KR100731052B1 - 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템에 관한 것으로, 그 구성은 대략 링 형상의 프레임; 상기 프레임의 동일 수직면상에 90°간격으로 설치되어 X-ray 신호를 시술대상체의 상단면과 측면으로 각각 발사하는 복수의 방사선발생기; 상기 방사선발생기와 대응되는 위치의 프레임상에 설치되어 시술대상체를 통해 전달된 평면 및 측면 방사선을 각각 수신하는 복수의 영상수신기; 상기 영상수신기를 통해 출력된 시술대상체의 평면 및 측면 방향의 2차원 영상을 제공받아 상기 각 2차원 영상을 소정의 알고리즘에 의해 처리하여 시술부위의 3차원 위치정보를 생성하는 컴퓨터; 상기 컴퓨터에 의해 처리된 양측 2차원 영상과 3차원 위치정보를 이미지로 출력하는 모니터; 및 상기 컴퓨터에서 얻은 데이터를 기준으로 시술부위의 위치를 따라 수술도구의 위치와 진입각도를 안내하되, 관절로 회전가능하게 연결된 다수개의 로봇암과, 상기 로봇암 중 종단부의 가이드암에 결합된 수술도구지지대와, 상기 수술도구지지대의 각도를 조향하기 위해 상기 가이드암을 회전시키는 가이드암회전수단을 구비한 수술보조로봇;으로 이루어져 있다.

Description

미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템{BI-PLANAR FLUOROSCOPY GUIDED ROBOT SYSTEM FOR A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL}

도 1은 본 발명에 적용된 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 도 1의 양측 방사선시스템을 도시한 도면이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 계측용 모형원판을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 다자유도 수술보조로봇을 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명에 의한 도 4의 로봇암을 나타낸 평면도이다.

도 6은 본 발명에 의한 도 4의 로봇암회전수단을 나타낸 종단면도이다.

도 7은 본 발명에 의한 도 4의 가이드암회전수단을 나타낸 횡단면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 수술도구지지대 및 도구툴을 도시한 도면이다.

도 9는 본 발명에 의한 수술계획 시스템의 사용자 인터페이스 환경을 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 의한 컴퓨터와 수술보조로봇을 이용한 수술계획 수립 방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 11은 본 발명에 적용된 양측 영상의 공간좌표상의 중점을 구하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 시술대상체 5: 수술대

9: 계측용 모형원판 9-1: 전면판

9-2: 기준점 9-3: 격벽

9-4: 후면판 9-5: 기준점

10: 프레임 20: 방사선발생기

30: 영상수신기 40: 컴퓨터

50: 모니터 51-1: 평면영상

51-2: 측면영상 55: 기능버튼(사용자 인터페이스)

90: 수술보조로봇 100: 지지체

200: 로봇암 210: 제1로봇암

220: 제2로봇암 230: 제3로봇암

240: 제4로봇암 250: 가이드암

300: 수술도구지지대(끝점) 310: 통공

350: 도구툴 400: 로봇암회전수단

410: 구동모터 420: 구동기어

430: 변속기어 440: 종동기어

450: 관절 460: 제어부

461: 영상표시부 470: 영상촬영부

480: 모터구동부 490: 엔코더 센서(ENCODER SENSOR)

500: 차동장치 510: 감속모터

511: 구동축 540: 구동기어

550: 차동피니언 551: 차동축

560: 차동사이드기어 P: 관절축

본 발명은 척추경 나사못 시술, 척추 내시경 수술, 척추추체 성형술, 척추조직 검사, 척추측만 교정술 등의 척추 수술 등에 있어서 양측 방사선 영상(Bi-plane Fluoroscopy)을 사용한 2차원 영상들로부터 3차원 정보를 생성하여 이를 이용하여 수술계획을 세울 수 있는 수술계획 시스템, 자동 구동 및 수동 이동 기능을 가진 스칼라 타입의 5자유도 수술보조로봇으로 이루어진 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템에 관한 것이다.

기존의 척추 수술 방법은 C-Arm(단방향 X-ray)으로 측면의 2차원의 영상을 촬영해 가며 수술을 진행하는데, 환부가 완전히 드러나도록 절개하고 수술함으로 수술 시간 및 환자의 회복시간이 많이 걸리는 부담이 있었다.

수술 작업에 있어서는 척추경 나사못을 시술하고자 하는 곳에 구멍을 뚫고, 나사가 위치할 자리에 미리 길을 내고, 나사를 삽입하고 최종적으로 나사를 연결한 후 복수의 나사를 바에 의해 연결하여 수술을 마치는 작업이다.

현재 시술되고 있는 방법은 구멍을 뚫는 것에서부터 나사못을 삽입하는 전 부분에 걸친 모든 작업들이 집도의의 감각에 의존하여 방사선 영상은 참조만 되는 정도에 그치고 있다. 수술 과정 중 얻게 되는 영상이 참조하는 정도에 그치고 적극적으로 사용되고 있지 않으므로 인해 시술하는 의사의 경험과 숙련도에 의해 정확도가 결정되어 진다고 해도 과언이 아니다.

또한, 종래에는 수술 공간 좌표와 영상 좌표 간의 정합을 위해 인체 내에 인공 보조물(쇠구슬)을 삽입하거나 부착하는 과정을 거치게 된다.

이렇게 삽입 혹은 부착된 물체를 통해 공간 좌표와 영상좌표를 각각 얻어 좌표를 통일시키는 과정을 거쳤는데, 이를 위해 시술시 인공 구조물을 삽입하거나 부착하는 과정을 한 번 더 거쳐야 한다.

물론 현재 시술되고 있는 보편적인 방법과 같이 환부를 완전히 드러내고 수술을 하는 경우에는 절개 후 쇠구슬을 적절한 장소에 위치시키는 과정만 거치면 되지만, 앞으로 수술 분야에서 추구하고자 하는 미세침습 수술(Minimally Invasive Surgery)을 수행할 경우에는 사전에 인공 구조물을 삽입하거나 부착하는 시술을 추가로 해야 하는 문제가 있었다.

또한, 일반적으로 종래의 산업용 로봇이나 의료용 로봇은 대부분 모터, 하모닉 드라이브 또는 볼 스크류 등의 높은 감속비를 지니는 구동전달 장치를 사용하게 되는데, 이에 따라 자동화와 높은 위치정밀도를 얻을 수 있지만, 수술시 필요에 따 라 집도의의 손에 의해 로봇을 임의의 위치로 이동시켜야 할 경우 기존의 모터에 의한 자동 구동 방식으로는 이런 상황에 대처할 수 없다는 문제점이 대두되었다.

이에 따라 수술 작업시에 자동 구동뿐만 아니라 수동 이동도 가능한 로봇에 대한 필요성 및 개발이 절실하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 척추경 나사못 시술, 척추 내시경 수술, 척추 추체 성형술, 척추조직 검사, 척추측만 교정술 등의 척추 수술을 행할 때, 절개 부위를 최소화하여 시술할 수 있는 미세침습 수술( Minimally Invasive Surgery)을 위한 수술계획시스템과 이를 통해 세워진 계획대로 시술을 행할 수 있는 수술보조로봇을 하나로 통합한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 양측 방사선 영상(Bi-plane Fluoroscopy)을 사용하여 수술할 때, 영상에 표시되는 공간에 대해 기하학적으로 모델링하고, 이를 이용하여 2차원 영상 두장을 이용해 3차원적으로 수술계획을 정확하게 수립할 수 있는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 양측 방사선시스템을 실제 계측과 영상을 통한 계측을 통하여 모델링을 하고, 이 결과와 두 장의 방사선 영상과의 기하학적 관계를 이용하여 원하는 점의 3차원 좌표를 구함으로써, 실시간으로 수술계획을 정확하게 수립할 수 있는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 방사선 영상을 이용한 인체의 3차원 좌표를 구할 수 있어 미세침습 수술(Minimally Invasive Surgery)을 위한 수술계획 시스템에 적합함과 아울러 수술계획을 위해 어떠한 인공 구조물을 인체에 삽입하거나 부착하는 등의 추가적인 시술이 필요하지 않기 때문에 환자의 고통 경감과 의사의 수고를 덜어줄 수 있는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 자동 및 수동 동작이 가능한 로봇을 이용하여 수술도구를 환자의 시술부위에 용이하게 정위치시킬 수 있을 뿐만 아니라, 수술도구의 진입각도를 다양한 방향으로 조향할 수 있어 수술의 정밀성과 안정성을 높일 수 있으며, 특히 수술도구를 용이하게 지지할 수 있는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은, 수술시 로봇암으로부터 시술부위까지의 이동되는 수술도구를 도구툴을 이용하여 원활하게 지지할 수 있고, 수술도구가 횡방향으로 유동되는 것이 미연에 방지될 수 있으며, 특히 로봇암이 자동 구동과 수동 동작이 선택적으로 이루어질 수 있어 불가피한 사고로 인하여 로봇암의 구동장치가 작동되지 않더라도 수동으로 로봇암을 동작시켜 시술을 수행할 수 있는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 컴퓨터와 수술보조로봇을 이용한 미세침습 수술 시스템에 있어서: 대략 링 형상의 프레임; 상기 프레임의 동일 수직면상에 90ㅀ 간격으로 설치되어 X-ray 신호를 시술대상체의 상단면과 측면으로 각각 발사하는 복수의 방사선발생기; 상기 방사선발생기와 대응되는 위치의 프레임상에 설치되어 시술대상체를 통해 전달된 평면 및 측면 방사선을 각각 수신하는 복수의 영상수신기; 상기 영상수신기를 통해 출력된 시술대상체의 평면 및 측면 방향의 2차원 영상을 제공받아 상기 각 2차원 영상을 소정의 알고리즘에 의해 처리하여 시술부위의 3차원 위치정보를 생성하는 컴퓨터; 상기 컴퓨터에 의해 처리된 양측 2차원 영상과 3차원 위치정보를 이미지로 출력하는 모니터; 및 상기 컴퓨터에서 얻은 데이터를 기준으로 시술부위의 위치를 따라 수술도구의 위치와 진입각도를 안내하되, 관절로 회전가능하게 연결된 다수개의 로봇암과, 상기 로봇암 중 종단부의 가이드암에 결합된 수술도구지지대와, 상기 수술도구지지대의 각도를 조향하기 위해 상기 가이드암을 회전시키는 가이드암회전수단을 구비하는 수술보조로봇;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제 1 및 제 2 영상수신기의 전단에 기준점들이 마킹된 계측용 모형원판이 고정 설치되며, 상기 가이드암회전수단은, 상기 가이드암에 인접되는 로봇암에 구비된 감속모터의 회전력을 전달하여 상기 가이드암을 축회전 및 상,하로 회전시키는 차동장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차동장치는, 상기 감속모터의 구동력에 의해 회전되는 구동기어; 상기 구동기어와 맞물려 동기 회전되며 상기 가이드암에 인접된 로봇암에 축설되는 차동축의 양측에 구비된 한쌍의 차동피니언; 및 상기 차동피니언에 양측이 각각 맞물리도록 상기 가이드암의 축상에 구비된 차동사이드기어;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 감속모터 및 상기 구동기어는 각각 한쌍으로 구비되어 상기 차동피니언이 상기 구동기어에 각각 맞물려 개별적으로 회전되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수술도구지지대는 중앙에 형성된 통공에 수술도구가 삽입되어 이동되도록 도구삽입공이 형성된 도구툴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 컴퓨터와 수술보조로봇을 이용한 미세침습 수술 방법에 있어서: 수술보조로봇을 정해진 경로를 따라 움직이면서 이를 촬영하여 수술공간과 영상좌표 간의 정합을 수행하는 제 1 단계; 상기와 같이 수술공간과 수행한 후 시술대상체를 수술침대에 위치시키고 시술대상체의 평면, 측면 영상을 각각 획득하는 제 2 단계; 상기 영상을 획득한 후 컴퓨터는 환부에 해당하는 점을 찾아 3차원 위치정보를 생성함에 따라 수술경로를 계획하는 제 3 단계; 상기에서 수립된 수술경로데이터를 수술보조로봇으로 전달하는 제 4 단계; 및 상기 수술보조로봇은 전달된 수술경로데이터를 기준으로 시술부위의 위치에 따라 수술도구의 위치와 진입각도를 안내하여 수술을 보조하는 제 5 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 제 1 단계는, 방사선 영상의 계측을 위해 평면, 측면 영상수신기에 계측용 모형원판을 고정 세팅하는 단계; 상기 계측용 모형원판이 설치된 상태에서 평면 및 측면으로 방사선을 각각 발사하여 양측에 대한 2차원 영상을 각 각 획득하는 단계; 상기에서 획득한 두개의 2차원 영상을 제공받아 두 영상을 컴퓨터를 이용하여 실시간으로 디스플레이하는 단계; 상기 모형원판을 통해 측정된 영상의 회전각을 보상하기 위하여 그 각도만큼 역방향으로 회전시켜 화면에 디스플레이하는 단계; 상기 수술보조로봇을 정해진 경로를 따라 움직이면서 이를 촬영한 후 영상을 통해 얻어진 수술보조로봇 끝점의 좌표를 이용해 최소 스퀘어 피팅(Least Square Fitting)을 수행한 후 수술공간과 상기에서 획득한 영상좌표 간의 정합을 수행하는 단계; 및 상기에서 획득한 수술보조로봇과 영상의 3차원 좌표 간의 정합을 통해 두 좌표계의 관계를 정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 영상 화면을 디스플레이할 경우 평면 영상, 측면 영상 및 2개의 보정 영상을 포함하여 총 4개의 화면을 디스플레이하며, 상기 수술보조로봇 끝점의 좌표와 평면, 측면 영상을 통해 획득한 수술보조로봇 끝점의 좌표를 이용하여 두 좌표간의 관계를 밝힐 경우, 수술보조로봇의 자동적인 움직임과 이 움직임이 표시된 영상을 통해 수술보조로봇의 끝점을 사용자가 직접 클릭하여 찾고, 이들 점을 이용하여 정해진 알고리즘을 수행하여 두 좌표간의 관계를 밝히는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 살펴보고자 한다.

도 1은 본 발명에 적용된 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템을 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 양측 방사선시스템을 도시한 도면으로, 프레 임(10), 방사선발생기(20), 영상수신기(30), 컴퓨터(40), 및 수술보조로봇(90) 등으로 이루어져 있다.

상기 프레임(10)은 방사선발생기(20; 21, 25)와 영상수신기(30; 31, 35)가 동일 수직면상에 180ㅀ간격으로 상호 대응되도록 복수개가 설치되어 있고, 방사선발생기(20)는 상기 프레임(10)의 동일 수직면상에 90ㅀ 간격으로 설치되어 X-ray 신호를 시술대상체(1)로 상단 및 측면으로 각각 발사하는 제 1 및 제 2 방사선발생기(21, 25)로 구성되어 있고, 영상수신기(30)는 상기 프레임(10)의 동일 수직면상에 90ㅀ간격으로 설치되되 상기 방사선발생기(20)에 대응되는 위치에 각각 설치되어 시술대상체(1)를 통해 전달된 2차원의 평면 및 측면 방사선 영상을 수신하는 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)로 구성되어 있다.

상기 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)의 전면에는 도 3a 내지 도 3c와 같은 투명재질의 계측용 모형원판(9)이 돌출되어 고정 설치되어 있는 데, 모형원판(9)은 전면판(9-1)과 후면판(9-4)으로 이루어져 있고, 상기 전면판(9-1)과 후면판(9-4)은 소정의 격벽(9-3)을 통해 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 전면판(9-1)과 후면판(9-4)에는 측정 기준점들(9-2)(9-5)이 좌표화되어 각각 마킹되어 있다.

그리고, 컴퓨터(40)는 상기 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)를 통해 출력된 시술대상체(1)의 평면 및 측면 방향의 2차원 영상을 제공받아 상기 각 2차원 영상을 소정의 알고리즘에 의해 처리하여 시술부위의 3차원 위치정보를 생성하도록 구성되어 있고, 모니터(50)는 상기 컴퓨터(40)에 의해 처리된 양측의 2차원 영상과 3차원 위치정보를 이미지로 출력하도록 구성되어 있고, 수술보조로봇(90)은 상기 컴 퓨터(40)에서 얻은 데이터를 기준으로 시술부위의 위치를 따라 수술도구(300)의 위치와 진입각도를 안내하도록 구성되어 있다.

아울러, 상기 모니터(50)의 하단에는 촬영한 영상의 파일 오픈, 각종 기능, 영상 보정, 3차원 개조, 리셋과 같은 사용자와의 인터페이스가 가능한 기능 버튼(55)이 구비되어 디스플레이 영상의 조정이 가능하도록 구성되어 있다.

즉, 시술대상체(1)는 수술침대(5)에 위치하게 되고, 복수의 방사선발생기(20) 및 영상수신기(30)가 수직, 수평방향으로 시술부위의 2차원 영상을 2장을 추출하게 된다.

이 영상을 바탕으로 시술부위의 3차원 위치 데이터를 얻어 소정의 5자유도 수술보조로봇(90)에 전송하고, 수술보조로봇(90)은 이 데이터를 기준으로 시술부위의 위치를 따라 수술도구(300)의 위치와 진입각도를 안내하게 된다.

도 2는 양측 방사선시스템(Bi-Plane Fluoroscopiy System)의 구조도로서, 프레임(10)의 하단에 설치된 바퀴(11)는 고정이 가능한 구조로 되어 있어서 필요에 따라 방사선장치를 원하는 장소로 이동시킬 수도 있고, 바닥에 고정시킬 수도 있다.

양측 방사선시스템의 프레임(10)에는 예컨대, 각각 2개의 X-ray 발생기(Generator; 21, 25)와 X-ray 수신기(Receiver; 31, 35)가 서로 90°간격으로 부착되어 있어 평면 영상과 측면 영상인 두 가지 영상을 얻어 3차원 위치 정보를 생성할 수 있도록 한다.

예컨대, 국내특허출원 제1998-7009294호와 같은 종래 기술은, 양방향의 방사 선 검사 영상을 얻기 위해 C-Arm 장비를 움직이는 조작이 필요하고, 두 영상을 두 개의 컴퓨터를 이용해 디스플레이하여 사용하였으나, 본 발명에서는 두 개의 영상을 동시에 획득하여 한 개의 컴퓨터(40)를 이용해 디스플레이 하였음은 물론이고, 영상 장비의 영상이 획득되어지는 공간과 두 개의 방사선 영상과의 좌표 정합을 위해 어떠한 마커(fiducial Marker)도 사용하지 않았다.

이는 수술을 받는 환자의 입장에서, 그리고 수술을 행하는 의사의 입장에서 얻을 수 있는 가장 큰 이점이 되는데, 마커를 몸에 삽입하거나 부착하기 위해 추가적인 시술이 필요하지 않기 때문에 환자의 고통 경감과 함께, 의사는 마커를 적절한 위치에 삽입하거나 부착하기 위한 수고를 하지 않아도 된다.

이를 통해 볼 때, 본 발명은 현재 수술의 방향인 미세침습 수술(Minimally Invasive Surgery)의 기조와 잘 맞는 수술계획 시스템이라 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 의한 다자유도 수술보조로봇을 나타낸 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 로봇암, 로봇암회전수단, 및 가이드암회전수단을 각각 나타낸 상세 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이 수술보조로봇(90)은, 지지체(100)와, 상기 지지체(100)에 일측이 지지되며 관절(260)과 관절축(P)으로 회전가능하게 연결된 다수개의 로봇암(200)과, 상기 로봇암(200) 중 종단부의 가이드암(250)에 결합된 수술도구지지대(300)와, 상기 수술도구지지대(300)의 각도를 조향하기 위해 상기 가이드암(250)을 회전시키는 가이드암회전수단으로 구성되어 있다.

상기 지지체(100)는, 상기 로봇암(200)의 안정된 동작을 유지하기 위하여 바닥에 고정한 고정형으로 구비되거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 승강수단에 의해 승, 하강이 가능한 유동형으로 구비되어도 무방하며, 본 발명에서는 상기 로봇암(200)을 지지하는 용도로 사용되는 것이라면 어느 것이든 족하다.

상기 로봇암(200)은, 시술하고자 하는 인체의 특정 부분에 수술도구가 정확하게 위치되도록 안내함과 동시에, 수술실의 주위 환경과 의사의 시술에 방해하지 않도록 다수개의 암이 회전가능하게 연결된 형태이며, 본 발명에서는 충분한 자유도가 가능하도록 5자유도 로봇암 형태로 구비된다.

즉, 도 5에 도시된 로봇암의 평면도를 참조하여 보면, 상기 로봇암(200)은 상기 지지체(100)의 상부에 장착된 제1로봇암(210)과, 상기 제1로봇암(210)으로부터 순차적으로 상기 관절(260)과 관절축(P)에 의해 각각 회전 가능하게 연결된 제2,3,4로봇암(220,230,240), 및 상기 수술도구지지대(300)가 장착된 가이드암(250)으로 구성된 것이다.

여기서, 상기 로봇암(200) 중에 적어도 하나는 일정 각도로 절곡 형성되는데, 상기 제2로봇암(220)이 절곡되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제2로봇암(220)의 절곡각도는 70∼140°범위 또는 일측이 상기 수술대(5)의 길이방향과 평행하도록 절곡 각도가 90°인 "

" 형상으로 구비되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 절곡각도는 절곡지점의 내각을 의미한다.

한편, 상기 로봇암(200)을 회전시키는 로봇암회전수단(400)이 포함될 수 있는데, 이는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 로봇암(200) 중 제1로봇암(210) 내부에 구비된 구동모터(410)와, 상기 구동모터(410)의 축상에 구비된 구동기어(420)와 일측이 치합되며 회전력을 변속하도록 적어도 하나 이상의 기어 조합으로 이루어진 변속기어(430)와, 상기 변속기어(430)의 타측과 치합되도록 상기 관절축(P)에 구비된 종동기어(440)와, 상기 관절축(P)의 양측과 상기 제1로봇암(210)에 인접되는 제2로봇암(220)의 양측에 각각 연결된 한 쌍의 관절(450)로 구성된다.

여기서, 상기 제1로봇암(210)과 상기 제2로봇암(220)의 일측에 설치된 상기 회전수단(400)은, 상기 제2로봇암(220)의 타측과 상기 제3로봇암(230)의 일측 및, 상기 제3로봇암(230)의 타측과 상기 제4로봇암(240)의 일측 사이에도 각각 동일하게 구비된다.

또한 상기 변속기어는 각각의 기어의 설계 방식에 따라 다양한 변속된 회전력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 기어의 종류에 따라 축방향의 회전력과 종방향과 횡방향의 회전력을 발생시킬 수 있는 것으로, 본 발명 상기한 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 이와 균등적으로 치환 가능한 회전수단 중 당업자가 필요에 따라 선택적으로 상기 로봇암회전수단(400)을 구현할 수 있음은 당연하다.

상기 가이드암회전수단은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가이드암(250)에 인접되는 제4로봇암(240)에 구비된 감속모터(510)의 회전력을 전달하여 상기 가이드암(250)을 축회전 및 상,하로 회전시키는 차동장치(500)로 구성된다.

상기 차동장치(500)는, 상기 감속모터(510)의 구동력에 의해 회전되는 구동기어(540)와, 상기 구동기어(540)와 맞물려 동기 회전되며 상기 가이드암(250)에 인접된 제4로봇암(240)에 축설되는 차동축(551)의 양측에 구비된 한쌍의 차동피니 언(550)과, 상기 차동피니언(550)에 양측이 각각 맞물리도록 상기 가이드암(250)의 축상에 구비된 차동사이드기어(560)로 구성되어 상기 감속모터(510)의 회전력을 상기 가이드암(250)에 전달하게 된다.

여기서, 상기 감속모터(510), 상기 구동기어(540)는 각각 한쌍으로 구비되어 상기 차동피니언(550)이 상기 구동기어(540)에 각각 맞물려 개별적으로 회전되는 것이 바람직하다.

아울러, 수술도구지지대(300)에 삽입 고정되는 도구툴(350)은 도 8에 도시된 바와 같이, 소정의 수술도구가 삽입되는 도구삽입공(360)이 형성되어 있는 원통체의 형상을 갖게 되며, 상기 도구툴(350)의 외연부를 따라 적어도 한 줄 이상의 홈부(370)가 단차지게 형성된다.

또한, 상기 홈부(370)를 조임력에 의해 가압하도록 수술도구지지대(300)에 조임구(320)가 더 구비되는 것이 바람직하며, 상기 조임구(320)에 의해 상기 수술도구지지대(300)에 상기 도구툴(350)을 고정할 수 있게 된다.

즉, 도 1과 같은 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템은, 절개부위를 최소화하여 시술하고자 하는 미세침습 수술을 위한 수술경로 계획시스템(10∼50)과, 이를 통해 세워진 계획대로 시술을 할 수 있는 수술보조로봇(90)이 하나로 통합된 것이다.

상기에서 수술계획시스템(10∼50)은 수술시 사용되는 양측 방사선 영상시스템의 내부 파라미터의 계산은 물론이고, 이 계산값을 이용하여 영상시스템을 모델링하여 이를 통해 2차원의 두 개의 영상으로부터 3차원 좌표를 계산해 내는 과정 전반에 이용되는 시스템을 일컫는 것이고, 수술보조로봇(90)은 수술계획시스템을 통해 세워진 계획을 바탕으로 원하는 시술을 할 수 있게 설계되어 제작된 스칼라 타입의 5자유도 로봇을 일컫는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 수술계획 및 수술 시스템의 작동 과정을 설명하고자 한다.

먼저, 도 9는 도 2에 의해 획득한 양측 영상의 디스플레이와 사용자 인터페이스 환경을 나타낸 도면으로서, 모니터(50)에는 복수의 방사선발생기(20)와 영상수신기(30)에 의해서 획득한 영상이 디스플레이되어 있다.

상기 모니터(50)의 화면 상단에 위치한 두 영상(51; 51-1, 51-2)은 복수의 영상수신기(30)로부터 실시간으로 촬영된 영상을 각각 디스플레이하는 부분이고, 아래의 두 영상(53; 53-1, 53-2)은 상기 측정된 영상의 회전각을 보상하기 위하여 그 각도만큼 역방향으로 회전시켜 디스플레이한 영상이다.

그리고, 디스플레이 화면상에 기준점들이 마킹된 것이 보이는 데, 이것은 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)의 전면에 고정 세팅된 계측용 모형원판(9)의 기준점이 디스플레이된 것이다.

이와 같이 디스플레이된 영상들 중에서 아래 두 영상(53)을 이용해 공간 좌표와 영상 좌표의 정합은 물론이고 수술 경로에 대한 계획에 이르는 모든 작업이 이루어지게 된다.

이러한 기능들은 화면의 하단에 위치한 사용자 인터페이스 환경의 기능버튼 들(55)에 의해 선택 및 수행되어 진다.

상기에서 획득한 영상을 기준으로 컴퓨터(40)에 저장된 알고리즘을 통해 3차원 좌표를 계산하여 시술부위의 3차원 위치좌표를 설정한 후 상기 수술보조로봇(90)에 위치제어신호를 전송하게 되면, 상기 수술보조로봇(90)은 좌표제어신호를 기준으로 시술부위에 근접하도록 동작하게 된다.

이와 같이 구성된 컴퓨터(40)와 수술보조로봇(90)을 이용한 수술계획 수립 방법을 도 10의 플로우챠트를 이용하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)의 전면에 계측용 모형원판(9)을 각각 고정 설치한 상태에서 방사선 영상의 계측을 위해 방사선발생기(20)와 영상수신기(30), 컴퓨터(40) 및 수술보조로봇(90)을 초기화시키게 된다(S1).

이어, 컴퓨터(40)는 제 1 및 제 2 방사선발생기(21, 25)를 제어하여 시술대상체(1)가 없는 상태에서 평면 및 측면으로 방사선을 각각 발사시킴과 아울러 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)를 통해 양측에 대한 2차원의 평면 및 측면 영상을 각각 획득하게 된다(S2, S3).

컴퓨터(40)는 상기 영상수신기(30)를 통해 획득한 두개의 2차원 영상을 제공받아 두 영상을 적절하게 영상처리한 후 모니터(50)의 화면 상단에 도 4와 같이 평면 및 측면 영상을 각각 디스플레이하게 된다(S4).

이어 컴퓨터(40)는 상기 계측용 모형원판(9)을 통해 측정된 영상의 회전각을 보상하기 위하여 그 소정의 각도, 예컨대 대략 90°정도 역방향으로 회전시켜 화면 에 도 8과 같이 디스플레이시킨다(S5).

이와 같은 상태에서 컴퓨터(40)는 상기 수술보조로봇(90)을 제어하여 수술보조로봇(90)을 정해진 경로를 따라 움직이면서 이를 방사선발생기(20)와 영상수신기(30)를 통해 촬영하고, 촬영 영상을 통해 얻어진 수술보조로봇(90)의 끝점(300)의 좌표를 이용하여 최소 스퀘어 피팅(Least Square Fitting)을 수행하여 3차원 좌표화하여 수술경로를 얻는다(S6).

이어, 상기에서 얻은 수술보조로봇(90)의 진행 경로 및 수술공간과 상기에서 획득한 평면 및 측면 영상좌표 간의 정합을 수행하고, 상기 수술공간과 영상좌표 간의 정합을 통해 두 영상에서 일치되는 점을 정의하여 양측방사선 영상 시스템(10∼40)과 수술보조로봇(90) 간의 좌표를 자동으로 일치시키게 된다(S7). 아울러, 상기에서 모니터(50)에 평면 영상, 측면 영상 및 2개의 보정 영상을 포함하여 총 4개의 화면이 디스플레이 되며, 상기 시술대상체(1)의 평면, 측면 영상과 수술보조로봇(90)의 끝점(300)의 좌표를 이용하여 두 좌표간의 관계를 밝힐 경우, 수술보조로봇(90)의 자동적인 움직임과 이 움직임이 표시된 영상을 통해 수술보조로봇(90)의 끝점(300)을 사용자가 직접 클릭하여 찾고, 이들 점을 이용하여 정해진 알고리즘을 수행하여 두 좌표간의 관계를 밝히게 된다.

이후에 시술대상체(1)를 수술침대에 세팅함과 아울러 환부에 해당하는 부분을 상기 제 1 및 제 2 방사선발생기(21, 25)와 제 1 및 제 2 영상수신기(31, 35)를 통해 시술대상체의 평면, 측면 영상을 획득한 후 이를 3차원 좌표화함에 따라 수술계획을 수립하게 된다(S8).

이때, 상기 평면 및 측면에 대한 2차원 영상 중, 한 개의 영상의 점을 클릭할 경우 나머지 영상에서는 선으로 표시되어 지고, 마우스를 움직였을 때 그 선상의 점이 표시되게 하여 두개의 영상에서 원하는 점을 선택할 수 있도록 하는 과정과, 상기 단계를 통해 엔트리(entry) 포인트와 타깃(target) 포인트를 지정하여 이 경로를 표시하는 과정을 수행하게 된다.

상기 단계를 통해 결정된 엔트리(entry) 포인트와 타깃(target) 포인트는 로봇을 제어하기 위한 수술 경로의 정보로 사용되게 된다.

상기 평면 및 측면 영상좌표 간의 정합(공간좌표에서의 중점 계산)을 수행하는 알고리즘을 도 11을 참조하여 살펴보면 아래와 같다.

먼저, 컴퓨터(40)는 공간상의 좌표를 구하기 위해서 다음과 같은 과정을 거치게 된다.

1) 두 평면(51-1, 51-2)의 법선벡터와 중점(MP1, MP11)을 계산한다. 이때 사용하는 두 선분은 직교한다고 가정하자.

2) 1)에서 구한 법선벡터와 중점으로 두 직선(h1, h11)을 구한다.

3) 두 직선(h1, h11)이 만나는 점(3D point; 3Dp)을 계산한다.

4) 만약 꼬인 상태라면 두 직선(h1, h11)이 가장 가까워질 때의 점(3Dp)을 찾는다.　

두 평면(51-1, 51-2)의 법선벡터와 중점에 대한 풀이를 평면(AP-VIEW) 영상부터 살펴본다.

먼저, 평면(51-1)의 원 위의 네 점, 즉 P1(x1, y1, z1), P2(x2, y2, z2), P3(x3, y3, z3), P4(x4, y4, z4)는 모두 같은 평면상의 점이므로 그 평면방정식은 아래 수학식 1과 같다.

상기 수학식 1에서 d를 1이라고 가정하면 수학식 2와 같이 표현된다.

여기에 각 포인트를 대입하여 보면 다음 수학식 3과 같이 된다.

상기 수학식 3을 행렬로 풀면 아래 수학식 4와 같이 된다.

상기 수학식 4에서

(i=1,2,3,4) 이다.

하지만, 이를 풀면 부정 방정식이 되므로 (3*3) 행렬 조합하여 아래 수학식 5와 같이 4개로 분리시켜서 푼다.

그리고, 편의를 위해 수학식 5의 행렬 4개를 각각 X1, X2, X3, X4라 한 후 수학식 4의 X * a = -1을 각각 대입하면 아래 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.

이때 나온 값을 각각, (ai, bi, ci) (i=1,2,3,4)라 한다.

그러면 평면(AP-VIEW)상의 법선벡터 A1, B1, C1은 각각 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

A1 = (a1+a2+a3+a4)/4

B1 = (b1+b2+b3+b4)/4

C1 = (c1+c2+c3+c4)/4

상기 수학식 7에서 ( a1 , a2 , a3 , a4 ), ( b1 + b2 + b3 + b4 ), ( c1 + c2 + c3 + c4 )의 값은 각각 거의 동일하다. 하지만 정확도를 위해 평균화를 한다.

아울러, 측면(Lateral VIEW) 영상도 평면과 동일하게 시행하여 법선벡터 A2, B2, C2를 각각 구한다.

각각의 직선(h1, h11)에 대한 풀이를 보면, 평면(AP-VIEW)의 중점(MP1)의 경우 (X1, Y1, Z1)가 되고, AP-VIEW 직교 벡터(h1)는 (A1, B1, C1)가 된다.

그리고, 측면(Lateral VIEW)의 중점(MP11)의 경우 (X2, Y2, Z2)가 되고, 측면(Lateral VIEW) 직교 벡터(h11)는 (A2, B2, C2)가 된다.

따라서, 평면(AP-VIEW)과 측면(Lateral VIEW)의 법선은 각각 다음 수학식 8과 같이 나타내어 질 수 있다.

상기 수학식 8의 X, Y, Z에 대해 정리해보면 (1), (2)는 수학식 9 및 10과 같이 각각 나타낼 수 있다.

그럼, 두 직선(h1, h11)의 교점(3Dp)에 대한 풀이를 보면, 아래 수학식 11과 같이 표현할 수 있다. 여기에서 위의 두 식이 같다고 가정한다.

상기 수학식 11에서 t와 s계산한 뒤 그 값을 수학식 8의 (1), (2)식에 대입하면 공간상의 교점(3Dp)인 x, y, z 가 구해진다.

이와 같이 본 발명을 구성함에 따라 미세침습 수술을 위한 수술계획이 가능 하게 되었는 데, 그 과정을 간단히 정리하여 보면 다음과 같다.

소정의 계측 모형이나 인체와 같은 시술대상체(1)를 통해 양측 방사선 영상의 내부 파라미터를 계산하여 영상 장비(20, 30)를 모델링하고, 영상 장비가 임의의 각도로 회전하는 것에 대한 보상이 이루어져 2차원인 두 영상이 영상 장비상에서 3차원적으로 정확히 표현되게 된다.

이후, 어떠한 인공 구조물의 사용도 필요 없이 수술보조로봇(90)이 정해진 경로를 따라 움직이게 하고 이를 촬영하여 수술 공간과 영상 좌표 간의 정합을 수행하게 된다. 이 결과를 이용해 두 영상에서 일치되는 점을 찾아 3차원 좌표화하는 작업을 수행할 수 있는데, 이 작업을 통해 엔트리 포인트와 타깃 포인트를 지정해 줄 수 있다.

이와 같이 수립된 수술경로데이터를 컴퓨터(40)는 TCP/IP 방식의 네트워크를 통해 수술보조로봇(90)으로 전달하고(S9), 수술보조로봇(90)은 컴퓨터(40)로부터 전달된 좌표관련 수술경로데이터를 기준으로 시술부위의 위치에 따라 로봇암의 작동을 제어하여 수술도구의 위치와 진입각도를 안내하면 의사는 수술보조로봇(90)에 의해 제시된 위치와 각도를 통해 수술을 직접 시행하게 된다(S10).

상기 수술보조로봇(90)은, 상기 가이드암(250)이 축회전 또는 상, 하부로 회전됨에 따라 상기 가이드암(250)에 결합된 수술도구지지대(300)를 다양한 각도로 조향할 수 있게 된다.

즉, 상기 컴퓨터(40)의 제어신호에 의해 외부의 구동전원이 공급되어 상기 구동모터(410)가 구동되어 제1로봇암(210)을 기준으로 제2,3,4로봇암(220,230,240) 이 일정각도로 회전되고, 이와 동시에 상기 감속모터(510)가 구동되어 상기 가이드암(250)이 일정 각도로 회전되면서, 상기 컴퓨터(40)로부터 입력받은 수술 부위의 위치좌표로 상기 수술도구지지대(300)가 위치될 수 있도록 동작되는 것이다.

상기 수술도구지지대(300)가 수술부위의 위치로 동작이 되었는지의 여부 및 수술도구가 수술부위에 정확하게 위치되었는지의 여부 등은 상기 영상수신기(30)로부터 전송된 영상데이터가 모니터(50)에 의해 표시됨으로써, 의사가 육안으로 확인할 수 있게 된다.

한편, 상기 가이드암(250)을 제외한 상기 제1,2,3,4로봇암(200,210,220,230) 사이를 연결하는 관절축(P)을 별도의 모터와 기어 연결구조를 통해 회전될 수 있도록 구비함으로써, 상기 컴퓨터(40)의 제어신호에 의해 상기 모터들을 구동시켜 상기 로봇암(200)을 자동적으로 동작시킬 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 감속모터(510)의 회전범위를 검출하여 상기 컴퓨터(40)로 검출된 신호를 송신하는 회전각도 감지수단이 더 포함될 수 있는데, 상기 회전각도 감지수단은 상기 감속모터(510)의 회전량을 검출할 수 있는 엔코더 센서(encoder sensor; 490)로 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 엔코더 센서(490)에 감지된 상기 가이드암(250)의 회전각도는 상기 컴퓨터(40)에 저장된 소정의 알고리즘에 의해 해석되는 피드백(feedback)을 통해 다시 상기 감속모터(510)들의 회전범위가 제어됨으로써, 시술하고자 하는 위치에 상기 수술도구지지대(300)를 정확하게 위치시킬 수 있는 것이다.

상기와 같은 일련의 과정으로 상기 수술도구지지대(300)의 위치가 상기 컴퓨 터(40)에서 계산된 좌표값과 일치되면, 의사는 환자의 피부를 소폭으로 절개하고, 상기 수술도구지지대(300)에 소정의 수술도구툴을 장착한 후 의사는 수술보조로봇의 보조에 따라 필요한 시술을 수행하게 된다.

척추관련 시술에 있어서 고도의 정밀성이 요구될 수밖에 없는바, 본 발명에 의한 수술보조로봇의 구조를 통해 척추경 수술의 안정성과 정밀성을 확보할 수 있다.

상기 시술이 완료되면 의사는 절개된 부위를 봉합하고, 조작버튼(미도시)을 눌러 상기 수술 로봇을 최초의 상태로 복귀시키게 되는데, 이때 상기 제4로봇암(240)과 상기 가이드암(250)은 "

" 형상의 제2로봇암(220) 측으로 밀착되게 회전되어 상기 로봇암(200)이 차지하는 공간을 효과적으로 줄이게 된다.

한편, 본 발명에서는 상기 로봇암(200)이 상기와 같은 구동장치들에 의해 자동으로 동작되는 것과는 별개로, 불가피한 사고로 인하여 로봇암의 구동장치가 작동되지 않을 경우, 또는 수동동작의 필요성에 의해 구동장치에 공급되는 구동전원을 차단할 경우에는 의사가 손으로 상기 로봇암(200)을 직접 수술부위에 위치시키는 수동 동작도 가능하다.

이와 같이 본 발명에 의한 다자유도 로봇은, 상기 제2로봇암(220)의 구조적인 특징에 의해 전체 로봇암(200)의 유동되는 변위의 폭을 줄여 다른 수술기구나 시술하는 의사에게 간섭되지 않고 시술하고자 하는 신체 부위에 정확하게 위치시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 수술도구지지대(300)를 척추의 경사진 방향과 일치되도록 조향할 수 있으며, 특히 척추에 나사공을 형성할 때 발생되는 상,하 방향의 유 동을 효과적으로 지지할 수 있어, 환자에게는 수술에 대한 부담감을 줄여줄 수 있고, 시술하는 의사 또한 수술의 정밀성과 안전성을 도모할 수 있는 것으로, 의료용 로봇 장치에 있어서 매우 유용한 발명이라 할 것이다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 척추경 나사못 시술, 척추 내시경 수술, 척추 추체 성형술, 척추조직 검사, 척추측만 교정술 등의 척추 수술 등에 있어 양측 방사선 영상(Bi-plane Fluoroscopy)을 사용하여 수술할 때, 영상에 표시되는 공간에 대해 기하학적으로 모델링하고, 이를 이용하여 2차원 영상 두장을 이용해 3차원적으로 수술계획을 정확하게 수립할 수 있는 이점이 있다.

또한, 양측 방사선시스템을 실제 계측과 영상을 통한 계측을 통하여 모델링을 하고, 이 결과와 두 장의 방사선 영상과의 기하학적 관계를 이용하여 원하는 점의 3차원 좌표를 구함으로써, 실시간으로 수술계획을 정확하게 수립할 수 있음과 아울러 방사선 영상을 이용한 인체의 3차원 좌표를 구할 수 있어 미세침습 수술(Non-Invasive Surgery)을 위한 수술계획 시스템에 적합하고, 수술계획을 위해 어떠한 인공 구조물을 인체에 삽입하거나 부착하는 등의 추가적인 시술이 필요하지 않기 때문에 환자의 고통 경감과 의사의 수고를 덜어 줄 수 있는 등의 다양한 이점이 있다.

또한, 로봇암의 동작 구조 및 절곡된 형상을 갖는 제2로봇암에 의해 종래의 수술보조로봇에 비하여 보다 좁은 영역에서 작동이 가능하여 로봇암이 다른 수술도구에 간섭되어 의료사고가 발생되는 것을 미연에 방지할 수 있고, 시술하는 의사에게 보다 넓은 시술공간을 제공할 수 있어 수술에 대한 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 수술기구가 장착되는 수술도구지지대를 다양한 각도로 조향할 수 있어 척추의 경사진 방향과 일치되게 수술도구를 정확하게 위치시킬 수 있으며, 특히 수술도구를 지지하는 도구툴에 의해 수술시 로봇암으로부터 시술부위까지의 이동되는 수술도구를 원활하게 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 수술도구가 횡방향으로 유동되는 것이 미연에 방지됨으로 인하여 수술의 정확성과 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한 로봇이 자동구동 및 의사의 손에 의해 동작시키는 수동구동이 가능함에 따라, 불가피한 사고로 인하여 로봇암의 구동장치가 작동되지 않더라도 적절하게 수동으로 동작시켜 시술을 수행할 수 있어 로봇의 오작동에 의한 의료 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

1. 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템에 있어서:

   대략 링 형상의 프레임;

   상기 프레임의 동일 수직면상에 90°간격으로 설치되어 X-ray 신호를 시술대상체의 상단면과 측면으로 각각 발사하는 복수의 방사선발생기;

   상기 방사선발생기와 대응되는 위치의 프레임상에 설치되어 시술대상체를 통해 전달된 평면 및 측면 방사선을 각각 수신하는 복수의 영상수신기;

   상기 영상수신기를 통해 출력된 시술대상체의 평면 및 측면 방향의 2차원 영상을 제공받아 상기 각 2차원 영상을 소정의 알고리즘에 의해 처리하여 시술부위의 3차원 위치정보를 생성하는 컴퓨터;

   상기 컴퓨터에 의해 처리된 양측 2차원 영상과 3차원 위치정보를 이미지로 출력하는 모니터; 및

   상기 컴퓨터에서 얻은 데이터를 기준으로 시술부위의 위치를 따라 수술도구의 위치와 진입각도를 안내하되, 관절로 회전가능하게 연결된 다수개의 로봇암과, 상기 로봇암 중 종단부의 가이드암에 결합된 수술도구지지대와, 상기 수술도구지지대의 각도를 조향하기 위해 상기 가이드암을 회전시키는 가이드암회전수단을 구비하는 수술보조로봇;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 영상수신기의 전단에 기준점들이 마킹된 계측용 모형원판이 고정 설치된 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 가이드암회전수단은,

   상기 가이드암에 인접되는 로봇암에 구비된 감속모터의 회전력을 전달하여 상기 가이드암을 축회전 및 상,하로 회전시키는 차동장치인 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 차동장치는,

   상기 감속모터의 구동력에 의해 회전되는 구동기어; 상기 구동기어와 맞물려 동기 회전되며 상기 가이드암에 인접된 로봇암에 축설되는 차동축의 양측에 구비된 한쌍의 차동피니언; 및 상기 차동피니언에 양측이 각각 맞물리도록 상기 가이드암의 축상에 구비된 차동사이드기어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 감속모터 및 상기 구동기어는 각각 한쌍으로 구비되어 상기 차동피니언이 상기 구동기어에 각각 맞물려 개별적으로 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 로봇암 중에 적어도 하나는 일정 각도로 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 수술도구지지대는 중앙에 형성된 통공에 수술도구가 삽입되어 이동되도록 도구삽입공이 형성된 도구툴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세침습 수술을 위한 컴퓨터통합 수술 보조시스템.
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