KR101214849B1 - Re―registration device in robot arthroplasty, Re―registration method in robot arthroplasty and robot arthroplasty including the re―registration device - Google Patents

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Abstract

발명은 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에 이용되는 뼈의 위치 재탐색장치, 그 재탐색장치를 이용한 뼈의 위치 재탐색방법, 그 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇 및 그 관절수술용 로봇을 이용한 관절수술방법에 대한 것이다. 영상처리부가 관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상데이터를 얻고 형상데이터를 기초로 뼈의 절삭부위를 설정하는 단계; 관절수술용 로봇의 지지대에 신체 일부를 고정시키는 단계; 환부를 절개한 상태에서 마커부착수단이 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 단계; 레이저 스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 단계; 매칭부가 위치데이터와 형상 데이터를 매칭시켜 뼈의 위치정보를 얻는 단계; 위치정보에 기반하여 관절수술용 로봇을 구성하는 절삭아암이 절삭부위를 절삭하는 단계; 및 절삭아암에 의해 절삭부위를 절삭하는 중 위치정보에 에러가 발생된 경우 재탐색부가 형상데이터와 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 뼈 위치 재탐색방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bone repositioning apparatus for joint surgery using a robot having a cutting arm, a method for relocating bones using the rescanning apparatus, a joint surgery robot having the rescanning apparatus, and a robot for joint surgery It is about joint surgery method. Photographing the bones to be subjected to joint surgery by the image processor to obtain shape data of the bones and setting the cutting sites of the bones based on the shape data; Fixing a body part to a support of the joint surgery robot; Attaching or inserting a marker to the bone by the marker attaching means in the incision state; Extracting, by the laser scanner, bone position data by scanning the bone to which the marker is attached or inserted; Obtaining a location information of the bone by matching the location data with the shape data; Cutting the cutting portion by a cutting arm constituting the robot for joint surgery based on the position information; And rescanning the location information by rematching the shape data and the location data when an error occurs in the location information while cutting the cutting area by the cutting arm. It is about.

Description

절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에 이용되는 뼈의 위치 재탐색장치, 그 재탐색장치를 이용한 뼈의 위치 재탐색방법, 그 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇 및 그 관절수술용 로봇을 이용한 관절수술방법{Re?registration device in robot arthroplasty, Re?registration method in robot arthroplasty and robot arthroplasty including the re?registration device}A device for repositioning bones for joint surgery using a robot with a cutting arm, a method for relocating bones using the rescanner, a joint surgery robot having the rescanner and a joint surgery robot Re-registration device in robot arthroplasty, Re? Registration method in robot arthroplasty and robot arthroplasty including the re? Registration device}

본 발명은 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에 이용되는 뼈의 위치 재탐색장치, 그 재탐색장치를 이용한 뼈의 위치 재탐색방법, 그 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇 및 그 관절수술용 로봇을 이용한 관절수술방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 레이저 스캐너에 의해 스캐닝하여 추출된 뼈의 3차원 위치데이터를 매칭부에 의해 형상데이터와 매칭하여 뼈의 위치정보를 신속하게 획득하고 재탐색부를 구비하여 수술중 에러가 발생된 경우, 뼈에 마커를 부착하게 됨으로써 신속하게 위치정보를 다시 수정할 수 있는 뼈의 위치 재탐색방법, 그 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇에 대한 것이다. The present invention provides a device for repositioning bones for joint surgery using a robot having a cutting arm, a method for relocating bones using the rescanner, a robot for joint surgery having the rescanner, and the joint surgery It is about joint surgery using robot. More specifically, when the three-dimensional position data of the bones scanned by the laser scanner is matched with the shape data by the matching unit to obtain the position information of the bones quickly and has a re-search unit when an error occurs during the operation In addition, by attaching a marker to the bones to reposition the position of the bone that can be quickly revised position information, and a joint surgery robot having the re-search apparatus.

뼈를 절삭해야 하는 수술 중에서도 무릅관절 성형술과 고관절성형술이 가장많이 상용되고 있다. 이러한 관절수술은 관절이 제 역할을 하지 못하는 경우 관절부위를 잘라내고 절삭된 부분에 새로운 임플란트를 삽입함으로써 해결하게 된다. 이때 절삭되는 뼈 부위와 임플란트의 모양이 일치하여야 좋은 수술 결과를 얻을 수 있게 된다. Among the surgeries that require bone cutting, elbow arthroplasty and hip arthroplasty are most commonly used. Such joint surgery is solved by cutting the joint and inserting a new implant into the cut when the joint is not functioning properly. At this time, the shape of the bone to be cut and the shape of the implant must be matched to obtain good surgical results.

최근 의료로봇의 등장으로, 의사가 직접 손으로 뼈를 절삭하기보다는 로봇을 이용하여 정교하게 뼈를 절삭하는 방법이 임플란트의 수명을 길게 한다. 대표적인 관절수술로는 무릅관절수술(Knee Arthroplasty)과 고관절 수술이 존재한다. 무릅사이의 연골이 닳아서 없어지거나 각종 질병들로 인하여 무릅관절 표면에 질병이 생겨 고통을 줄 수 있다. 이때 무릅관절수술을 통하여 손상된 무릅표면을 깍아내고 새로운 임플란트를 삽입하여 환자의 고통을 줄이고 환자가 다시 정상적으로 걸을 수 있게 한다. 또한 고관절 수술의 경우, 무릅관절수술과 마찬가지로 뼈 표면의 손상이나 대퇴골(femoral neck)이 부러진 경우 새로운 임플란트를 삽입하여 환자의 고통을 줄이고 다시 걸을 수 있도록 한다. With the recent emergence of medical robots, the method of cutting bones precisely using a robot rather than cutting bones by hand extends the life of the implant. Representative joint surgery includes knee arthroplasty and hip surgery. The cartilage between the knees may be worn out, or various diseases may cause pain on the surface of the knee joint. At this time, the damaged knee surface is removed through the elbow joint operation and a new implant is inserted to reduce the pain of the patient and allow the patient to walk normally again. In addition, in the case of hip surgery, if the bone surface is damaged or the femoral neck is broken, a new implant can be inserted to reduce the pain of the patient and to walk again.

이러한 고관절 수술이나 무릅관절 수술은 각 뼈를 삽입할 임플란트 모양으로 정교하게 뼈를 절삭하는 것이 중요하다. 로봇을 이용하지 않고 의사가 직접 뼈를 깍을 경우 의과용 틀, 정 또는 톱을 사용하여 임플란트 모양을 어림잡아 절삭한 후, 임플란트를 삽입하게 된다. 이러한 경우 절삭된 뼈의 모양과 임플란트의 모양이 정확히 일치되지 않아 임플란트가 정확히 고정되지 않고 헐거울 수 있게 된다. 따라서 임플란트의 모양을 맞추며 절삭해야 하는 의사들의 불편함과 절삭된 뼈의 모양이 임플란트와 불일치하여 임플란트의 수명이 줄어들고 재수술이 필요할 수 있게 되는 문제가 존재하게 된다. In such hip surgery or knee surgery, it is important to precisely cut the bone into the shape of an implant to insert each bone. If the doctor cuts the bone directly without using a robot, the implant shape is roughly cut using a medical frame, tablet or saw, and then the implant is inserted. In this case, the shape of the cut bone and the shape of the implant do not exactly match, and the implant may not be fixed correctly and may be loose. Therefore, there is a problem that the discomfort of doctors who need to cut the shape of the implant and the shape of the cut bones are inconsistent with the implant, thereby reducing the life of the implant and requiring reoperation.

그러나 절삭아암을 갖는 로봇을 이용하여 뼈를 절삭하는 경우 뼈에 삽입될 임플란트 모양과 거의 동일하게 절삭하는 것이 가능하므로 임플란트 수명을 길게 할 수 있고 재수술의 가능성을 최대한으로 낮출 수 있다는 장점이 존재한다. However, when cutting a bone using a robot with a cutting arm, it is possible to cut almost the same shape as the implant to be inserted into the bone, thereby increasing the life of the implant and minimizing the possibility of reoperation.

도 1은 종래 일실시예에 따른 디지타이저(2)를 갖는 관절수술용 로봇(1)의 사시도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 디지타이저(2)를 갖는 관절수술용 로봇(1)은 신체 일부가 지지되는 지지대(10), 뼈를 절삭하기 위한 절삭아암(4), 수술중 뼈의 움직임을 측정하는 모션측정부(Bone Motion Monitor, BMM, 5), 뼈(6)의 3차원 위치데이터(9)를 추출하기 위한 디지타이저(2) 등을 포함하고 있다. 1 shows a perspective view of a robot 1 for joint surgery having a digitizer 2 according to a conventional embodiment. As shown in FIG. 1, the conventional articulation robot 1 having a digitizer 2 includes a support 10 on which a body part is supported, a cutting arm 4 for cutting bones, and movement of bones during surgery. It includes a motion measuring unit (Bone Motion Monitor, BMM, 5) to measure, a digitizer (2) for extracting three-dimensional position data (9) of the bone (6).

통상적으로 관절수술용 로봇(1)을 이용한 관절수술방법은 먼저, 환부를 절개하지 않은 상태에서 수술의 대상이 되는 뼈가 존재하는 위치의 신체 일부를 컴퓨터 단층촬영기기(CT)를 이용하여 촬영하여 뼈의 3차원 형상데이터(8)를 얻게 된다. 그리고, 3차원 형상데이터(8)를 기초로 뼈의 절삭부위를 결정하게 된다. 그리고, 절삭부위가 결정된 3차원 형상데이터(8)를 기초로 관절수술용 로봇(1)의 절삭아암(4)의 절삭경로, 좌표를 입력, 형성하게 된다. In general, the joint surgery method using the robot for joint surgery (1), by first using a computed tomography (CT) to take a picture of the body part of the position where the bone to be the target of the surgery without the incision The three-dimensional shape data 8 of the bone is obtained. Then, the cutting part of the bone is determined based on the three-dimensional shape data 8. Then, the cutting path and coordinates of the cutting arm 4 of the joint surgery robot 1 are input and formed on the basis of the three-dimensional shape data 8 in which the cutting portion is determined.

그리고, 환부를 절개한 후 디지타이저(2)를 이용하여 실제 뼈(6)의 3차원 위치데이터(9)를 추출하게 된다. 도 2는 종래 디지타이저(2)를 이용해 3차원 위치 데이터(9)를 추출 중인 뼈(6)의 사시도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(11)에 의해 뼈를 고정시키고 디지타이저의 탐침(3) 끝단을 뼈(6)에 접촉시켜 실제 수술시 환자의 실제 뼈(6) 표면을 한점 한점 찍으면서 모인점을 조합하여 3차원 위치데이터(9)를 추출하게 된다. After the incision is made, the 3D position data 9 of the actual bone 6 is extracted using the digitizer 2. 2 shows a perspective view of the bone 6 which is extracting the three-dimensional position data 9 using the conventional digitizer 2. As shown in FIG. 2, the bone is fixed by the fixing part 11 and the tip of the digitizer probe 3 is contacted with the bone 6 while taking a single point on the surface of the patient's actual bone 6 during the actual operation. The three-dimensional position data 9 is extracted by combining the draw points.

그리고, 3차원 형상데이터(8)와 3차원 위치데이터(9)를 서로 매칭(registration)시켜 뼈의 위치정보를 얻고 이러한 위치정보를 기반으로 절삭아암(4)은 뼈(6)의 절삭부위를 정확하게 절삭하게 된다. 그러나 종래 디지타이저(2)를 이용한 관절수술용 로봇(1)의 경우 많은 개별점 입력으로 인하여 위치데이터(9)를 추출하는 과정과 위치데이터(9)와 형상데이터(8)를 매칭시키는 과정에 많은 시간이 소요된다는 문제가 존재한다(약 20 ~ 40분). 따라서 많은 개별점 입력으로 기존에 불필요했던 시간 소요 부분들이 의사에게 번거롭고 지겨운 작업이 된다는 문제가 존재한다.  Then, the three-dimensional shape data 8 and the three-dimensional position data 9 are registered with each other to obtain the position information of the bone, and based on the position information, the cutting arm 4 cuts the cutting portion of the bone 6. The cut is accurate. However, in the case of the conventional joint surgery robot (1) using the digitizer (2) due to the input of many individual points, the process of extracting the position data (9) and the process of matching the position data (9) and the shape data (8) The problem is that it takes time (about 20-40 minutes). Therefore, there is a problem that time-consuming parts that are unnecessary previously due to many individual point inputs are cumbersome and tedious for the doctor.

또한 환자가 절삭중에 움직이게 되어 위치정보에 오류가 발생되게 되는 경우 다시 디지타이저(2)를 이용하여 개별점들을 찍어서 위치데이터(9)를 형성아혀 매칭해야되는 문제가 존재하여 수술시간이 장시간 소요되게 되는 문제가 존재한다. 또한, 수술중에 환자의 움직임을 정밀하게 측정하여야 하기 때문에 관절수술용 로봇(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 모션측정부(5)를 사용해야만하는 문제가 존재하게 된다. 따라서 실제 뼈의 3차원 위치데이터의 추출과 형상데이터와의 매칭을 보다 신속하게 가능한 방법과 장치가 요구되었고, 수술 중에 에러가 발생된 경우 신속하게 뼈의 위치정보를 재탐색가능한 방법 및 장치가 요구되었다. In addition, when the patient moves during cutting and an error occurs in the position information, there is a problem in that the position data 9 is formed by matching the individual points by using the digitizer 2 to form and match the operation time. The problem exists. In addition, since the movement of the patient must be precisely measured during the surgery, the robot 1 for joint surgery has a problem of using the motion measuring unit 5 as shown in FIG. 1. Therefore, there is a need for a method and apparatus for extracting 3D position data of bones and matching the shape data more quickly, and a method and apparatus capable of quickly re-searching bone position information when an error occurs during surgery are required. It became.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 스캐너를 이용하게 됨으로써 종래 디지타이저를 이용하는 경우보다 신속하게 실제 뼈의 3차원 위치데이터를 추출하고 형상데이터와 매칭할 수 있는 뼈 위치 재탐색장치, 방법 및 관절수술용 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, and by using a laser scanner, the bone position re-exploration that can extract the three-dimensional position data of the actual bone and match the shape data faster than using a conventional digitizer An object of the present invention is to provide an apparatus, method and robot for arthroscopic surgery.

또한, 수술중 에러가 발생되는 경우에 디지타이저를 이용하는 경우처럼 개별점을 추출할 필요 없이 다시 신속하게 레이저 스캐너를 이용하여 위치데이터와 형상데이터를 매칭하여 위치정보를 추출할 수 있는 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한 본 발명의 일실시예는 수술 전에 환부를 절개하고 마커부착수단에 의해 뼈의 표면에 마커를 부착, 삽입함으로써 수술중 에러가 발생된 경우, 보다 신속하게 위치정보를 재탐색 가능한 뼈 위치 재탐색장치, 방법 및 관절수술용 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, when an error occurs during the operation, as in the case of using a digitizer, there is no need to extract individual points, and again has a re-search device that can extract the position information by matching the position data and shape data using a laser scanner again An object of the present invention is to provide a robot for arthroplasty. In addition, an embodiment of the present invention is to re-discover the bone position to re-discover the location information more quickly when an error occurs during surgery by cutting the affected part before surgery and attaching and inserting a marker on the surface of the bone by the marker attaching means. An object of the present invention is to provide an apparatus, method and robot for arthroscopic surgery.

본 발명의 제1목적은, 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색장치에 있어서, 관절수술의 대상이 되는 신체 일부가 지지되는 지지대; 관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상 데이터를 얻는 영상처리부; 환부를 절개한 상태에서 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 마커부착수단; 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 레이저 스캐너; 형상데이터와 위치 데이터를 매칭시켜 뼈의 위치정보를 얻는 매칭부; 및 위치정보에 에러가 발생된 경우 형상데이터와 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 재탐색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is a bone position rescanning apparatus in a joint surgery using a robot having a cutting arm, the support supporting a body part to be subjected to joint surgery; An image processing unit to obtain bone shape data by photographing a bone that is a target of joint surgery; Marker attachment means for attaching or inserting a marker to the bone in the incision state; A laser scanner for scanning the bone to which the marker is attached or inserted to extract bone position data; Matching unit for matching the shape data and the position data to obtain the position information of the bone; And a re-search unit for re-searching the positional information by re-matching the shape data and the positional data when an error occurs in the positional information. Can be.

레이저스캐너는 뼈와 이격되게 위치한 몸체, 몸체 내부에 구비되어 뼈에 레이저빔을 조사하는 레이저빔조사부, 몸체 내부에 구비되어 레이저빔이 조사된 뼈를 촬상하여 3차원 데이터를 얻는 촬상장치 및 레이저 스캐너는 몸체를 수평방향으로 이동시키는 무빙 플레이트를 포함하고, 에러가 발생된 경우, 마커가 부착된 뼈를 스캐닝하여 위치데이터를 재생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. The laser scanner is provided with a body spaced apart from the bone, a laser beam irradiation unit provided inside the body to irradiate a laser beam on the bone, and an imaging device and laser scanner provided inside the body to obtain 3D data by imaging the bone irradiated with the laser beam. The moving plate may include a moving plate configured to move the body in a horizontal direction, and when an error occurs, scanning the bone to which the marker is attached and regenerating the position data.

촬상장치는 CCD카메라인 것을 특징으로 할 수 있다. The imaging device may be a CCD camera.

재탐색부는 에러가 발생된 경우 레이저스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 다시 스캐닝하여 위치데이터를 재추출하도록 하고 매칭부가 형상데이터와 재추출된 위치데이터를 매칭하여 위치정보를 다시 형성하도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다. The rescan section causes the laser scanner to re-extract the position data by rescanning the bone to which the marker is attached or inserted when an error occurs and the matching unit to reconstruct the position information by matching the shape data with the re-extracted position data. It can be characterized.

본 발명의 제2목적은 관절수술의 대상이 되는 신체 일부가 지지되는 지지대;관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상 데이터를 얻는 영상처리부; 환부를 절개한 상태에서 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 마커부착수단; 마커가 부착된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 레이저 스캐너; 형상데이터와 위치 데이터를 매핑시켜 뼈의 위치정보를 얻는 매칭부; 매칭부에 의한 위치정보를 기반으로 뼈의 절삭부위를 절삭하는 절삭아암; 및 절삭아암에 의해 절삭부위를 절삭하는 중 위치정보에 에러가 발생된 경우 형상데이터와 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 재탐색부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇으로 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a support for supporting a part of the body that is the target of joint surgery; Image processing unit for obtaining bone shape data by photographing the bones of the target of joint surgery; Marker attachment means for attaching or inserting a marker to the bone in the incision state; A laser scanner for scanning the bone to which the marker is attached to extract bone position data; Matching unit for mapping the shape data and the position data to obtain the position information of the bone; Cutting arm for cutting the cutting portion of the bone based on the position information by the matching unit; And a re-search unit for re-searching the position information by re-matching the shape data and the position data when an error occurs in the position information while cutting the cutting portion by the cutting arm. Can be achieved with a dragon robot.

매칭부에서 위치정보를 전송받아 위치정보를 기초로 절삭아암이 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The matching unit may further include a control unit which receives the position information and controls the cutting arm to cut the cutting portion based on the position information.

제어부는 절삭아암이 절삭부위를 절삭하는 중 에러가 발생되는 경우, 절삭아암의 작동을 중단시키고, 재탐색부를 작동시켜 레이저 스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈의 위치데이터를 재추출하도록 하고, 매칭부가 형상데이터와 재추출된 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하도록 재탐색부를 제어하고, 재탐색된 위치정보를 기초로 절삭아암이 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The controller stops the operation of the cutting arm when an error occurs while the cutting arm cuts the cutting part, and operates the rescanning unit so that the laser scanner re-extracts the position data of the bone to which the marker is attached or inserted. The re-search unit may be controlled to re-match the additional shape data and the re-extracted position data, and the cutting arm may control the cutting arm to be cut based on the re-detected position information.

영상처리부는 신체 일부에 위치한 뼈의 형상 데이터를 얻는 컴퓨터 단층촬영기기인 것을 특징으로 할 수 있다. The image processing unit may be a computed tomography apparatus for obtaining shape data of bones located on a part of the body.

본 발명의 제3목적은 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색방법에 있어서, 영상처리부가 관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상데이터를 얻는 단계; 관절수술용 로봇의 지지대에 신체 일부를 고정시키는 단계; 환부를 절개한 상태에서 마커부착수단이 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 단계; 레이저 스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 단계; 매칭부가 위치데이터와 형상 데이터를 매핑시켜 뼈의 위치정보를 얻는 단계; 및 위치정보에 에러가 발생된 경우, 재탐색부가 형상데이터와 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색방법으로 달성될 수 있다. According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for rescanning a bone position in a joint surgery using a robot having a cutting arm, the image processing unit comprising: photographing a bone that is a target of joint surgery to obtain bone shape data; Fixing a body part to a support of the joint surgery robot; Attaching or inserting a marker to the bone by the marker attaching means in the incision state; Extracting, by the laser scanner, bone position data by scanning the bone to which the marker is attached or inserted; The matching unit maps the position data and the shape data to obtain the position information of the bone; And rescanning the bone position in the joint surgery using a robot having a cutting arm, wherein if an error occurs in the position information, the rescanning unit re-matches the shape data and the position data. It can be achieved in a way.

위치 데이터를 추출하는 단계는, 구동부가 레이저 스캐너를 평면방향으로 이동시키면서, 위치데이터를 얻고자 하는 부분에 레이저빔 조사장치가 레이저빔을 뼈에 조사하는 단계 및 레이저 스캐너의 촬상장치가 뼈를 촬상하여 3차원 위치 데이터를 얻는 단계를 포함하고, 에러가 발생된 경우, 레이저 스캐너는 마커가 부착된 뼈를 스캐닝하여 위치데이터를 재생성하는 것을 특징으로 할 수 있다. The step of extracting the position data includes a step in which the driving unit moves the laser scanner in a planar direction, and the laser beam irradiation apparatus irradiates the laser beam to the bone to a portion to obtain the position data, and the imaging apparatus of the laser scanner images the bone. And obtaining three-dimensional position data, and when an error occurs, the laser scanner may regenerate the position data by scanning the bone to which the marker is attached.

형상데이터를 얻는 단계는, 컴퓨터 단층촬영기기에 의해 뼈를 촬영하여 3차원 형상 데이터를 얻는 단계; 및 3차원 형상데이터에서 절삭할 부분을 설정하여 절삭부분이 반영된 절삭 3차원 형상데이터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The obtaining of the shape data includes capturing bones by a computed tomography device to obtain three-dimensional shape data; And setting the portion to be cut in the three-dimensional shape data to form the cutting three-dimensional shape data in which the cutting portion is reflected.

재탐색하는 단계는, 위치정보에 에러가 발생된 경우, 레이저스캐너에서 재생성된 위치데이터와 형상데이터를 매칭하여 위치정보를 다시 형성하도록 매칭부를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The rescanning may include controlling the matching unit to re-form the position information by matching the position data and the shape data reproduced by the laser scanner when an error occurs in the position information.

본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 관절수술용 로봇을 이용한 관절수술방법에 있어서, 영상처리부가 관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상데이터를 얻고 형상데이터를 기초로 뼈의 절삭부위를 설정하는 단계; 관절수술용 로봇의 지지대에 신체 일부를 고정시키는 단계; 환부를 절개한 상태에서 마커부착수단이 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 단계; 레이저 스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 단계; 매칭부가 위치데이터와 형상 데이터를 매칭시켜 뼈의 위치정보를 얻는 단계; 위치정보에 기반하여 관절수술용 로봇을 구성하는 절삭아암이 절삭부위를 절삭하는 단계; 및 절삭아암에 의해 절삭부위를 절삭하는 중 위치정보에 에러가 발생된 경우 재탐색부가 형상데이터와 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재탐색부를 갖는 관절수술용 로봇을 이용한 관절수술방법으로 달성될 수 있다. The fourth object of the present invention is a method for arthroplasty using the above-described robot for arthroplasty, in which an image processing unit photographs bones to be subjected to arthroplasty to obtain bone shape data and to cut bones based on the shape data. Setting up; Fixing a body part to a support of the joint surgery robot; Attaching or inserting a marker to the bone by the marker attaching means in the incision state; Extracting, by the laser scanner, bone position data by scanning the bone to which the marker is attached or inserted; Obtaining a location information of the bone by matching the location data with the shape data; Cutting the cutting portion by a cutting arm constituting the robot for joint surgery based on the position information; And rescanning the location information by rematching the shape data and the location data when an error occurs in the location information while cutting the cutting area by the cutting arm. It can be achieved by a joint surgery method using a surgical robot.

절삭부위를 절삭하는 단계는, 제어부가 매칭부로부터 위치정보를 수신받아 설정된 절삭부위를 절삭하도록 절삭아암을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The cutting of the cutting part may include controlling the cutting arm to receive the position information from the matching part and to cut the set cutting part.

위치정보를 재탐색하는 단계는, 제어부가 절삭아암이 절삭부위를 절삭하는 중 에러가 발생되는 경우, 절삭아암의 작동을 중단시키는 단계, 재탐색부를 작동시켜 마커가 부착 또는 삽입된 뼈의 위치데이터를 재추출하도록 레이저스캐너를 제어하는 단계, 형상데이터와 재추출된 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The rescanning of the position information may include the step of stopping the operation of the cutting arm when an error occurs while the control arm cuts the cutting portion, and by activating the rescanning portion, the position data of the bone to which the marker is attached or inserted. Controlling the laser scanner to re-extract the step, re-matching the shape data and the re-extracted position data to re-discover the position information.

제어부가 재탐색된 위치정보를 기초로 절삭아암이 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control unit may further include controlling the cutting arm to cut the cutting portion based on the re-discovered position information.

관절수술은 무릅관절수술 또는 고관절수술인 것을 특징으로 할 수 있다. Joint surgery may be characterized as being knee surgery or hip surgery.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 레이저 스캐너를 이용하게 됨으로써 종래 디지타이저를 이용하는 경우보다 신속하게 실제 뼈의 3차원 위치데이터를 추출하고 형상데이터와 매칭할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 수술중 에러가 발생되는 경우에 디지타이저를 이용하는 경우처럼 개별점을 추출할 필요없이 다시 신속하게 레이저 스캐너를 이용하여 위치데이터와 형상데이터를 매칭하여 위치정보를 추출할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명의 일실시예에서는 수술 전에 환부를 절개하고 마커부착수단에 의해 뼈에 마커를 부착, 삽입함으로써 수술중 에러가 발생된 경우, 보다 신속하게 위치정보를 재탐색가능한 뼈 위치 재탐색장치, 방법 및 관절수술용 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, by using a laser scanner has the effect of extracting the three-dimensional position data of the actual bone and match the shape data faster than when using a conventional digitizer. In addition, when an error occurs during the operation, there is an advantage that the position information can be extracted by matching the position data with the shape data quickly using a laser scanner without extracting individual points as in the case of using a digitizer. In addition, in one embodiment of the present invention, when an error occurs during surgery by cutting the affected part before surgery and attaching and inserting a marker on the bone by the marker attaching means, the bone position re-search apparatus capable of re-searching the position information more quickly, It is an object of the present invention to provide a method and a robot for joint surgery.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.

도 1은 종래 일실시예에 따른 디지타이저를 갖는 관절수술용 로봇의 사시도,
도 2는 종래 디지타이저를 이용해 추출된 뼈의 3차원 형상을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇의 사시도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너의 사시도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 마커가 부착된 뼈의 사시도,
도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너에 의해 스캐닝되는 마커가 부착된 뼈의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 매칭부에 의해 매칭되는 3차원 형상데이터와 3차원 위치데이터의 사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너를 갖는 뼈 위치 재탐색장치를 포함하는 관절수술용 로봇을 이용한 관절 수술방법의 흐름도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 1 is a perspective view of a robot for arthroplasty having a digitizer according to a conventional embodiment;
Figure 2 is a perspective view showing a three-dimensional shape of the bone extracted using a conventional digitizer,
3 is a perspective view of a robot for arthroplasty having a rescanning apparatus according to an embodiment of the present invention;
4A is a perspective view of a laser scanner according to an embodiment of the present invention;
Figure 4b is a perspective view of the bone attached the marker according to an embodiment of the present invention,
4C is a perspective view of a bone with a marker scanned by a laser scanner in accordance with one embodiment of the present invention;
5 is a perspective view of three-dimensional shape data and three-dimensional position data matched by a matching unit according to an embodiment of the present invention;
6 is a flowchart of a joint surgery method using a robot for arthroplasty including a bone position rescanning apparatus having a laser scanner according to an embodiment of the present invention;
7 is a block diagram illustrating a signal flow of a control unit according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, this includes not only the case where it is directly connected, but also the case where it is indirectly connected with another element in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)를 갖는 뼈 위치 재탐색 장치와 관절수술용 로봇(100)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇(100)의 사시도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇(100)은 환자의 신체 일부를 고정, 지지하게 되는 지지대(10), 환자 뼈(6)의 절삭부위를 절삭하게 되는 절삭아암(4), 환부를 절개한 상태에서 실제 뼈(6)를 스캐닝하여 3차원 위치데이터(9)를 추출하는 레이저 스캐너(30)와 환자의 뼈(6)를 영상처리부(20)에서 CT촬영하여 수술 전에 획득한 3차원 형상데이터(8)와 3차원 위치데이터(9)를 매칭하여 위치정보를 얻게 되는 매칭부(40) 및 절삭아암(4)으로 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 제어부(50), 수술중 위치정보에 에러가 발생되는 경우 위치데이터(9)와 형상데이터(8)를 재매칭시키는 재탐색부(60) 등을 포함하고 있다. Hereinafter will be described the configuration and operation of the bone repositioning apparatus having a laser scanner 30 and the robot 100 for joint surgery according to an embodiment of the present invention. First, Figure 3 shows a perspective view of a robot 100 for arthroscopy having a rescan apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the robot 100 for arthroplasty having a rescanning apparatus according to an embodiment of the present invention is a support 10 for fixing and supporting a part of a patient's body, and cutting a patient bone 6. The image processing unit includes a cutting arm (4) for cutting a part, a laser scanner (30) for extracting three-dimensional position data (9) by scanning a real bone (6) in a state where an affected part is incised, and a bone (6) of a patient. The cutting part is cut by the matching part 40 and the cutting arm 4 which obtain position information by matching the three-dimensional shape data 8 and the three-dimensional position data 9 obtained by CT imaging before surgery in 20. And a re-search unit 60 for rematching the position data 9 and the shape data 8 when an error occurs in the position information during the operation.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)의 사시도를 도시한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 몸체(31)와 몸체(31) 내부에 구비되어 실제 뼈(6)에 레이저 빔(34)을 조사하게 되는 레이저빔 조사부(32), 레이저 빔(34)이 조사된 실제 뼈(6)를 촬상하게 되는 촬상장치(예를 들어, CCD 카메라, 33)를 포함하고 있다. 또한, 레이저 스캐너(30)는 몸체(31)를 평면방향으로 이동시키는 무빙플레이트와 무빙플레이트를 구동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다. 4A shows a perspective view of a laser scanner 30 in accordance with one embodiment of the present invention. Laser scanner 30 according to an embodiment of the present invention is provided in the body 31 and the body 31, as shown in Figure 4a is to irradiate the laser beam 34 to the actual bone (6) The laser beam irradiation part 32 and the imaging device (for example, CCD camera 33) which image the actual bone 6 irradiated by the laser beam 34 are included. In addition, the laser scanner 30 may further include a moving plate for moving the body 31 in a planar direction and a driving unit for driving the moving plate.

이러한 레이저 스캐너(30)를 이용하게 됨으로써 관절수술 중에 환자의 환부를 절개한 상태에서 실제 뼈(6)를 레이저 스캐닝하게 되므로 종래 디지타이저를 사용하는 경우보다 신속하게 실제 뼈(6)의 3차원 위치 데이터(9)를 추출할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 마커부착수단은 환자의 환부를 절개한 상태에서 실제 뼈(6)에 다양한 모양의 마커(7)를 뼈(6)에 부착 또는 삽입하게 된다. 따라서 레이저 스캐너(30)는 마커(7)가 부착된 뼈(6)를 스캐닝하여 마커(7)를 포함한 3차원 위치데이터(9)를 추출하게 된다. Since the laser scanner 30 is used to laser scan the actual bone 6 while the affected part of the patient is incised during arthroplasty, the three-dimensional position data of the actual bone 6 is faster than using a conventional digitizer. (9) can be extracted. In addition, the marker attaching means according to an embodiment of the present invention attaches or inserts various shapes of the marker 7 to the bone 6 in the actual bone 6 in a state in which the affected part of the patient is incised. Therefore, the laser scanner 30 extracts the three-dimensional position data 9 including the marker 7 by scanning the bone 6 to which the marker 7 is attached.

도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 마커(7)가 부착된 뼈(6)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)를 이용하여 스캐닝 중인 마커(7)가 부착된 뼈(6)의 사시도를 도시한 것이다. 후에 상세히 설명되는 바와 같이, 뼈(6)에 마커(7)를 부착, 삽입함으로써 레이저 스캐너(30)에 의해 추출된 위치데이터(9)는 마커(7)를 포함하고 있기 때문에 수술 중 위치정보에 에러가 발생된 경우, 보다 신속하게 절삭부위의 위치를 재매칭하여 다시 위치정보를 형성할 수 있게 된다. 4b shows a perspective view of a bone 6 with a marker 7 according to an embodiment of the invention. 4C shows a perspective view of the bone 6 to which the marker 7 is being scanned using the laser scanner 30 according to an embodiment of the present invention. As will be described later in detail, since the position data 9 extracted by the laser scanner 30 by attaching and inserting the marker 7 to the bone 6 includes the marker 7, If an error occurs, the position information can be formed again by rematching the positions of the cutting parts more quickly.

그리고, 매칭부(40)는 수술 전(환부 절개전)에 컴퓨터 단층촬영기기(CT)를 이용하여 촬영된 뼈(6)의 3차원 형상데이터(8)와 레이저 스캐너(30)를 이용하여 실제 뼈(6)를 스캐닝하여 추출된 3차원 위치데이터(9)를 매칭하여 뼈(6)의 위치정보를 얻게 된다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 매칭부(40)에 의해 매칭되는 3차원 형상데이터(8)와 3차원 위치데이터(9)의 사시도를 도시한 것이다. And, the matching unit 40 is actually using the three-dimensional shape data (8) and the laser scanner 30 of the bone (6) taken by using a computed tomography (CT) before surgery (before the incision) By scanning the bone 6 to match the extracted three-dimensional position data 9 to obtain the position information of the bone (6). 5 shows a perspective view of the three-dimensional shape data 8 and the three-dimensional position data 9 matched by the matching unit 40 according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 왼쪽에 도시된 것은 수술 전에 컴퓨터 단층(CT) 촬영하여 얻어진 형상데이터(8)이다. 수술 전에 컴퓨터 단층촬영에 의해 획득된 3차원 형상데이터(8)를 기초로 하여 뼈(6)의 절삭부위를 설정하고 관절수술용 로봇(100)의 절삭경로, 절삭위치를 설정하게 된다. As shown in Fig. 5, shown on the left is the shape data 8 obtained by CT imaging before surgery. The cutting part of the bone 6 is set based on the three-dimensional shape data 8 obtained by the computed tomography before the operation, and the cutting path and cutting position of the arthroscopic robot 100 are set.

그리고, 도 5의 오른쪽에 도시된 것은 레이저 스캐너(30)를 이용하여 실제 뼈(6)를 스캐닝하여 추출된 3차원 위치데이터(9)를 나타낸 것이다. 따라서 매칭부(40)는 수술전 CT촬영에 의해 획득된 형상데이터(8)와 실제 뼈(6)를 스캐닝하여 추출된 3차원 위치데이터(9)를 매칭하게 된다. 수술 전에 형상데이터(8)를 이용하여 절삭하여야할 뼈(6)의 위치와 절삭부위를 미리 설정하게 되고, 관절수술용 로봇(100)은 실제 뼈(6)가 주워지게 되면 미리 정해진 절삭부위를 절삭할 수 있다. 5 shows the three-dimensional position data 9 extracted by scanning the actual bone 6 using the laser scanner 30. Therefore, the matching unit 40 matches the shape data 8 obtained by the preoperative CT scan with the 3D position data 9 extracted by scanning the actual bone 6. Before the operation, the shape and the cutting part of the bone 6 to be cut are set in advance by using the shape data 8, and the robot 100 for the joint surgery determines the predetermined cutting part when the actual bone 6 is picked up. Can be cut

그러나 실제로 환자의 뼈(6)가 어디에 위치해 있는지 로봇(100)은 알 수가 없으므로 형상데이터(8)와 위치데이터(9)를 매칭시켜야 한다. 매칭 후에는 미리 설정된 절삭부위와 실제 뼈(6)의 위치를 로봇(100)이 인지할 수 있기 때문에 절삭부위를 정확하게 절삭 가능하게 된다. 따라서 형상데이터(8)와 위치데이터(9)의 매칭으로 획득된 위치정보를 기반으로 제어부(50)는 절삭아암(4)이 절삭부위를 절삭하도록 제어하게 된다. However, since the robot 100 does not know where the bone 6 of the patient is actually located, the shape data 8 and the position data 9 must be matched. After the matching, the robot 100 can recognize the preset cutting position and the actual position of the bone 6, so that the cutting portion can be accurately cut. Therefore, based on the positional information obtained by matching the shape data 8 and the positional data 9, the controller 50 controls the cutting arm 4 to cut the cutting portion.

재탐색부(60)는 관절수술용 로봇(100)을 이용한 관절수술 중에 환자가 움직이거나 작동 오류에 의해 에러가 발생된 경우 레이저 탐색부가 마커(7)가 부착된 실제 뼈(6)를 다시 스캐닝하여 3차원 위치데이터(9)를 추출하도록 한다. 그리고, 매칭부(40)는 재추출된 위치데이터(9)와 형상데이터(8)를 다시 매칭 시켜 위치정보를 얻게 된다. 뼈(6)에 마커(7)를 부착시킴으로써 마커(7)가 부착된 주위를 레이저 스캐너(30)가 빠르게 스캐닝하여 형상데이터(8)와 매칭시킴으로써 신속하게 에러를 수정할 수 있게 된다.
The rescanning unit 60 scans the actual bone 6 with the marker 7 attached to the laser search unit when an error occurs due to an operation error or movement of the patient during joint surgery using the robot 100 for joint surgery. To extract the three-dimensional position data (9). Then, the matching unit 40 matches the re-extracted position data 9 and the shape data 8 again to obtain position information. By attaching the marker 7 to the bone 6, the laser scanner 30 quickly scans the periphery where the marker 7 is attached and matches the shape data 8 so that the error can be corrected quickly.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)를 갖는 뼈 위치 재탐색장치를 포함하는 관절수술용 로봇(100)을 이용한 관절 수술방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 스캐너(30)를 갖는 뼈 위치 재탐색장치를 포함하는 관절수술용 로봇(100)을 이용한 관절 수술방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a method for arthroplasty using the robot 100 for arthroplasty including a bone position rescanning apparatus having a laser scanner 30 according to an embodiment of the present invention. First, FIG. 6 shows a flowchart of a joint surgery method using a robot 100 for arthroplasty including a bone position rescanning apparatus having a laser scanner 30 according to an embodiment of the present invention.

먼저 영상처리부(예를 들어, 컴퓨터 단층촬영기기,20)에 의해 관절수술의 대상이 되는 뼈(6)를 촬영하여 뼈(6)의 3차원 형상데이터(8)를 얻는다(S10). 그리고 이러한 3차원 형상데이터(8)를 기초로 뼈(6)의 절삭부위를 결정하여 절삭할 부분의 뼈(6)의 위치를 설정하게 된다(S20). 그리고 관절수술용 로봇(100)의 지지대(10)에 관절수술의 대상이 되는 신체 일부를 고정시키게 된다(S30).First, the image processing unit (for example, the computed tomography apparatus 20) photographs the bone 6 to be subjected to the joint surgery to obtain three-dimensional shape data 8 of the bone 6 (S10). Then, the cutting portion of the bone 6 is determined based on the three-dimensional shape data 8 to set the position of the bone 6 of the portion to be cut (S20). And to fix the body part to be the target of the joint surgery to the support 10 of the robot 100 for joint surgery (S30).

그리고, 환부를 절개한 상태에서 마커(7)부착수단이 뼈(6)의 표면 일부에 다양한 문양으로 형성된 마커(7)를 부착 또는 삽입하게 된다(S40). 그리고, 레이저 스캐너(30)가 마커(7)가 부착된 실제 뼈(6)를 레이저 스캐닝하여 마커(7)가 포함된 뼈(6)의 3차원 위치 데이터(9)를 추출하게 된다(S50). 레이저 스캐너(30)의 구동부가 레이저 스캐너(30)를 평면방향으로 이동시키면서, 레이저빔 조사부(32)가 위치데이터(9)를 얻고자 하는 부분의 실제 뼈(6)에 레이저빔(34)을 조사하고 레이저 스캐너(30)의 촬상장치(33)가 뼈(6)를 촬상하여 3차원 위치 데이터(9)를 얻게 된다. Then, the marker 7 attaching means attaches or inserts the marker 7 formed in various patterns on a part of the surface of the bone 6 in a state where the affected part is incision (S40). Then, the laser scanner 30 extracts three-dimensional position data 9 of the bone 6 including the marker 7 by laser scanning the actual bone 6 to which the marker 7 is attached (S50). . While the driving unit of the laser scanner 30 moves the laser scanner 30 in the planar direction, the laser beam irradiator 32 places the laser beam 34 on the actual bone 6 of the portion where the position data 9 is to be obtained. After the irradiation, the imaging device 33 of the laser scanner 30 picks up the bone 6 to obtain three-dimensional position data 9.

다음으로, 매칭부(40)가 레이저 스캐너(30)에 의해 추출된 실제 뼈(6)의 3차원 위치데이터(9)와 영상처리부(20)에서 촬영되어 얻어진 3차원 형상 데이터(8)를 매칭시켜 실제 뼈(6)의 위치정보를 얻게 된다(S60). 그리고 이러한 위치정보에 기반하여 관절수술용 로봇(100)을 구성하는 절삭아암(4)이 설정된 절삭부위를 절삭하게 된다(S70). 이때, 제어부(50)가 매칭부(40)로부터 위치정보를 수신받아 설정된 절삭부위를 절삭하도록 절삭아암(4)을 제어하게 된다. Next, the matching unit 40 matches the three-dimensional position data 9 of the actual bone 6 extracted by the laser scanner 30 with the three-dimensional shape data 8 obtained by the image processing unit 20. To obtain the position information of the actual bone (6) (S60). In addition, the cutting arm 4 constituting the joint surgery robot 100 is cut based on the position information (S70). At this time, the controller 50 receives the position information from the matching unit 40 and controls the cutting arm 4 to cut the set cutting portion.

그리고, 이러한 절삭아암(4)에 의한 절삭과정은 설정된 절삭부위의 절삭이 완료될 때까지 계속된다(S80). 또한, 절삭 중에 위치정보에 에러가 발생된 경우(S90) 제어부(50)는 절삭아암(4)의 작동을 중단시키고(S10), 재탐색부(60)에 의해 뼈(6)의 위치정보를 재탐색하게 된다. 재탐색부(60)는 관절수술용 로봇(100)을 이용한 관절수술 중에 환자가 움직이거나 작동 오류에 의해 에러가 발생된 경우 레이저 스캐너(30)가 마커(7)가 부착된 실제 뼈(6)를 다시 스캐닝하여 3차원 위치데이터(9)를 추출하도록 한다. 그리고, 형상데이터(8)와 다시 매칭을 시켜 위치정보를 얻게 된다. 뼈(6)에 마커(7)를 부착시킴으로써 마커(7)가 부착된 주위를 레이저 스캐너(30)가 빠르게 스캐닝하여 형상데이터(8)와 매칭시킴으로써 신속하게 에러를 수정할 수 있게 된다. And the cutting process by this cutting arm 4 is continued until cutting of the set cutting part is completed (S80). In addition, when an error occurs in the position information during cutting (S90), the control unit 50 stops the operation of the cutting arm 4 (S10), and the rescanner 60 detects the positional information of the bone 6. Will be rescanned. The rescanning unit 60 is an actual bone 6 to which the laser scanner 30 is attached with a marker 7 when an error occurs due to an operation error or movement of a patient during joint surgery using the robot 100 for joint surgery. Again to extract the three-dimensional position data (9). Then, the shape data 8 is matched again to obtain positional information. By attaching the marker 7 to the bone 6, the laser scanner 30 quickly scans the periphery where the marker 7 is attached and matches the shape data 8 so that the error can be corrected quickly.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(50)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 단층촬영기기로 구성된 영상처리부(20)가 CT촬영하여 획득된 3차원 형상데이터(9)를 제어부(50)와 매칭부(40)에 전송하게 된다. 그리고 3차원 형상데이터(8)에 기반하여 절삭부위, 절삭위치를 설정하게 된다. 그리고 레이저 스캐너(30)는 환부를 절개한 상태에서 실제 뼈(6)를 스캐닝하여 추출한 3차원 위치 데이터(9)를 매칭부(40)에 전송하게 된다. 매칭부(40)는 위치데이터(9)와 형상데이터(8)를 매칭하여 얻어진 뼈(6)의 위치정보를 제어부(50)에 전송하게 되고, 제어부(50)는 위치정보에 기반하여 설정된 절삭부위를 절삭하도록 절삭아암(4)에 제어신호를 전송하게 된다. 7 is a block diagram illustrating a signal flow of the controller 50 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the image processing unit 20, which is a computer tomography apparatus, transmits the 3D shape data 9 obtained by CT imaging to the control unit 50 and the matching unit 40. The cutting part and the cutting position are set based on the 3D shape data 8. In addition, the laser scanner 30 transmits the 3D position data 9 extracted by scanning the actual bone 6 to the matching unit 40 while the affected part is incised. The matching unit 40 transmits the position information of the bone 6 obtained by matching the position data 9 and the shape data 8 to the control unit 50, and the control unit 50 sets the cutting based on the position information. The control signal is transmitted to the cutting arm 4 to cut the portion.

또한, 제어부(50)는 절삭 중에 에러가 발생된 경우 절삭아암(4)을 중단시키게 되고, 재탐색부(60)가 위치정보를 재탐색하도록 제어하게 된다. 재탐색부(60)는 레이저 스캐너(30)에 제어신호를 전송하여 마커(7)가 부착된 뼈(6)를 재 스캐닝하게 하여 다시 뼈(6)의 위치데이터(9)를 추출하고, 매칭부(40)가 형상데이터(8)와 다시 추출된 위치데이터(9)를 재매칭하여 위치정보를 형성하게 된다. 그리고 제어부(50)는 다시 형성된 위치정보를 기반으로 절삭아암(4)이 절삭부위를 절삭하도록 절삭아암(4)을 제어하게 된다. In addition, the controller 50 stops the cutting arm 4 when an error occurs during cutting, and controls the rescan unit 60 to rescan the position information. The rescan unit 60 transmits a control signal to the laser scanner 30 to rescan the bone 6 to which the marker 7 is attached to extract the position data 9 of the bone 6 again, and to match it. The unit 40 rematches the shape data 8 and the extracted position data 9 again to form position information. The controller 50 controls the cutting arm 4 so that the cutting arm 4 cuts the cutting portion based on the re-formed position information.

1:종래 관절수술용 로봇
2:디지타이저
3:디지타이저의 탐침
4:절삭아암
5:모션측정부
6:뼈
7:마커
8:형상데이터
9:위치데이터
10:지지대
11:고정대
20:영상처리부
30:레이저 스캐너
31:몸체
32:레이저빔조사부
33:촬상장치
34:레이저빔
40:매칭부
50:제어부
60:재탐색부
100:관절수술용 로봇1: Conventional joint surgery robot
2: Digitizer
3: probe of digitizer
4: cutting arm
5: motion measurement
6: bone
7: Marker
8: shape data
9: Location data
10: support
11: fixed stand
20: Image processing unit
30: laser scanner
31: body
32: laser beam irradiation unit
33: Imaging device
34: laser beam
40: Matching part
50: control unit
60: redetection unit
100: robot for joint surgery

Claims (15)

절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색장치에 있어서,
관절수술의 대상이 되는 신체 일부가 지지되는 지지대;
관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상 데이터를 얻는 영상처리부;
환부를 절개한 상태에서 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 마커부착수단;
마커가 부착 또는 삽입된 상기 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 레이저 스캐너;
상기 형상데이터와 상기 위치 데이터를 매칭시켜 상기 뼈의 위치정보를 얻는 매칭부; 및
상기 위치정보에 에러가 발생된 경우 상기 형상데이터와 상기 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 재탐색부를 포함하고,
상기 레이저 스캐너는
상기 뼈와 이격되게 위치한 몸체, 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 뼈에 레이저빔을 조사하는 레이저빔조사부, 상기 몸체 내부에 구비되어 상기 레이저빔이 조사된 뼈를 촬상하여 3차원 데이터를 얻는 촬상장치 및 상기 레이저 스캐너는 상기 몸체를 수평방향으로 이동시키는 무빙 플레이트를 포함하고,
상기 에러가 발생된 경우, 상기 마커가 부착된 상기 뼈를 스캐닝하여 위치데이터를 재생성하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색장치.
In the bone repositioning apparatus in the joint surgery using a robot having a cutting arm,
A support for supporting a body part to be subjected to joint surgery;
An image processing unit to obtain bone shape data by photographing a bone that is a target of joint surgery;
Marker attachment means for attaching or inserting a marker to the bone in the incision state;
A laser scanner which scans the bone to which the marker is attached or inserted to extract bone position data;
A matching unit for matching the shape data with the position data to obtain position information of the bone; And
A re-search unit for re-searching the location information by re-matching the shape data and the location data when an error occurs in the location information,
The laser scanner
A body spaced apart from the bone, a laser beam irradiation unit provided inside the body to irradiate a laser beam on the bone, an imaging device provided inside the body to obtain 3D data by imaging the bone irradiated with the laser beam; The laser scanner includes a moving plate for moving the body in the horizontal direction,
When the error occurs, the bone position re-detection apparatus in the joint surgery using a robot having a cutting arm, characterized in that for reproducing position data by scanning the bone attached to the marker.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 재탐색부는 상기 에러가 발생된 경우 상기 레이저스캐너가 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 다시 스캐닝하여 위치데이터를 재추출하도록 하고 상기 매칭부가 상기 형상데이터와 재추출된 상기 위치데이터를 매칭하여 위치정보를 다시 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색장치.
The method of claim 1,
The rescanning unit causes the laser scanner to rescan the position data by rescanning the bone to which the marker is attached or inserted when the error occurs, and the matching unit matches the shape data with the reextracted position data to position information. Bone position re-exploration device in the joint surgery using a robot having a cutting arm, characterized in that to form again.
관절수술의 대상이 되는 신체 일부가 지지되는 지지대;
관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상 데이터를 얻는 영상처리부;
환부를 절개한 상태에서 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 마커부착수단;
상기 마커가 부착된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 레이저 스캐너;
상기 형상데이터와 상기 위치 데이터를 매핑시켜 상기 뼈의 위치정보를 얻는 매칭부;
상기 매칭부에 의한 상기 위치정보를 기반으로 상기 뼈의 절삭부위를 절삭하는 절삭아암; 및
상기 절삭아암에 의해 상기 절삭부위를 절삭하는 중 상기 위치정보에 에러가 발생된 경우 상기 형상데이터와 상기 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 재탐색부를 포함하고,
상기 영상처리부는 상기 신체 일부에 위치한 뼈의 형상 데이터를 얻는 컴퓨터 단층촬영기기인 것을 특징으로 하는 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇.
A support for supporting a body part to be subjected to joint surgery;
An image processing unit to obtain bone shape data by photographing a bone that is a target of joint surgery;
Marker attachment means for attaching or inserting a marker to the bone in the incision state;
A laser scanner that scans the bone to which the marker is attached to extract bone position data;
A matching unit which maps the shape data and the position data to obtain position information of the bone;
Cutting arm for cutting the cutting portion of the bone based on the position information by the matching unit; And
And a re-search section for re-searching the position information by re-matching the shape data and the position data when an error occurs in the position information while cutting the cutting portion by the cutting arm.
And the image processing unit is a computed tomography device that obtains shape data of bones located in a part of the body.
제 4항에 있어서,
상기 매칭부에서 상기 위치정보를 전송받아 상기 위치정보를 기초로 상기 절삭아암이 상기 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇.
5. The method of claim 4,
And a control unit which receives the position information from the matching unit and controls the cutting arm to cut the cutting portion based on the position information.
제 5항에 있어서,
상기 제어부는 상기 절삭아암이 상기 절삭부위를 절삭하는 중 에러가 발생되는 경우, 상기 절삭아암의 작동을 중단시키고, 상기 재탐색부를 작동시켜 상기 레이저 스캐너가 상기 마커가 부착 또는 삽입된 뼈의 위치데이터를 재추출하도록 하고, 상기 매칭부가 상기 형상데이터와 재추출된 상기 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하도록 상기 재탐색부를 제어하고, 재탐색된 상기 위치정보를 기초로 상기 절삭아암이 상기 절삭부위를 절삭하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 재탐색장치를 갖는 관절수술용 로봇.
6. The method of claim 5,
The controller stops the operation of the cutting arm when an error occurs while the cutting arm cuts the cutting portion, and operates the rescanning unit so that the laser scanner detects the position data of the bone to which the marker is attached or inserted. Re-extracting, the matching unit controls the re-search unit to re-search the position information by re-matching the shape data and the re-extracted position data, the cutting arm is based on the re-discovered position information Robot for joint surgery having a re-search device, characterized in that the control to cut the cutting area.
삭제delete 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈 위치 재탐색방법에 있어서,
영상처리부가 관절수술의 대상이 되는 뼈를 촬영하여 뼈의 형상데이터를 얻는 단계;
관절수술용 로봇의 지지대에 신체 일부를 고정시키는 단계;
환부를 절개한 상태에서 마커부착수단이 뼈에 마커를 부착 또는 삽입하는 단계;
레이저 스캐너가 상기 마커가 부착 또는 삽입된 뼈를 스캐닝하여 뼈의 위치 데이터를 추출하는 단계;
매칭부가 상기 위치데이터와 상기 형상 데이터를 매핑시켜 뼈의 위치정보를 얻는 단계; 및
상기 위치정보에 에러가 발생된 경우, 재탐색부가 상기 형상데이터와 상기 위치데이터를 재매칭하여 위치정보를 재탐색하는 단계를 포함하고,
위치 데이터를 추출하는 단계는,
구동부가 상기 레이저 스캐너를 평면방향으로 이동시키면서, 상기 위치데이터를 얻고자 하는 부분에 레이저빔 조사장치가 레이저빔을 상기 뼈에 조사하는 단계 및 상기 레이저 스캐너의 촬상장치가 상기 뼈를 촬상하여 3차원 위치 데이터를 얻는 단계를 포함하고,
상기 에러가 발생된 경우, 상기 레이저 스캐너는 상기 마커가 부착된 상기 뼈를 스캐닝하여 위치데이터를 재생성하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 관절수술에서 뼈의 위치 재탐색방법.
In the bone repositioning method in the joint surgery using a cutting arm,
Obtaining an image of bone shape by photographing a bone that is an object of joint surgery by an image processor;
Fixing a body part to a support of the joint surgery robot;
Attaching or inserting a marker to the bone by the marker attaching means in the incision state;
Extracting, by a laser scanner, bone location data of the bone to which the marker is attached or inserted;
A matching unit mapping the position data with the shape data to obtain position information of a bone; And
Re-searching the location information by re-matching the shape data and the location data if an error occurs in the location information;
Extracting the location data,
The driving unit moves the laser scanner in a planar direction, and the laser beam irradiator irradiates the bone to the bone on a portion to obtain the position data, and the imaging device of the laser scanner images the bone and three-dimensionally Obtaining location data,
When the error occurs, the laser scanner scans the bone to which the marker is attached and regenerates position data.
삭제delete 제 8항에 있어서,
상기 형상데이터를 얻는 단계는,
컴퓨터 단층촬영기기에 의해 뼈를 촬영하여 3차원 형상 데이터를 얻는 단계; 및
상기 3차원 형상데이터에서 절삭할 부분을 설정하여 절삭부분이 반영된 절삭 3차원 형상데이터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈의 위치 재탐색방법.
The method of claim 8,
Obtaining the shape data,
Imaging the bone by a computed tomography device to obtain three-dimensional shape data; And
And setting the part to be cut in the three-dimensional shape data to form cutting three-dimensional shape data in which the cutting part is reflected.
제 10항에 있어서,
상기 재탐색하는 단계는,
상기 위치정보에 에러가 발생된 경우, 상기 레이저스캐너에서 재생성된 위치데이터와 상기 형상데이터를 매칭하여 위치정보를 다시 형성하도록 상기 매칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 절삭아암을 갖는 로봇을 이용한 관절수술에서 뼈의 위치 재탐색방법.
The method of claim 10,
The rescanning step,
In case of an error in the position information, the matching unit controls the matching unit to form the position information again by matching the position data regenerated by the laser scanner with the shape data. How to relocate bones.
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