KR100961661B1 - 수술용 항법 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

수술용 항법 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합하는 제1 정합부와, 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 제2 정합부와, 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 영상 처리부를 포함하는 수술용 항법 장치는 수술 중에 촬영되는 환부에 대한 영상을 실시간으로 제공하여 수술 전 촬영한 영상과 비교할 수 있도록 하며, 제공되는 영상은 내시경의 현재 위치 및 주변 구조물의 3D 형태로 출력될 수 있으므로, 의사의 편의성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
수술, 로봇, 항법 장치, 영상.

Description

수술용 항법 장치 및 그 방법{Apparatus and Method of operating a medical navigation system}
본 발명은 의료용 기기 및 방법에 관한 것으로, 특히 수술용 항법 장치 및 방법에 관한 것이다.
의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기계를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제로 인하여 최근에는 로봇(robot)을 사용한 수술이 대안으로서 각광받고 있다.
종래의 수술 방법 중 영상유도수술(IGS : image-guided surgery)은 수술장에서 수술도구의 위치를 추적하여 CT 또는 MR 등 환자의 진단 영상에 중첩하여 시각화함으로써 수술의 정확성과 안정성을 높일 수 있는 방법이다. 도 1은 종래 기술에 따른 수술용 항법 장치를 도시한 도면이다. 수술용 항법장치(100)는 적외선 카메 라(101)를 통해 프로브(102)에 부착된 적외선 반사구(103)의 위치를 인식함으로써, 수술용 항법장치(100)의 디스플레이부(104) 상에, 프로브(102)의 위치로부터 보이는 환자의 환부를 수술용 항법장치(100)에 미리 저장되어 있는 3차원 이미지 데이터 상에서의 대응하는 부분에 나타낸다. 환자의 환부를 더욱 상세히 관찰하기 위해 수술용 현미경(105)이 사용될 수 있다.
그러나 종래 기술에 따른 수술용 항법 장치는 실제로 수술에 사용하는 모든 인스트루먼트에 모두 위치 프로브가 달려있는 것이 아니므로 위치 확인을 위해서는 반드시 위치 확인이 가능한 특정 프로브를 사용하여야만 한다. 또한, 수술초기에 위치확인을 할 때에 수술용 항법 장치를 많이 사용하지만 위치 확인이 모두 끝나고 실제로 수술을 수행하는 수술 중간에는 미리 저장된 영상 데이터가 실제 수술 부위의 영상 데이터와 위치가 다르거나 변형되어 수술용 항법 장치를 많이 사용하지 않는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 수술 중에 촬영되는 환부에 대한 영상을 실시간으로 제공하여 수술 전 촬영한 영상과 비교할 수 있도록 하는 수술용 항법 장치 및 그 작동 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 내시경의 현재 위치 및 주변 구조물의 3D 형태를 수술 전에 촬영한 영상과 대비하여 제공함으로써 수술의 정확성 및 의사의 편의성을 도모할 수 있는 수술용 항법 장치 및 그 작동 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합하는 제1 정합부와, 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 제2 정합부와, 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 영상 처리부를 포함하는 수술용 항법 장치가 제공된다.
영상 처리부는 촬상부와 결합한 로봇 암의 로봇 위치 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합할 수 있다.
또한, 영상 처리부는 환자 위치 데이터에 정합된 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 출력하도록 디스플레이부를 제어할 수 있다.
또한, 영상 처리부는 로봇 암으로부터 촬상부가 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향을 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합할 수 있다.
여기서, 촬상부는 서로 다른 시차(parallax)를 가지는 복수의 렌즈를 이용하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하거나 하나의 렌즈를 이용하여 이동하면서 대상을 촬상하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수술용 항법 장치가 수술 중 실시간으로 영상을 처리하는 방법에 있어서, 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합하는 단계와, 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 단계와, 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 단계를 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법이 제공된다.
여기서, 기준 영상 데이터는 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상에 대한 데이터이며, 기준 영상 데이터와 비교 영상 데이터는 2D 또는 3D 영상 데이터이며, 촬상부는 내시경일 수 있다.
여기서, 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터의 정합 단계는, 촬상부와 결합한 로봇 암의 로봇 위치 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터의 정합 단계 이후, 환자 위치 데이터를 이용하여 정합된 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 출력하도록 디스플레이부를 제어하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 여기서, 기준 영상 데이터는 촬상부가 바라보는 방향에 상응하여 출력될 수 있다.
또한, 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터의 정합 단계는, 로봇 암으로부터 촬상부가 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향을 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 환자 위치 데이터와 비교 영상 데이터의 정합 단계는, 촬상부가 서로 다른 시차를 가지는 복수의 렌즈를 이용하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하는 단계를 더 포함하거나, 하나의 렌즈를 이용하여 이동하면서 대상을 촬상하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부는 비교 영상 데이터에서 수술 진행에 상응하여 생성된 차이 영상 데이터를 추출하고, 기준 영상 데이터에서 차이 영상 데이터를 차감함으로써 기준 영상 데이터를 재구성하는 방법을 수행할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 수술용 항법 장치 및 그 작동 방법은 수술 중에 촬영되는 환부에 대한 영상을 실시간으로 제공하여 수술 전 촬영한 영상과 비교할 수 있도록 하며, 제공되는 영상은 내시경의 현재 위치 및 주변 구조물의 3D 형태로 출력될 수 있으므로, 수술의 정확성 및 의사의 편의성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 수술용 항법 장치 및 그 작동 방법에 따르면, 수술을 수행하는 의사는 수술 중에, 비교 영상 데이터로부터 구현되는 현재 촬상된 영상과 기준 영상 데이터로부터 구현되는 수술 전에 촬상된 영상을 서로 같은 위치, 방향에 대해서 볼 수 있으며, 수술이 얼마나 진행되었는지를 실시간으로 알 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치를 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 로봇 암(203), 수술용 인스트루먼트(205), 촬상부(207), 의사(210), 수술용 항법 장치(220)가 도시된다. 이하에서는 수술용 로봇을 이용하여 영상을 처리하는 방법을 중심으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 로봇 수술에 한정되지 않으며, 예를 들면, 단지 카메라 기능만 구비된 수술 보조 로봇인 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다.
본 실시예는 수술시 촬상된 영상들, 즉, 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상의 데이터와 수술 중 내시경에 의해 얻어진 영상 데이터를 서로 정합하여 수술 전과 수술 중의 환부에 대한 영상 정보를 실시간으로 제공함으로써, 수술의 정확성을 도모하고 의사가 편리하게 수술할 수 있도록 하는 영상 처리 방법을 특징 으로 한다.
수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상은 환부에 대한 상태, 위치 등을 확인하기 위한 영상으로서 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 진단 영상은 CT 영상, MRI 영상, PET 영상, X 레이 영상, 초음파 영상 등 다양한 영상을 포함할 수 있다.
로봇 암(203)에는 수술용 인스트루먼트(205), 내시경과 같은 촬상부(207)가 결합한다. 여기서, 내시경은 2D 또는 3D 내시경이 될 수 있으며, 이는 비경, 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경, 흉강경, 종격경, 심장경 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 촬상부(207)가 3D 내시경인 경우를 중심으로 설명한다.
수술용 항법 장치(220)는 의사(210)가 영상유도수술을 하는데 편의성을 제공하기 위한 장치이다. 수술용 항법 장치(220)는 수술 전 영상과 수술 중 영상을 서로 정합한 영상을 디스플레이부에 출력한다.
수술용 항법 장치(220)는 수술 전 촬상한 환자의 기준 영상 데이터, 환자의 위치 데이터 및 수술 중 환자의 환부에 대한 비교 영상 데이터를 이용하여 수술 전 영상과 수술 중 영상을 정합한다. 환자의 기준 영상 데이터는 수술 전에 환자에게 특수 마커를 부착한 상태에서 상술한 진단 영상을 촬상하는 소정의 의료기기에 의해 생성된다. 또한, 수술 직전에 환자 몸에 실제 부착된 마커 포인트의 위치와 기준 영상 데이터에 포함되는 마커 포인트 위치를 서로 정합하여 환자 위치 데이터는 기준 영상 데이터와 정합된다.
환자 위치 데이터는 환자의 환부에 위치하는 소정의 프로브의 위치를 파악함으로써 생성될 수 있다. 예를 들면, 프로브가 환자의 환부 또는 특정 지점에 위치하는 경우 소정의 카메라(예를 들면, 적외선 카메라)가 프로브의 특정 반사구(예를 들면, 적외선 반사구)를 인식하여 프로브의 위치 정보를 수술용 항법 장치(220)에 전송함으로써 환자 위치 데이터가 얻어질 수 있다. 본 실시예에 따른 환자 위치 데이터는 상술한 바와 다른 방법(예를 들면, 광학 추적 시스템(OTS : Optical Tracking System), 마그네틱 방식, 초음파 방식 등)에 의해 생성될 수 있음은 물론이다.
미리 생성되어 수술용 항법 장치(220)에 저장된 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 서로 정합하여 등록(registration)하는 방법은 다양하게 구현될 수 있으며, 본 발명은 특별한 방법에 한정되지 않는다. 예를 들면, 기준 영상 데이터의 좌표계, 환자 위치 데이터를 생성하기 위한 카메라의 좌표계 및 환자 위치 데이터의 좌표계를 서로 매핑함으로써 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 서로 정합할 수 있다. 이러한 등록 과정은 환자 위치 데이터 상의 점을 기준 영상 데이터 상의 점으로 변환시키는 과정이 될 수 있다.
이후 수술 중에 로봇 암(203)에 결합된 촬상부(207)가 촬영한 비교 영상 데이터와 상술한 환자 위치 데이터를 정합한다. 비교 영상 데이터는 환자의 환부를 촬상한 3D 내시경으로부터 생성된 영상 데이터로서 상술한 기준 영상 데이터와 정합되어 수술 중 실시간으로 디스플레이에 출력될 수 있다. 촬상부(207)는 로봇 암(203)에 결합되어 있으므로, 로봇 암(203)의 위치는 환자에 부착된 마커 포인트 를 기준으로 좌표로 식별 가능하다. 또한, 촬상부(207)가 로봇 암(203)의 일단으로부터 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향은 초기 설정값 및 변화값으로부터 산출될 수 있으므로, 촬상부(207)의 위치 좌표 및 방향도 로봇 암(203)의 로봇 위치 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 식별 가능하다.
따라서 기준 영상 데이터는 환자 위치 데이터와 정합되며, 비교 영상 데이터도 환자 위치 데이터와 정합되므로, 결론적으로 비교 영상 데이터는 기준 영상 데이터와 정합될 수 있다. 이러한 영상 데이터는 2D 또는 3D로 구현될 수 있으므로, 촬상부(207)가 바라보는 방향에 상응하는 기준 영상 데이터가 출력될 수 있다. 예를 들면, 기준 영상 데이터에 상응하는 영상은 촬상부(207)가 바라보는 방향에 따라 재구성하여 출력될 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 기준 영상 데이터의 좌표계, 환자 위치 데이터를 생성하기 위한 카메라의 좌표계, 환자 위치 데이터의 좌표계에 대해 산출되는 촬상부(207)의 위치 좌표 및 방향 정보를 이용하여 구현될 수 있다.
따라서 수술을 수행하는 의사는 수술 중에, 비교 영상 데이터로부터 구현되는 현재 촬상된 영상과 기준 영상 데이터로부터 구현되는 수술 전에 촬상된 영상을 서로 같은 위치, 방향에 대해서 볼 수 있으므로, 본 발명은 수술의 정확성 및 편의성을 도모할 수 있는 장점이 있다.
또한, 촬상부(207)의 위치 정보는 로봇 암(203)의 위치 정보와 비교하여 상대적으로 파악할 수 있으므로, 촬상부(207)의 일단에 대한 위치 및 바라보는 방향 정보는 로봇 암(203)의 위치 데이터를 이용하여 식별가능하다. 따라서 수술용 항법 장치(220)는 기준 영상 데이터 또는 비교 영상 데이터를 출력하면서, 촬상부(207)를 화면에 출력할 수 있다. 예를 들면, 촬상부(207)가 막대 형상인 경우 수술용 항법 장치(220)는 기준 영상 데이터가 구현하는 진단 영상에 촬상부(207)에 대응되는 막대 형상을 추가하여 표시할 수 있다.
여기서, 로봇 암(203), 수술용 인스트루먼트(205), 촬상부(207), 수술용 항법 장치(220)는 서로 유선 또는 무선으로 통신함으로써 정보를 송수신할 수 있다. 무선 통신이 구현되는 경우 전선에 의한 번거로움을 없앨 수 있으므로 보다 편리하게 수술을 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 촬상부(207)는 서로 다른 시차(parallax)를 가지는 복수의 렌즈를 이용하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 촬상부(207)가 두개이며 좌우로 배열된 렌즈를 구비하고, 서로 다른 시차를 가지고 물체를 촬상하는 경우 왼쪽 영상과 오른쪽 영상의 컨버전스(convergence) 각도 차이를 이용하여 거리를 파악하고, 촬상 대상을 3D 형태로 파악할 수 있다. 수술용 항법 장치(220)는 이러한 3D 정보를 수신하여 비교 영상 데이터를 출력한다. 수술용 항법 장치(220)에 출력되는 영상은 수술 전에 촬영한 2D 영상 또는 3D의 재구성 영상이고, 촬상부(207)로부터 수신하여 출력하는 재구성 영상은 현재의 3D 형태이므로 의사는 수술이 얼마나 진행되었는지를 실시간으로 알 수 있는 장점이 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 촬상부(207)는 하나의 렌즈를 이용하여 이동하면서 대상을 촬상함으로써 촬상 대상의 거리 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 촬상부(207)는 동일 환부에 대해 이동하면서 서로 다른 시차를 가지고 물체를 촬상 함으로써, 상술한 바와 같이 3D 형태로 촬상 대상을 파악할 수 있다. 촬상부(207)가 전후진, 회전 등의 동작을 하면서 상술한 거리 정보를 생성하면, 촬상부(207)가 위치한 공간에 대한 정보를 이용하여 3D로 형태를 파악할 수 있다.
상술한 촬상 대상의 거리 정보로부터 구현한 3D 정보를 이용하여 수술의 진행 상태 정보를 진단 영상에서 획득할 수도 있다. 즉, 수술 전 획득한 진단 영상과 수술 중 촬영한 재구성한 영상을 비교하고 차이 영상을 도출한 후 진단 영상으로부터 해당 차이 영상을 차감하면 진단 영상을 재구성하여 현재 수술의 진행 상태 정보를 출력할 수 있다. 예를 들면, 환부가 종양이 형성된 부위이고, 진행되는 수술이 해당 종양을 제거하는 수술이라면, 상술한 차이 영상은 제거되는 종양에 상응하는 영상이며, 실시간으로 종양이 제거되는 진행 상태를 재구성된 진단 영상으로 출력할 수 있다.
이를 위해 본 실시예에 따른 수술용 항법 장치(220)는 수술 중 촬상한 비교 영상 데이터에서 수술 진행에 상응하여 생성된 차이 영상 데이터를 추출하고, 기준 영상 데이터에서 차이 영상 데이터를 차감함으로써 기준 영상 데이터를 재구성하고 이를 재구성된 진단 영상으로 출력할 수 있다. 차이 영상 데이터는 동일한 촬상 대상에 대한 기준 영상 데이터와 비교 영상 데이터를 서로 비교하여 추출하거나 또는 동일한 촬상 대상에 대한 복수의 비교 영상 데이터를 서로 비교하여 추출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치의 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 제1 정합부(222), 제2 정합부(224), 영상 처리부(226), 디스플레이 부(228)를 포함하는 수술용 항법 장치(220)가 도시된다.
제1 정합부(222)는 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합한다. 상술한 바와 같이 제1 정합부(222)는 미리 생성되어 수술용 항법 장치(220)에 저장된 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 서로 정합하여 등록(registration)하며, 예를 들면, 기준 영상 데이터의 좌표계, 상술한 환자 위치 데이터 생성을 위한 카메라의 좌표계 및 환자 위치 데이터의 좌표계를 서로 매핑함으로써 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 서로 정합할 수 있다.
제2 정합부(224)는 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합한다. 즉, 제2 정합부(224)는 수술 중에 로봇 암(203)에 결합된 촬상부(207)가 촬영한 비교 영상 데이터와 상술한 환자 위치 데이터를 정합한다. 예를 들면, 제2 정합부(224)는 환자 위치 데이터의 좌표계로부터 로봇 암(203) 및 촬상부(207)의 좌표값을 산출함으로써, 환자 위치 데이터와 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합할 수 있다. 로봇 암(203)의 좌표계 또는 촬상부(207)의 좌표계를 환자 위치 데이터의 좌표계에 대해 미리 설정한 후 변화값을 적용하여 로봇 암(203) 및 촬상부(207)의 좌표값을 산출할 수 있음은 물론이다. 여기서, 제2 정합부(224)는 제1 정합부(222)와 표기상 다르게 표현하였으나, 동일한 장치로 구현될 수 있다. 즉, 제1 정합부(222)와 제2 정합부(224)는 기능상으로 다른 구성요소이지만, 실질적으로 동일한 장치에 구현되거나 구체적인 소스 코드만 달리 구현될 수 있다.
영상 처리부(226)는 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합한다. 정합된 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터는 의사가 비교하기 쉽게 인접한 디스플레이부(228)에 출력될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치의 작동 방법의 흐름도이다.
단계 S410에서는, 제1 정합부(222)는 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합한다. 이는 상술한 바와 같이 기준 영상 데이터의 좌표계, 환자 위치 데이터를 생성하기 위한 카메라의 좌표계 및 환자 위치 데이터의 좌표계를 서로 매핑함으로써 구현될 수 있다.
단계 S420에서는, 제2 정합부(224)는 환자 위치 데이터와 촬상부(207)로부터 수신한 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합한다. 여기서, 촬상부(207)는 서로 다른 시차를 가지는 복수의 렌즈를 이용하거나 이동하면서 대상을 촬상하여 3D 영상을 구현하기 위해 촬상 대상의 거리 정보를 생성할 수 있다(단계 S422). 이러한 3D 영상은 기준 영상 데이터가 촬상부(207)가 바라보는 방향에 대해 출력되는데 이용될 수 있다.
단계 S430에서는, 영상 처리부(226)는 환자 위치 데이터를 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합한다. 여기서, 영상 처리부(226)는 촬상부(207)와 결합한 로봇 암의 로봇 위치 데이터와 환자 위치 데이터를 이용 하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합할 수 있다(단계 S432). 또한, 영상 처리부(226)는 로봇 암(203)으로부터 촬상부(207)가 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향을 이용하여 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 정합할 수 있다(단계 S434).
단계 S440에서는, 수술용 항법 장치(220)는 환자 위치 데이터를 이용하여 정합된 비교 영상 데이터와 기준 영상 데이터를 출력하도록 디스플레이부를 제어하며, 이 경우 기준 영상 데이터는 상기 촬상부가 바라보는 방향에 상응하여 출력될 수 있다.
그 외 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치에 대한 구체적인 장치 상세 설명, 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리, 카메라, 센서 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치의 작동 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 즉, 기록 매체는 컴퓨터에 상술한 단계들을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합한 형태로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기한 바에서, 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치는 수술용 로봇 및 영상유도수술 시스템의 구성을 일 실시예에 따라 기술하였으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 수동식 내시경을 사용하는 수술 시스템에도 적용될 수 있으며, 영상유도수술 시스템의 구성요소 중 어느 하나를 다르게 구현하더라도 전체적인 작용 및 효과에는 차이가 없다면 이러한 다른 구성은 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
예를 들면, 본 발명은 마스터 로봇에 구비된 마스터 인터페이스의 조작에 의해 슬레이브 로봇에 결합된 로봇 암, 수술용 인스트루먼트, 촬상부가 작동하는 마스터 슬레이브 구조를 가지는 수술용 로봇 시스템에도 적용될 수 있다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 수술용 항법 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치의 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수술용 항법 장치의 작동 방법의 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 수술용 항법장치 101 : 적외선 카메라
102 : 프로브 103 : 적외선 반사구
104 : 디스플레이부 105 : 수술용 현미경
203 : 로봇 암 205 : 수술용 인스트루먼트
207 : 촬상부 210 : 의사
220 : 수술용 항법 장치 222 : 제1 정합부
224 : 제2 정합부 226 : 영상 처리부
228 : 디스플레이부

Claims (22)

  1. 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상에 상응하는 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합하는 제1 정합부와;
    상기 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 내시경 영상에 상응하는 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 제2 정합부와;
    상기 환자 위치 데이터를 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 영상 처리부와;
    상기 환자 위치 데이터에 정합된 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 출력하는 디스플레이부를 포함하는 수술용 항법 장치.
  2. 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상에 상응하는 기준 영상 데이터와 수술 중 촬상부로부터 수신한 내시경 영상에 상응하는 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 영상 처리부와;
    상기 정합된 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 출력하는 디스플레이부를 포함하되,
    상기 영상 처리부는 상기 촬상부의 위치 정보를 이용하여 상기 기준 영상 데이터 및 상기 비교 영상 데이터를 상기 촬상부가 결합하는 로봇 암의 좌표계에 정합하는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준 영상 데이터와 상기 비교 영상 데이터는 2D 또는 3D 영상 데이터인 수술용 항법 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촬상부는, 비경, 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경, 흉강경, 종격경 및 심장경으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 내시경인 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 촬상부와 결합한 로봇 암의 로봇 위치 데이터와 상기 환자 위치 데이터를 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 정합하는 수술용 항법 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 로봇 암으로부터 상기 촬상부가 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향을 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 정합하는 수술용 항법 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 환자 위치 데이터에 정합된 상기 비교 영상 데이터 와 상기 기준 영상 데이터를 출력하도록 디스플레이부를 제어하는 수술용 항법 장치.
  8. 제2항 또는 제7항에 있어서,
    상기 기준 영상 데이터는 상기 촬상부가 바라보는 방향에 상응하여 출력되는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촬상부는 서로 다른 시차를 가지는 복수의 렌즈를 이용하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촬상부는 하나의 렌즈를 이용하여 이동하면서 대상을 촬상하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터간의 차이 영상 데이터를 추출하고, 상기 기준 영상 데이터에서 상기 차이 영상 데이터를 차감함으로써 상기 기준 영상 데이터를 재구성하는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치.
  12. 수술용 항법 장치가 수술 중 실시간으로 영상을 처리하는 방법에 있어서,
    수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상에 상응하는 기준 영상 데이터와 환자 위치 데이터를 이용하여 환자의 위치를 기준 영상 데이터에 정합하는 단계와;
    상기 환자 위치 데이터와 촬상부로부터 수신한 내시경 영상에 상응하는 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 단계와;
    상기 환자 위치 데이터를 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 단계와;
    상기 환자 위치 데이터에 정합된 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  13. 수술 전 촬상하여 생성한 환자의 진단 영상에 상응하는 기준 영상 데이터와 수술 중 촬상부로부터 수신한 내시경 영상에 상응하는 비교 영상 데이터를 실시간으로 정합하는 단계-여기서, 상기 기준 영상 데이터 및 상기 비교 영상 데이터는 상기 촬상부의 위치 정보를 이용하여 상기 촬상부가 결합하는 로봇 암의 좌표계에 정합됨-;
    상기 정합된 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 기준 영상 데이터와 상기 비교 영상 데이터는 2D 또는 3D 영상 데이터인 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 촬상부는, 비경, 기관지경, 식도경, 위경, 십이지장경, 직장경, 방광경, 복강경, 흉강경, 종격경 및 심장경으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 내시경인 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터의 정합 단계는,
    상기 촬상부와 결합한 로봇 암의 로봇 위치 데이터와 상기 환자 위치 데이터를 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 정합하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터의 정합 단계는,
    상기 로봇 암으로부터 상기 촬상부가 이격된 거리, 연장된 방향 및 바라보는 방향을 이용하여 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 정합하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터의 정합 단계 이후,
    상기 환자 위치 데이터를 이용하여 정합된 상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터를 출력하도록 디스플레이부를 제어하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  19. 제13항 또는 제18항에 있어서,
    상기 기준 영상 데이터는 상기 촬상부가 바라보는 방향에 상응하여 출력되는 것을 특징으로 하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 환자 위치 데이터와 상기 비교 영상 데이터의 정합 단계는,
    상기 촬상부가 서로 다른 시차를 가지는 복수의 렌즈를 이용하여 촬상 대상 의 거리 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 환자 위치 데이터와 상기 비교 영상 데이터의 정합 단계는,
    상기 촬상부가 하나의 렌즈를 이용하여 이동하면서 대상을 촬상하여 촬상 대상의 거리 정보를 생성하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
  22. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터의 정합 단계 이후,
    상기 비교 영상 데이터와 상기 기준 영상 데이터간의 차이 영상 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 기준 영상 데이터에서 상기 차이 영상 데이터를 차감함으로써 상기 기준 영상 데이터를 재구성하는 단계를 더 포함하는 수술용 항법 장치의 작동 방법.
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