KR101274736B1 - 수술 중 조직이동 감지 시스템 - Google Patents

수술 중 조직이동 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템으로, 고정이 요구되는 환자의 조직부위에 레이저광을 조사하는 레이저부; 상기 레이저부와 일정 거리에 위치하고, 상기 조직부위의 표면에 조사된 상기 레이저광의 영상을 획득하기 위한 카메라부; 상기 레이저부 및 상기 카메라부의 위치와 각도, 및 상기 카메라부가 획득한 영상에 기초하여, 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보를 측정하는 위치측정부; 수술 전에 상기 조직부위에 상기 레이저광을 조사하여 획득한 상기 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 저장하고 있는 형상정보저장부; 및 수술 중에 상기 위치측정부를 통해 측정된 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보와 상기 초기 형상의 위치정보를 비교하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 판단하는 움직임검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리하여, 신체에 고정되는 별도의 마커를 필요로 하지 않으므로 조직이나 뼈 손상의 염려 없이 수술 중 환자의 조직의 이동 여부를 감지할 수 있는 시스템을 제공한다.

Description

수술 중 조직이동 감지 시스템{A MONITORING SYSTEM OF THE TISSUE MOVEMENT DURING A SURGERY}
본 발명은 조직이동 감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술 중 환자의 조직의 움직임 여부를 감지하는 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템에 관한 것이다.
수술 중에는 작은 오차라도 큰 의료사고로 이어질 수 있는바, 뼈, 조직 등의 미세한 움직임이나 위치변화까지도 인지할 수 있어야 안전한 수술을 도모할 수 있다. 예를 들어 방사선 치료를 할 때에는 환부에만 방사선을 조사해야 하므로 수술 도중에 움직이지 않도록 단단히 고정해야 한다. 고정을 위해서는 고정틀이나 열가소성물질(thermoplastic)이 주로 사용된다.
그러나, 상황에 따라서는 고정을 하더라도 수술 중 물리적 충격 등으로 인해 움직임이 발생하는 경우도 있고, 수술 중에 움직이는 것이 허용되어야 할 때가 있다. 이러한 경우를 대비하여 지속적인 모니터링을 통해 뼈나 조직의 위치나 움직임을 파악하는 것이 필요하다.
이를 위해, 미국 등록특허 US 6,322,567에서는 피부에 구멍을 형성하여 기다란 핀으로 뼈를 고정하고, 센서를 통해 뼈의 위치 및 움직임을 모니터링하는 시스템을 제안하고 있다.
또한, 한국 공개특허 10-2009-0038707에서는 골 종양 수술시 내부조직을 절개한 후 뼈에 복수의 기다란 뾰족한 핀을 고정하고, 적외선 카메라를 통해 적외선 마커의 위치를 인식하여 수술을 진행하는 수술용 항법 시스템이 제안된 바 있다.
그러나, 전술한 방법과 같이 뼈를 핀으로 고정하는 것은, 뼈나 내부조직에 손상을 줄 염려가 있다. 특히, 뼈를 절단하는 것과 같이 수술에 장시간이 소요되고, 정교함이 요구되는 수술에서는 절단과정에서 발생하는 충격으로 인해 더욱 그 안전을 보장할 수 없는 문제가 있다. 또한, 적외선 카메라와 적외선 마커 사이에는 반드시 가시선이 확보되어야 할 필요가 있다.
뿐만 아니라, 마커 자체는 다른 수술 도구 사용에 있어서 불편을 야기할 수 있으며 의사의 시야나 접근을 방해할 우려가 있다. 특히, 수술용 로봇을 이용하여 수술이 행해지는 때에는 마커와 수술용 로봇의 물리적 충돌이 발생하지 않도록 주의해야 하는 불편함이 뒤따른다.
따라서, 신체에 고정되는 장치를 별도로 요구하지 않고, CT나 X-ray 이미지 촬영을 위한 방사선에 노출됨이 없이도, 뼈나 조직의 움직임 여부를 파악하여 안전한 수술을 도모할 수 있는 모니터링 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 별도의 마커를 도입하지 않고, 수술 중 조직의 움직임 여부를 파악할 수 있는 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적은 본 발명에 따른 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템에 있어서, 고정이 요구되는 환자의 조직부위에 레이저광을 조사하는 레이저부; 상기 레이저부와 일정 거리에 위치하고, 상기 조직부위의 표면에 조사된 상기 레이저광의 영상을 획득하기 위한 카메라부; 상기 레이저부 및 상기 카메라부의 위치와 각도, 및 상기 카메라부가 획득한 영상에 기초하여, 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보를 측정하는 위치측정부; 수술 전에 상기 조직부위에 상기 레이저광을 조사하여 획득한 상기 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 저장하고 있는 형상정보저장부; 및 수술 중에 상기 위치측정부를 통해 측정된 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보와 상기 초기 형상의 위치정보를 비교하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 판단하는 움직임검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지 시스템에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기 조직부위의 초기 형상의 위치정보는 상기 조직부위를 고정한 상태에서 상기 레이저부와 상기 카메라부를 이동시키면서 상기 위치측정부를 통해 측정되는 상기 교선의 위치정보를 수집하여 얻는다.
바람직하게는, 상기 레이저부는 상기 조직부위에 선형, 곡선형 및 격자형 레이저광 중 어느 하나를 조사할 수 있다.
한편, 상기 움직임검출부는 상기 초기 형상의 위치정보에 기초하여, 상기 레이저부와 상기 카메라부의 현재 위치 및 각도에 대응하는 상기 레이저광과 상기 조직부위의 표면과의 교선의 위치정보를 예측하는 위치예측부를 포함하고, 상기 예측한 교선의 위치정보와 상기 측정한 교선의 위치정보를 비교하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 판단할 수 있다.
또는, 상기 움직임검출부는 상기 레이저부와 상기 카메라부의 현재 위치 및 각도에 대응하는 상기 레이저광과 상기 초기 형상의 위치정보의 교점정보를 예측하는 위치예측부를 포함하고, 상기 예측한 교점의 위치정보와 상기 측정한 교선의 위치정보를 비교하여 차이가 허용 범위 내인지 여부를 판단하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 검출할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템은 상기 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템은 상기 라인 레이저부 및 상기 카메라부가 장착되는 지지수단; 및 상기 지지수단을 이동시키는 이동수단을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 레이저부의 상기 레이저광의 조사각도 및 상기 카메라부의 촬상각도를 조절하는 각도조절부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 이동수단은 수술용 로봇팔인 것을 특징으로 하여 본 발명인 수술 중 조직이동 감지 시스템의 제작비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템은 상기 움직임검출부에서 상기 조직부위가 움직였다고 판단된 경우, 수술을 중단하도록 경보를 발생하는 경보부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 수술 중 환자의 조직이동 감지 시스템은 상기 조직부위는 뼈를 포함하고, 상기 수술용 로봇은 상기 수술 중 상기 뼈의 일부가 절삭되어 상기 뼈의 형상이 변화된 경우, 상기 절삭된 뼈의 위치정보를 역산하여 상기 뼈의 초기 형상의 위치정보를 업데이트 하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 신체에 직접적인 접촉이 없어 뼈나 조직에 손상을 주지 않고, 수술 중 움직임을 감지할 수 있다. 한편, 피부절개 등의 별도의 조작 없이 용이하게 감지할 수 있으며, 차후에 소독 또는 감염의 문제가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에 따르면, 하나의 레이저광만을 조사함으로써 간단하게 조직부위의 움직임 여부를 검출할 수 있으며, 별도의 장치로 구성될 수 있을 뿐만 아니라, 수술용 로봇팔 등 종래의 수술용 기구에도 적용될 수 있어 제조비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도,
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 본 명세서에서 기재하는 '조직'이란, 신체의 일부조직을 의미하는 것으로서 뼈, 피부, 근육 등을 포함한다. 이하, 실시예에서는 뼈를 조직의 일 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템은 레이저부(10), 카메라부(20), 위치측정부(30), 형상정보저장부(40), 및 움직임검출부(50)를 포함한다.
레이저부(10)는 수술 중 고정이 요구되는 환자의 조직부위에 레이저광을 조사하는 프로젝터의 일종이다. 조직부위를 상하 또는 좌우로 옮겨가면서 레이저광을 조사한다. 레이저부(10)는 레이저광이 조사되는 각도를 변화시킬 수 있도록 형성될 수 있다.
한편, 레이저부(10)에서 조사되는 레이저광은 그 형태에 제한되지 않는다. 예컨대, 선형, 곡선형, 원형 또는 격자형의 레이저광이 조사될 수 있다. 이하의 실시예에서는, 선형 레이저광이 조사되는 경우를 일 예로 들어 설명하기로 한다.
카메라부(20)는 레이저부(10)가 조직부위 표면에 조사하는 레이저광의 영상을 획득하기 위한 것으로, 다양한 종류의 카메라가 적용될 수 있다. 예컨대, CCD 또는 CMOS 카메라를 적용할 수 있다. 카메라부(20)는 레이저부(10)가 조직부위를 이동하면서 레이저광을 조사할 때 해당부위를 촬상하여 영상을 획득한다. 카메라부(20)는 촬상각도를 변화시키는 것이 가능하도록 형성될 수 있다.
위치측정부(30)는 조직부위의 표면과 레이저부(10)에 의해 조사되는 레이저광이 이루는 교선의 위치정보를 측정한다. 여기서 교선이란, 조직부위에 조사되어 비추어지는 레이저광을 의미하는 것으로서, 구체적으로 레이저광이 조사되는 평면과 조직부위의 표면이 만나서 이루는 직선 또는 곡선 형태로 보여지는 레이저광을 의미한다. 한편, 교선의 위치정보란, 교선 위치의 3차원 데이터 값으로 X,Y,Z축의 3차원 좌표값의 집합으로 이루어진다.
위치측정부(30)는 레이저부(10)와 카메라부(20)의 위치관계, 각도에 관한 정보를 이용하여 카메라부(20)에서 획득한 영상을 통해 조직부위의 표면과 레이저광이 이루는 교선의 3차원 좌표값을 획득한다. 이를 위해 위치측정부(30)는 레이저부(10) 및 카메라부(20)의 카메라의 위치와 각도를 저장하고 있으며, 삼각측량을 이용하여 환자의 조직부위의 3차원 상의 좌표값을 계산하기 위한 프로세서(미도시)를 포함한다. 삼각측량을 이용하여 3차원 상의 좌표값을 계산하는 것은 주지의 방법인바, 이에 관한 설명은 생략하기로 한다.
형상정보저장부(40)는 수술이 시작되기 전의 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 저장하고 있다. 초기 형상의 위치정보는 조직부위를 고정한 상태에서 레이저부(10)와 카메라부(20)를 이동시키면서 위치측정부(30)에서 측정되는 위치정보를 수집하여 획득한다. 초기 형상의 위치정보는 수술 중 조직이 움직였는지에 관한 여부를 판단할 수 있는 비교기준이 된다.
형상정보저장부(40)는 수술진행 중에 뼈의 절삭 등으로 조직부위의 형상이 변하여 비교기준이 수정될 필요성이 생긴 경우, 기존의 초기 형상의 위치정보에서 절삭된 뼈의 위치정보를 역산하여 초기 형상의 위치정보를 업데이트하여 이후에는 변화된 위치정보를 기초로 움직임 여부를 판단할 수 있도록 한다.
움직임검출부(50)는 수술 진행 중 조직부위에 레이저광을 조사하여 위치측정부(30)에서 획득한 조직부위 표면과 레이저광의 교선의 위치정보와 초기 형상의 위치정보와 비교하여 조직부위의 움직임 여부를 판단한다.
구체적으로, 움직임검출부(50)는 현재위치에서 획득한 교선의 위치정보와, 초기 형상의 위치정보 중 레이저부(10)와 카메라부(20)의 현재위치에 대응하는 부분의 교선의 위치정보를 비교한다. 위치정보의 비교는 양 교선의 위치정보가 일치하는지 여부로 판단한다. 예컨대, 양 교선의 위치정보의 거리차이를 계산하고 거리차이의 평균 또는 거리차이가 가장 많이 나는 점을 기준으로 하여 거리차이가 실험적으로 미리 정해진 허용범위 내이면 일치하는 것으로 판단하고, 거리차이가 허용범위를 넘어서면 조직부위가 움직였다고 판단할 수 있다.
한편, 제1 실시예에서는 각도조절부(60)를 더 포함하여 레이저부(10)의 레이저광 조사각도 및 카메라부(20)의 촬상각도를 조절할 수 있다.
각도조절부(60)는 수술이 시작되기 전에 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 획득할 수 있도록 레이저부(10)의 레이저광 조사각도를 조절하고, 이와 함께 카메라부(20)가 레이저광이 조사되는 조직부위를 모두 촬상할 수 있도록 카메라부(20)의 촬상각도를 조절한다. 수술이 진행되는 중에도 조직부위의 표면과 레이저광의 위치정보를 획득할 수 있도록 레이저부(10)의 레이저광 조사각도 및 카메라부(20)의 촬상각도를 지속적으로 조절한다.
각도조절부(60)는 레이저부(10)의 위치 및 카메라부(20)의 촬상속도, 촬상 가능범위, 위치에 관한 정보를 저장하고 있으며, 이를 기초로 하여 레이저부(10)가 일정시간마다 일정각도 및 일정간격으로 조직부위에 레이저광을 조사하도록 레이저부(10)와 카메라부(20)의 각도를 조절하도록 프로그램된 소프트웨어를 실행하는 프로세서(미도시)를 포함하여 구현될 수 있다.
각도조절부(60)는 수술자가 레이저광의 조사각도를 직접 입력하고, 그 입력값에 따라 조사각도 및 촬상각도를 조절하도록 설계될 수 있으며, 또는 각도조절부(60)가 일정시간마다 자동으로 조사각도 및 촬상각도를 변화시켜 조절하도록 설계될 수도 있다.
또한, 카메라부(20)가 현재 레이저광이 조사되는 부분의 촬상을 완료한 후에 레이저부(10)가 조사부분을 이동해야만 위치정보를 획득할 수 있으므로, 각도조절부(60)에서 레이저부(10)의 조사각도의 변경은 카메라부(20)의 촬상 속도를 함께 고려하여 결정되어야 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 수술이 시작되기 전, 레이저부(10)는 조사각도를 변화시키면서 고정이 필요한 조직부위에 레이저광을 조사하고, 카메라부(20)는 레이저광이 조사되는 조직부위를 촬상하여 초기 형상의 위치정보를 획득한다(S10). 이때, 초기 형상의 위치정보는 조직부위의 일부가 될 수도 있고, 전체가 될 수 있다. 다만, 초기 형상의 위치정보는 수술 중 조직부위의 움직임 여부를 판단하는 비교기준이 될 수 있을 만큼의 면적은 확보되어야 할 것이다. 초기 형상의 위치정보의 면적이 너무 작으면, 수술 중 조직부위의 움직임 여부 판단의 정확성이 떨어질 수 있기 때문이다.
수술 중 수술자가 선택하는 시점에 또는 주기적으로 레이저부(10)를 통해 조직부위에 레이저광을 조사하고, 카메라부(20)가 영상을 획득한다. 획득된 영상을 토대로 삼각측량을 이용하여 3차원 상의 좌표를 계산하여 레이저광과 조직부위의 표면의 교선의 위치정보를 획득한다(S11).
레이저부(10)의 현재 조사각도에 대응하는 초기 형상의 위치정보와 S11단계에서 획득한 위치정보를 비교하여 조직부위의 움직임 여부를 판단한다(S13).
조직부위가 이동하였다고 판단되면(S15), 조직부위를 원래 위치로 원상복구할 수 있도록 한다(S17).
전술한 S11, S13, S15, 및 S17 단계는 수술이 종료될 때까지 반복하여 수행된다(S19).
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템은 레이저부(10), 카메라부(20), 위치측정부(30), 형상정보저장부(40), 움직임검출부(51), 각도조절부(60), 지지수단(70), 이동수단(80), 및 경보부(90)를 포함한다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제1 실시예에서는 레이저부(10)와 카메라부(20)가 수술 중 고정되어 위치 자체는 변하지 않고 조사각도와 촬상각도만 변하거나, 일 평면상에서 수직 또는 수평으로 이동하여 레이저광을 조사하는 위치만이 변하는 경우이므로, 단순히 현재 각도 또는 현재위치에 대응하는 초기 형상의 위치정보와 교선의 위치정보의 일치 여부만을 비교함으로써 조직부위의 움직임 여부를 판단할 수 있다. 그러나, 제2 실시예에서는 수술 진행 중 레이저부(10) 및 카메라부(20)의 위치가 이동수단(80)에 의해 계속 변하므로, 현재위치 및 현재각도를 함께 고려하여 위치정보를 예측하는 과정이 필요하다는 점에서 차이가 있다.
지지수단(70)는 레이저부(10)와 카메라부(20)를 고정 장착하기 위한 것이다. 위치측정부(30)에서 삼각측량을 통해 위치정보를 측정할 때 오차가 발생하지 않도록 지지수단(70) 상에서 카메라부(20)와 레이저부(10)는 충분히 이격된 곳에 장착되어야 하므로, 지지수단(70)의 길이는 레이저부(10)와 카메라부(20)의 거리를 고려하여 결정되어야 한다.
이동수단(80)은 수술 중 지지수단(70)을 이동시키는 장치를 의미하며, 이동수단(80)의 움직임에 따라 지지수단(70)에 고정 장착되는 레이저부(10) 및 카메라부(20)의 위치가 함께 변하게 된다. 이동수단(80)은 지지수단(70)을 움직일 수 있다면 그 형태 및 종류에 제한되지 않는다. 예컨대, 이동수단(80)은 수술용 로봇팔이 될 수 있고, 또는 회전모터를 이용하여 구를 그리듯이 지지수단(70)을 전방향으로 회전시키는 장치가 될 수도 있다. 이하에서는, 수술용 로봇팔을 이동수단(80)의 예로 들어 설명하기로 한다.
제2 실시예에서 움직임검출부(51)는 형상정보저장부(40)에 저장된 초기 형상의 위치정보에 기초하여 레이저부(10)와 카메라부(20)의 수술 중 현재위치 및 현재각도에 대응하는 조직부위의 표면과 레이저광의 표면의 교선의 위치정보를 예측하는 위치예측부(51a)를 포함한다.
즉, 이동수단(80)은 수술 진행 중에 수술자의 움직임에 따라 전방향으로 움직이게 되므로, 초기 형상의 위치정보 측정시와는 다른 방향에서도 조직부위의 움직임 여부를 검출해야 할 필요성이 있다. 이를 위해, 움직임검출부(51)는 초기 형상의 위치정보 측정 당시의 레이저부(10)와 카메라부(20)의 처음 위치 및 각도를 함께 저장하고 있으며, 위치예측부(51a)에서는 저장된 정보를 기초로 초기 형상의 위치정보 데이터 값의 평행이동, 대칭이동, 회전 등의 연산을 통하여 수술 중 레이저부(10)와 카메라부(20)의 현재위치 및 현재각도에 대응하는 교선의 위치정보를 예측하게 된다.
움직임검출부(51)는 위치예측부(51a)에서 예측한 교선의 위치정보와 수술 진행 중 조직부위에 레이저광을 조사하여 획득한 교선의 위치정보를 비교하여 양 위치정보의 일치 여부에 따라 조직부위의 움직임 여부를 판단한다.
경보부(90)는 움직임검출부(61)에서 조직부위가 움직였다고 판단된 경우, 경보를 발생시켜 수술을 중단하고 움직인 조직부위를 원위치로 원상복구시킬 수 있도록 해준다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 수술이 시작되기 전, 레이저부(10)는 고정이 필요한 조직부위에 전체적으로 레이저광을 조사하고, 카메라부(20)는 레이저광이 조사되는 조직부위를 모두 촬상하여 초기 형상의 위치정보를 획득한다(S30). 이때, 초기 형상정보 획득시에는 이동수단(80)이 직접 움직이면서 조직부위에 레이저광을 조사할 수도 있으나, 이동수단(80)은 움직이지 않고 레이저부(10)의 조사각도만 변화시켜 획득할 수도 있을 것이다.
수술 진행 중 수술자가 선택하는 시점에 또는 주기적으로 이동수단(80)의 자세 및 움직임에 따라 레이저부(10)의 조사각도를 변화시키면서, 조직부위에 레이저광을 조사한다. 레이저광이 조사될 때 카메라부(20)로 촬상하고, 촬상된 영상을 토대로 3차원 상의 좌표를 계산하여 조직부위 표면과 레이저광의 교선의 위치정보를 획득한다(S31).
위치예측부(51a)는 초기 형상의 위치정보를 기초로 레이저부(10)의 현재각도 및 현재위치에 대응하는 레이저광과 조직부위 표면의 교선의 위치정보를 예측하고(S33), S31단계에서 획득한 교선의 위치정보와 예측된 교선의 위치정보를 비교하여 조직부위의 움직임 여부를 판단한다(S35).
비교결과 조직부위가 움직였다고 판단되면(S37), 경보를 발생하여 원래 위치로 원상복구할 수 있도록 한다(S39).
전술한 S31, S33, S35, S37 및 S39 단계는 수술이 종료될 때까지 반복하여 수행된다(S40).
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템의 블록도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 수술 중 조직이동 감지 시스템은 레이저부(10), 카메라부(20), 위치측정부(30), 형상정보저장부(40), 움직임검출부(52), 각도조절부(60), 지지수단(70), 이동수단(80), 및 경보부(90)를 포함한다. 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제3 실시예는 제2 실시예의 구성과 유사하다. 다만, 제2 실시예에서는 초기형상의 위치정보 획득시, 조직부위에 전체적으로 레이저광을 조사하여 비교적 연속적인 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 얻게 된다. 따라서, 교선의 위치정보를 예측하여 비교하게 된다. 그러나, 제3 실시예에서는 레이저광이 조사되는 간격이 비교적 넓어 조직부위가 비연속적인 초기 형상의 위치정보를 획득한 경우를 상정하므로 교선이 아닌, 교점정보를 예측하여 비교해야 한다는 점에서 차이가 있다.
형상정보저장부(40)는 레이저광의 조사간격을 비교적 넓게 조직부위에 조사하여, 중간에 조사되지 않은 조직부위가 존재하게 되므로 비연속적인 초기 형상의 위치정보를 저장하고 있다.
움직임검출부(52)의 위치예측부(52a)는 수술 중 레이저부(10)와 카메라부(20)의 현재위치 및 각도에 대응하는 레이저광과 초기 형상의 위치정보와 교점정보를 예측하고, 이를 수술 중 측정한 교선의 위치정보와 비교하여 조직부위의 움직임 여부를 검출한다. 이때, 예측된 교점정보와 측정된 교선의 위치정보의 비교는 예측된 교점정보가 측정된 교선의 위치정보에 포함되어 있는지 여부를 판단하는 방법으로 할 수 있다. 예컨대, 측정된 교선의 위치정보 중 현재위치 및 현재각도에 대응되는 점과 예측된 교점정보와의 거리를 계산하고, 가장 큰 거리차가 실험적으로 미리 정해진 허용범위를 넘어서면 조직부위가 움직였다고 판단할 수 있다.
이를 위하여, 움직임검출부(52)의 위치예측부(52a)는 레이저부(10)와 카메라부(20)의 각도 및 위치에 관한 정보를 지속적으로 획득하고, 이 정보를 기초로 교점정보를 예측하도록 프로그램된 소프트웨어를 실행하는 프로세서(미도시)를 포함하여 구현된다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 수술 중 조직이동을 감지하는 절차를 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 수술이 시작되기 전, 레이저부(10)는 고정이 필요한 조직부위에 레이저광을 조사하고, 카메라부(20)는 레이저광이 조사되는 조직부위를 촬상하여 초기 형상의 위치정보를 획득한다(S50). 이때, 도 6에서 점선으로 도시한 것과 같이 비교적 넓은 간격으로 조직부위에 레이저광을 조사하여 초기 형상의 위치정보를 획득하게 된다.
수술 진행 중 수술자가 선택하는 시점에 또는 주기적으로 이동수단(80)의 자세 및 움직임에 따라 레이저부(10)의 조사각도를 변화시키면서, 조직부위에 레이저광을 조사한다. 레이저광이 조사될 때 카메라부(20)로 촬상하고, 촬상된 영상을 토대로 3차원 상의 좌표를 계산하여 조직부위 표면과 레이저광의 교선의 위치정보를 획득한다(S51).
초기 형상의 위치정보를 기초로 레이저부(10)의 현재각도 및 현재위치에 대응하는 레이저광이 조사되는 평면과의 교점정보를 예측하고(S53), S31단계에서 획득한 교선의 위치정보에 예측된 교점정보가 포함되는지 판단하여 조직부위의 움직임 여부를 판단한다(S55).
비교결과 교점정보와 교선의 위치정보의 거리차이가 허용범위를 넘어서면(S57), 조직부위가 움직인 것이므로 경보를 발생하여 원래 위치로 원상복구할 수 있도록 한다(S59).
전술한 S51, S53, S55, S57 및 S59 단계는 수술이 종료될 때까지 반복하여 수행된다(S61).
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
예컨대, 본 발명의 레이저부(10)는 또 다른 카메라부(20)로 대체될 수 있다. 그리하여, 복수의 카메라가 여러 각도에서 조직부위를 촬상하고, 삼각측량을 이용하여 조직부위의 3차원 정보를 획득할 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 레이저부 20 : 카메라부
30 : 위치측정부 40 : 형상정보저장부
50,51,52 : 움직임검출부 51a,52b : 위치예측부
60 : 각도조절부 70 : 지지수단
80 : 이동수단 90 : 경보부

Claims (10)

  1. 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템에 있어서,
    고정이 요구되는 환자의 조직부위에 레이저광을 조사하는 레이저부;
    상기 레이저부와 일정 거리에 위치하고, 상기 조직부위의 표면에 조사된 상기 레이저광의 영상을 획득하기 위한 카메라부;
    상기 레이저부 및 상기 카메라부의 위치와 각도, 및 상기 카메라부가 획득한 영상에 기초하여, 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보를 측정하는 위치측정부;
    수술 전에 상기 조직부위에 상기 레이저광을 조사하여 획득한 상기 조직부위의 초기 형상의 위치정보를 저장하고 있는 형상정보저장부; 및
    수술 중에 상기 위치측정부를 통해 측정된 상기 조직부위의 표면과 상기 레이저광의 교선의 위치정보와 상기 초기 형상의 위치정보를 비교하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 판단하는 움직임검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조직부위의 초기 형상의 위치정보는 상기 조직부위를 고정한 상태에서 상기 레이저부와 상기 카메라부를 이동시키면서 상기 위치측정부를 통해 측정되는 상기 교선의 위치정보를 수집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저부는 상기 조직부위에 선형, 곡선형 및 격자형 레이저광 중 어느 하나를 조사하는 것을 특징으로 하는 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 움직임검출부는 상기 초기 형상의 위치정보에 기초하여, 상기 레이저부와 상기 카메라부의 현재 위치 및 각도에 대응하는 상기 레이저광과 상기 조직부위의 표면과의 교선의 위치정보를 예측하는 위치예측부를 포함하고, 상기 위치예측부를 통해 예측된 교선의 위치정보와 상기 위치측정부를 통해 측정된 교선의 위치정보를 비교하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 움직임검출부는 상기 레이저부와 상기 카메라부의 현재 위치 및 각도에 대응하는 상기 레이저광과 상기 초기 형상의 위치정보의 교점정보를 예측하는 위치예측부를 포함하고, 상기 위치예측부를 통해 예측된 교점정보와 상기 위치측정부를 통해 측정된 교선의 위치정보를 비교하여 차이가 허용 범위 내인지 여부를 판단하여 상기 조직부위의 움직임 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템은 상기 레이저부 및 상기 카메라부가 장착되는 지지수단; 및
    상기 지지수단을 이동시키는 이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 레이저부의 상기 레이저광의 조사각도 및 상기 카메라부의 촬상각도를 조절하는 각도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이동수단은 수술용 로봇팔인 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수술 중 환자의 조직이동 감지시스템은 상기 움직임검출부에서 상기 조직부위가 움직였다고 판단된 경우, 수술을 중단하도록 경보를 발생하는 경보부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 조직부위는 뼈를 포함하고,
    상기 수술용 로봇팔은 상기 수술 중 상기 뼈의 일부가 절삭되어 상기 뼈의 형상이 변화된 경우, 상기 절삭된 뼈의 위치정보를 역산하여 상기 뼈의 초기 형상의 위치정보를 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 수술 중 조직이동 감지 시스템.
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