WO2020138731A1 - Em sensor-based otolaryngology and neurosurgery medical training simulator and method - Google Patents

Abstract

The present invention may provide a medical training simulator comprising: a human body model unit which has an external shape following the human body and has therein an EM transmission module for transmitting an EM signal; an endoscope unit which has an external shape composed of an elongated rod inserted into the human body model unit and a handle, and receives the EM signal to generate and output motion information about the end of the rod; a display device which displays video information corresponding to the motion information, and presents the video information to trainees; a memory unit which stores the video information corresponding to the motion information about the endoscope unit; and a control device which reads, from the memory unit, the video information corresponding to the endoscope motion information obtained by receiving and processing the EM signal from the endoscope unit, and outputs the video information through the display device.

Description

EM 센서 기반 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터 및 방법EM sensor based otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator and method

본 발명은 의학실습 시뮬레이터에 관한 것으로, 더 상세하게는 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 살펴보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량 등의 움직임을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련하기 위한 의학실습용 시뮬레이터 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a medical practice simulator, and more specifically, the position and angle of the endoscope, the rotational direction, the amount of rotation, etc. required in the course of surgery while examining the organs inside the human body by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body. It relates to a simulator and method for medical practice to master the medical technology for manipulating the movement of the delicate.

현재 내과 분야에서 내시경을 이용한 검사 및 시술의 보급이 확대되고 있으며, 이는 무침투성의 장점을 갖는 내시경 검사 및 시술이 무엇보다도 환자의 위험부담을 줄이고, 시간과 비용을 절감하기 때문이다. 그러나 내시경의 좁은 시각과 제약된 움직임 때문에 시술은 높은 기술 숙련도를 요구한다.Currently, the spread of examinations and procedures using endoscopes in the medical field is expanding, because endoscopic examinations and procedures with the advantage of non-invasiveness reduce the risk of patients and save time and money, among other things. However, due to the narrow vision and limited movement of the endoscope, the procedure requires high technical proficiency.

현재 내과 수련의들은 먼저 내시경 조작방법을 학습한 후, 기술을 완벽히 습득한 전문의의 감독하에 직접 환자를 대상으로 조작연습을 하면서 내시경의 전문기술을 익히게 된다. 그러나 수련의들이 직접 환자를 대상으로 연습을 하는 경우에는 환자에게 끼치는 위험부담이 크고, 숙련 정도에 따라 시술시간에 많은 차이가 나며 미숙한 경우에는 환자를 손상시킬 수 있기 때문에, 보다 안전하고 효과적으로 소화기 내시경 시술을 습득할 수 있는 소화기 내시경 수련 시뮬레이터의 개발이 필요하다.Currently, internal medicine practitioners first learn how to operate an endoscope, and then master the expertise of an endoscope by directly practicing on a patient under the supervision of a specialist who has mastered the technique. However, if the practitioners practice directly on the patient, the risk to the patient is high, and there are many differences in the operation time depending on the skill level. It is necessary to develop a fire extinguisher endoscopic training simulator that can acquire procedures.

종래에 의료분야에서 가상현실을 응용한 사례는 대부분 3차원 이미지에 의존하는 시각적인 요소가 대부분이었다. 그 한 예로서, 미국의 하버드 의대팀은 CT (Computer Tomography) 검색사진으로부터 3차원 가상모델을 구성하고, 의사들이 직접 수술하기 전에 이런 3차원 가상모델 속에서 미리 연습해 볼 수 있는 가상현실 수련 시뮬레이터를 만들었으며, 미국 미네소타의 메이요 병원의 연구팀은 환자의 대장을 단층 촬영한 후 컴퓨터에서 재구성한 3차원 대장모델을 이용하여 대장암을 진단하고, 실제 수술에 앞서 가상 실습이 가능하도록 하였다.In the conventional medical field, virtual reality is mostly visual elements that rely on 3D images. As an example, the Harvard Medical School team in the United States constructs a 3D virtual model from a computer tomography (CT) search photo, and a virtual reality training simulator that allows doctors to practice in this 3D virtual model before surgery. The team at the Mayo Hospital in Minnesota, USA, diagnosed colorectal cancer using a 3D colon model reconstructed on a computer after tomography of the patient's large intestine, and enabled virtual practice prior to actual surgery.

그러나, 의료분야에서는 손의 미세한 감각을 이용하여 시술하는 작업이 많기 때문에 가상현실에서 이러한 작업을 구현하기 위해서는 시각적인 요소뿐만 아니라 역감 및 촉감까지도 재현되어야만 했다.However, in the medical field, many procedures are performed using the fine sensation of the hand, so in order to realize such a task in virtual reality, not only visual elements but also sensation and touch must be reproduced.

최근에는 햅틱장치 및 인터페이스 기술이 발달하면서 1993년에 MIT (Massachusetts Institute of Technology)에서 개발한 PHANToM이나 Immersion사의 Impulse Engine 등 상용 햅틱장치를 이용하여 의료용 수련 시뮬레이터를 구성하는 실례가 늘어나고 있다.Recently, with the development of haptic devices and interface technologies, examples of constructing medical training simulators using commercial haptic devices such as PHANToM developed by Massachusetts Institute of Technology (MIT) in 1993 or Impulse Engine of Immersion are increasing.

미쯔비시 전기 연구소에서는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 이미지로부터 구성된 무릎의 3차원 가상 모델과 PHANToM을 이용하여 무릎 외과수술 수련 시뮬레이터를 개발하였으며, KAIST(Korea Advanced Institute of Science and Technology)의 의료영상공학 연구센터에서는 PHANToM을 이용한 척수 침생검 모의 실험기를 개발하였다.The Mitsubishi Electric Research Institute developed a knee surgical surgery simulator using PHANToM and a three-dimensional virtual model of the knee constructed from MRI (Magnetic Resonance Imaging) images, and the KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) Medical Imaging Research Center A simulator for simulating spinal cord biopsy using PHANToM was developed.

그러나, 일반적인 사용을 목적으로 개발된 종래의 상용 햅틱장치는 특정 시술대상에 따라 특화된 기능을 필요로 하는 의료용 수련 시뮬레이터에 적용하는 데 한계가 있어, 대상 의료 작업에 특화된 햅틱 장치의 개발이 필요하였다.However, the conventional commercial haptic device developed for general use has a limitation in application to a medical training simulator that requires a specialized function according to a specific procedure object, and thus it is necessary to develop a haptic device specialized for a target medical task.

이러한 기술로는 대한민국 특허청에 소화기 내시경 수련 시뮬레이터용 햅틱장치를 명칭으로 하여 특허공개된 제10-2006-0030594호가 있으며, 이는 소화기 내시경 수련 시뮬레이터용 햅틱장치는 지지부와, 상기 지지부에 직선운동이 가능하게 설치되고 일측에 내시경 튜브의 일단이 고정되며 사용자의 조작에 따른 상기 내시경 튜브의 직선운동 정보를 소화기 내시경 수련 시뮬레이터의 제어기에 제공하고 그에 따른 역감 및 촉감을 상기 내시경 튜브를 통해 사용자에게 전달하는 직선 운동부, 및 상기 내시경 튜브의 회전운동이 가능하도록 상기 직선 운동부에 회전 가능하게 고정되며, 사용자의 조작에 따른 상기 내시경 튜브의 롤방향 회전운동 정보를 소화기 내시경 수련 시뮬레이터의 제어기에 제공하고 그에 따른 역감 및 촉감을 상기 내시경 튜브를 통해 사용자에게 전달하는 롤 회전 운동부를 포함하는 햅틱장치를 개시하고 있다.Such technology has been published in the Korean Patent Office No. 10-2006-0030594 published by the name of a haptic device for a fire extinguisher endoscope training simulator, which allows a haptic device for a fire extinguisher endoscope training simulator to have a support portion and a linear movement to the support portion. It is installed, and one end of the endoscope tube is fixed on one side, and provides a linear motion information of the endoscope tube according to the user's manipulation to the controller of the digestive endoscope training simulator, and delivers a sense of backlash and touch to the user through the endoscope tube. And, it is rotatably fixed to the linear movement portion to enable the rotational movement of the endoscope tube, providing the rotational direction of the rotational motion information of the endoscope tube according to the user's operation to the controller of the fire extinguisher endoscope training simulator and accordingly sense of sensation and touch Disclosed is a haptic device comprising a roll rotating motion part that delivers a to a user through the endoscope tube.

그리고, 대한민국 특허청에 소화기 내시경 시뮬레이션용 햅틱장치를 명칭으로 하여 특허공개된 제10-2009-0066453호가 있으며, 이는 지지 밑판을 구비한 지지부와, 상기 지지 밑판에 대하여 선회가 가능하고 일측에 내시경 튜브의 일단이 고정되며, 사용자의 조작에 따른 상기 내시경 튜브의 곡선운동 정보를 소화기 내시경 시뮬레이터의 제어부에 제공하고 그에 따른 반력을 상기 내시경 튜브를 통해 사용자에게 전달하는 직선운동 모사부, 및 상기 내시경 튜브의 회전운동이 가능하도록 상기 직선운동 모사부에 회전이 가능하게 고정되며, 사용자의 조작에 따른 상기 내시경 튜브의 롤 방향 회전운동 정보를 상기 제어부에 제공하고 그에 따른 반력을 상기 내시경 튜브를 통해 사용자에게 전달하는 롤 회전운동 모사부를 포함하는 소화기 내시경 시뮬레이션용 원형 햅틱장치를 개시하고 있다.And, there is a patent publication No. 10-2009-0066453 to the Republic of Korea Patent Office under the name of a haptic device for simulating a fire extinguisher, which is a support part having a support base plate, and is capable of pivoting about the support base plate and the endoscope tube on one side. Once fixed, a linear motion simulation unit that provides curved motion information of the endoscope tube according to the user's manipulation to the control unit of the extinguisher endoscope simulator and transmits the reaction force to the user through the endoscope tube, and rotation of the endoscope tube Rotation is fixed to the linear motion simulating unit so that movement is possible, and information on the rotational movement of the endoscope tube according to the user's manipulation is provided to the control unit and the reaction force is transmitted to the user through the endoscope tube. Disclosed is a circular haptic device for endoscopic simulation of a fire extinguisher that includes a roll rotation motion simulator.

상기한 바와 같이 종래에는 햅틱장치가 인체의 장기의 형상에 따른 역감이나 촉감을 모사하여 의학실습을 가능하게 하는 다양한 기술이 제안되고 있었다.As described above, various techniques have been proposed in the prior art in which haptic devices enable medical practice by simulating the sense of reversal or tactile sensation according to the shape of the human body.

그러나, 종래에는 소화기 등과 같이 선형으로 길게 형성된 장기에 대해 내시경 튜브를 인입하기 위한 과정을 시뮬레이션하는 데에 그칠 뿐이므로, 협소한 비강 내부로 내시경으로 인입시켜 비강 내부를 보면서 수술해야 하는 이비인후과 및 뇌, 척수 등 내부로 내시경을 인입시켜 수술하는 신경외과 수술을 위한 의학실습에는 그대로 적용하기가 어려운 문제가 있었다.However, in the prior art, it is only a simulation of the process for introducing an endoscope tube for a long-formed organ, such as a digestive system, so that the otolaryngology and the brain need to be operated while viewing the inside of the nasal cavity by introducing it into the narrow nasal cavity. There was a problem that it was difficult to apply the same to medical practice for neurosurgery surgery in which an endoscope was introduced into the spinal cord and the like.

이에 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 살펴보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량 등의 움직임을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련하기 위한 의학실습용 시뮬레이션 기술이 절실하게 요망되었다.Therefore, by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body, while examining the organs inside the human body, it is necessary to master medical techniques for delicately manipulating movements such as the position and angle of the endoscope, the rotation direction, and the amount of rotation required during surgery. The simulation technology for medical practice was desperately desired.

본 발명은 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량 등의 움직임을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련하기 위한 의학실습용 시뮬레이터 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is skilled in medical technology for delicately manipulating movements such as the position and angle of the endoscope, the rotation direction, and the amount of rotation, which are required in the course of surgery while viewing the organs inside the human body by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body. An object of the present invention is to provide a simulator and method for medical practice.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 의학실습 시뮬레이터는, 인체를 추종하는 외형을 가지며 내부에는 EM 신호를 송신하는 EM 송신모듈이 구비된 인체 모형부; 상기 인체 모형부에 인입되는 길이가 긴 막대와 손잡이의 외형을 가지며 상기 EM 신호를 수신하여 상기 막대의 종단의 움직임 정보를 생성하여 출력하는 내시경부; 상기 움직임 정보에 대응되는 영상정보를 표시하여 실습자에게 안내하는 디스플레이 장치; 상기 내시경부의 움직임 정보에 따르는 영상정보를 저장하는 메모리부; 및 상기 내시경부로부터 EM 신호를 수신하여 처리하여 획득된 내시경의 움직임 정보에 대응되는 영상정보를 상기 메모리부에서 독출하여 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Medical practice simulator according to the present invention for achieving the above object, the human body model unit having an external shape to follow the human body and equipped with an EM transmission module for transmitting an EM signal therein; An endoscope having an outer shape of a long rod and a handle inserted into the human body model, and receiving the EM signal to generate and output motion information of the end of the rod; A display device that displays image information corresponding to the motion information and guides the trainee; A memory unit for storing image information according to the motion information of the endoscope; And a control device that receives and processes an EM signal from the endoscope unit and reads image information corresponding to the motion information of the endoscope obtained from the endoscope unit and outputs it through the display device.

상기한 본 발명은 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량 등의 움직임을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련할 수 있게 하는 장점이 있다.The present invention described above is a medical technology for delicately manipulating movements such as the position and angle of the endoscope, the rotation direction, the amount of rotation, etc., required in the course of surgery while viewing the organs inside the human body by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body It has the advantage of being skilled.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 구성도.1 is a block diagram of an otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 EM 신호처리부의 구성도.2 is a configuration diagram of the EM signal processing unit of FIG. 1;

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 외관도.3 and 4 is an external view of the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이팅 방법의 절차도.Figure 5 is a procedure diagram of the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulation method according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명은 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련할 수 있게 한다.The present invention allows the skilled person to master medical technology for delicately manipulating the position and angle, rotation direction, and rotation amount of the endoscope, which is required in the course of surgery while viewing the organs inside the human body by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body. do.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 구성 및 동작을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 구성><Composition of Otolaryngology and Neurosurgery Medical Practice Simulator>

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 EM 신호처리부의 구성도이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 외관을 도시한 것이다.1 is a diagram showing the configuration of an otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a configuration diagram of the EM signal processing unit of Figure 1, Figures 3 to 4 are preferred embodiments of the present invention It shows the appearance of an otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to an example.

상기한 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터는, EM(Electro-Magnetic) 센서 기반으로, 제어장치(100)와, 메모리부(102)와, 디스플레이장치(104)와, 본체용 사용자 인터페이스부(106)와, 내시경부(108)와, 인체모형부(116)로 구성된다.The otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator described above is based on an EM (Electro-Magnetic) sensor, thecontrol device 100, the memory unit 102, thedisplay device 104, and the user interface unit 106 for the main body And, anendoscope portion 108 and a humanbody model portion 116.

상기 제어장치(100)와, 메모리부(102)와, 본체용 사용자 인터페이스부(106)는 본체용 하우징(150)내에 수용되며, 상기 본체용 하우징(150)은 육면체 형태로서 수술실에서 환자의 거치높이에 대응되게 형성되며, 본체용 하우징(150)의 상면에는 인체의 인체모형부(116)와 내시경부(108)가 위치하며, 일측에는 디스플레이장치(104)가 위치한다.Thecontrol device 100, the memory unit 102, and the user interface unit 106 for the main body are accommodated in thehousing 150 for the main body, and thehousing 150 for the main body is in the form of a hexahedron to mount the patient in the operating room. It is formed to correspond to the height, and the humanbody model part 116 and theendoscope part 108 are located on the upper surface of thehousing 150 for the main body, and thedisplay device 104 is located on one side.

상기 제어장치(100)는 상기 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 각부를 전반적으로 제어하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습을 위한 EM 신호처리를 이행한다.Thecontrol device 100 controls the parts of the otorhinolaryngology and neurosurgery medical practice simulator as a whole, and performs EM signal processing for otolaryngology and neurosurgery medical practice according to a preferred embodiment of the present invention.

상기 메모리부(102)는 상기 제어장치(100)의 처리 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하며, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습을 위한 영상정보를 저장한다. 특히 상기 영상정보는 내시경부의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량에 대응되게 저장된다.The memory unit 102 stores various information including the processing program of thecontrol device 100, and in particular stores image information for otolaryngology and neurosurgery medical practice according to a preferred embodiment of the present invention. In particular, the image information is stored corresponding to the position and angle of the endoscope, the rotation direction, and the rotation amount.

상기 디스플레이 장치(104)는 상기 제어장치(100)의 제어에 따른 영상정보를 출력하여 실습자에게 안내한다.Thedisplay device 104 outputs image information under the control of thecontrol device 100 and guides the trainee.

상기 본체용 사용자 인터페이스부(106)는 상기 전원 온오프 및 재시동 등과 같은 다양한 사용자 명령을 입력받아 상기 제어장치(100)에 제공한다.The user interface unit 106 for the main body receives various user commands such as power on/off and restart and provides them to thecontrol device 100.

이때, 본 발명에 따른 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터는, EM(Electro-Magnetic) 센서 기반으로, EM 송신 모듈(118)과 EM 수신 모듈(110)이 분리된 Dual 방식으로 구성될 수 있다. 또한, EM 송신 모듈(118)은 감지영역 내에 낮은 주파수의 일정한 양의 자장을 형성시키고, EM 수신 모듈(110)은 형성된 자장 신호를 판독하여 동작하게 된다.At this time, the otorhinolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to the present invention may be configured in a dual manner in which theEM transmission module 118 and the EM receivingmodule 110 are separated based on an EM (Electro-Magnetic) sensor. In addition, theEM transmission module 118 forms a constant amount of magnetic field at a low frequency in the sensing area, and theEM reception module 110 operates by reading the formed magnetic field signal.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 내시경부(108)의 외형은 이비인후과 및 신경외과의 수술시에 사용하는 내시경과 동일한 형태로 길이가 긴 막대와 손잡이로 구성된 외형을 가진다. 또한, 내시경부(108)의 내부에는 EM 수신모듈(110)과 EM 신호처리부(112)가 위치하며, 손잡이 부분에는 내시경용 사용자 인터페이스부(114)가 위치한다. 또한. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 상기의 내시경부(108)는 수술도구(122)와 연동하여 이비인후과 및 신경외과 수술을 위한 의학실습시에 사용될 수 있다.3 and 4, the outer shape of theendoscope 108 has the same shape as a long rod and a handle in the same shape as the endoscope used in the operation of the otolaryngology and neurosurgery. In addition, the EM receivingmodule 110 and theEM signal processor 112 are located inside theendoscope 108, and theendoscope user interface 114 is located in the handle portion. Also. 3 and 4, theendoscope 108 may be used in medical practice for otolaryngology and neurosurgery surgery in conjunction with thesurgical tool 122.

상기 EM 수신모듈(110)은 상기 인체모형부(116)에 내장된 EM 송신모듈(118)이 송신하는 EM 신호를 수신하여 EM 신호 처리부(112)로 제공한다.TheEM receiving module 110 receives the EM signal transmitted by theEM transmitting module 118 embedded in thehuman body model 116 and provides it to the EMsignal processing unit 112.

상기 환자의 이비인후과와 신경외과 수술을 위한 인체 형상으로 3D 프린팅된 모형으로, 내부에는 EM 송신모듈(118)이 내장된다. 상기 EM 송신모듈(118)은 EM 신호를 송출한다. 이때, 의학의 한 분과로서 이비인후(耳鼻咽喉)과는 귀(이), 코(비), 후두, 인두 그리고 두경부의 질병을 다루는 분야이고, 신경외과(神經外科)는 뇌, 척수, 뇌신경과 척수신경, 말초신경 등 신경계에 생기는 다양한 질환들에 대하여 수술적 치료를 하는 분야이다. 이에, 상기 인체모형부(116)는 이비인후과와 신경외과 수술을 위한 환자의 귀, 코, 후두, 인두 그리고 두경부의 이비인후 형상과 뇌, 척수 등 신경외과 수술용 모델이 모두 포함될 수 있다.3D printed model in the shape of a human body for otolaryngology and neurosurgery surgery of the patient, theEM transmission module 118 is embedded inside. TheEM transmission module 118 transmits an EM signal. At this time, as a branch of medicine, the otolaryngology department deals with diseases of the ear (ear), nose (rain), larynx, pharynx, and head and neck, and neurosurgery (神經外科) is the brain, spinal cord, and brain nerve It is a field of surgical treatment for various diseases in the nervous system, such as the hypertrophic spinal nerve and peripheral nerves. Thus, thehuman body model 116 may include both the ear, nose, larynx, pharynx and otolaryngology shapes of the head and neck, and neurosurgery models such as the brain and spinal cord for otolaryngology and neurosurgery surgery.

상기 내시경용 사용자 인터페이스부(114)는 다수의 버튼으로 구성되어 내시경의 온/오프 등과 같은 다양한 사용자 명령을 입력받아 상기 제어장치(100)에 제공한다.Theendoscope user interface 114 is composed of a plurality of buttons and receives various user commands, such as on/off of the endoscope, and provides it to thecontrol device 100.

<EM 신호 처리부의 구성><Configuration of EM signal processor>

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 EM 신호 처리부(112)의 구성을 도 2를 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.The configuration of the EMsignal processing unit 112 of the otorhinolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2.

상기 EM 신호 처리부(112)는 ADC부(200)와, 전처리부(202)와, 위치 및 각도 검출부(204)와, 후처리부(206)와, 메모리부(208)로 구성된다.The EMsignal processing unit 112 is composed of anADC unit 200, apre-processing unit 202, a position andangle detection unit 204, apost-processing unit 206, and amemory unit 208.

상기 ADC부(200)는 상기 EM 수신신호를 입력받아 ADC 처리하여 EM 수신정보를 제공받아 전처리부(202)로 제공한다.TheADC unit 200 receives the EM reception signal and processes the ADC to receive EM reception information and provides it to thepre-processing unit 202.

상기 전처리부(202)는 상기 EM 수신정보를 제공받아 잡음성분을 제거하여 위치 및 각도 검출부(204)로 제공한다. 상기의 잡음성분 제거과정을 좀더 설명하면, 현재의 EM 수신정보의 피크값과 이전의 EM 수신정보의 피크값의 차이가 미리 정해둔 임계치 이상인 경우에는 현재의 피크값을 이전의 피크값으로 기준으로 보정하여 잡음에 의한 영향을 제거한다.Thepre-processing unit 202 receives the EM reception information, removes noise components, and provides the position andangle detection units 204. When the noise component removal process is further described, when the difference between the peak value of the current EM reception information and the peak value of the previous EM reception information is equal to or greater than a predetermined threshold, the current peak value is based on the previous peak value. Correction to remove noise effects.

상기 위치 및 각도 검출부(204)는 상기 EM 수신정보를 제공받아 내시경부(108)의 위치 및 각도를 포함하는 움직임 정보를 검출하여 후처리부(206)에 제공한다.The position andangle detection unit 204 receives the EM reception information, detects motion information including the position and angle of theendoscope 108 and provides it to thepost-processing unit 206.

상기 후처리부(206)는 상기 내시경부(108)의 위치 및 각도를 포함하는 움직임 정보를 제공받아 후처리하여 출력한다. 상기 후처리는 상기 내시경부(108)의 위치 및 각도를 포함하는 움직임 정보를 입력받아 상기 내시경부(108)의 위치가 미리 정해둔 영역을 벗어나는 경우에는 예외처리한다. 또한 후처리부(206)는 상기 내시경부(108)의 위치 및 각도정보에 오차가 누적되는 것을 제한한다.Thepost-processing unit 206 receives motion information including the position and angle of theendoscope 108 and post-processes the output. The post-processing receives motion information including the position and angle of theendoscope 108 and exceptions when the position of theendoscope 108 falls outside a predetermined area. In addition, thepost-processing unit 206 limits the accumulation of errors in the position and angle information of theendoscope 108.

상기 메모리부(208)는 이전 EM 수신정보의 피크값 정보, 내시경부(108)의 위치 제한영역정보 등의 정보가 저장된다.In thememory unit 208, information such as peak value information of the previous EM reception information and location limitation area information of theendoscope 108 is stored.

<이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 외관><Appearance of Otolaryngology and Neurosurgery Medical Practice Simulator>

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터의 외관을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.Now, the appearance of an otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

상기 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터는 본체용 하우징(150)은 육면체의 입형상으로 수술실에서 환자의 거치높이에 대응되게 형성되며, 상면에는 인체의 인체모형부(116)와 내시경부(108)가 위치하며, 일측면에는 디스플레이장치(104)가 위치한다.In the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator, thehousing 150 for the main body is formed in a hexahedron shape corresponding to the height of the patient in the operating room, and thehuman body model 116 and theendoscope 108 of the human body are formed on the upper surface. Thedisplay device 104 is located on one side.

상기의 내시경부(108)는 길이가 긴 막대와 손잡이의 형태를 가지며, 상기 내시경부의 막대의 종단부분을 인체의 인체모형부(116)의 비강으로 진입시켜 내시경의 종단의 위치 및 각도를 변경하거나 회전하면서 의학실습을 이행한다.Theendoscope portion 108 has the form of a long rod and a handle, and enters the end portion of the endoscope rod into the nasal cavity of the humanbody model portion 116 to change the position and angle of the endoscope end or We rotate and practice medical practice.

이러한 내시경부(108)의 종단에 설치된 EM 수신모듈(110)이 수신한 EM 수신신호로부터 상기 내시경부(108)의 종단의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량을 검출하고, 그 검출된 내시경부(108)의 종단의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량에 대응되는 시뮬레이션 영상을 표시하여, 실습자가 인체 내부의 협소한 공간에서 내시경부(108)를 정밀하게 조작하는 것을 연습할 수 있게 한다.The position, angle, rotation direction, and rotation amount of the end of theendoscope 108 are detected from the EM reception signal received by theEM receiving module 110 installed at the end of theendoscope 108, and the detected endoscope By displaying a simulation image corresponding to the position, angle, rotational direction, and rotation amount of the end of (108), it is possible for the practitioner to practice precisely manipulating theendoscope 108 in a narrow space inside the human body.

<이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이팅 방법의 절차><Procedures for Simulating Otolaryngology and Neurosurgery Medical Practice>

이제 상기한 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터에 적용가능한 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이팅 방법을 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.Now, the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulation method applicable to the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator will be described in detail with reference to FIG. 5.

상기 제어장치(100)는 본체용 사용자 인터페이스부(106)를 통한 전원 온 또는 재시동 등이 요청되면, 메모리부(102)에 미리 저장된 타이틀 및 인트로 영상정보를 독출하여 디스플레이 장치(104)를 통해 출력하여 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터에 대한 안내를 이행하는 대기모드로 진입한다(300단계).When power on or restart is requested through the user interface 106 for the main body, thecontrol device 100 reads the title and intro image information previously stored in the memory unit 102 and outputs it through thedisplay device 104 By entering the standby mode to implement the guidance for the otolaryngology and neurosurgery medical practice simulator (step 300).

상기의 대기모드에서 상기 제어장치(100)는 실습자가 본체용 사용자 인터페이스부(106)를 통해 실습자 로그인을 요청하면(302단계), 미리 등록해둔 실습자 인증정보를 통해 실습자 로그인을 이행한다. 상기 실습자 로그인이 이행되면, 상기 제어장치(100)는 실습항목 안내정보를 메모리부(102)에서 독출하고 이를 디스플레이 장치(104)를 통해 출력하여 실습자에게 안내한다(304단계).In the standby mode, thecontrol device 100 performs a practitioner login through pre-registered practitioner authentication information when the practitioner requests a practitioner login through the user interface 106 for the main body (step 302). . When the login of the practitioner is performed, thecontrol device 100 reads out the training item guide information from the memory unit 102 and outputs it through thedisplay device 104 to guide the practitioner (step 304).

상기의 실습자가 상기 실습항목 안내정보를 토대로 어느 한 실습항목을 선택하면(306단계), 상기 제어장치(100)는 실습항목에 대응되는 영상정보를 메모리부(102)에서 로딩하여 출력하면서(308단계), 내시경부(108)로부터 내시경부(108)의 위치 및 각도를 포함하는 움직임 정보를 제공받고, 상기 움직임 정보와 이전 움직임 정보를 토대로 내시경부(108)의 회전방향 및 회전량을 더 검출하며, 상기 내시경부(108)의 움직임 정보와 회전방향 및 회전량이 획득되면, 상기 내시경부(108)의 위치, 각도 회전방향 및 회전량에 대응되게 미리 저장된 영상정보를 메모리부(102)에서 로딩하여 출력함으로써 의학실습 시뮬레이팅이 이루어질 수 있게 한다(310,312단계).When the practitioner selects a training item based on the training item guide information (step 306), thecontrol device 100 loads and outputs the image information corresponding to the training item from the memory unit 102 (308). Step), receiving motion information including the position and angle of theendoscope 108 from theendoscope 108, and further detecting the rotation direction and amount of rotation of theendoscope 108 based on the motion information and previous motion information When the motion information, the rotation direction and the rotation amount of theendoscope 108 are obtained, the memory 102 loads the pre-stored image information corresponding to the position, angular rotation direction and rotation of theendoscope 108 And outputting it so that medical practice simulation can be performed (steps 310 and 312).

상기한 바와 같이 본 발명은 이비인후과 및 신경외과 수술을 위한 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량을 정확하게 검출하고, 그 검출정보에 연동되는 실습영상을 표시하여 효과적으로 의학실습을 이행할 수 있게 한다.As described above, the present invention accurately detects the position and angle, rotational direction, and amount of rotation of the endoscope for otorhinolaryngology and neurosurgery surgery, and displays a practice image linked to the detection information to effectively implement medical practice. .

상기의 본 발명의 바람직한 실시예에서는 이비인후과 및 신경외과 수술을 위한 시뮬레이션에 적용한 예만을 설명하였으나 인체에 대한 다양한 의학실습을 위한 시뮬레이터로 사용될 수 있으며, 이는 본 발명에 의해 당업자에게 자명하다.In the preferred embodiment of the present invention described above, only the example applied to the simulation for otolaryngology and neurosurgery surgery can be used as a simulator for various medical practices for the human body, which is apparent to those skilled in the art by the present invention.

상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the technical ideas described in the embodiments of the present invention may be implemented independently of each other, or may be implemented in combination with each other. In addition, the present invention has been described through the embodiments described in the drawings and the detailed description of the invention, which is only exemplary, and those skilled in the art to which the present invention pertains may have various modifications and other equivalent embodiments It is possible. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

<도면의 부호에 대한 설명><Description of drawing symbols>

100 : 제어장치100: control device

102 : 메모리부102: memory unit

104 : 디스플레이 장치104: display device

106 : 본체용 사용자 인터페이스부106: user interface unit for the main body

108 : 내시경부108: endoscopy

110 : EM 수신모듈110: EM receiving module

112 : EM 신호처리부112: EM signal processing unit

114 : 내시경용 사용자 인터페이스부114: endoscope user interface

116 : 인체모형부116: human body model

118 : EM 송신모듈118: EM transmission module

본 발명은 인체 내부의 협소한 공간에 내시경을 인입시켜 인체 내부의 장기를 보면서 수술하는 과정에서 요구되는, 내시경의 위치 및 각도, 회전방향, 회전량을 섬세하게 조작하는 의학기술을 숙련할 수 있게 하는 의학실습 시뮬레이터에 적용할 수 있다. 특히, 이비인후과 및 신경외과 의학실습 시뮬레이터에 적용가능하고 확장하여 인체에 대한 다양한 의학실습을 위한 시뮬레이터에도 확장 가능하다.The present invention allows the skilled person to master medical technology for delicately manipulating the position and angle, rotation direction, and rotation amount of the endoscope, which is required in the course of surgery while viewing the organs inside the human body by introducing the endoscope into a narrow space inside the human body. Can be applied to medical practice simulators. In particular, it is applicable to the otorhinolaryngology and neurosurgery medical practice simulators, and can be extended to expand the simulator for various medical practices for the human body.

Claims (12)

1. 의학실습 시뮬레이터에 있어서,In medical practice simulator,

   인체를 추종하는 외형을 가지며 내부에는 EM 신호를 송신하는 EM 송신모듈이 구비된 인체 모형부;A human body model unit having an external shape that follows the human body and having an EM transmission module for transmitting an EM signal therein;

   상기 인체 모형부에 인입되는 길이가 긴 막대와 손잡이의 외형을 가지며 상기 EM 신호를 수신하여 상기 막대의 종단의 움직임 정보를 생성하여 출력하는 내시경부;An endoscope having an outer shape of a long rod and a handle inserted into the human body model, and receiving the EM signal to generate and output motion information of the end of the rod;

   상기 움직임 정보에 대응되는 영상정보를 표시하여 실습자에게 안내하는 디스플레이 장치;A display device that displays image information corresponding to the motion information and guides the trainee;

   상기 내시경부의 움직임 정보에 따르는 영상정보를 저장하는 메모리부; 및A memory unit for storing image information according to the motion information of the endoscope; And

   상기 내시경부로부터 EM 신호를 수신하여 처리하여 획득된 내시경의 움직임 정보에 대응되는 영상정보를 상기 메모리부에서 독출하여 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.And a control device that reads from the memory unit and outputs image information corresponding to the motion information of the endoscope obtained by receiving and processing an EM signal from the endoscope unit and outputting it through the display device.
2. 의학실습 시뮬레이터에 있어서,In medical practice simulator,

   인체를 추종하는 외형을 가지며 내부에는 EM 신호를 송신하는 EM 송신모듈이 구비된 인체 모형부;A human body model unit having an external shape that follows the human body and having an EM transmission module for transmitting an EM signal therein;

   상기 인체 모형부에 인입되는 길이가 긴 막대와 손잡이의 외형을 가지며 상기 EM 신호를 수신하여 상기 막대의 종단의 움직임 정보를 생성하여 출력하는 내시경부;An endoscope having an outer shape of a long rod and a handle inserted into the human body model, and receiving the EM signal to generate and output motion information of the end of the rod;

   상기 움직임 정보 및 회전방향, 회전량에 대응되는 영상정보를 표시하여 실습자에게 안내하는 디스플레이 장치;A display device for guiding a trainee by displaying image information corresponding to the motion information, rotation direction, and rotation amount;

   상기 내시경부의 움직임 정보에 따르는 영상정보를 저장하는 메모리부; 및A memory unit for storing image information according to the motion information of the endoscope; And

   상기 내시경부로부터 움직임 정보를 제공받으면 이전 움직임 정보와 비교하여 회전방향 및 회전량을 검출하고, 상기 움직임 정보와 회전방향, 회전량에 대응되게 저장된 영상정보를 상기 메모리부에서 독출하여 상기 디스플레이 장치를 통해 출력하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.When motion information is provided from the endoscope, the rotation direction and the amount of rotation are detected in comparison with the previous motion information, and image information stored corresponding to the motion information, the rotation direction and the amount of rotation is read out from the memory unit to display the display device. Control device for outputting through; Medical practice simulator comprising a.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2,

   상기 내시경부는,The endoscope portion,

   상기 EM 신호를 수신하는 EM 수신모듈;An EM receiving module for receiving the EM signal;

   상기 EM 수신모듈로부터 제공되는 EM 신호를 처리하여 상기 내시경부의 움직임을 지시하는 위치 및 각도를 포함하는 움직임 정보를 생성하여 출력하는 EM 신호처리부;를 내부에 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.And an EM signal processing unit that processes and outputs motion information including a position and an angle indicating the movement of the endoscope by processing the EM signal provided from the EM receiving module.
4. 제3항에 있어서,According to claim 3,

   상기 EM 신호 처리부는,The EM signal processing unit,

   상기 EM 신호의 잡음 성분을 제거하는 전처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.Medical practice simulator further comprising a pre-processing unit for removing the noise component of the EM signal.
5. 제3항에 있어서,According to claim 3,

   상기 EM 신호 처리부는,The EM signal processing unit,

   상기 내시경부의 위치가 미리 정해둔 영역을 벗어나는 경우에는 예외처리함을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.When the position of the endoscope is outside the predetermined area, medical practice simulator characterized in that an exception is handled.
6. 제3항에 있어서,According to claim 3,

   상기 인체 모형부는 환자의 이비인후과와 신경외과 수술을 위한 인체 형상으로 3D 프린팅된 모형인 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이터.The human body model unit is a medical practice simulator, characterized in that the 3D printed model in the shape of a human body for otolaryngology and neurosurgery surgery.
7. 의학실습 시뮬레이팅 방법에 있어서,In the medical practice simulation method,

   인체를 추종하는 외형을 가지며 내부에는 EM 신호를 송신하는 EM 송신모듈이 구비된 인체 모형부에, 막대와 손잡이의 외형을 가지며 상기 EM 신호를 수신하여 내시경의 움직임 정보를 생성하여 출력하는 내시경부로부터 내시경부의 움직임에 따르는 움직임 정보를 제공받는 단계; 및The human body model has an external shape that follows the human body and is equipped with an EM transmission module that transmits an EM signal. Receiving motion information according to the movement of the endoscope; And

   상기 내시경부의 움직임 정보에 대응되는 영상정보를 메모리로부터에서 독출하여 표시하여 실습자에게 안내하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.And guiding a trainee by reading and displaying image information corresponding to the motion information of the endoscope from a memory and displaying it to a trainee.
8. 의학실습 시뮬레이팅 방법에 있어서,In the medical practice simulation method,

   인체를 추종하는 외형을 가지며 내부에는 EM 신호를 송신하는 EM 송신모듈이 구비된 인체 모형부에, 막대와 손잡이의 외형을 가지며 상기 EM 신호를 수신하여 내시경의 움직임 정보를 생성하여 출력하는 내시경부로부터 내시경부의 움직임에 따르는 움직임 정보를 제공받는 단계;The human body model part having an external shape that follows the human body and equipped with an EM transmission module for transmitting an EM signal, has an external shape of a rod and a handle, and receives the EM signal to generate and output motion information of the endoscope from the endoscope unit. Receiving motion information according to the movement of the endoscope;

   상기 움직임 정보가 제공되면, 이전 움직임 정보와 현재의 움직임 정보를 비교하여 회전방향 및 회전량을 검출하는 단계; 및If the motion information is provided, comparing the previous motion information with the current motion information to detect a rotation direction and a rotation amount; And

   상기 내시경부의 움직임 정보 및 회전방향, 회전량에 대응되게 저장된 영상정보를 메모리로부터에서 독출하여 표시하여 실습자에게 안내하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.A method of simulating medical practice, comprising: reading and displaying image information stored in correspondence with the motion information of the endoscope, rotational direction, and rotation amount from a memory to guide the trainee.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,The method of claim 7 or 8,

   상기 내시경부가 생성하는 움직임 정보는, 상기 내시경부의 움직임을 지시하는 위치 및 각도에 대한 정보임을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.A method of simulating medical practice, wherein the motion information generated by the endoscope is information on a position and an angle indicating the movement of the endoscope.
10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,

    상기 EM 신호의 잡음 성분을 제거하는 전처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.And a pre-processing step of removing the noise component of the EM signal.
11. 제9항에 있어서,The method of claim 9,

    상기 내시경부의 위치가 미리 정해둔 영역을 벗어나는 경우에는 예외처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.If the position of the endoscope is outside the predetermined area, the medical practice simulation method further comprising the step of processing an exception.
12. 제9항에 있어서,The method of claim 9,

    상기 인체 모형부는 환자의 이비인후과와 신경외과 수술을 위한 인체 형상으로 3D 프린팅된 모형인 것을 특징으로 하는 의학실습 시뮬레이팅 방법.The human body model is a medical practice simulation method, characterized in that the 3D printed model in the shape of a human body for otolaryngology and neurosurgery surgery of the patient.

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