KR101635515B1 - 의료용 항법 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치에 관한 것이다.
Description
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 의료용 항법 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 화면에서 의료 도구의 목표점에 대한 정렬과 목표점과의 의료 도구 간의 거리를 직관적으로 보여주는 의료용 항법 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
의료 영상 기반 생체검사(Biopsy)는 주위의 정상조직에 대한 피해를 최소화하고, 종양 질환(neoplastic disease)의 병리적 진단에 필요한 샘플을 뽑아내는 중재시술(interventional procedure)로서, 부신, 췌장, 림프절 등의 후 복막, 폐 종격, 척추, 사지골 등의 부위에 광범위하게 적용된다. 의료 영상 기반 생체검사는 고해상의 영상을 이용하여 병변 부위를 섬세하게 3차원적으로 지역화(localization) 하고 조직 내에 진입한 생검 바늘(Biopsy Needle)을 볼 수 있어서 작은 크기의 병변 감지가 용이하다.
의료 영상 기반 생체검사를 시행하는 시술장에서 CT 또는 C-arm 플로로스코피(fluoroscopy) 영상에 의해 생검 바늘의 삽입 경로가 가이드될 수 있다. 방사선 노출 등의 문제로 인해 삽입 경로는 사전에 진단 영상에서 계획되는 것이 일반적이다. 예를 들어, 삽입 경로의 계획에서 환자 몸에 생검 바늘의 진입 각도가 중요하며, 진입 각도 및 삽입점을 정함으로써 삽입 경로가 계획된다. 환자가 시술장에 들어와서, 수술이 시작되면, 시술장에 놓인 이미지 획득 장치(예: Fluoroscopy 장치, CBCT 장치)를 계획된 경로, 즉 생검 바늘이 삽입될 방위와 동일한 방위로 맞춘다.
상기 생검 과정에서 생검 바늘을 정확히 가이드하기 위해 항법뷰가 사용된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 surgeon's Eye View와 같은 항법뷰(navigation view)에서는 생검 바늘로 삽입점(entry point)을 찌르면, 타겟(target)의 센터포인트가 보이고, 삽입점을 기준으로 생검 바늘이 점처럼 보인다. 이러한 항법뷰에서는 타겟이 한 점으로 표시되고, 한 점을 중심으로 원이 그려져 있다. 여기서 삽입 경로의 계획에 따라 어떠한 각도로 몇 센티를 찌르면 한 점에 도달하는 것을 보여준다. 이러한 surgeon's Eye View에 더하여 사용자 인터페이스 화면 또는 네비게이션 화면에는 surgeon's Eye View에 수직인 단면 영상을 보여주며 생검 바늘이 보이는 뷰가 2개~3개 정도 더 구비되며, 시술자는 surgeon's Eye View를 보면서 생검 바늘의 방향을 확인하고, 다른 추가의 2개의 뷰를 보면서 생검 바늘의 위치 또는 타겟까지의 거리를 확인한다. 따라서 여러 화면을 함께 보아야 하기에 방향과 거리를 직관적으로 함께 인식하는 것이 어렵다. 거리 정보가 숫자로 표시될 수도 있지만 직관적으로 생검 바늘의 방향과 계속 변하는 거리를 인식하는 데에는 불편함이 있다.
도 2는 미국 공개특허공보 제2013/0317363호에 개시된 ablation procedure를 위한 네비게이션 화면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 타겟에 의료 도구가 정확히 조준되었는지를 두 개의 원(453, 454)의 센터가 일치하는지로 확인할 수 있다. 또한, 타겟과 의료 도구 간의 거리가 아래에 숫자로 표시되어 있다. 이에 의하면, 의료 도구가 인체에 계속 삽입되어 들어감에 따라 변화하는 거리와 방향을 함께 직관적으로 인식할 수 있는 수단이 미흡하다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 surgeon's Eye View의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 미국 공개특허공보 제2013/0317363호에 개시된 ablation procedure를 위한 네비게이션 화면의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 의료용 항법 장치의 일 예를 설명하는 도면,
도 4는 수술전 영상에서 종양을 분할하고 수술 계획을 생성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 5는 종양과 삽입 경로가 시각화된 수술전 영상의 일 예를 설명하는 도면,
도 6은 수술장 영상에 수술 계획이 통합되는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 7은 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 정보를 파악하는 위치 파악 수단의 일 예를 설명하는 도면,
도 8은 사용자 인터페이스 화면의 일 예를 설명하는 도면,
도 9 및 도 10은 사용자 인터페이스 화면에서 생검 바늘의 방향과 깊이를 함께 보여주는 화면의 예들을 보여주는 도면들.
도 2는 미국 공개특허공보 제2013/0317363호에 개시된 ablation procedure를 위한 네비게이션 화면의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 의료용 항법 장치의 일 예를 설명하는 도면,
도 4는 수술전 영상에서 종양을 분할하고 수술 계획을 생성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 5는 종양과 삽입 경로가 시각화된 수술전 영상의 일 예를 설명하는 도면,
도 6은 수술장 영상에 수술 계획이 통합되는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 7은 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 정보를 파악하는 위치 파악 수단의 일 예를 설명하는 도면,
도 8은 사용자 인터페이스 화면의 일 예를 설명하는 도면,
도 9 및 도 10은 사용자 인터페이스 화면에서 생검 바늘의 방향과 깊이를 함께 보여주는 화면의 예들을 보여주는 도면들.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 의료용 항법 장치의 일 예를 설명하는 도면으로서, 의료용 항법 장치는 바늘 삽입형 중재시술 로봇을 네비게이션하는 데에 사용될 수 있다. 바늘 삽입형 중재시술 로봇은 방사선 피폭을 저감하고, 시술 정확도 향상을 위한 생검 및 치료용으로 사용된다. 중재시술 로봇은 복부, 흉부 등에서 1cm 급 병소의 생검 및 치료용으로 사용될 수 있다. 바늘형 의료 도구로는 생검 바늘을 예로 들 수 있다.
예를 들어, 의료용 항법 장치는 의료 영상을 처리하거나 생성하는 컴퓨터(600), 환자(50)와 바늘형 의료 도구(111)의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터(600)에 제공하는 위치 파악 수단(400), 그리고 컴퓨터(600)와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구(111)의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(500)를 포함한다. 사용자 인터페이스(500)는 환자(50)와 바늘형 의료 도구(111)의 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터(600)에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구(111)의 끝 간의 거리를 표시한 항법 화면을 구비한다. 항법 화면에는 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격이 표시된다.
바늘형 의료 도구(111)는 컴퓨터(600)와 연동되어 동작하는 슬레이브 로봇(100)에 구비되어 있고, 실시간으로 사용자 인터페이스(500)와 연동하여 슬레이브 로봇(100)을 제어하는 마스터 콘솔(200)와, 인체 내에서 생검 바늘(111)의 위치를 촬영하는 영상 촬영 장치(300)와, 슬레이브 로봇(100), 환자(50) 및 주변 장치들의 위치 및 자세를 모니터링하는 장치(400) 등을 포함할 수 있다.
도 4는 수술전 영상에서 종양을 분할하고 수술 계획을 생성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 의료용 항법 장치는 폐, 신장, 간 등의 장기(organ)의 생검에 적용될 수 있으며, 장기 이외의 부위에도 적용이 배제되는 것은 아니다. 본 예에서는 폐를 중심으로 설명된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 환자의 폐에 대해 수술전 영상을 쓰레쉬홀딩(thresholding)하여 환부(10; 예: 종양)을 분할(segmentation)하고 수술 계획을 생성한다. 예를 들어, 볼륨 흉부 시티 영상(volumetric chest CT images; 이하 폐 영상)을 획득한 후, 폐 영상이 분할(segmentation)되어 분할된 폐 영상이 준비된다. 분할의 결과, 폐 영상에 포함된 해부학적 구조물(예: 혈관, 갈비뼈, 에어웨이(airway), 폐 경계 등)이 복셀의 3차원 집합으로 추출될 수 있고, 폐 영상으로부터 분할된 혈관, 갈비뼈(rib), 에어웨이(airway) 등의 해부학적 구조물이 폐 마스크(lung mask), 혈관 마스크(vessel mask), 립 마스크(Rib mask), 에어웨이 마스크(airway mask) 등으로 저장될 수 있다. 종양(10)에 알맞은 HU값을 threshold 값으로 분할 기법(예: adaptive threshold)에 의해 종양(10)이 분할된다. 도 4는 종양(10)이 분할된 폐 영상의 엑시얼(axial) 단면의 일 예를 보여준다.
컴퓨터(600)에는 환자의 수술전 영상이 로딩되며, 시술장에서 획득된 환자의 수술장 영상과 수술전 영상이 컴퓨터(600)에 의해 정합(registration)된다. 정합의 결과 수술전 영상을 사용하여 만들어진 삽입 경로(82, 84), 삽입점(41), 종양 상의 목표점 등을 포함하는 수술 계획이 수술장 영상에 이전된다. 이에 대해서는 더 후술된다.
분할된 종양(10)은 3차원 이미지로 생성될 수 있다. 따라서 영상처리 소프트웨어에 의해 필요한 방향에서 종양의 단면을 볼 수 있고, 예를 들어, 엑시얼 뷰(axial view), 코로날 뷰(coronal view) 및 세지털 뷰(sagittal view)와 같이 대표적인 방향에서 종양(10)을 볼 수 있고, 이를 기초로 수술 계획을 만들 수 있다.
도 5는 종양과 삽입 경로가 시각화된 수술전 영상의 일 예를 설명하는 도면으로서, 실재 갈비뼈와, 갈비뼈 사이로 삽입 경로(82)가 3D로 시각화된다. 상기와 같이 종양(10)의 센터(11)와 이에 도달하기 위한 삽입 경로(82) 및 삽입점이 수술전 영상에 부가되어 수술 계획이 생성된다. 수술전 영상은 3차원 영상이며, 볼륨렌더링을 통해 도 5에 도시된 것과 같이, 수술 계획은 3차원으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 종양(10)이 주변으로부터 분할되어 있고, 3차원으로 삽입 경로(82)가 시각화되며, 종양(10)에는 목표점(예: 종양의 중심점 또는 가장 자리)이 표시된다. 종양(10)은 콘트라스트가 거의 없어서 플로로스코피 시티로는 잘 보이지 않고, 일반적으로 종양(10)은 대략 원형으로 표시된다. 따라서, 도 5에 도시된 것과 다르게 종양이 주변과 구분되게 시각화되는 것이 생략되고 컴퓨터(600)의 내적 계산 과정에 의해 종양의 위치가 판별될 수 있다.
도 6은 수술장 영상에 수술 계획이 통합되는 방법의 일 예를 설명하는 도면으로서, 시술장에서 수술장 영상이 획득되며, 수술전 영상과 수술장 영상이 정합되어 수술장 영상에 삽입 경로 등 수술 계획이 이전된다. 의료 영상 간의 정합의 방법으로서 강체 정합(rigid registration) 및 변형가능한(deformable) 정합 방법 등이 이용될 수 있다.
삽입 경로(82)는 사용자 인터페이스(500)를 통해 수정될 수 있고, 호흡 또는 움직임을 고려하여 부적절한 삽입 경로가 제거될 수 있다. 도 6(a)는 수술전 영상의 일 예이고, 도 6(b)는 수술장 영상과 수술전 영상이 정합된 영상으로서 수술 계획이 이전된 영상이다.
상기 3D 시각화된 삽입 경로(82)를 더욱 확실하게 확인(confirm)하기 위해, MPR(multiplanar reconstruction; 예: axial view, coronal view, sagittal view) 상에 삽입 경로(251), 삽입점, 목표점(예: 종양의 센터 또는 가장 자리)이 오버레이되어 표시될 수 있다(도 6에는 axial view가 예시됨).
이와 같이, MPR 상에서 확인된 삽입 경로(82)를 따라 생검 바늘(111)이 가이드되어 시술이 수행될 수 있다. 예를 들어, 최종 컨펌된 삽입 경로가 TCP/IP 또는 전용 통신 프로토콜을 이용하여 슬레이브 로봇(100) 또는 사용자 인터페이스(500; 예: 항법 장치) 등으로 전송된다. 생검 바늘(111)은 단일 바늘 타입도 물론 가능하지만 멀티 스팟으로 생검하기 위해서는 리볼버 타입으로 복수 개가 슬레이브 로봇(100)에 장착되어, 순차적으로 각 목표점을 생검하는 것이 더 효과적일 수 있다.
도 7은 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 정보를 파악하는 위치 파악 수단의 일 예를 설명하는 도면으로서, 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 관계를 파악하는 위치 파악 수단으로는 여러 가지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 환자(960), 생검 바늘(912)을 구비한 슬레이브 로봇(911), 적외선 카메라(991), 적외선 반사구 어셈블리(911,913,914), 모니터(920) 그리고 컴퓨터(940)가 구비되어 있다. 환자(960)의 위치를 나타내는 복수의 적외선 반사구(911)와 생검 바늘(912)의 끝에 마련된 복수의 적외선 반사구 내지는 적외선 에미터(913)를 적외선 카메라(991)가 파악함으로써, 바늘(912)과 환자(960)의 위치가 파악될 수 있다. 마스터 콘솔의 전체 운용을 위한 컴퓨터(940)가 구비되어 있고, 모니터(920)도 구비되어 있다. 여기서 컴퓨터(940) 및 모니터(920)은 도 1에서 설명된 컴퓨터(600) 및 사용자 인터페이스(500)에 대응할 수 있다.
환자(960)와 바늘(912)의 상대적인 위치 관계를 이용하는 경우에, 컴퓨터(940)는 수술용 항법장치의 기능도 한다. 마스터(200; 도 1 참조) 조작자의 조정에 따라, 컴퓨터(940)에 의해 슬레이브 로봇(911)의 생검용 바늘(912)이 작동된다. 적외선 반사구 어셈블리(911)는 환자(960)에 고정되어 환자(960)의 위치를 나타내고, 적외선 반사구 어셈블리(913)는 생검용 바늘(912)에 고정되어 생검용 바늘(912)의 위치를 나타내고, 적외선 반사구 어셈블리(914)는 환자(960)의 가슴에 위치되어, 환자의 호흡, 재채기와 같은 환자 움직임을 표시한다. 위치 파악을 위한 위치 감지 수단으로서, 적외선 카메라와 적외선 반사구가 사용되었지만, 자기장을 이용하는 것도 가능하며, 위치 파악이 가능한 수단이라면 어떠한 것이 사용되어도 좋다. 일 예로, 생검 바늘에 마그네틱 센서를 부착하고 얼마나 움직이는지 카메라로 트래킹하는 것이 가능하다.
적외선 반사구 어셈블리(911)는 환자(960)의 위치 정보를 나타내는 것으로 이용되어도 좋고, 전체 시스템의 기준 위치로서 기능하여도 좋으며, 환자(960)에 고정될 수도 있지만, 수술대에 고정될 수도 있고, 수술대에 기준 위치로 기능하는 별도의 적외선 반사구 어셈블리(미도시)를 추가하여도 좋다. 환자(960)에 대한 생검 바늘(912)의 위치를 파악할 수 있다.
상기 예들과 다르게, 슬레이브 로봇 자체가 위치를 알고 있는 예도 가능하다. 예를 들어, 슬레이브 로봇이 생검 바늘을 잡고 있고, 슬레이브 로봇 자체적으로 시술장 내에서 자신의 좌표를 알 수 있다. 또한, 생검 바늘이 몇 밀리미터를 움직이는지 슬레이브 로봇 자체적으로 감지하는 것이 가능하다. 따라서 시술장 영상의 공간에서 생검 바늘의 방위와 위치를 컴퓨터가 계산할 수 있다.
또한, 플로로스코피 시티로 촬영하여 생검 바늘의 현재 위치를 정합된 수술장 영상 공간에서 컴퓨터가 계산할 수 있다.
상기 위치 파악 수단들은 하나만 사용하는 것보다 복수의 방법을 사용하여 위치 관계를 파악하는 것이 정확성과 안전성 측면에서 바람직하다. 이러한 하나 이상의 위치 파악 수단에 의해 파악된 환자와 생검 바늘의 상대적 위치관계를 컴퓨터가 계산함으로써 생검 바늘(111)과 종양(10) 상의 목표점(11) 간의 거리가 계산될 수 있다.
본 예에서는 사용자 인터페이스 화면에 생검 바늘(111)이 종양(10)에 일치하는지 십자 표시와 함께 방위를 보여주는 2개의 작은 원이 표시되며, 종양과 생검 바늘의 끝 간의 거리를 직관적으로 알 수 있도록 깊이감을 표시한다. 예를 들어, 생검 바늘의 끝과 목표점 간의 거리가 표시되되, 삽입점을 중심으로 서로 간격을 두고 있는 복수의 곡선으로 생검 바늘의 끝과 종양의 목표점 간의 거리를 깊이감 있게 표시한다. 수술 계획에서 결정된 삽입 경로, 삽입 각도, 삽입점, 삽입 거리로 찌를 때, 생검 바늘의 끝과 목표점 간의 거리가 계속 변하므로 상기 사용자 인터페이스 화면에는 깊이를 순차로 표시하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 더 후술된다.
도 8은 사용자 인터페이스 화면의 일 예를 설명하는 도면으로서, 사용자 인터페이스에는 복수의 화면(510, 520, 530, 540)이 표시된다. 예를 들어, 상측 화면에는 CT 이미지(예: 플로로스코피로부터 전달된 이미지)가 있고, 폐의 여러 구조물이나 병변을 보여주는 mask가 표시된다. 또한, 수술 계획을 수행하기 위한 버튼 및 시술 정보나 종류를 표시하는 정보 창이 있다.
메인 화면(510)에는 3D로 정합된 수술장 영상이 표시된다. 또한, 수술장 영상으로부터 컴퓨터가 생성해 내는 MPR 영상(예: 520, 530, 540)이 우측에 표시된다. 예를 들어, 엑시얼 뷰(axial view), 코로날 뷰(530; coronal view) 및 세지털 뷰(540; sagittal view)와 같은 방향에서 종양(10)과, 삽입 경로(82), 삽입점, 생검 바늘의 방향 등이 표시된다. 또한, 생검 바늘의 끝에 카메라가 설치되어 피부의 삽입점을 보여주며, 두 개의 원의 센터가 일치하면 생검 바늘의 각도가 계획대로 종양에 조준된 것을 알려준다. 조작자가 마스터 콘솔을 통해 컴퓨터에 지시를 내리고 컴퓨터에 연동된 슬레이브 로봇의 동작에 의해 생검 바늘이 인체에 삽입된다.
생검 바늘과 환자의 상대적 위치가 도 7에서 설명된 것과 같은 방법으로 알 수 있고, 삽입점을 중심으로 하는 나선형 곡선(70; 도 9 참조)이 생검 바늘의 찌른 깊이, 즉 생검 바늘의 끝과 환부의 목표점 간의 거리를 보여준다. 따라서 의사는 이 화면을 보고 생검 바늘의 각도와 깊이를 함께 직관적으로 인식할 수 있어서 매우 편리하다.
상대적 위치를 파악하는 수단으로서, 적외선 반사구나 마그네틱 마커를 사용하는 경우, 실시간으로 거리를 계산하여 화면에 표시하고, 도 10에 도시된 것과 같이 변화하는 거리를 순차적으로 나선의 일정 부분을 활성화하여 표시할 수 있다.
한편, 플로로스코피로부터 전달된 수술장 영상에 수술전 영상을 정합하면 환부의 위치가 수술장 영상의 공간에서 파악되며, 수술장 영상에 나타난 생검 바늘을 식별하여 거리를 구할 수 있다. 이렇게 구해진 거리와 상기 마커를 사용한 거리를 비교하여 오류를 줄일 수 있고 더 정확하고 안전하게 거리를 깊이감 있게 표시할 수 있다.
또한, 슬레이브 로봇의 움직임은 슬레이브 로봇 자체적으로 파악할 수 있다. 즉 얼마나 바늘이 전진한 것인지 슬레이브 로봇 내에 센서가 감지할 수 있다. 따라서 이에 의한 거리 정보도 추가로 전술된 거리 정보에 보완될 수 있다.
한편, 복수의 수술장 영상에 나타난 생검 바늘을 식별하여 찌르는 속도를 컴퓨터가 계산할 수 있고, 수술장 영상을 처리하여 사용자 인터페이스에 표시하는 시간 딜레이와 상기 속도를 평가하면 현재 생검 바늘의 끝의 위치 및 거리를 계산할 수 있다. 이렇게 계산된 거리도 추가로 보완을 위해 사용될 수 있다.
도 9 및 도 10은 사용자 인터페이스 화면에서 생검 바늘의 방향과 깊이를 함께 보여주는 화면의 예들을 보여주는 도면들로서, 환부에 생검 바늘이 정확히 조준되는지는 내측의 작은 두 개의 원의 센터(11)가 일치하는지 여부로 알 수 있다. 한편, 센터를 중심으로 나선형 곡선(70; 도 9 참조)이 표시되며, 바깥 측 나선은 내측 나선보다 환부로부터 거리가 먼 것을 표시한다. 나선에는 깊이가 숫자로 표시되어 있다. 생검 바늘이 인체를 찌름에 따라 거리를 계속 변화하며 이에 따라 거리에 대응하는 나선의 특정 부분이 순차적으로 활성화(예: 색 변화, 선의 두께 변화, 깜빡임 등)되어 시술자는 생검 바늘의 방향과 깊이를 함께 직관적으로 확인할 수 있다.
다른 방법으로서, 센터(11)를 동심으로 하는 복수의 원(75; 도 10 참조)이 표시되며, 바깥 측 원은 내측 원보다 환부와의 거리가 멀다. 생검 바늘이 인체를 찌름에 따라 거리를 계속 변화하며 이에 따라 거리에 대응하는 원이 순차적으로 활성화(예: 색 변화, 선의 두께 변화, 깜빡임 등)되어 시술자는 생검 바늘의 방향과 깊이를 함께 직관적으로 확인할 수 있다.
따라서 여러 가지 다른 화면을 참조하지 않고도 정확하고 안전하게 시술을 수행하는 데에 큰 도움이 된다. 예를 들어, 환부에 생검 바늘의 끝이 도달하기 직전까지는 본 예에 따라 전술된 사용자 인터페이스 화면에서 생검 바늘의 끝과 환부의 거리를 확인하면서 생검 바늘을 찌르고, 환부 직전에서 CT나 의료 영상 촬영 장치를 사용하여 영상을 찍어서 마지막으로 환부를 생검 바늘로 찌르는 방법도 고려할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(2) 항법 화면은 바늘형 의료 도구의 끝의 도달한 거리에 해당하는 복수의 선의 일부를 시각적으로 나머지와 구분하여 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(3) 복수의 선은 삽입점을 중심으로 하는 나선인 것을 특징으로 하는 의료 항법 장치.
(4) 복수의 선은 삽입점을 동심으로 하는 복수의 원인 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(5) 항법 화면에는 복수의 선의 내측에 삽입점을 둘러싸는 2개의 원이 표시되고, 2개의 원의 센터가 일치하는 것에 의해 바늘형 의료 도구와 삽입 경로의 동일 방향 정렬이 확인되는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(6) 위치 파악 수단은: 바늘형 의료 도구 및 환자를 표지하는 마커; 그리고 마커를 감지하는 감지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(7) 위치 파악 수단은: 수술장 영상을 촬영하는 의료 영상 촬영 장치;를 포함하며, 컴퓨터는 복수의 수술장 영상과 수술전 영상의 정합에 의해 환부의 위치를 수술장 영상의 공간에서 계산하며, 복수의 수술장 영상에 포함된 바늘형 의료 도구와 환부의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(8) 위치 파악 수단은: 바늘형 의료 도구가 구비된 슬레이브 로봇에 구비된 센서;를 포함하며, 센서는 수술장의 기준 위치에 대해 바늘형 의료 도구의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(9) 바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고, 사용자 인터페이스는 나선형 곡선에서 해당 거리에 대응하는 일부 구간을 순차적으로 활성화하여 목표점과 생검 바늘 끝 간의 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
(10) 바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고, 사용자 인터페이스는 해당 거리에 대응하는 원을 순차적으로 활성화하여 목표점과 생검 바늘의 끝 간의 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
본 개시에 따른 하나의 의료용 항법 장치에 의하면, 하나의 항법 화면에 바늘형 의료 도구의 환부에 대한 방향 및 환부와의 거리가 함께 표시되므로 다른 화면을 번갈아 볼 필요가 없어서 편리하며, 시술의 안전성과 정확성을 더 향상할 수 있다.
본 개시에 따른 또 하나의 의료용 항법 장치에 의하면, 환부와 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리가 나선 또는 복수의 원으로 순차로 활성화되어 깊이감 있게 표시되므로 찌른 깊이를 직관적으로 알 수 있어서 편리하며, 시술의 안전성과 정확성을 더 향상할 수 있다.
100 : 슬레이브 로봇 111 : 생검 바늘
300 : 의료 영상 촬영 장치 500 : 사용자 인터페이스
600 : 컴퓨터 10 : 환부 70 : 나선
300 : 의료 영상 촬영 장치 500 : 사용자 인터페이스
600 : 컴퓨터 10 : 환부 70 : 나선
Claims (10)
- 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서,
수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터;
환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고
컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하며,
항법 화면은 바늘형 의료 도구의 끝이 도달한 거리에 해당하는 복수의 선의 일부를 시각적으로 나머지와 구분하여 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
복수의 선은 삽입점을 중심으로 하는 나선인 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 청구항 1에 있어서,
복수의 선은 삽입점을 동심으로 하는 복수의 원인 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 청구항 1에 있어서,
항법 화면에는 복수의 선의 내측에 삽입점을 둘러싸는 2개의 원이 표시되고, 2개의 원의 센터가 일치하는 것에 의해 바늘형 의료 도구와 삽입 경로의 동일 방향정렬이 확인되는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 청구항 1에 있어서,
위치 파악 수단은:
바늘형 의료 도구 및 환자를 표지하는 마커; 그리고
마커를 감지하는 감지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 청구항 1에 있어서,
위치 파악 수단은:
수술장 영상을 촬영하는 의료 영상 촬영 장치;를 포함하며,
컴퓨터는 복수의 수술장 영상과 수술전 영상의 정합에 의해 환부의 위치를 수술장 영상의 공간에서 계산하며, 복수의 수술장 영상에 포함된 바늘형 의료 도구와 환부의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 청구항 1에 있어서,
위치 파악 수단은:
바늘형 의료 도구가 구비된 슬레이브 로봇에 구비된 센서;를 포함하며, 센서는 수술장의 기준 위치에 대해 바늘형 의료 도구의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서,
수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터;
환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고
컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하며,
복수의 선은 삽입점을 중심으로 하는 나선이고,
바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고,
사용자 인터페이스는 나선형 곡선에서 해당 거리에 대응하는 일부 구간을 순차적으로 활성화하여 목표점과 생검 바늘 끝 간의 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치. - 바늘형 의료 도구의 삽입을 가이드하는 의료용 항법 장치에 있어서,
수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 환부(surgical target)를 포함하는 수술전 영상에서 계획된 환부의 상의 목표점, 삽입점 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터;
환자와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단; 그리고
컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 바늘형 의료 도구의 삽입 방향에서 삽입점(entry point)을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 상대적 위치 정보를 사용하여 컴퓨터에 의해 계산된 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝 간의 거리를 표시하되, 삽입점을 중심으로 간격을 두고 있는 복수의 선으로 거리의 간격을 표시한 항법 화면을 구비하는 사용자 인터페이스;를 포함하며,
복수의 선은 삽입점을 동심으로 하는 복수의 원이고,
바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고,
사용자 인터페이스는 해당 거리에 대응하는 원을 순차적으로 활성화하여 목표점과 생검 바늘의 끝 간의 거리를 표시하는 것을 특징으로 하는 의료용 항법 장치.
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