KR100676928B1 - Automatic re-registeration method in medical navigation system - Google Patents

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KR100676928B1
KR100676928B1 KR1020050086645A KR20050086645A KR100676928B1 KR 100676928 B1 KR100676928 B1 KR 100676928B1 KR 1020050086645 A KR1020050086645 A KR 1020050086645A KR 20050086645 A KR20050086645 A KR 20050086645A KR 100676928 B1 KR100676928 B1 KR 100676928B1
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reference frame
coordinate system
sensing means
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surgical navigation
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KR1020050086645A
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강현재
김형민
허원창
김철영
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주식회사 사이버메드
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Abstract

An automatic re-registration method in a medical navigation system is provided to maintain accuracy of a navigation of the medical navigation system by correcting the changed contents. An automatic re-registration method in a medical navigation system(2) includes the steps of: seizing a relative position between a reference frame(4) and an auxiliary reference frame(50) through a sensing unit; seizing whether a change in the relative position between the reference frame(4) and the auxiliary reference frame(50) exists or not through the sensing unit; and correcting an error of a correlation between image data and a patient(1) by using the seized change, wherein the relative position of the auxiliary reference frame(50) for the sensing unit is calculated.

Description

수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법{AUTOMATIC RE-REGISTERATION METHOD IN MEDICAL NAVIGATION SYSTEM}Automatic re-registration method of surgical navigation device {AUTOMATIC RE-REGISTERATION METHOD IN MEDICAL NAVIGATION SYSTEM}

도 1은 종래의 수술용 항법 장치를 설명하는 도면,1 is a view for explaining a conventional surgical navigation device,

도 2는 수술용 항법 장치에 이용되는 프로브의 일 예를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of a probe used in a surgical navigation device,

도 3은 지표점을 이용한 등록 방법을 개념적으로 설명하는 도면,3 is a view conceptually illustrating a registration method using an index point;

도 4는 본 발명에 따라 재등록을 행하기 위한 시스템의 일 예를 나타내는 도면,4 is a diagram illustrating an example of a system for re-registration according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 재등록 방법을 설명하는 도면,5 is a diagram illustrating a re-registration method according to the present invention;

도 6은 기준 프레임이 움직이지 않은 경우에 좌표계간의 상관관계를 나타내는 도면,6 is a view showing a correlation between coordinate systems when a reference frame is not moved;

도 7은 기준 프레임이 움직인 경우에 좌표계간의 상관관계를 나타내는 도면.7 is a diagram illustrating a correlation between coordinate systems when a reference frame is moved.

본 발명은 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법에 관한 것으로, 특히 보조 기준 프레임을 도입하여 수술용 항법 장치에 저장된 이미지 데이터와 수술장 내의 환자의 위치 간의 상관관계의 오차를 보정 또는 재등록하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for automatic re-registration of a surgical navigation device, in particular a method of correcting or re-registering the error of the correlation between the image data stored in the surgical navigation device and the position of the patient in the operating room by introducing an auxiliary reference frame It is about.

도 1은 종래의 수술용 항법 장치를 설명하는 도면으로서, 수술장 내에 환자(101), 수술용 항법 장치(102; Medical Navigation System), 적외선 카메라(103), 환자에 고정되어 있는 기준 프레임(104; Reference Frame)이 도시되어 있다.1 is a view illustrating a conventional surgical navigation apparatus, a patient 101, a surgical navigation system 102 (medical navigation system), an infrared camera 103, a reference frame fixed to the patient in the operating room Reference Frame) is shown.

수술용 항법 장치(102)는 MRI, CT, PET와 같은 의료용 이미지 데이터(이하. 이미지 데이터)를 저장하고 있으며, 수술 중에 의사가 보고자하는 환자(101)의 환부에 대응하는 이미지 데이터를 (수술용 항법 장치(102)에 마련된) 모니터(105)를 통해 보여주는 역할을 한다.The surgical navigation device 102 stores medical image data (hereinafter, image data) such as MRI, CT, and PET, and transmits image data corresponding to the affected part of the patient 101 to be viewed by a doctor during surgery (for surgery). Serves to show through the monitor 105 (provided in the navigation apparatus 102).

도 2는 수술용 항법 장치에 이용되는 프로브의 일 예를 나타내는 도면으로서, 프로브(201;Probe)는 의사가 보고자하는 환자(101)의 환부를 가르키는 도구이며, 의사가 환자(101)의 환부에 프로브(201)를 가져갈 때, 수술용 항법 장치(103)가 프로브(201)의 위치를, 기준 프레임(104)을 기준으로, 적외선 카메라(103)를 통해 인식하여(프로브(201)에 마련된 적외선 반사구(202)를 적외선 카메라(103)가 인식하여 이 위치 정보를 수술용 항법 장치(102)에 알려주어), 이 위치에 대응하는 이미지 데이터를 모니터(105) 상에 나타내게 된다. 여기서, 기준 프레임(104)의 위치 또한 기준 프레임(104)에 마련된 적외선 반사구(130)를 적외선 카메라(103)가 인식함으로써 파악된다.2 is a view showing an example of a probe used in a surgical navigation device, the probe 201 (Probe) is a tool for indicating the affected part of the patient 101 that the doctor wants to see, the doctor is affected by the affected part of the patient 101 When the probe 201 is taken to the surgical navigation apparatus 103, the surgical navigation apparatus 103 recognizes the position of the probe 201 through the infrared camera 103 based on the reference frame 104 (provided in the probe 201). The infrared reflector 202 recognizes the infrared camera 103 and informs the surgical navigation apparatus 102 of this position information, and the image data corresponding to this position is displayed on the monitor 105. Here, the position of the reference frame 104 is also determined by the infrared camera 103 to recognize the infrared reflector 130 provided in the reference frame 104.

이러한 작동을 위해, 수술용 항법 장치(102)에 저장된 이미지 데이터와 수술장 내의 환자(101)의 위치를 연관지우는 작업(이미지 데이터 좌표계와 환자의 위치 좌표계를 맵핑하는 작업)이 선행되어야 하는데, 이러한 작업을 등록(Registration)이라 한다. 이러한 등록은 다양한 방법으로 이루어질 수 있지만, 여기서는 지표점 (106; Fiducial Marks)을 이용한 등록 방법에 대하여 설명한다.For this operation, the task of associating the image data stored in the surgical navigation device 102 with the position of the patient 101 in the operating room (mapping the image data coordinate system and the position coordinate system of the patient) must be preceded. The job is called Registration. This registration can be done in a variety of ways, but here, a registration method using fiducial marks 106 will be described.

도 3은 지표점을 이용한 등록 방법을 개념적으로 설명하는 도면으로서, 등록은 이미지 데이터에 마련된 이미지 데이터 좌표계(107), 적외선 카메라(103)에 마련된 카메라 좌표계(108), 그리고 기준 프레임(104)에 마련된 기준 프레임 좌표계(109)를 이용한다.3 is a diagram conceptually illustrating a registration method using an index point, wherein registration is performed on an image data coordinate system 107 provided in the image data, a camera coordinate system 108 provided on the infrared camera 103, and a reference frame 104. The reference frame coordinate system 109 provided is used.

이 등록의 원리는 환자(101)의 지표점(106)과 이미지 데이터 상의 지표점(111)이 동일하는 것이며(이미지 데이터는 환자가 지표점(106)을 부착한 상태에서 만들어진 것이므로, 지표점(106)과 지표점(111)은 동일한 위치관계에 있어야 한다.), 등록은 이 점들간의 상관 관계를 찾아냄으로써 이루어진다.The principle of this registration is that the index point 106 of the patient 101 and the index point 111 on the image data are the same (the image data is created while the patient attaches the index point 106, 106) and the index point 111 should be in the same positional relationship.) Registration is done by finding correlation between these points.

즉, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치(좌표값 내지는 벡터)는 이미지 데이터 좌표계(107) 상에서 지표점(111)의 위치(좌표값 내지는 벡터)와 동일한 것이다.That is, the position (coordinate value or vector) of the index point 106 on the reference frame coordinate system 109 is the same as the position (coordinate value or vector) of the index point 111 on the image data coordinate system 107.

이미지 데이터 좌표계(107) 상에서 지표점(111)의 위치는 이미 주어져 있으며, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치는 지표점(106)에 프로브(201)를 위치시킴으로써 알 수 있다. 이들은 3차원 공간상의 점들이므로, 적어도 세개의 지표점의 위치 정보가 필요하다. 엄밀하게는, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치는, 적외선 카메라(103)가 기준 프레임(104)에 마련된 적외선 반사구(130)를 인식함으로써 기준 프레임 좌표계(109)를 인식하고(카메라 좌표계(108)에 대하여 기준 프레임 좌표계(109)를 나타내고), 프로브(201)에 마련된 적외선 반사구(202)를 인식함으로써 지표점(106)의 위치를 인식한 다음(카메라 좌 표계(108)에 대하여 지표점(106)의 위치를 나타낸 다음), 지표점(106)의 위치를 기준 프레임 좌표계(109) 대한 상대 좌표로 나타냄으로써 얻어진다. 한편, 지표점(106) 및 프로브(201)의 위치를 기준 프레임 좌표계(109)에 대하여 상대적으로 표시함으로써 기준 프레임 좌표계(109)와 환자(101)의 위치 관계는 적외선 카메라(103)의 이동에 대해 아무런 영향도 받지 않게 된다.The position of the ground point 111 on the image data coordinate system 107 has already been given, and the position of the ground point 106 on the reference frame coordinate system 109 can be known by placing the probe 201 at the ground point 106. . Since these are points in three-dimensional space, position information of at least three ground points is required. Strictly, the position of the ground point 106 on the reference frame coordinate system 109 recognizes the reference frame coordinate system 109 by allowing the infrared camera 103 to recognize the infrared reflector 130 provided in the reference frame 104. (Represents the reference frame coordinate system 109 with respect to the camera coordinate system 108), and recognizes the position of the ground point 106 by recognizing the infrared reflector 202 provided in the probe 201 (camera coordinate system 108). The position of the index point 106 relative to the reference frame coordinate system 109 is obtained by indicating the position of the index point 106 relative to the reference frame coordinate system 109. On the other hand, the position of the ground point 106 and the probe 201 are displayed relative to the reference frame coordinate system 109 so that the positional relationship between the reference frame coordinate system 109 and the patient 101 is dependent on the movement of the infrared camera 103. Will not be affected.

이해를 돕기 위해 등록 과정을 수학적인 방식으로 설명하면, 기준 프레임 좌표계(109) 상의 점 (Xr1,Yr1,Zr1), (Xr2,Yr2,Zr2), (Xr3,Yr3,Zr3)을, 이미지 데이터 좌표계(107) 상의 점 (Xi1,Yi1,Zi1), (Xi2,Yi2,Zi2), (Xi3,Yi3,Zi3)으로 변환시키는 행렬 T를 찾는 과정이라 할 수 있다.For the sake of understanding, the registration process is described in a mathematical manner: points (X r1 , Y r1 , Z r1 ), (X r2 , Y r2 , Z r2 ), (X r3 , Y r3 ) on the reference frame coordinate system 109. , Z r3 ), a matrix for converting to points (X i1 , Y i1 , Z i1 ), (X i2 , Y i2 , Z i2 ), (X i3 , Y i3 , Z i3 ) on the image data coordinate system 107. It is a process of finding T.

수술에 앞서 한번 등록이 이루어지면, 재차 등록을 하지 않는 것이 바람직하지만, 이것은 환자(101)와 기준 프레임(104)의 위치 관계가 변하지 않는 것을 전제로 한다.Once registration is made prior to surgery, it is preferable not to register again, but this is based on the premise that the positional relationship between the patient 101 and the reference frame 104 does not change.

그러나, 실제 수술의 과정에서는 의사와의 접촉, 다른 수술 도구와의 충돌 또는 위치 변경의 필요성 등으로 인해 환자(101)와 기준 프레임(104)의 위치 관계가 변경될 수 있으며, 이러한 변경은 기준 프레임 좌표계와 이미지 데이터 좌표계의 불일치를 가져와 수술용 항법 장치 상에서 오차를 야기하며, 이는 무엇보다도 정확성이 요구되는 수술에 있어 제거되어야 할 문제점이라 할 수 있다(실제 수술용 항법 장치(102)를 이용한 수술에서 환자(101)는 고정대에 확실하게 고정되지만, 기준 프레임(104)은 어댑터를 통해 고정대에 연결되므로, 빈번히 기준 프레임(104)과 환자(101) 사이의 위치 관계의 변동이 일어나는 문제점이 있다.) However, in actual surgery, the positional relationship between the patient 101 and the reference frame 104 may be changed due to contact with a doctor, a collision with another surgical tool, or a need for a change of position, and such a change may be performed by the reference frame. Inconsistency between the coordinate system and the image data coordinate system causes an error on the surgical navigation system, which can be said to be a problem that must be eliminated in the surgery requiring accuracy (among other things in the surgery using the actual surgical navigation device 102). The patient 101 is firmly fixed to the holder, but since the reference frame 104 is connected to the holder via an adapter, there is a problem that the positional relationship between the reference frame 104 and the patient 101 frequently changes.)

본 발명은 환자와 기준 프레임의 위치 관계가 변경되는 경우에 수술용 항법 장치에서 보정 또는 재등록을 행하는, 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an automatic re-registration method of a surgical navigation apparatus which performs correction or re-registration in the surgical navigation apparatus when the positional relationship between the patient and the reference frame is changed.

또한 본 발명은 환자와 기준 프레임의 위치 관계가 변경되는 경우에 의사에 의한 별도의 조치없이 자동적으로 이를 감지하여 보정 또는 재등록을 행하는, 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an automatic re-registration method of a surgical navigation device for detecting and correcting or re-registration automatically when the positional relationship between the patient and the reference frame is changed without a separate action by a doctor. do.

이를 위해, 본 발명은 수술용 항법 장치에 연결된 감지 수단, 감지 수단에 의해 위치가 감지될 수 있는 위치 표시 수단이 구비된 기준 프레임, 그리고 기준 프레임과 거리를 두고 있으며 감지 수단에 의해 위치가 감지될 수 있는 위치 표시 수단이 구비된 보조 기준 프레임을 이용하여, 수술용 항법 장치에 저장된 이미지 데이터와 수술장 내의 환자의 위치 간의 상관관계의 오차를 보정하는, 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법에 있어서, 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 감지 수단을 통해 파악하는 제1 단계, 제1 단계에서 파악된 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치에 변동이 있는지를 감지 수단을 통해 파악하는 제2 단계 그리고, 제2 단계에서 파악된 변동을 이용하여 이미지 데이터와 환자의 위치 간의 상관관계의 오차를 보정하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법을 제공한다. 감지 수단으로는 주로 적외선 카메 라가 이용되고, 위치 인식 수단으로는 주로 적외선 반사구가 이용되지만, 감지 수단 및 위치 인식 수단으로는 위치를 인식할 수 있는 수단이라면 어떠한 형태의 장치가 사용되어도 좋다. 예를 들어, 오로라와 같이 자기를 이용하여 위치를 감지하는 수단이 이용될 수 있으며, 적외선 반사구 대신에 적외선 에미터(Emitter)가 이용될 수도 있다.To this end, the present invention provides a sensing means connected to the surgical navigation apparatus, a reference frame having a position indicating means capable of detecting a position by the sensing means, and a distance from the reference frame and the position being detected by the sensing means. In the automatic re-registration method of the surgical navigation apparatus for correcting the error of the correlation between the image data stored in the surgical navigation apparatus and the position of the patient in the operating room using an auxiliary reference frame provided with a position display means The first step of determining the relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame through the sensing means, the second step of determining whether the relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame identified in the first step is changed by the sensing means And, using the variation identified in the second step, the error of the correlation between the image data and the position of the patient It provides a method for automatically re-registering the surgical navigation device comprising a; step of correcting. The infrared camera is mainly used as the sensing means, and the infrared reflector is mainly used as the position recognition means. However, any type of device may be used as the means for recognizing the position as the sensing means and the position recognition means. For example, a means for detecting a location using magnetism, such as Aurora, may be used, and an infrared emitter may be used instead of an infrared reflector.

또한 본 발명은 제1 단계에서 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치의 파악은 감지 수단을 통해 감지 수단에 대한 기준 프레임의 상대적 위치를 파악하고, 감지 수단에 대한 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 구함으로써 파악되는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법을 제공한다. 따라서 카메라의 위치 변화는 본 발명의 작동에 영향을 미치지 않게 된다.In addition, the present invention is to determine the relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame in the first step by detecting the relative position of the reference frame with respect to the sensing means through the sensing means, by obtaining the relative position of the auxiliary reference frame with respect to the sensing means Provided is an automatic re-registration method of a surgical navigation device characterized in that it is identified. Thus, the change in the position of the camera does not affect the operation of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명에 따라 재등록을 행하기 위한 시스템의 일 예를 나타내는 도면으로서, 수술장 내에 환자(1), 수술용 항법 장치(2; Medical Navigation System), 수술용 항법 장치(2)에 연결된 적외선 카메라(3; 연결선 도시 생략), 환자에 고정되어 있는 기준 프레임(4; Reference Frame)이 구비되어 있으며, 이에 더하여 보조 기준 프레임(50; Extra Reference Frame)이 구비되어 있다. 보조 기준 프레임(50)은 기준 프레임(4)의 움직임을 감지하여 수술용 항법 장치에서 재등록을 행하기 위한 것이며, 적외선 카메라(3)에 의해 감지될 수 있는 범위 내에서 환자(1)의 환부에서 멀리 떨어져 있으며(의사가 행동하는 곳으로부터 떨어져서), 움직임이 없는 부분(예: 환자(1)의 베드)에 고정되는 것이 바람직하다. 여기서 보조 기 준 프레임(50)의 위치는 보조 기준 프레임(50)에 구비된 적외선 반사구(51)를 적외선 카메라(3)가 인식함으로써 파악된다.FIG. 4 is a view showing an example of a system for re-registration according to the present invention, in which a patient 1, a surgical navigation apparatus 2, a medical navigation system 2, and a surgical navigation apparatus 2 are installed within an operating room. A connected infrared camera 3 (not shown in the connection line) and a reference frame 4 fixed to the patient are provided. In addition, an auxiliary reference frame 50 is provided. The auxiliary reference frame 50 is for re-registration in the surgical navigation apparatus by detecting the movement of the reference frame 4, and the affected part of the patient 1 within a range that can be detected by the infrared camera 3. It is desirable to be distant from (where the doctor acts) and fixed to the stationary part (eg the bed of the patient 1). In this case, the position of the auxiliary reference frame 50 is determined by the infrared camera 3 recognizing the infrared reflector 51 provided in the auxiliary reference frame 50.

도 5는 본 발명에 따른 재등록 방법을 설명하는 도면으로서, 이미지 데이터에 마련된 이미지 데이터 좌표계(7), 적외선 카메라(3)에 마련된 카메라 좌표계(8), 그리고 기준 프레임(4)에 마련된 기준 프레임 좌표계(9)가 도시되어 있으며, 이에 더하여 보조 기준 프레임(50)에 마련된 보조 기준 프레임 좌표계(10)가 도시되어 있다.5 is a view for explaining a re-registration method according to the present invention, wherein the image data coordinate system 7 provided in the image data, the camera coordinate system 8 provided in the infrared camera 3, and the reference frame provided in the reference frame 4 are provided. Coordinate system 9 is shown, in addition, an auxiliary reference frame coordinate system 10 provided in auxiliary reference frame 50 is shown.

수술용 항법 장치(2)는 등록의 과정에서 적외선 카메라(3)를 통해 기준 프레임(4)과 보조 기준 프레임(50)의 위치를 감지하여 기준 프레임 좌표계(9)와 보조 기준 프레임 좌표계(10)를 생성하고, 기준 프레임 좌표계(9)와 보조 기준 프레임 좌표계(9)의 상대적 위치 관계를 파악해 둔다.The surgical navigation apparatus 2 detects the position of the reference frame 4 and the auxiliary reference frame 50 through the infrared camera 3 during the registration process, and thus the reference frame coordinate system 9 and the auxiliary reference frame coordinate system 10. Is generated and the relative positional relationship between the reference frame coordinate system 9 and the auxiliary reference frame coordinate system 9 is grasped.

기준 프레임(4)의 위치가 어떤 외부적 충격에 의해 변경되면, 이는 기준 프레임 좌표계(9)와 보조 기준 프레임 좌표계(10) 사이의 상대적 위치 관계에 변화를 가져오며, 수술용 항법 장치(2)는 이를 감지하여 변화된 위치에 맞추어 이들 사이의 관계를 보정하게 되는 것이다.If the position of the reference frame 4 is changed by any external impact, this results in a change in the relative positional relationship between the reference frame coordinate system 9 and the auxiliary reference frame coordinate system 10, and the surgical navigation apparatus 2 Detects this and corrects the relationship between them according to the changed position.

도 6은 기준 프레임이 움직이지 않은 경우에 좌표계간의 상관관계를 나타내는 도면으로서, 수술용 항법 장치가 항행(Navigation)에 있어 필요한 값은 기준 프레임 좌표계(9)에 대한 프로브의 위치 정보이며, 프로브가 지표점(A) 상에 위치한다고 가정할 때, 기준 프레임 좌표계(9)에 대한 지표점(A)의 위치는 상대 벡터(α)로 표현되고, 이는 카메라 좌표계(8)에 대한 지표점(A)의 상대 위치를 나타내는 상 대 벡터(β)와 카메라 좌표계(8)에 대한 기준 프레임 좌표계(9)의 상대 위치를 나타내는 상태 벡터(γ)의 차로 나타낼 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating a correlation between coordinate systems when the reference frame is not moved. A value required for navigation by a navigational navigation apparatus is position information of a probe with respect to the reference frame coordinate system 9. Assuming that it is located on the ground point A, the position of the ground point A with respect to the reference frame coordinate system 9 is represented by a relative vector α, which is the ground point A with respect to the camera coordinate system 8. It can be represented by the difference between the relative vector β indicating the relative position of) and the state vector γ indicating the relative position of the reference frame coordinate system 9 with respect to the camera coordinate system 8.

도 7은 기준 프레임이 움직인 경우에 좌표계간의 상관관계를 나타내는 도면으로서, 기준 프레임(4)이 움직이면, 기준 프레임 좌표계(9)가 기준 프레임 좌표계(9')로 변경되고, 상대 벡터(α)도 상대 벡터(α')로 변경되며, 따라서 보정 또는 재등록이 요구된다. 이 보정 또는 재등록을 위해 보조 기준 프레임 좌표계(10)가 사용된다.FIG. 7 is a diagram showing the correlation between coordinate systems when the reference frame is moved. When the reference frame 4 moves, the reference frame coordinate system 9 is changed to the reference frame coordinate system 9 ', and the relative vector α is shown. Is also changed to the relative vector α ', so correction or re-registration is required. The auxiliary reference frame coordinate system 10 is used for this correction or re-registration.

기준 프레임(4)이 움직인 경우에 적외선 카메라(3)를 통해 수술용 항법 장치(2)가 실제로 인식하는 기준 프레임(4)과 지표점(A) 간의 위치 관계는 기준 프레임 좌표계(9')에 대한 지표점(A)의 위치인 상대 벡터(α')가 되며, 이는 변경전의 상대 벡터(α)와 변경 정도를 나타내는 상대 벡터(δ)의 합으로 표현된다. 기준 프레임 좌표계(9)를 이미지 데이터 좌표계(7)로 맵핑하는 행렬을 T라고 하면, 실제 의사가 이미지 데이터를 통해 보고자 하는 부위는 T(α)에 해당하는 부분이지만, 실제 수술용 항법 장치(2)가 인식하여 모니터(5)를 통해 제시하는 부분은 T(α') = T(α+δ) = T(α) + T(δ)가 되어 T(δ)만큼의 오차가 발생하게 된다.When the reference frame 4 is moved, the positional relationship between the reference frame 4 and the ground point A, which is actually recognized by the surgical navigation apparatus 2 through the infrared camera 3, is determined by the reference frame coordinate system 9 ′. It becomes relative vector (alpha ') which is the position of the index point A with respect to, and is represented by the sum of the relative vector (alpha) before a change, and the relative vector (delta) which shows the degree of change. If the matrix that maps the reference frame coordinate system 9 to the image data coordinate system 7 is T, the part that the real doctor wants to see through the image data corresponds to T (α), but the actual surgical navigation apparatus 2 Recognizing) and presenting it through the monitor (5) is T (α ') = T (α + δ) = T (α) + T (δ) error occurs as much as T (δ).

본 발명의 보정 또는 재등록의 과정은 이러한 오차 T(δ)를 제거하여 기준 프레임(4)의 움직임에도 불구하고 의사가 원래 의도했던 부분을 볼 수 있도록 하는 것이다. 어느 정도의 크기의 오차 T(δ)가 발생할 경우 보정 또는 재등록을 할 것인가는 시스템 설계자에 의해 결정될 수 있다.The process of correction or re-registration of the present invention is to remove this error T (δ) so that the doctor can see the intended part despite the movement of the reference frame 4. How much error T (δ) occurs is a system designer's decision to correct or re-register.

한편, 상대 벡터(δ)는 보조 기준 프레임 좌표계(10)에 대한 기준 프레임 좌 표계(9)의 상대 위치를 나타내는 상대 벡터(ε)와 보조 기준 프레임 좌표계(10)에 대한 기준 프레임 좌표계(9')의 상대 위치를 나타내는 상대 벡터(ε')의 차로 표현된다. 즉, 오차 T(δ)는 T(ε-ε') = T(ε) - T(ε')로부터 구해진다.On the other hand, the relative vector δ is a relative vector ε representing the relative position of the reference frame coordinate system 9 with respect to the auxiliary reference frame coordinate system 10 and a reference frame coordinate system 9 'with respect to the auxiliary reference frame coordinate system 10. Is represented by the difference of the relative vector? Namely, the error T (δ) is obtained from T (ε-ε ') = T (ε)-T (ε').

따라서, 기준 프레임(4)의 움직임은 기준 프레임(4)과 보조 기준 프레임(50)의 위치 관계 또는 기준 프레임 좌표계(9)와 보조 기준 프레임(50)의 위치 관계를 파악함으로써 즉, ε - ε' 또는 T(ε) - T(ε')의 값의 변동 여부를 조사함으로써 파악될 수 있으며, 나아가 보정 또는 재등록될 수 있는 것이다.Therefore, the movement of the reference frame 4 is determined by grasping the positional relationship between the reference frame 4 and the auxiliary reference frame 50 or the positional relationship between the reference frame coordinate system 9 and the auxiliary reference frame 50, that is, ε-ε It can be identified by examining whether the value of 'or T (ε)-T (ε') changes or can be corrected or re-registered.

나아가 본 발명은 보조 기준 프레임(50)을 구비하여, 기준 프레임(4)과 보조 기준 프레임(50)의 위치 관계를 이용해, 오차의 발생을 감지하고, 이를 보정 또는 재등록하는 방식을 채택함으로써, 카메라 좌표계(8)가 이동하거나, 기준 프레임 좌표계(9)와 보조 기준 프레임 좌표계(10)가 함께 이동하는 경우에는 불필요한 보정 또는 재등록을 요구하지 않아, 효과적으로 수술용 항법 장치의 오차를 보정할 수 있다.Furthermore, the present invention includes an auxiliary reference frame 50, by using the positional relationship between the reference frame 4 and the auxiliary reference frame 50, by detecting the occurrence of the error, and by adopting a method of correcting or re-registering, When the camera coordinate system 8 moves, or when the reference frame coordinate system 9 and the auxiliary reference frame coordinate system 10 move together, unnecessary correction or re-registration is not required, and the error of the surgical navigation apparatus can be effectively corrected. have.

본 발명에 의하면, 환자와 기준 프레임의 위치 관계가 변경되는 경우에 의사가 별도의 조치를 취하지 않더라도 이 변경 내용을 자동적으로 보정할 수 있게 된다.According to the present invention, when the positional relationship between the patient and the reference frame is changed, the change can be automatically corrected even if the doctor does not take any further action.

또한 본 발명에 의하면, 환자와 기준 프레임의 위치 관계가 변경되는 경우에 의사가 별도의 조치를 취하지 않더라도 이 변경 내용을 보정하여 수술용 항법 장치의 항행(navigation)에 정확성을 유지할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, when the positional relationship between the patient and the reference frame is changed, even if the doctor does not take any further action, the change can be corrected to maintain accuracy in navigation of the surgical navigation device.

또한 본 발명에 의하면, 기준 프레임(4)과 보조 기준 프레임(50)의 위치 관계를 이용하여 변동을 파악하고 이를 보정함으로써, 카메라가 이동하거나, 기준 프레임과 보조 기준 프레임이 함께 이동하는 경우에는 불필요한 보정 또는 재등록을 요구하지 않아, 효과적으로 수술용 항법 장치의 오차를 보정할 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, by using the positional relationship between the reference frame (4) and the auxiliary reference frame 50 by identifying the variation and correcting it, it is unnecessary when the camera moves, or the reference frame and the auxiliary reference frame moves together Since no correction or re-registration is required, it is possible to effectively correct the error of the surgical navigation apparatus.

Claims (6)

삭제delete 수술용 항법 장치에 연결된 감지 수단, 감지 수단에 의해 위치가 감지될 수 있는 위치 표시 수단이 구비된 기준 프레임, 그리고 기준 프레임과 거리를 두고 있으며 감지 수단에 의해 위치가 감지될 수 있는 위치 표시 수단이 구비된 보조 기준 프레임을 이용하여, 수술용 항법 장치에 저장된 이미지 데이터와 수술장 내의 환자의 위치 간의 상관관계의 오차를 보정하는, 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법에 있어서,A sensing means connected to the surgical navigation apparatus, a reference frame having a position indicating means capable of detecting a position by the sensing means, and a position indicating means spaced from the reference frame and capable of being detected by the sensing means. In the automatic re-registration method of the surgical navigation apparatus for correcting the error of the correlation between the image data stored in the surgical navigation apparatus and the position of the patient in the operating room using the provided auxiliary reference frame, 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 감지 수단을 통해 파악하는 제1 단계;A first step of identifying a relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame through the sensing means; 제1 단계에서 파악된 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치에 변동이 있는지를 감지 수단을 통해 파악하는 제2 단계; 그리고,A second step of determining whether there is a change in the relative positions of the reference frame and the auxiliary reference frame identified in the first step through the sensing means; And, 제2 단계에서 파악된 변동을 이용하여 이미지 데이터와 환자의 위치 간의 상관관계의 오차를 보정하는 제3 단계;를 포함하며,And a third step of correcting an error in correlation between the image data and the position of the patient by using the variation identified in the second step. 제1 단계에서 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치의 파악은 감지 수단을 통해 감지 수단에 대한 기준 프레임의 상대적 위치를 파악하고, 감지 수단에 대한 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 구함으로써 파악되는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법.In the first step, the relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame may be determined by determining the relative position of the reference frame with respect to the sensing means through the sensing means and obtaining the relative position of the auxiliary reference frame with respect to the sensing means. The automatic re-registration method of the surgical navigation apparatus. 제 2 항에 있어서, 이미지 데이터와 환자의 위치 간의 상관관계가 행렬 T로 주어지고, 제1 단계에서 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 나타내는 상대 벡터를 ε, 제2 단계에서 기준 프레임과 보조 기준 프레임의 상대적 위치를 나타내는 상대 벡터를 ε'라 할 때, 제3 단계에서 보정되는 오차는 T(ε-ε')으로 주어지는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법.The method of claim 2, wherein the correlation between the image data and the position of the patient is given by the matrix T, the relative vector representing the relative position of the reference frame and the auxiliary reference frame in the first step ε, the reference frame and the auxiliary in the second step Assuming that the relative vector representing the relative position of the reference frame is ε ', the error corrected in the third step is given by T (ε-ε'). 제 2 항에 있어서, 이미지 데이터와 환자의 위치 간의 상관관계는 지표점을 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법.The method according to claim 2, wherein the correlation between the image data and the position of the patient is calculated using an index point. 제 2 항에 있어서, 감지 수단은 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 자동 재등록 방법.3. The automatic re-registration method of claim 2, wherein the sensing means is an infrared camera. 삭제delete
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