KR101039108B1 - 의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법이 개시된다. 의료용 로봇 시스템은 환부 영역을 치료하는 의료용 로봇, 광을 이용하여 상기 의료용 로봇의 위치를 추적하는 광 추적 장치, 상기 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 상기 의료용 로봇에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성하는 영상 생성 장치, 및 상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치, 및 상기 제3 그래픽 영상 내에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치에 기초하여 상기 의료용 로봇의 치료 동작을 제어하는 제어 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 의료용 로봇을 이용하여 환부 영역을 치료하는 경우에 있어, 치료의 안정성을 높일 수 있게 된다.
의료용 로봇, 원격 수술, 수술 자동화, 광 추적 장치, OTS

Description

의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법{Medical robot system and Method for controlling the same}
본 발명의 일실시예들은 의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환부 영역 치료의 안정성을 높일 수 있는 의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
의료용 로봇(Medical Robot)은 환부(Affected Part) 영역에 대한 치료 행위를 대신하여 의사를 대신하여 수행할 수 있는 기능을 가지는 로봇을 의미한다. 의료용 로봇의 일례로 이솝(AESOP) 로봇, 로보독(robodog) 로봇, 제우스(Zeus) 로봇, 및 다빈치(DaVinci) 로봇 등이 존재한다.
의료용 로봇을 이용하여 환부 영역에 대해 수술을 수행하는 경우에 있어, 환부 영역 이외의 영역인 비환부 영역(또는 정상 조직 영역)에 의료용 로봇이 침범하여 정상 조직 영역에 대해 치료 행위를 수행한다면 치명적인 결과가 발생할 수 있으므로, 의료용 로봇을 정확하게 제어하는 것은 매우 중요하다.
이를 위해, 종래의 의료용 로봇 시스템에는 광 추적 장치(OTS: Optical Tracking System)을 이용하여 의료용 로봇의 위치(보다 정확하게는 의료용 로봇과 환부 영역이 접촉하는 의료용 로봇의 말단부의 위치)를 추적하고, 이에 기초하여 의료용 로봇의 움직임을 제어하였다.
그러나, 이러한 종래의 시스템은 광 추적 장치의 내부 오차가 발생하는 경우, 의료용 로봇의 정확한 위치를 제공하지 못할 뿐만 아니라, 환부 영역 부근에서의 의료용 로봇의 위치에 대한 다양한 정보(일례로, 시각적 정보, 청각적 정보, 및 촉각적 정보)를 제공하지 못하여 환부 영역에 대한 치료 행위 시 안전성을 확보하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 의료용 로봇을 이용하여 환부 영역을 치료하는 경우에 있어, 치료의 안정성을 높일 수 있는 의료용 로봇 시스템 및 그 제어 방법을 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 환부 영역을 치료하는 의료용 로봇; 광을 이용하여 상기 의료용 로봇의 위치를 추적하는 광 추적 장치; 상기 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 상기 의료용 로봇에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성하는 영상 생성 장치; 및 상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치, 및 상기 제3 그래픽 영상 내에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치에 기초하여 상기 의료용 로봇의 치료 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하는 의료용 로봇 시스템이 제공된다.
이 경우, 상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치, 상기 제3 그래픽 영상 상에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치, 상기 의료용 로봇으로부터 수신된 상기 의료용 로봇의 위치 정보에 따른 상기 의료용 로봇의 제3 위치, 상기 대상 영역의 위치, 및 상기 제3 그래픽 영상 상에서의 상기 대상 영역의 위치는 서로 정합되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치와 상기 제3 그래픽 영상 내에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치 간의 차이가 기 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 중단시킬 수 있다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 의료용 로봇의 위치를 변경시켜 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어하고, 상기 의료용 로봇의 위치가 상기 환부 영역을 벗어나는 경우, 경고음을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 의료용 로봇 시스템은 사용자로부터 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 입력받고, 상기 입력된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전송하는 입력 장치를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 제어 신호에 더 기초하여 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 입력 장치는 상기 의료용 로봇의 위치를 변경하기 위한 조종 레버를 포함하고, 상기 제어 장치는 상기 의료용 로봇의 위치가 상기 환부 영역을 벗어나는 경우, 상기 조종 레버에 반력(反力)을 제공하고, 상기 의료용 로봇의 치료 동작을 중단시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 의료용 로봇을 이용하여 환부 영역을 치료하는 경우에 있어, 치료의 안정성을 높일 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도 면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템(100)은 의료용 로봇(Medical Robot)(110), 광 추적 장치(OTS: Optical Tracking System)(120), 영상 생성 장치(130), 디스플레이 장치(140), 제어 장치(150), 및 입력 장치(160)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상술하기로 한다.
의료용 로봇(110)은 사용자(의사)의 제어에 따라 환자의 환부(Affected Part) 영역을 치료 행위를 사용자(의사)를 대신하여 수행한다. 일례로서, 의료용 로봇(110)은 의사의 제어에 따라 뇌종양 수술, 일반외과 수술, 정형외과 수술, 비뇨기과 수술 등의 다양한 수술 행위를 수행할 수 있다.
이 경우, 의료용 로봇(110)은 로봇팔(Robot Arm)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 로봇팔의 말단부에는 겸자(forceps) 등의 의료 기구가 부착될 수 있고, 의료용 로봇(110)은 로봇팔의 말단부에 부착된 의료 기구를 환부 영역에 접촉하여 환부 영역에 대한 치료 행위를 수행할 수 있다.
일례로서, 의료용 로봇(110)은 뇌종양 수술에 이용되는 경우, 로봇팔의 말단부에는 뇌종양 부분을 소작(cauterization)하기 위한 소작기(cautery) 및 소작된 부분을 흡입하기 위한 흡입기(suction device)가 부착되고, 의료용 로봇(110)은 뇌 종양 부분을 소작하는 행위 및 소작된 부분을 흡입하는 행위를 통해 뇌종양을 제거할 수 있다.
광 추적 장치(120)는 광을 이용하여 의료용 로봇(110)의 위치를 추적한다. 광 추적 장치(120)에 의해 추적된 의료용 로봇(110)의 위치는 사용자에게 직/간접적으로 전달되어, 사용자가 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어하는데 이용된다.
이 때, 의료용 로봇(110)이 로봇팔을 포함하여 구성되는 경우, 광 추적 장치(120)는 환부 영역과 접촉하는 의료용 로봇(110)의 말단부의 위치를 추적할 수 있다.
영상 생성 장치(130)는 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 상기 의료용 로봇에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성한다.
즉, 영상 생성 장치(130)는 환부 영역, 비환부 영역(정상 조직 영역), 및 환부 영역과 비환부 영역 사이의 경계 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상을 생성하고, 대상 영역 부근에 위치하는 의료용 로봇(110)에 대한 제2 그래픽 영상을 생성하고, 상기 제1 그래픽 영상 및 제2 그래픽 영상을 합성하여 대상 영역 부근에 대한 제3 그래픽 영상을 생성할 수 있다.
일례로서, 의료용 로봇(110)이 로봇팔을 포함하고, 로봇팔의 말단부가 환부 영역에 접촉하여 치료 동작을 수행하는 경우, 의료용 로봇(110)에 대한 제2 그래픽 영상은 의료용 로봇(110)의 말단부에 대한 그래픽 영상일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 의료용 로봇(110)으로 부터 의료용 로봇(110)의 위치 정보를 수신하고, 이에 기초하여 제3 그래픽 영상을 생성할 수 있다. 이에 따라, 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇(110)에 대한 제2 그래픽 영상의 위치가 결정된다. 일례로서, 의료용 로봇(110)은 직교 좌표 형태의 위치 정보를 영상 생성 장치(130)로 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 3차원 형태의 제3 그래픽 영상을 생성할 수 있다. 이 경우, 의료용 로봇(110)에 대한 위치 정보 역시 3차원 직교 좌표 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 자기 공명 영상 장치(MRI: Magnetic Resonance Imaging), 컴퓨터 단층 촬영 장치(CT: Computed Tomography), X-ray 장치 중에서 적어도 하나를 이용하여 제1 그래픽 영상을 생성할 수 있다.
디스플레이 장치(140)는 영상 생성 장치(130)에서 생성된 제3 그래픽 영상을 디스플레이한다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여, 디스플레이 장치(140)를 통해 디스플레이되는 제3 그래픽 영상에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치(140)를 통해 디스플레이 되는 제3 그래픽 영상의 실시예들을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2에서는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상의 일례를 도시하고 있다.
이 때, 대상 영역은 환자의 머리의 일부 영역이고, 영상 생성 장치(130)는 MRI를 이용해 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상(210 내지 240)을 생성할 수 있다. 여기서, 제1 그래픽 영상(210) 내지 제1 그래픽 영상(240)은 동일한 환자의 머리 부분을 서로 다른 각도에서 촬영하여 생성된 그래픽 영상이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 영상 생성 장치(130)는 환부 영역(250), 경계 영역(260) 및 비환부 영역(정상 조직 영역)(270)을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상(210 내지 240)을 생성하고, 디스플레이 장치(140)는 생성된 제1 그래픽 영상(210 내지 240)을 디스플레이한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 환부 영역(250), 경계 영역(260), 및 비환부 영역(270)이 서로 다른 색상을 갖도록 제1 그래픽 영상을 생성할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 환부 영역, 경계 영역, 및 비환부 영역을 용이하기 구분할 수 있게 된다.
다음으로, 도 3은 대상 영역(310)에 대한 제1 그래픽 영상 및 의료용 로봇(320)에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 도시한 도면이다.
즉, 영상 생성 장치(130)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 대상 영역(310) 및 의료용 로봇(320)을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성하고, 대상 영역(310)과 의료용 로봇(320)간의 최소 거리를 나타내는 직선(330)을 제3 그래픽 영상에 포함시킬 수 있고, 의료용 로봇(320)이 위험 영역으로 접근하는 경우, 경고 메시지(340)를 생성하여 디스플레이 장치(140)를 통해 디스플레이할 수도 있다.
또한, 영상 생성 장치(130)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 차트 형태의 제3 그래픽 영상을 생성할 수도 있다. 이 경우, 영상 생성 장치는 대상 영역(350)으로 접근하는 의료용 로봇의 말단부의 위치의 변화를 곡선(360)의 형태로 표시하여 사용자에게 의료용 로봇의 움직임에 대한 시각적인 정보를 제공할 수 있다.
다시, 도 1을 참고하여, 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템(100)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제어 장치(150)는 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 제1 위치, 및 영상 생성 장치(130)에서 생성된 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇(110)의 제2 위치에 기초하여 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어한다.
즉, 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 위치에만 기초하여 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어하는 종래의 의료용 로봇 시스템과 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템(100)은 제3 그래픽 영상 내에서의 대상 영역과 의료용 로봇(110)의 위치 관계를 더 고려하여 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어함으로써, 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다.
이 경우, 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 제1 위치, 제3 그래픽 영상 상에서의 의료용 로봇(110)의 제2 위치, 의료용 로봇(110)으로부터 수신된 의료용 로봇(110)의 위치 정보에 따른 상기 의료용 로봇의 제3 위치, 대상 영역의 위치, 및 제3 그래픽 영상 상에서의 대상 영역의 위치는 서로 정합되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 광 추적 장 치(120)의 좌표(OTS coord.), 의료용 로봇(110)의 좌표(Robot coord.), 및 디스플레이 장치(140)에 디스플레이되는 제3 그래픽 영상 내의 좌표(MRI coord.)는 서로 정합될 수 있다. 이에 따라, 생성된 제3 그래픽 영상 내에 환자(410)의 환부 및 의료용 로봇(110)의 위치와, 실제 공간에서의 환자(410)의 환부 및 의료용 로봇(110)의 위치가 대응되어, 사용자(420)는 제3 그래픽 영상을 실시간으로 확인하면서 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 위치에 대한 제1 위치 정보를 광 추적 장치(120)로부터 수신하고, 의료용 로봇(110)으로부터 의료용 로봇(110)의 위치에 대한 제2 위치 정보를 수신하고, 제1 위치 정보 및 제2 위치 정보에 기초하여 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 의료용 로봇(110)에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성할 수 있다.
즉, 영상 생성 장치(130)는 2가지 경로를 통해 수신한 의료용 로봇(110)의 위치에 대한 정보에 따라서, 의료용 로봇(110)에 대한 제2 그래픽 영상의 위치를 결정하고, 이에 따라 제3 그래픽 영상을 생성할 수도 있다. 이 경우, 제어 장치(150)는 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇(110)의 위치에 기초하여 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 장치(150)는 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 제1 위치와 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇(110)의 제2 위치 간의 차이가 기 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 바람직하 게는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치가 정합되지 않는 경우, 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 중단시킬 수 있다.
일례로, 광 추적 장치(120)에서 내부 오차가 발생하는 경우, 광 추적 장치(120)에서 추적된 의료용 로봇(110)의 제1 위치와 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇(110)의 제2 위치가 정합되지 않게 되고, 이러한 경우에도 의료용 로봇(110)을 통해 치료 동작을 수행하는 것을 위험한 결과를 초래할 수 있다.
따라서, 제어 장치(150)는 2가지 경로를 통해 획득한 의료용 로봇(110)의 위치가 정합되지 않는 경우, 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 중단시킴으로써 치료의 안정성을 확보한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 장치(150)는 의료용 로봇(110)이 환부 영역 내에서만 치료 동작을 수행하도록 의료용 로봇(110)을 제어할 수 있다.
일례로서, 의료용 로봇(110)이 로봇팔을 구비하고, 로봇팔의 말단부에 부착된 의료 기구를 이용하여 의료용 로봇(110)이 환부 치료 행위를 수행하는 경우, 제어 장치(150)는 로봇팔의 말단부가 환부 영역 내에서만 이동하도록 의료용 로봇(110)을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 장치(150)가 의료용 로봇(110)의 위치를 변경시켜 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어하고, 의료용 로봇(110)의 위치가 환부 영역을 벗어나는 경우, 경고음을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다.
일례로서, 의료용 로봇(110)이 로봇팔을 구비하고, 로봇팔의 말단부에 부착된 겸자 등의 의료 기구를 이용하여 의료용 로봇(110)이 환부 치료 행위를 수행한다면, 제어 장치(150)는 환부 영역과 접촉되는 로봇팔의 말단부가 환부 영역을 벗어나는 시점에서 경고음 등을 생성하여 사용자에게 제공할 수 있다.
이에 대해 보다 자세히 살펴보면, 의료용 로봇(110)은 환부 영역, 경계 영역, 및 비환부 영역 중 어느 한 영역에 위치할 수 있는데, 만약 의료용 로봇(110)이 환부 영역으로부터 경계 영역으로 진입하고자 하는 경우, 제어 장치(150)는 제1 경고음을 생성하여 사용자에게 의료용 로봇(110)이 경계 영역으로 접근하고 있음을 알린다.
이 후, 의료용 로봇(110)이 경계 영역으로 진입하는 경우, 제어 장치는 제1 경고음과는 다른 제2 경고음을 생성하여 사용자에게 의료용 로봇(110)이 경계 영역에 위치함을 알릴 수 있다.
일례로, 제1 경고음과 제2 경고음은 일정 주기로 반복되는 비프(beep)음이고, 제2 경고음의 주기는 제1 경고음의 주기보다 빠를 수 있다.
이에 따라, 사용자는 의료용 로봇(110)의 치료 동작에 대한 청각적인 정보를 취득하고, 이를 의료용 로봇(110)의 제어에 활용할 수 있다.
입력 장치(160)는 사용자로부터 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 입력받고, 입력된 제어 신호를 제어 장치(150)로 전송한다. 이 경우, 제어 장치(150)는 입력 장치(160)로부터 수신된 제어 신호에 더 기초하여 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 제어할 수 있다. 일례로서, 입력 장치(160)는 의료 용 로봇(110)의 위치를 변경하기 위한 조종 레버(lever)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 장치(150)는 의료용 로봇(110)의 위치가 환부 영역을 벗어나는 경우, 제어 장치(150)는 수술의 안정성을 높이기 위해 조종 레버에 반력(反力)을 제공하고, 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 중단시킬 수 있다.
즉, 사용자가 조종 레버를 이용하여 의료용 로봇(110)의 위치를 변경하는 경우에 있어서, 조종 레버를 통해 의료용 로봇(110)이 환부 영역을 벗어나 경계 영역 및 비환부 영역으로 움직이도록 하는 제어 신호가 입력되는 경우, 제어 장치(150)는 조종 레버에 반력을 제공함으로써, 사용자에게 의료용 로봇(110)이 위험 부위로 접근하고 있다는 사실에 대한 촉감적 정보를 전달할 수 있다.
일례로서, 의료용 로봇(110)이 환부 영역으로부터 경계 영역 쪽으로 접근하는 경우, 제어 장치(150)는 약한 반력을 조종 레버에 제공하고, 이 후, 의료용 로봇(110)이 경계 영역 내로 진입하는 경우, 제어 장치는 강한 반력을 조종 레버에 제공하고, 이와 동시에 의료용 로봇(110)의 치료 동작을 중단시킬 수 있다.. 이 경우, 제어 장치(150)에 의해 제공되는 반력의 방향은 환부 영역의 중심 방향일 수 있다. 이에 따라, 의료용 로봇(110)은 치료 동작을 중단하고, 환부 영역의 중심부로 이동한다.
또한, 사용자는 입력 장치(160)를 통해 환부 제거 명령을 포함하는 제어 명령을 입력함으로써 환부의 일부 내지 전부를 제거할 수 있는데, 이 경우 영상 생성 장치(130)는 의료용 로봇(110)의 위치 정보 및 입력 장치(160)를 통해 입력된 환부 의 제거 명령에 기초하여 환부 영역의 일부 또는 전부가 제거된 대상 영역을 포함하는 제1 그래픽 영상을 실시간으로 생성하여 제공할 수 있다.
즉, 영상 생성 장치(130)는 환부 제거 명령을 포함하는 제어 신호를 입력받은 시점에서의 의료용 로봇(110)의 위치를 환부가 제거된 위치로 간주하여 환부 영역의 일부 또는 전부가 제거된 대상 영역을 포함하는 제1 그래픽 영상을 생성할 수 있다.
이에 따라, 디스플레이 장치(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 환부 제거 영역(510), 환부 영역(520), 및 비환부 영역(530)을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상(500)을 디스플레이하고, 사용자는 환부가 제거된 대상 영역을 포함하는 제1 그래픽 영상(500)을 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 영상 생성 장치(130)는 환부 제거 영역(510), 환부 영역(520), 및 비환부 영역(530)이 서로 다른 색상을 갖는 제1 그래픽 영상(500)을 생성할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 환부가 제거된 부분을 직관적으로 확인할 수 있게 된다.
일례로서, 의료용 로봇(110)이 로봇팔을 포함하여 구성되고, 로봇팔의 말단부에 소작기 및 흡수기가 부착되어 뇌종양 제거 수술을 수행하는 동작을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 로봇팔의 말단부는 입력 장치(160)를 통해 입력된 제어 신호에 기초하여 뇌종양이 존재하는 환부 영역으로 이동한다. 이 때, 사용자는 디스플레이 장치(140)를 통해 로봇팔의 말단부의 이동을 실시간으로 확인한다.
로봇팔의 말단부가 뇌종양이 존재하는 환부 영역으로의 이동을 완료하였다면, 사용자는 입력 장치(160)를 통해 뇌종양을 소작하는 명령을 입력한다. 이에 따라 로봇팔은 말단부에 부착된 소작기를 이용하여 뇌종양이 존재하는 환부 영역을 소작한다.
또한, 로봇팔의 말단부는 뇌종양의 소작과 병행하여, 흡수기를 이용하여 소작된 환부를 흡수한다.
이 경우, 영상 생성 장치(130)는 소작된 환부 부위와 흡수된 환부 부위를 서로 다른 색상으로 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 소작 행위의 결과 및 흡수 행위의 결과를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템의 제어 방법의 전제적인 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 도 6을 참고하여 각 단계별로 수행되는 과정을 상술하기로 한다.
먼저, 단계(S610)에서는 광 추적 장치에서 추적된 의료용 로봇의 제1 위치에 대한 정보를 수신한다. 일례로서, 단계(S610)에서는 [x, y, z]로 표현되는 3차원 직교 좌표 형태의 위치 정보를 수신할 수 있다.
단계(S620)에서는 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 의료용 로봇에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성한다.
이 때, 제3 그래픽 영상은 3차원 그래픽 영상일 수 있다. 또한, 의료용 로봇이 로봇팔을 포함하는 경우, 제2 그래픽 영상은 의료용 로봇의 말단부에 대한 그래픽 영상일 수 있다.
단계(S630)에서는 광 추적 장치에서 추적된 의료용 로봇의 제1 위치, 제3 그래픽 영상 상에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치, 의료용 로봇으로부터 수신된 의료용 로봇의 위치 정보에 따른 의료용 로봇의 제3 위치, 대상 영역의 위치, 및 제3 그래픽 영상 상에서의 대상 영역의 위치를 정합한다.
마지막으로 단계(S640)에서는 광 추적 장치에서 추적된 의료용 로봇의 제1 위치, 및 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇의 제2 위치에 기초하여 의료용 로봇의 치료 동작을 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S640)에서는 광 추적 장치에서 추적된 의료용 로봇의 제1 위치와 제3 그래픽 영상 내에서의 의료용 로봇의 제2 위치 간의 차이가 정합되지 않는 경우, 의료용 로봇의 치료 동작을 중단시킬 수 있고, 의료용 로봇이 환부 영역 내에서만 치료 동작을 수행하도록 의료용 로봇을 제어할 수 있다. 이에 따라, 의료용 로봇을 이용하여 원격 수술을 수행하는 경우 수술의 안정성을 높일 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S640)에서는 의료용 로봇의 위치가 환부 영역을 벗어나는 경우, 경고음을 생성하여 사용자에게 제공할 수도 있고, 사용자에 의해 조작되는 조종 레버에 반력을 제공할 수도 있다. 이와 병행하여, 단계(S640)에서는 수술의 안정성을 보장하기 위하여, 의료용 로봇의 위치가 환부 영역을 벗어나는 경우, 의료용 로봇의 치료 동작을 중단시킬 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 의료용 로봇 시스템의 제어 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 1 내지 도 5에서 설명한 의료용 로봇 시스템에 관한 구 성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 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), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양 한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치를 통해 디스플레이 되는 제3 그래픽 영상의 실시예들을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 광 추적 장치의 좌표, 의료용 로봇의 좌표, 및 제3 그래픽 영상 내의 좌표를 정합하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라서, 환부 영역의 일부가 제거된 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 의료용 로봇 시스템의 제어 방법의 전제적인 흐름을 도시한 순서도이다.

Claims (12)

  1. 환부 영역을 치료하는 의료용 로봇;
    광을 이용하여 상기 의료용 로봇의 위치를 추적하는 광 추적 장치;
    상기 환부 영역을 포함하는 대상 영역에 대한 제1 그래픽 영상 및 상기 의료용 로봇에 대한 제2 그래픽 영상을 포함하는 제3 그래픽 영상을 생성하는 영상 생성 장치; 및
    상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치, 및 상기 제3 그래픽 영상 내에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치에 기초하여 상기 의료용 로봇의 치료 동작을 제어하는 제어 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 생성 장치는 상기 의료용 로봇으로부터 상기 의료용 로봇의 위치 정보를 수신하고, 상기 의료용 로봇의 위치 정보에 기초하여 상기 제3 그래픽 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치, 상기 제3 그래픽 영상 상에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치, 상기 의료용 로봇으로부터 수신된 상기 의료용 로봇의 위치 정보에 따른 상기 의료용 로봇의 제3 위치, 상기 대상 영역의 위치, 및 상기 제3 그래픽 영상 상에서의 상기 대상 영역의 위치는 서로 정합되어 있는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 의료용 로봇의 말단부는 상기 환부 영역과 접촉하여 상기 환부 영역을 치료하고,
    상기 의료용 로봇의 위치는 상기 의료용 로봇의 말단부의 위치와 대응되는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대상 영역은 상기 환부 영역, 비환부 영역 및 상기 환부 영역과 비환부 영역 사이의 경계 영역을 포함하고,
    상기 영상 생성 장치는 상기 환부 영역, 상기 경계 영역, 및 상기 비환부 영역이 서로 다른 색상을 갖도록 상기 제1 그래픽 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 광 추적 장치에서 추적된 상기 의료용 로봇의 제1 위치와 상기 제3 그래픽 영상 내에서의 상기 의료용 로봇의 제2 위치 간의 차이가 기 설정된 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치는
    상기 의료용 로봇이 상기 환부 영역 내에서만 상기 치료 동작을 수행하도록 상기 의료용 로봇을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 대상 영역은 상기 환부 영역, 비환부 영역 및 상기 환부 영역과 비환부 영역 사이의 경계 영역을 포함하고,
    상기 제어 장치는
    상기 의료용 로봇의 위치를 변경시켜 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어하고,
    상기 의료용 로봇이 상기 경계 영역으로 접근하거나 또는 상기 의료용 로봇이 상기 경계 영역 내에 위치하는 경우, 경고음을 생성하여 사용자에게 제공하고,
    상기 의료용 로봇이 상기 경계 영역으로 접근하는 경우 생성되는 경고음과 상기 의료용 로봇이 상기 경계 영역 내에 위치하는 경우 생성되는 경고음은 서로 다른 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    사용자로부터 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 입력받고, 상기 입력된 제어 신호를 상기 제어 장치로 전송하는 입력 장치
    를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는 상기 제어 신호에 더 기초하여 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 입력 장치는 상기 의료용 로봇의 위치를 변경하기 위한 조종 레버를 포함하고,
    상기 제어 장치는 상기 의료용 로봇의 위치가 상기 환부 영역을 벗어나는 경우, 상기 조종 레버에 반력(反力)을 제공하고, 상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작을 중단시키는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반력의 방향은 상기 환부 영역의 중심 방향인 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 의료용 로봇의 상기 치료 동작은 상기 환부의 제거 동작을 포함하고,
    상기 입력 장치는 상기 환부의 제거 명령을 포함하는 상기 제어 신호를 입력받고
    상기 영상 생성 장치는
    상기 의료용 로봇으로부터 상기 의료용 로봇의 위치 정보를 수신하고,
    상기 입력 장치로부터 상기 환부의 제거 명령을 포함하는 상기 제어 신호를 수신하고,
    상기 의료용 로봇의 위치 정보 및 상기 환부의 제거 명령에 기초하여 상기 환부 영역의 일부 또는 전부가 제거된 상기 대상 영역을 포함하는 상기 제1 그래픽 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 의료용 로봇 시스템.
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