘리브레이션을 위해 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구를 각각 촬영하여, 개별 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 정맥 주사를 위한 침습을 위해 가이드 니들과 카테터 쉬스를 함께 제어해야 하는 경우, 카메라(100)는 가이드 니들과 카테터 쉬스를 촬영하여 각각에 대한 이미지를 생성할 수 있다. 채혈을 위한 침습을 위해 채혈 바늘과 주사기를 함께 제어해야 하는 경우, 카메라(100)는 채혈 바늘과 주사기를 촬영하여 각각에 대한 이미지를 생성할 수 있다.
센서부(200)는 진동 특성을 이용하기 위해 침습 과정에서 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 가해지는 마찰력을 측정할 수 있다. 센서부(200)는 침습 과정에서 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나가 신체 부위에 접촉해서 발생하는 마찰력을 측정할 수 있다. 그리고, 센서부(200)는 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 가해지는 마찰력에 대한 수치 값을 생성할 수 있다. 센서부(200)에 의해 측정된 마찰력은 침습 과정에서 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 크기를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서부(200)는 시어 로드셀(shear loadcell)을 포함할 수 있다. 다만, 상술한 센서부(200)의 종류는 하나의 예시일 뿐이므로, 센서부(200)의 종류는 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 구성될 수 있다.
진동부(300)는 침습 과정에서 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동을 생성할 수 있다. 진동부(300)는 후술할 제어부(400)에 의해 결정되는 신호에 따라 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 침습 과정에서 발생하는 마찰력을 감소시키기 위한 진동을 생성할 수 있다. 진동부(300)는 제 1 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 1 진동 모듈 및 제 2 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 2 진동 모듈을 포함할 수 있다. 따라서, 진동부(300)는 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구 각각에 적합한 진동을 개별적으로 생성할 수 있다. 예를 들어, 진동부(300)는 압전 액추에이터(piezoelectric actuator)와 같이 전원을 인가하면 기계적인 운동을 통해 진동을 생성하는 구조물일 수 있다. 다만, 상술한 진동부(300)의 종류는 하나의 예시일 뿐이므로, 진동부(300)의 종류는 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 구성될 수 있다.
임상적 연구 결과에 따르면, 바늘이 침습될 때 신체에 가해지는 힘이 적을수록 환자의 고통, 불편함 및 연조직 외상 등은 감소한다. 그리고, 바늘에 진동을 주면서 침습이 이루어지는 경우, 바늘이 침습될 때 신체에 가해지는 힘이 감소한다. 따라서, 침습 과정에서 진동부(300)에서 침습을 위한 의료 도구들에 각각 전달되는 진동을 생성하면, 침습 장치가 의료 도구들을 통해 신체에 가하는 힘이 감소되어 환자의 고통, 불편함 및 연조직 외상 등과 같은 문제를 감소시킬 수 있다.
제어부(400)는 카메라(100)를 통해 생성된 이미지와 센서부(200)를 통해 측정된 마찰력을 토대로, 진동부(300)에서 생성되는 진동의 진폭 혹은 주파수 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 결정된 진폭 혹은 주파수에 따라 진동부(300)에서 진동을 생성하도록 진동부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 카메라(100)를 통해 촬영된, 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 이미지를 토대로 진동부(300)에서 생성되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 제어부(400)는 센서부(200)에 의해 측정된, 제 1 의료 도구와 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 대한 마찰력을 토대로, 진동부(300)에서 생성되는 진동의 진폭을 결정할 수 있다.
정맥 주사를 위해 제 1 의료 도구인 카테터 쉬스에 대한 제어가 수행되는 경우, 제어부(400)는 카메라(100)를 통해 촬영된 카테터 쉬스의 이미지를 토대로, 카테터 쉬스의 길이를 측정할 수 있다. 제어부(400)는 카테터 쉬스의 길이를 토대로, 진동부(300)에 포함된 제 1 진동 모듈에서 생성되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 제어부(400)는 카테터 쉬스에서 마찰 저감이 필요한 지점을 목표로 하여 진동이 효과적으로 전달될 수 있도록, 카테터 쉬스의 길이에 맞추어 카테터 쉬스에 전달되는 진동의 주파수를 결정 및 조절할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 센서부(200)에 의해 측정된 카테터 쉬스의 마찰력을 토대로, 카테터 쉬스에 가해지는 진동의 진폭을 결정할 수 있다. 침습 과정에서 카테터 쉬스에 가해지는 마찰력은 변화하므로, 제어부(400)는 센서부(200)를 통해 실시간으로 측정되는 마찰력을 모니터링할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 모니터링 결과에 따라 마찰력의 크기에 맞추어 카테터 쉬스에 전달되는 진동의 진폭의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 제어부(400)는 카테터 쉬스에 가해지는 마찰력에 맞추어 진동에 대한 적응적(adaptive) 제어를 수행할 수 있다.
정맥 주사를 위해 제 1 의료 도구인 카테터 쉬스와 제 2 의료 도구인 가이드 니들에 대한 제어가 함께 수행되는 경우, 제어부(400)는 카메라(100)를 통해 촬영된 가이드 니들과 카테터 쉬스 각각에 대한 이미지를 토대로, 가이드 니들과 카테터 쉬스에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 가이드 니들과 카테터 쉬스는 종류 별로 직경과 길이가 다르기 때문에, 가이드 니들과 카테터 쉬스를 동시에 효과적으로 제어하기 위해서는 현재 침습에 사용되는 가이드 니들과 카테터 쉬스를 이미지 상에서 표준화 하는 것이 필요하다. 따라서, 제어부(400)는 카메라(100)를 통해 생성된 가이드 니들의 이미지와 카테터 쉬스의 이미지에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 캘리브레이션 결과를 토대로 가이드 니들의 길이를 파악하여, 진동부(300)에 포함된 제 1 진동 모듈과 제 2 진동 모듈에서 개별적으로 생성되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 제어부(400)는 이와 같이 캘리브레이션 결과를 토대로 카테터 쉬스에 가해지는 진동도 생성함으로써, 가이드 니들에서 마찰 저감이 필요한 지점을 목표로 하여 전달되는 진동의 크기를 증가시킬 수 있다.
한편, 제어부(400)는 프로세서(processor) 및 메모리(memory)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)에 포함된 프로세서는 컴퓨팅 연산을 수행하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함하는 구성 단위로 이해될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 컴퓨터 프로그램을 판독하여 침습 장치의 제어를 위한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 프로세서는 마찰력을 산출하기 위한 데이터 처리, 진동의 진폭 혹은 주파수를 결정 및/또는 조절하기 위한 데이터 처리 등과 같은 연산 과정을 처리할 수 있다. 이와 같은 데이터 처리를 수행하기 위한 프로세서는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 범용 그래픽 처리 장치(GPGPU: general purpose graphics processing unit), 텐서 처리 장치(TPU: tensor processing unit), 주문형 반도체(ASIC: application specific integrated circuit), 혹은 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array) 등을 포함할 수 있다. 상술한 프로세서의 종류는 하나의 예시일 뿐이므로, 프로세서의 종류는 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 구성될 수 있다.
제어부(400)에 포함된 메모리는 침습 장치에서 처리되는 데이터를 저장하고 관리하기 위한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함하는 구성 단위로 이해될 수 있다. 즉, 메모리는 프로세서가 생성하거나 결정한 임의의 형태의 데이터 및 네트워크부가 수신한 임의의 형태의 데이터를 저장할 수 있다. 그리고, 메모리는 프로세서가 연산을 수행하는데 필요한 데이터, 데이터의 조합, 및 프로세서에서 실행 가능한 프로그램 코드(code) 등을 구조화 및 조직화 하여 관리할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리, 램(RAM: random access memory), 에스램(SRAM: static random access memory), 롬(ROM: read-only memory), 이이피롬(EEPROM: electrically erasable programmable read-only memory), 피롬(PROM: programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 또는 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는 데이터를 소정의 체제로 통제하여 관리하는 데이터베이스(database) 시스템을 포함할 수도 있다. 상술한 메모리의 종류는 하나의 예시일 뿐이므로, 메모리의 종류는 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 구성될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 개념도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는 제 1 의료 도구가 장착되고 제 1 의료 도구의 움직임을 구현하기 위한 제 1 파트(part) 및 제 2 의료 도구가 장착되고 제 2 의료 도구의 움직임을 구현하기 위한 제 2 파트로 구분될 수 있다. 침습 장치는 제 1 파트와 제 2 파트를 통해 침습 과정에서 각 의료 도구들을 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 침습 장치는 전후 선형 움직임을 통해 제 1 의료 도구의 침습 및 제 2 의료 도구의 침습을 제어하는 2자유도 구조를 가질 수 있다. 침습 장치는 구동부(700)를 통해 2자유도 구조의 제 1 파트와 제 2 파트의 전후 선형 움직임을 구현할 수 있다. 이하에서는 정맥 주사를 위한 침습을 수행하기 위해 제 1 의료 도구로 카테터 쉬스(CS), 제 2 의료 도구로 가이드 니들(GN)를 함께 사용하는 것을 가정하여, 침습 장치의 구성을 설명하도록 한다.
구체적으로, 침습 장치의 제 1 파트는 카테터 쉬스의 탈부착을 위한 제 1 어댑터(adaptor)(510), 제 1 어댑터(510)가 결합되는 제 1 프레임(610), 제 1 프레임(610)이 결합되는 제 1 연결 모듈(641), 제 1 연결 모듈(641)이 결합되고 전후 선형 움직임을 구현하는 제 1 이동 모듈(661), 구동부(700)로부터 전달되는 동력을 이용하여 제 1 이동 모듈(661)의 움직임을 전후 방향으로 유도하는 제 1 가이드 모듈(651)을 포함할 수 있다.
제 1 어댑터(510)의 일 면은 카테터 쉬스의 모양에 맞추어 카테터 쉬스가 안착되는 내부 형상을 가질 수 있다. 카테터 쉬스의 모양에 맞춘 내부 형상을 갖는 제 1 어댑터(510)의 일 면을 통해, 카테터 쉬스는 제 1 어댑터(510)에 자연스럽게 탈부착 될 수 있다. 예를 들어, 카테터 쉬스는 사용자에 의해 제 1 어댑터(510)의 일 면으로 삽입되어 체결됨으로써 제 1 어댑터(510)에 부착될 수 있다. 제 1 어댑터(510)의 일 면에 삽입된 카테터 쉬스는 사용자에 의해 분리되어 제 1 어댑터(510)로부터 탈락될 수 있다.
제 1 어댑터(510)는 침습 과정에서 가이드 니들 및 카테터 쉬스에 전달되는 진동을 생성하는 제 1 진동 모듈(310)을 구비할 수 있다. 제 1 진동 모듈(310)은 제 1 어댑터(510)에 구비됨으로써 제 1 어댑터(510)에 부착된 카테터 쉬스와 카테터 쉬스에 인입된 가이드 니들에 진동을 최대한 손실없이 전달할 수 있다.
카테터 쉬스의 손쉬운 교체를 위해, 제 1 어댑터(510)는 제 1 프레임(610)에 결합 혹은 분리될 수 있다. 사용자에 의해 제 1 어댑터(510)의 일 면과 제 1 프레임(610)의 일 면이 접촉하여, 제 1 어댑터(510)는 제 1 프레임(610)에 결합될 수 있다. 그리고, 사용자에 의해 제 1 프레임(610)의 일 면에 접촉된 제 1 어댑터(510)의 일 면이 떨어지면서, 제 1 어댑터(510)는 제 1 프레임(610)으로부터 분리될 수 있다. 이때, 제 1 어댑터(510)와 제 1 프레임(610)의 결합은 기계적 결합 방식 혹은 전기적 결합 방식을 기반으로 수행될 수 있다.
제 1 프레임(610)은 침습 과정에서 카테터 쉬스에 가해지는 마찰력을 감지하는 제 1 센서 모듈(210)을 구비할 수 있다. 침습 과정에서 침습 방향과 반대 방향으로 마찰력이 발생하게 되고, 해당 마찰력은 제 1 어댑터(510)가 결합되어 일체로 움직이는 제 1 프레임(610)에 전달될 수 있다. 따라서, 제 1 센서 모듈(210)은 제 1 프레임(610)에 구비됨으로써 침습 과정에서 발생하는 마찰력을 효과적으로 측정할 수 있다.
제 1 연결 모듈(641)은 제 1 프레임(610)과 제 1 이동 모듈(661)이 일체로 움직일 수 있도록 제 1 프레임(610)과 제 1 이동 모듈(661)을 연결할 수 있다. 제 1 연결 모듈(641)은 제 1 이동 모듈(661)의 움직임에 따라 안정적으로 제 1 프레임(610)도 이동될 수 있도록 하기 위해 지지 모듈(630)에 장착될 수 있다. 제 1 연결 모듈(641)은 후술할 제 1 가이드 모듈(651)과 평행하게 배치된 지지 모듈(630)에 장착되어 전후 방향으로 움직임이 유도 및 제한될 수 있다. 즉, 제 1 연결 모듈(641)이 지지 모듈(630)에 장착됨으로써, 카테터 쉬스, 제 1 어댑터(510), 제 1 프레임(610) 및 제 1 이동 모듈(661)이 일체로 안정적으로 움직일 수 있다.
제 1 이동 모듈(661)은 제 1 가이드 모듈(651)에 장착되어 제 1 가이드 모듈(651)의 동작에 따라 제 1 가이드 모듈(651)의 길이 방향을 따라 움직일 수 있다. 예를 들어, 구동부(700)에서 동력이 생성되어 제 1 가이드 모듈(651)이 회전하면, 제 1 가이드 모듈(651)의 회전에 따라 제 1 이동 모듈(661)은 제 1 가이드 모듈(651)의 길이 방향을 따라 전후로 움직일 수 있다. 이때, 제 1 가이드 모듈(651)은 슬라이드 스크류(slide screw)일 수 있다. 그리고, 제 1 이동 모듈(661)은 슬라이드 스크류의 회전에 따라 움직이는 슬라이더(slider)일 수 있다.
침습 장치의 제 2 파트는 가이드 니들의 탈부착을 위한 제 2 어댑터(520), 제 2 어댑터(520)가 결합되는 제 2 프레임(620), 제 2 프레임(620)이 결합되는 제 2 연결 모듈(645), 제 2 연결 모듈(645)이 결합되고 전후 선형 움직임을 구현하는 제 2 이동 모듈(665), 구동부(700)로부터 전달되는 동력을 이용하여 제 2 이동 모듈(665)의 움직임을 전후 방향으로 유도하는 제 2 가이드 모듈(655)을 포함할 수 있다.
제 2 어댑터(520)의 일 면은 가이드 니들의 모양에 맞추어 가이드 니들이 안착되는 내부 형상을 가질 수 있다. 가이드 니들의 모양에 맞춘 내부 형상을 갖는 제 2 어댑터(520)의 일 면을 통해, 가이드 니들은 제 2 어댑터(520)에 자연스럽게 탈부착 될 수 있다. 예를 들어, 가이드 니들은 사용자에 의해 제 2 어댑터(520)의 일 면으로 삽입되어 체결됨으로써 제 2 어댑터(520)에 부착될 수 있다. 제 2 어댑터(520)의 일 면에 삽입된 가이드 니들은 사용자에 의해 분리되어 제 2 어댑터(520)로부터 탈락될 수 있다.
제 2 어댑터(520)는 침습 과정에서 가이드 니들과 카테터 쉬스에 전달되는 진동을 생성하는 제 2 진동 모듈(320)을 구비할 수 있다. 제 2 진동 모듈(320)은 제 2 어댑터(520)에 구비됨으로써 제 2 어댑터(520)에 부착된 가이드 니들과 가이드 니들이 인입된 카테터 쉬스에 진동을 최대한 손실없이 전달할 수 있다. 이때, 제 2 진동 모듈(320)은 제 1 진동 모듈(310)과 달리 가이드 니들에 직접 진동을 전달할 수 있으므로, 제 1 진동 모듈(310)과 제 2 진동 모듈(320)은 목적에 따라 선택적으로 사용될 수 있다. 제 1 진동 모듈(310)과 제 2 진동 모듈(320)이 동시에 사용되면, 1개의 진동 모듈을 사용할 때와 대비하여 가이드 니들과 카테터 쉬스에 전달되는 진동을 더욱 증폭시킬 수 있다.
가이드 니들의 손쉬운 교체를 위해, 제 2 어댑터(520)는 제 2 프레임(620)에 결합 혹은 분리될 수 있다. 사용자에 의해 제 2 어댑터(520)의 일 면과 제 2 프레임(620)의 일 면이 접촉하여, 제 2 어댑터(520)는 제 2 프레임(620)에 결합될 수 있다. 그리고, 사용자에 의해 제 2 프레임(620)의 일 면에 접촉된 제 2 어댑터(520)의 일 면이 떨어지면서, 제 2 어댑터(520)는 제 2 프레임(620)으로부터 분리될 수 있다. 이때, 제 2 어댑터(520)와 제 2 프레임(620)의 결합은 기계적 결합 방식 혹은 전기적 결합 방식을 기반으로 수행될 수 있다.
제 2 프레임(620)은 침습 과정에서 가이드 니들에 가해지는 마찰력을 감지하는 제 2 센서 모듈(220)을 구비할 수 있다. 침습 과정에서 침습 방향과 반대 방향으로 마찰력이 발생하게 되고, 해당 마찰력은 제 2 어댑터(520)가 결합되어 일체로 움직이는 제 2 프레임(620)에 전달될 수 있다. 따라서, 제 2 센서 모듈(220)은 제 2 프레임(620)에 구비됨으로써 침습 과정에서 발생하는 마찰력을 효과적으로 측정할 수 있다.
제 2 연결 모듈(645)은 제 2 프레임(620)과 제 2 이동 모듈(665)이 일체로 움직일 수 있도록 제 2 프레임(620)과 제 2 이동 모듈(665)을 연결할 수 있다. 제 2 연결 모듈(645)은 제 2 이동 모듈(665)의 움직임에 따라 안정적으로 제 2 프레임(620)도 이동될 수 있도록 하기 위해 지지 모듈(630)에 장착될 수 있다. 제 2 연결 모듈(645)은 후술할 제 2 가이드 모듈(655)과 평행하게 배치된 지지 모듈(630)에 장착되어 전후 방향으로 움직임이 유도 및 제한될 수 있다. 즉, 제 2 연결 모듈(645)이 지지 모듈(630)에 장착됨으로써, 가이드 니들, 제 2 어댑터(520), 제 2 프레임(620) 및 제 2 이동 모듈(665)이 일체로 안정적으로 움직일 수 있다.
제 2 이동 모듈(665)은 제 2 가이드 모듈(655)에 장착되어 제 2 가이드 모듈(655)의 동작에 따라 제 2 가이드 모듈(655)의 길이 방향을 따라 움직일 수 있다. 예를 들어, 구동부(700)에서 동력이 생성되어 제 2 가이드 모듈(655)이 회전하면, 제 2 가이드 모듈(655)의 회전에 따라 제 2 이동 모듈(665)은 제 2 가이드 모듈(655)의 길이 방향을 따라 전후로 움직일 수 있다. 이때, 제 2 가이드 모듈(655)은 슬라이드 스크류일 수 있다. 그리고, 제 2 이동 모듈(665)은 슬라이드 스크류의 회전에 따라 움직이는 슬라이더일 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치의 진동 특성을 이용한 동작 방식을 표현한 개념도이다. 이하에서는 정맥 주사를 위한 침습을 수행하기 위해 제 1 의료 도구로 카테터 쉬스(CS), 제 2 의료 도구로 가이드 니들(GN)를 사용하는 것을 가정하여, 침습 장치의 동작 방식을 설명하도록 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는, 진동부(300)에서 생성되는 진동과 침습 목표 지점에서 발생하는 진동의 반사파에 의해 생성되는 정상파의 특성을 활용하여 침습 시 발생하는 마찰을 저감시킬 수 있다. 예를 들어, 침습 장치의 제어부(400)는 카테터 쉬스의 소정의 지점에서, 진동부(300)에서 생성되는 진동과 침습 목표 지점에 인입된 가이드 니들의 끝단에서 발생하는 진동의 반사파에 의해 생성된 정상파의 보강 간섭이 일어나도록 하기 위해, 카테터 쉬스와 가이드 니들 각각의 길이를 기초로 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 그리고, 제어부(400)는 소정의 지점을 기준으로 각 도구의 길이에 따라 결정된 주파수를 토대로, 진동부(300)에서 생성되는 진동의 주파수를 조절할 수 있다. 이때, 카테터 쉬스의 소정의 지점은, 침습 과정에서 카테터 쉬스가 신체 부위에 맞닿아 발생하는 마찰력이 작용하는 지점일 수 있다. 즉, 침습 장치의 제어부(400)는 마찰력이 작용하는 목표 위치에 진동의 정상파의 배(antinode)가 오도록 가이드 니들의 길이를 기반으로 주파수를 조절하여 진동이 크지 않더라도 원하는 위치를 목표로 진동을 효과적으로 전달할 수 있다.
구체적으로, 진동부(300)의 제 1 진동 모듈(310)에서 제 1 진동이 생성되면, 제 1 진동은 카테터 쉬스를 통해 가이드 니들의 끝단으로 전달될 수 있다. 가이드 니들의 끝단은 침습 목표 지점인 신체 조직에 비해 밀도가 높은 매질이므로, 가이드 니들의 끝단에서는 자유단 반사가 일어날 수 있다. 따라서, 도 3의 (a)와 같이 2점 쇄선인 제 1 진동이 생성되면, 자유단 반사에 의해 1점 쇄선인 제 1 진동에 대한 제 1 반사파가 생성될 수 있다. 그리고, 도 3의 (b)와 같이 2점 쇄선인 제 1 진동과 1점 쇄선인 제 1 반사파가 간섭을 일으켜 제 1 정상파를 만들어낼 수 있다. 이때, 제어부(400)는 카테터 쉬스의 길이를 기반으로 제 1 정상파의 보강 간섭이 발생하는 지점이 A가 되도록 제 1 진동의 주파수를 결정 및 조절할 수 있다. 제 1 정상파의 보강 간섭이 발생하는 지점 A는 침습 과정에서 카테터 쉬스가 신체 부위 혹은 조직에 맞닿아 발생하는 마찰력이 최대가 되는 지점일 수 있다.
진동부(300)의 제 2 진동 모듈(320)에서 제 2 진동이 생성되면, 상술한 제 1 진동과 마찬가지로 제 2 진동에 대한 자유단 반사가 가이드 니들의 끝단에서 발생할 수 있다. 즉, 도 3 의 (c)와 같이 2점 쇄선인 제 2 진동이 생성되면, 자유단 반사에 의해 1점 쇄선인 제 2 진동에 대한 제 2 반사파가 생성될 수 있다. 그리고, 도 3의 (d)와 같이 2점 쇄선인 제 2 진동과 1점 쇄선인 제 2 반사파가 간섭을 일으켜 제 2 정상파를 만들어낼 수 있다. 제어부(400)는 가이드 니들의 길이를 토대로 기반으로 제 2 정상파의 보강 간섭이 발생하는 지점이 A가 되도록 제 2 진동의 주파수를 결정 및 조절할 수 있다. 이때, A 지점에 제 2 정상파의 보강 간섭이 발생하면, 도 3의 (e)와 같이 제 1 정상파와 제 2 정상파가 합쳐져 더 큰 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 제어부(400)는 제 1 진동에 더해 제 2 진동을 활용하여 지점 A에 전달되는 진동의 최대 진폭을 조절할 수 있다.
상술한 바에 따르면, 제어부(400)는 카테터 쉬스의 길이를 토대로 제 1 진동의 주파수를 조절하여, 마찰 저감이 필요한 지점인 A에서 정상파의 보강 간섭이 발생되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 제 1 진동과 함께 가이드 니들의 길이를 토대로 제 2 진동의 주파수를 조절하여, 마찰 저감이 필요한 지점인 A가 정상파의 배(antinode)가 되도록 할 수 있다. 다시 말해서, 침습 장치는 정상파의 보강 간섭을 통해 원하는 지점에 원하는 크기의 진동을 줄 수 있으므로, 진동이 필요하지 않은 구동부(700) 등과 같은 구성에 진동의 영향은 최소화하고, 침습 정확도 등을 높이면서 마찰을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는 침습을 위한 제 1 의료 도구 혹은 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구 중 적어도 하나를 촬영하여 이미지를 생성할 수 있다(S100). 예를 들어, 정맥 주사를 위해 제 1 의료 도구로 카테터 쉬스, 제 2 의료 도구로 가이드 니들이 침습 장치에 함께 장착되면, 카테터 쉬스 및 가이드 니들은 종류 별로 직경과 길이가 다르므로 진동 제어를 위해서는 캘리브레이션이 필요하다. 따라서, 정맥 주사를 위해 카테터 쉬스 및 가이드 니들이 침습 장치에 장착되면, 침습 장치는 캘리브레이션을 위해 카메라를 통해 가이드 니들과 카테터 쉬스를 촬영하여 각각의 이미지를 생성할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는 침습 과정에서 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 가해지는 마찰력을 측정할 수 있다(S200). 예를 들어, 카테터 쉬스에 가이드 니들이 인입되어 함께 침습이 수행되면, 가이드 니들과 카테터 쉬스가 신체 조직에 맞닿아 마찰력이 발생할 수 있다. 침습 장치는 침습 과정에서 센서부를 통해 가이드 니들과 카테터 쉬스 각각에 발생하는 마찰력을 지속적으로 감지할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 침습 장치는 카메라에 의해 촬영된 이미지를 기반으로, 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다(S300). 또한, 침습 장치는 센서부에 의해 측정된 마찰력을 기반으로, 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 진폭을 결정할 수 있다(S300). 구체적으로, 침습 장치는 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 대한 제 1 이미지를 토대로, 제 1 의료 도구의 길이를 파악할 수 있다. 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서, 진동과 침습 목표 지점에 인입된 제 1 의료 도구의 끝단에서 발생하는 진동의 반사파에 의해 생성된 정상파의 보강 간섭이 일어나도록 하기 위해, 침습 장치는 파악된 제 1 의료 도구의 길이를 기초로, 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 그리고, 침습 장치는 제 1 이미지와 카메라에 의해 촬영된 제 2 의료 도구에 대한 제 2 이미지 간 캘리브레이션을 수행할 수 있다. 침습 장치는 캘리브레이션이 수행된 제 2 이미지를 기초로, 제 2 의료 도구의 길이를 파악할 수 있다. 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서 발생하는 보강 간섭의 진폭을 조절하기 위해, 침습 장치는 제 2 의료 도구의 길이를 기초로, 제 2 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 또한, 침습 장치는 침습 과정에서 측정된, 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 마찰력을 기초로, 제 1 의료 도구 혹은 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 진폭을 결정할 수 있다.
예를 들어, 침습 장치는 카테터 쉬스에 관한 제 1 이미지와 가이드 니들에 관한 제 2 이미지에 대한 캘리브레이션을 수행하고, 캘리브레이션 결과를 토대로 각 도구의 길이를 파악할 수 있다. 그리고, 침습 장치는 각 도구의 길이를 기초로 카테터 쉬스의 소정의 지점에서 진동과 가이드 니들의 끝단에서 발생하는 진동의 반사파의 보강 간섭이 일어나도록 진동의 주파수를 결정할 수 있다. 또한, 침습 장치는 센서부에 의해 감지되는 마찰력의 크기에 맞추어 진동의 진폭을 결정할 수 있다. 침습 장치는 이미지를 통해 파악된 가이드 니들의 길이를 토대로 결정된 주파수와 마찰력의 크기를 토대로 결정된 진폭을 적용하여 진동부에서 진동을 생성할 수 있다.
앞서 설명된 본 개시의 다양한 실시예는 추가 실시예와 결합될 수 있고, 상술한 상세한 설명에 비추어 당업자가 이해 가능한 범주에서 변경될 수 있다. 본 개시의 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 개시의 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 진동 특성을 이용한 침습 장치로서,
    침습을 위한 제 1 의료 도구를 촬영하는 카메라;
    상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 1 진동 모듈; 및
    상기 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 대한 이미지를 기초로, 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는 제어부;
    를 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 카메라에 의해 촬영된 제 1 의료 도구에 관한 제 1 이미지를 토대로, 상기 제 1 의료 도구의 길이를 파악하는,
    장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서, 상기 진동과 침습 목표 지점에 인입된 제 1 의료 도구의 끝단에서 발생하는 진동의 반사파에 의해 생성된 정상파의 보강 간섭이 일어나도록 하기 위해,
    상기 파악된 제 1 의료 도구의 길이를 기초로, 상기 제 1 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는,
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점은,
    침습 과정에서 상기 제 1 의료 도구가 신체 부위에 맞닿아 발생하는 마찰력이 작용하는 지점인,
    장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구에 전달되는 진동을 생성하는 제 2 진동 모듈;
    을 더 포함하는,
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 의료 도구에 관한 제 1 이미지와 상기 제 2 의료 도구에 관한 제 2 이미지 간 캘리브레이션(calibration)을 수행하는,
    장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 의료 도구의 소정의 지점에서 발생하는 보강 간섭의 진폭을 조절하기 위해,
    상기 제 1 이미지와 캘리브레이션 된 제 2 이미지를 토대로 파악된 제 2 의료 도구의 길이를 기초로, 상기 제 2 의료 도구에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는,
    장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 의료 도구의 탈부착을 위한 제 1 어댑터(adaptor); 및
    상기 제 2 의료 도구의 탈부착을 위한 제 2 어댑터;
    를 더 포함하는,
    장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 의료 도구는,
    채혈을 위한 바늘, 혹은 정맥 주사를 위한 카테터 쉬스(catheter sheath)를 포함하고
    상기 제 2 의료 도구는,
    상기 채혈을 위한 주사기, 상기 채혈을 위한 튜브(tube), 혹은 상기 정맥 주사를 위한 가이드 니들(guide needle)을 포함하는,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    침습 과정에서 상기 제 1 의료 도구, 혹은 상기 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 마찰력을 측정하기 위한 센서부;
    를 더 포함하는,
    장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 침습 과정에서 측정된, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나의 마찰력을 기초로, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 진폭을 결정하는,
    장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 제 1 의료 도구의 탈부착을 위한 제 1 어댑터가 결합되는 제 1 프레임(frame)에 구비되는 제 1 센서 모듈; 및
    상기 제 2 의료 도구의 탈부착을 위한 제 2 어댑터가 결합되는 제 2 프레임에 구비되는 제 2 센서 모듈;
    을 포함하는,
    장치.
  13. 진동 특성을 이용한 침습 장치에 의해 수행되는, 침습 방법으로서,
    침습을 위한 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 1 의료 도구와 상이한 제 2 의료 도구 중 적어도 하나를 촬영하여 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 이미지를 기반으로, 상기 제 1 의료 도구 혹은 상기 제 2 의료 도구 중 적어도 하나에 전달되는 진동의 주파수를 결정하는 단계;
    를 포함하는,
    방법.
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