KR101806292B1 - 수술 절차를 위한 시각적 안내 디스플레이 - Google Patents

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글렌 에이. 슈트라우브
로버트 더블유. 3세 이머리
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Abstract

수술 절차에서의 사용을 위한 시각적 안내 시스템. 시스템은 수술 영역의 3차원 이미지, 절차에서 사용되고 있는 기구에 대한 정보 및 기구가 추종하여야 하는 계획된 궤도를 포함하는 수술 계획을 수신하도록 프로그래밍된 이미지 처리 유닛을 포함한다. 이미지 처리 유닛은 3차원 이미지 상의 기구의 움직임을 묘사하는 수술 절차의 파생된 표현을 생성한다. 그래픽 안내 표시자는 3차원 이미지 상에 배치되며, 그래픽 안내 표시자의 중점은 계획된 궤도에 중심을 두며, 그래픽 안내 표시자는 계획된 궤도에 직교하도록 디스플레이된다. 파생 이미지와 그래픽 안내 표시자는 기구의 적어도 운동의 5 자유도를 묘사한다. 그래픽 안내 표시자는 수술 계획에 따른 기구의 움직임에 기초하여 변경된다.

Description

수술 절차를 위한 시각적 안내 디스플레이{VISUAL GUIDANCE DISPLAY FOR SURGICAL PROCEDURE}
본 발명은 수술 절차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수술 계획(surgical plan)에 대하여 안내(guidance)를 구비하는 수술 절차에 대한 통합된 실시간 뷰(view)를 제공하는 시각적 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
최근에 수술 네비게이션 시스템(surgical navigation system)에 상당한 진보가 있었다. 종래의 시스템은 컴퓨터 모니터에 수술 사이트(site)의 시각화를 제공한다. 통상적인 시스템은 먼저 관심 대상인 해부학적 영역의 고해상도 3차원 이미지를 형성함으로써 작동한다. 치과 진료에서, 바람직한 촬영 양식은 여기에서 "CT"라 하는 콘빔 컴퓨터 단층 촬영(cone beam computed tomography)이다.
해부학적 영역의 이미지를 이용하여, 외과의는 CT 이미지에서 임플란트(implant)의 원하는 위치, 깊이 및 배향(orientation)을 식별하는 수술 영역에서의 수술전 계획을 생성한다.
수술 절차 동안, 트래킹(tracking) 소프트웨어를 포함하는 소프트웨어 시스템은 수술실에서 관찰되는 바와 같은 환자의 턱의 위치를 컴퓨터 시스템에 저장된 수술전 계획에 맞추어 정렬하거나 조정한다. 그 다음, 시스템은 수술 도구(드릴)를 검출하고, 환자 및 수술전 계획에 관하여 수술 도구의 위치와 배향을 결정한다. 그 다음, 이 정보는 스크린 상에서 화상으로 표시된다.
이 정보를 이용하여, 턱에 임플란트를 배치하기 위하여, 외과의는 다음의 단계를 추종할 것이다:
빼 내로 구멍이 드릴링되어야 하는 환자 턱에서의 위치 찾기.
원하는 위치에서 적절한 자리에 드릴 팁(tip)을 배치하고, 드릴을 정확한 각도 배향으로 배치하도록 드릴을 팁 둘레로 회전.
비트(bit)가 뼈 내로 뚫고 지나갈 때 원하는 궤도(trajectory)를 벗어나려는 드릴의 경향에 대응하면서, 치아 또는 뼈 내로 드릴링.
드릴 팁이 뼈 내에서 사전에 계획된 깊이에 있을 때까지 계획된 궤도를 따라 계속됨.
임플란트를 사전에 계획된 위치에 적합하게 배치하는 것을 실패하는 것은 부적당한 심미적 결과를 초래할 수 있거나, 너무 깊게 또는 잘못된 위치로 뚫리는 경우에 임플란트가 신경에 영향을 주거나 주위의 해부학적 구조 내로 돋아난다면, 환자에게 부상을 입힐 수 있다.
외과의가 3차원에서의 정확한 배치에 관심이 있기 때문에, 가장 최신의 네비게이션 시스템은 여러 상이한 관찰 위치(viewpoint)으로부터 환자의 해부학적 구조에 관하여 수술 도구의 동시적인 위치를 동시에 묘사한다. 도 1을 참조하면, 종래의 네비게이션 시스템으로부터의 디스플레이가 도시된다. 디스플레이(10)는 일반적으로 이전 스캔에서 캡처된 전체 턱 또는 적어도 상부 또는 하부 턱 부분의 파노라마 뷰(10)를 포함한다. 파노라마에서, 드릴(11)의 현재 위치가 계획된 임플란트(12)의 묘사와 함께 표현된다. 수술실의 라이브 카메라 뷰(13)가 포함될 수 있다. 계획된 임플란트(12)에 관하여 드릴(11)의 입(buccal)/혀(lingual)의 중앙(mesial)/말단(distal) 방향으로 현재의 배치를 시각적으로 묘사하는 컴퓨터가 생성한 비교도(14)가 디스플레이된다. 계획된 임플란트(12)에 관하여 드릴(11)의 각도 배향의 현재 배치를 그 긴 축을 따라 시각적으로 묘사하는 컴퓨터가 생성한 비교도(15)가 디스플레이된다.
또한, 도 1은 계획된 임플란트(12)와 현재의 드릴 팁 위치(11)가 도시되는 이전 CT 스캔의 전방 뷰(16) 및 측방 뷰(17)를 포함한다. 또한, 이뷰들은 아주 근접한 신경(18)의 묘사를 포함한다. 각 평면에서 위치 오정렬을 묘사하는 계획된 임플란트의 긴 축(19)이 도시된다. 이 뷰들은 드릴 팁(11)의 현재 깊이의 시각적 묘사를 외과의가 볼 수 있게 한다.
종래의 시스템이 계획된 임플란트 위치에 관하여 환자 내부의 수술 기구의 배향, 깊이 및 궤도를 명료하게 보여주는 이미지 조합을 제공하지만, 외과의가 끊임없이 이해해야하는 다수의 뷰는 외과의를 기진맥진하게 할 수 있다. 하나의 뷰에서의 이탈을 바로 잡기 위하여 이루어지는 모든 움직임이 다른 뷰에서만 검출될 수 있는 오차를 부정적으로 도입시키지 않는 것을 보장하도록, 외과의는 끊임없이 상이한 뷰들 사이에서 초점을 이동시켜야 한다. 초점에서의 이러한 이동은 사용자 부담을 야기하며, 잠재적으로 부적당한 결과를 초래할 수 있다.
환자의 몸 및 계획된 임플란트 궤도에 대하여 수술 도구의 위치 및 배향을 실시간으로 나타내는 개선된 안내(guidance) 시스템에 대한 요구가 존재한다. 임플란트를 위하여 구멍이 드릴링될 때, 또는 임플란트가 뼈 내로 운반될 때, 시스템은 손쉬운 보정을 허용하는 방식으로 외과의가 계획된 궤도로부터 벗어나고 있는지 분명하게 표시하여야 한다. 또한, 드릴이 몸 내에서 계획된 위치에 도달할 때, 이벤트는 외과의에게 즉시 명확하여야 하며, 따라서, 추가적인 드릴링이 정지될 수 있다. 외과의는, 정확한 깊이로 드릴링하고 있는 동안 전체에 걸쳐 계획된 궤도에 대하여 정렬되어 턱 내의 적합한 위치를 연속적으로 유지하려고 한다. 따라서, 외과의에 의한 동시성 소모(simultaneous consumption)에 적합한 방식으로 모든 적절한 정보가 제공되는 것이 바람직하다. 종래의 최신 네비게이션 시스템은 이러한 기본적인 과제를 충족하지 않는다.
본 발명은 수술 절차에서의 사용을 위한 시각적 안내 시스템에 관한 것이다. 안내 시스템은 수술 절차의 파생 이미지(derived image)를 디스플레이 상에 디스플레이한다. 안내 시스템은 기구의 위치와 배향을 검출하고 추적하고, 환자의 일부의 위치와 배향을 추적하기 위한 검출 시스템 또는 프로그램을 포함한다. 검출 시스템은 환자의 일부의 위치와 배향을 환자의 일부의 미리 저장된 3차원 이미지에 정합한다. 검출 시스템은 미리 저장된 3차원 이미지에 관한 기구의 동작 축(operating axis)의 위치 및 배향을 결정한다.
디스플레이는 수술 절차의 파생 이미지를 디스플레이하기 위하여 제공된다.
결과를 성취하도록 미리 저장된 3차원 이미지와 계획된 궤도 상의 묘사를 위해, 미리 저장된 3차원 이미지, 기구 위치와 배향, 및 기구를 이용한 원하는 수술 결과를 나타내는 데이터를 포함하는 미리 정해진 수술 계획을 수신하도록 프로그래밍되는 이미지 처리 유닛이 포함된다.
이미지 처리 유닛은 계획된 궤도의 세로축에 관한 동작 축의 위치와 배향에 기초하여 미리 저장된 3차원 이미지 상의 기구의 일부의 3차원 시각적 표현을 포함하는 수술 절차의 파생 이미지를 생성하도록 프로그래밍된다. 또한, 파생 이미지는 미리 저장된 3차원 이미지 상에서의 계획된 궤도의 묘사를 포함한다. 파생 이미지는 계획된 궤도에 직교하도록 형성된다.
이미지 처리 유닛은 이미지 디스플레이 장치에 그래픽 안내 표시자(graphical guidance indicator)를 생성하도록 프로그래밍된다. 그래픽 안내 표시자는 계획된 궤도에 직교하게 묘사되도록 배향된다.
또한, 이미지 처리 유닛은 파생 이미지를 디스플레이에 전송한다. 파생 이미지 및 그래픽 안내 표시자는 수술 계획에 관한 기구의 적어도 운동의 5 자유도의 시각적 묘사를 제공한다.
이미지 처리 유닛은 수술 계획에 따라 기구의 움직임에 기초하여 디스플레이 상의 그래픽 안내 표시자의 묘사를 변경한다.
일 실시예에서, 수술 결과는 최종 깊이를 갖는 드릴링된 구멍이다. 수술 계획은 드릴링된 구멍의 3차원 표현이다. 시스템은 사용자가 3차원의 드릴링된 구멍 형상을 선택할 수 있게 한다.
일 실시예에서, 기구는 드릴 비트를 갖는 드릴이고, 동작 축은 드릴 비트의 세로축이다. 이 실시예에서, 수술 절차는 치아의 뼈 내로의 드릴링을 포함하는 구강 외과 수술 절차이다.
드릴의 표현은 드릴 헤드의 고리형 원통 외부 하우징과, 외부 하우징 내에 위치되고 그로부터 이격된 드릴 비트의 동심의 실질적인 원통 표현을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 그래픽 안내 표시자는 계획된 궤도의 세로축 주위로 배치되고 그에 중심을 둔 조준(aiming) 링을 포함한다. 조준 링은 외과의가 계획된 궤도의 세로축에 드릴 비트의 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공한다.
그래픽 안내 표시자는 선택적으로 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 X 마크를 포함한다. X 마크의 배향은 미리 저장된 3차원 이미지의 배향과 관련된다.
그래픽 안내 표시자는 계획된 궤도의 세로축 중심을 둔 십자선(reticle)을 포함할 수 있다. 십자선은 이미지 디스플레이에 관한 수평 및 수직 기준점을 제공한다. 십자선은 미리 저장된 3차원 이미지에 관한 거리를 표현하는 이격된 틱 마크(tick mark)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 이미지 처리 유닛은 미리 저장된 3차원 이미지의 디스플레이의 줌 레벨에 따라 이미지 디스플레이 상에서 틱 마크의 간격을 조정하도록 프로그래밍될 수 있다.
일 실시예에서, 그래픽 안내 표시자는 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고 그에 중심을 둔 타겟팅(targeting) 링을 포함한다. 타겟팅 링은 바람직하게는 조준 링과 동심으로 조준 링 주위로 배치된다. 타겟팅 링은, 드릴 헤드를 계획된 궤도의 세로축에 맞추어 정렬시키도록, 외과의가 드릴 헤드의 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공한다.
이미지 처리 유닛이 미리 저장된 3차원 이미지에서 신경의 위치를 나타내는 데이터를 수신할 수 있다는 것이 고려된다. 이미지 처리 유닛은 파생 이미지에서 미리 저장된 3차원 이미지에 관한 신경의 위치의 표현을 묘사할 수 있다.
일 실시예에서, 그래픽 안내 표시자는 타겟팅 링에 인접한 깊이 표시자를 포함한다. 깊이 표시자는 계획된 궤도를 따르는 드릴 비트의 움직임에 기초하여 조정되도록 구성된다. 깊이 표시자는 타겟팅 링의 중심과 일치하는 중심을 갖는 링의 일부로서 형성될 수 있다. 이미지 처리 유닛은 계획된 드릴링 깊이에 관하여 드릴 비트의 깊이에 상관된 링의 더 큰 부분을 묘사함으로써 깊이 표시자를 변경한다. 이 대신에 또는 이에 더하여, 이미지 처리 유닛은 계획된 드릴링 깊이에 관하여 드릴 비트의 깊이에 기초하여 이미지 디스플레이 상에서 깊이 표시자의 음영 또는 색상을 시각적으로 변경할 수 있다.
수술 계획이 상이한 지름의 드릴 비트를 포함하는 경우에, 그래픽 안내 표시자는 상이한 드릴 비트가 필요할 때를 나타내기 위하여 시각적으로 변경될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 조준 링은 새로운 드릴의 지름을 수용하기 위한 지름으로 크기가 자동으로 재설정될 수 있다.
또한, 드릴 비트가 원하는 드릴링 깊이를 향해 계획된 궤도를 따라 진행함에 따라, 이미지 처리 유닛이 청각적 신호를 제공할 수 있다는 것이 고려된다.
또한, 수술 절차 동안 수술 기구를 위하여 시각적 안내를 제공하는 방법이 개시된다.
본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징과 본 발명의 이점은, 첨부된 도면에 예시된 바와 같이, 바람직한 실시예에 대한 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 비추어 더욱 명백하게 될 것이다. 인식되는 바와 같이, 본 발명은 모두가 본 발명을 벗어나지 않는 다양한 관점에서 수정될 수 있다. 따라서, 도면과 설명은 한정적인 것이 아니라 본질적으로 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
본 발명을 예시하는 목적으로, 도면은 현재 바람직한 본 발명의 일 형태를 도시한다. 그러나, 본 발명은 도면에 도시된 정확한 배치 및 수단에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 수술 절차를 모니터링하고 추적하기 위한 종래 기술의 컴퓨터 디스플레이를 도시한다.
도 2는 수술 절차를 디스플레이하고 추적하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따라 수술 절차를 모니터링하고 추적하기 위한 컴퓨터 생성 디스플레이의 도면이다.
도 4는 도 3의 디스플레이에 사용되는 그래픽 인터페이스의 확대도이다.
도 5는 수술 도구의 표현의 일부가 목표 위치를 접근하는 것으로 도시된 도 4의 그래픽 인터페이스의 도면이다.
도 6은 수술 도구의 일부가 도시된 도 4의 그래픽 인터페이스의 다른 도면이다.
도 7은 수술 도구의 일부가 목표 위치에 근접한 것으로 도시된 도 6의 그래픽 인터페이스의 확대도이다.
도 8은 수술 도구가 계획된 드릴링 위치에 정렬된 도 7의 그래픽 인터페이스의 도면이다.
도 8a는 계획된 드릴 구멍을 따라 드릴 팁의 깊이 변동을 나타내는 도 8의 그래픽 인터페이스를 도시한다.
도 8b는 계획된 드릴 구멍을 따라 드릴 팁의 추가 깊이 변동을 나타내는 도 8의 그래픽 인터페이스를 도시한다.
도 8c는 드릴 팁이 원하는 드릴링 깊이에 도달하는 것을 나타내는 도 8의 그래픽 인터페이스를 도시한다.
도 8d는 드릴 팁이 원하는 드릴링 깊이를 넘어서는 것을 나타내는 도 8의 그래픽 인터페이스를 도시한다.
도 9는 도 8의 그래픽 인터페이스로 제공된 상이한 자유도를 도시한다.
도 2 내지 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예가 이미지 안내 수술 절차를 시각적으로 디스플레이하기 위한 방법 및 시스템을 제공한기 위하여 도시된다. 이미지 내에 도시된 절차가 치과 절차이지만, 시스템 및 방법은 몸 내부에서의 프로브, 바늘 또는 치료 장치의 특정 위치 및 깊이로의 삽입, 예를 들어, 종양 조직 검사 및 정형외과 장치 배치가 발생하는 많은 상이한 수술 절차에 적용될 수 있다는 것이 용이하게 이해되어야 한다.
정밀 안내로 이익을 얻을 수 있는 하나의 치과 절차는 턱 내의 치과용 임플란트의 배치이다. 본 시스템은 (i) 뼈 내로 들어가는 드릴 팁의 정확한 위치를 찾아 묘사하는 것과, (ii) 드릴 팁의 방향과 배향을 나타내는 것과, (iii) 직접 눈에 보이지 않을 때에도 해부학적 구조 내에서의 드릴 팁의 위치에 대한 정보를 제공하는 것을 돕는다. 드릴 팁의 진입 지점이 계획된 절차에 맞춰 조정되고 드릴이 적절한 궤도로 뼈 내로 운반될 때, 세 번째 과제는 뼈 내로의 드릴의 정밀한 깊이를 아는 것으로 감소된다.
종래의 수술 안내 시스템의 단점을 해결하기 위하여, 발명자들은 미리 정해진 계획에 따라(예를 들어, 미리 설정된 궤도를 따라) 수술 도구를 정밀한 위치 및 배향으로 정렬하고 그 다음 이를 환자 내의 정밀한 위치로 운반하기 위하여 필요한 모든 정보를 제공하는 시각적 디스플레이 및 시스템을 개발하였다.
디스플레이(100)는, 그래픽 안내 표시자(graphical guidance indicator)(102)와, 수술 도구(예를 들어, 드릴)(104)의 3차원 묘사의 오버레이(overlay)로 관심 대상인 수술 영역에서의 3차원 물체에 대한 연속적으로 업데이트되는 렌더링을 제공한다. 3차원 이미지 장면(100)의 시점(vantage point)은 가상 카메라 이미지 평면이 드릴링되는 것으로 사전에 계획된 구멍의 세로축에 수직이 되도록 선택된다. 자명하게 되는 바와 같이, 본 발명은 계획된 궤도 또는 세로축이 알려진 어떠한 절차와도 함께 작업할 수 있다. 계획된 궤도는 계획된 최종 결과(최종 위치)에 도달하기 위하여 기구가 취하여 하는 수술 경로이다. 예시된 실시예에서 계획 궤도 또는 수술 경로는 선형의 세로축으로 도시되지만, 착수되는 수술 절차에 따라 궤도가 상이한 형상, 크기 및 능력을 갖는 복수의 기구의 사용을 포함하는 복잡한 궤도일 수 있다는 것이 자명하여야 한다. 시스템은, 바람직하게는, 장면(디스플레이된 이미지)(100)이 패닝(panning)되고, 주밍(zooming)되고, 회전되도록 설계될 수 있지만, 가상 카메라(사용자의 시점(viewpoint))의 배향은 이미지 평면이 계획된 세로축(계획된 궤도)에 수직이거나 직교하도록 유지된다. 이것은 임플란트 구멍의 손쉬운 드릴링을 허용한다. 이러한 수직이거나 직교하는 뷰가 사용되지 않는다면, 임플란트 구멍의 팁에서의 원은 타원으로 나타날 수 있어, 임플란트 구멍의 세로축을 따라 드릴 팁을 정렬하기 위한 노력을 당혹케 한다.
안내 뷰 장면(guidance view scene)(100)에 여러 물체와 묘사가 있다. 수술 계획은 안내 표시자(102) 내로 통합되며, 예시된 실시예에서 차아/뼈 상에 묘사된다. 이를 수행하기 위하여, 시스템(200)은 먼저 수술 영역의 이전 CT 스캔(202)에서의 계획된 임플란트 위치를 포함하는 수술 계획을 외과의가 생성하거나 입력하는 것을 필요로 한다. 수술 계획 또는 임플란트 위치(치아/뼈에 상대적인 위치 및 치아/뼈 내로의 깊이를 포함)가 3차원 표현(204)으로서, 바람직하게는 CT 스캔에 오버레이된 3D 다각형 메시로서 저장된다. 시스템(200)은 외과의가 드릴링될 계획된 구멍의 3D 표현을 그리게 허용하는 소프트웨어 그리기 도구를 포함할 수 있다. 이 대신에, 시스템은 미리 결정된 임플란트 구멍 구성의 저장된 3D 메시 표현을 포함할 수 있다. 외과의는 원하는 3D 구멍 표현을 선택할 수 있다. 또한, 외과의가 원하는 임플란트를 선택할 수 있고 시스템이 선택된 임플란트에 적합한 구멍을 생성하는 것이 요구되는 하나 이상의 3D 메시 표현을 자동으로 선택할 수 있는 것이 고려된다. 메시 표현은 바람직하게는 이전 CT 스캔과는 별도로 저장된다. 수술 계획은 계획된 임플란트 구멍의 궤도(예를 들어, 세로축)를 포함한다.
또한, 이 장면(100)에는 사용되고 있는 드릴(104)의 컴퓨터 생성 표현이 있다. 시스템(200)은 복수의 드릴 및 드릴 비트를 나타내는 저장된 데이터의 데이터베이스(206)를 포함할 수 있다. (수술 절차 시에 직원에 의해 입력될 수 있거나, 예를 들어, 수술 도구 상의 코드(예를 들어, 바(bar) 또는 2D 그래픽 코드)를 광학적으로 검출함으로써 또는 도구 내의 RFID 칩을 검출함으로써, 시스템에 의해 자동으로 검출될 수 있는) 사용되는 특정 드릴 및 드릴 비트에 기초하여, 시스템(200)은 수술용 드릴에 대한 적합한 그래픽 표현을 선택하고 이를 시각적 디스플레이(100)에 묘사한다. 예시된 실시예에서, 드릴은 속이 파인 헤드(108)와 특정 길이와 지름의 드릴 비트(110)를 갖는 핸드피스(hand piece)(106)로서 묘사될 수 있다. 드릴 비트(110)의 표현은 드릴에 현재 부착되는 드릴 비트의 물리적 특성을 반영한다. 언급된 바와 같이, 이 데이터는 데이터베이스(206)로부터 추출될 수 있다. 또한, 데이터는 동작 축(드릴 비트에 대하여 그 세로축 또는 드릴링 축일 수 있다)을 포함한다. 수술 과정 동안, 외과의는 임플란트 구멍을 형성하기 위하여 여러 드릴 비트를 사용할 수 있다. 드릴 비트 길이 및 지름을 정확하게 묘사함으로써, 시스템은 턱뼈 내로의 드릴 깊이의 정확한 묘사를 허용한다. 엑스-네브 테크놀로지스, 엘엘씨(X-Nav Technologies, LLC)에 의해 개발되고, 개시 내용의 전문이 본 명세서에 참조로서 편입되는 계류중인 미국 특허 출원 제14/487,987호 및 제14/488,004호에서 설명된 광학 이미지 안내 시스템과 같은 이미지 안내 또는 트래킹 시스템을 활용함으로써, 본 발명은 드릴의 위치 및 배향과, 턱뼈의 위치와 같은 수술 영역의 검출된 위치를 나타내는 연속적인 실시간 데이터(208)를 제공할 수 있다. 통상의 기술자는 전자기 트래킹 시스템 또는 기계적 아암(arm) 인코딩 시스템을 포함하는 다른 안내 또는 트래킹 시스템이 사용될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다. 실시간 데이터(208)는 수술 영역의 이전 CT 스캔을 현재 수술 영역에 맞추어 정확하게 정렬시키는데 사용된다. 모든 관련 데이터는 데이터를 디스플레이(100)에 묘사되는 대표하는 이미지로 변환하는 컴퓨터 프로그램(210)에 의해 사용된다. 바람직한 실시예가 수술 도구를 위하여 완전한 6 자유도 강체 변환을 판단하는 트래커(tracker)를 사용하지만, 대신에 도구의 축과 함께 도구의 X, Y, Z 축만을 제공하는 5 자유도 트래커를 사용하는 것이 가능하다.
도 3 및 4를 참조하면, 시스템(200)은 바람직하게는 계획된 임플란트 구멍의 위치를 조정하기 위하여 드릴(104)의 움직임 및 환자의 움직임을 추적함으로써 디스플레이(100)의 특징을 제어한다. 대체적인 수술 영역에 들어가는 드릴(104)이 검출됨에 따라, 시스템(200)은 드릴(104), 궤도 및 선택적으로는 계획된 임플란트 구멍에 대한 표현을 이전 CT 스캔에 상대적으로 디스플레이 상에 묘사한다. 계획된 궤도는 계획된 임플란트 구멍에 상대적인 드릴 비트의 위치, 배향 및 깊이에 관한 관련 정보를 외과의에게 제공하도록 구성된 여러 시각적 단서(cue) 또는 표시자(indicator)에 의해 둘러싸인다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 이들은 모두 하나의 결합된 능동 그래픽 안내 표시자(102)에 포함된다.
수술 도구가 드릴링 위치를 향해 제공될 때, 초기 과제는 중간 타겟팅(targeting) 링(112)(청색과 같은 소정의 색상 또는 음영일 수 있다)으로 묘사된 드릴링 위치에서의 드릴 팁(108)의 위치를 찾는 것이다. 타겟팅 링(112)은 선택적으로 예시적인 실시예에서 "X" 또는 "+"를 형성하는(예를 들어, X 마크) 십자 형상(cross-hair)(114)을 둘러싼다. 또한, 그래픽 안내 표시자(102)는 계획된 궤도 또는 계획된 임플란트 구멍의 세로축에 공통으로 위치된 중심을 둔 고정된 십자선(reticle)(116)을 포함할 수 있다. 십자선(116)은 스크린에 관하여 수평 및 수직 기준점을 제공한다. 따라서, 이는 이미지가 회전될 때 회전하지 않는다. 도 5 및 6과 비교하라. 한편, 역시 계획된 궤도 또는 계획된 임플란트 구멍의 세로축에 중심을 두면서 스캐닝된 이미지에 결속된 X 마크(114)는, 십자선(116)에 상대적으로 회전할 것이다. 십자선(116)에 상대적으로 X 마크(114)의 회전을 묘사하는 능력은 회전 운동의 시각적 감각을 제공한다. 십자선(116)은 예를 들어 1 mm인 미리 정해진 거리를 묘사하도록 설정된 틱 마크(tick mark)(117)(도 7에 도시)를 포함할 수 있다. 이것은 외과의에게 시스템의 줌 레벨에 관계없이 눈금 감각을 제공한다(즉, 틱 마크(117)의 간격은 줌 레벨이 변경됨에 따라 변경할 것이다). 소정의 절차에서 요구되는 정확성 레벨은 외과의에 의해 이루어지는 판단이며, 따라서, 시각적 정보에 대한 이러한 정도의 추가를 제공하는 것은 절차적 판단을 더욱 정확하게 한다. 그래픽 안내 표시자(102)는 선택적으로 타겟팅 링(112) 주위로 위치 설정된 숫자 표시자(120)를 포함한다.
위에서 논의된 바와 같이, 장면은 정사영(orthographic projection)으로 렌더링되어, 보는 평면은 계획된 궤도 또는 계획된 임플란트 구멍의 세로축에 수직이다. 이러한 렌더링에서, 카메라까지의 거리에 관계 없이, 물체의 상대적 크기는 일정하게 유지된다. 이것은 더 가까운 물체가 더 크게 보이는 더 전통적인 투시 투영(perspective projection)에 대조적이다. 안내 뷰에서, 상대적 움직임은 매우 작아, 투시 투영의 깊이 단서는 최소의 이점을 제공하고, 렌더링 카메라에 가까이 있을 때(드릴이 잠재적으로 전체 시야를 채울 수 있는 수술 절차의 초기에서와 같이) 장면을 완전히 뒤덮는 역할만을 한다.
또한, 시스템이, 회전에 의하는 것과 같이, 외과의가 뷰를 조정할 수 있게 하여, 뷰를 외과의가 실제 턱을 보고 있는 방식과 유사하게 되도록 하는 것도 고려된다. X 마크(114)는 구멍이 드릴링되어야 하는 정확한 위치를 묘사한다. 따라서, X 마크(114)는, 뷰가 회전될 때에도 턱/뼈/치아에 관하여 고정된다(즉, X 마크는 뷰에서 턱의 이미지의 회전 또는 환자의 움직임에 따라 회전할 것이다). 본 발명은 회전 대칭이 아닌 임플란트를 수용하도록 X 마크가 운동의 6 자유도로 배향될 수 있게 한다. X 마크(114) 및 주위의 타겟팅 링(112)은 주위의 턱 구조에 대하여 계획된 임플란트 구멍 위치에 관한 시각적 단서를 제공한다. 턱 위에 위치될 때, 이 표시자는 꽉 찬 불투명한 색상으로 렌더링된다. X 마크(114) 또는 타겟팅 링(112)의 일부가 뼈 아래에 위치될 때, 이 시각적 표시자의 부분은 반투명 또는 점선이 쳐진 요소로 렌더링되고, 따라서 아래를 볼 때 깊이에 대한 시각적 암시를 제공한다. 예를 들어, 도 6을 참조하라. 이것은 계획된 임플란트 구멍을 위한 시작점이 CT 스캔의 표면 아래에 위치되는 경우, 예를 들어, 계획된 구멍 드릴링을 시작하기 전에 뼈 또는 잇몸 라인의 부분이 먼저 제거되어야 하는 경우에 발생한다.
수술 도구(104)가 수술 위치(계획된 임플란트 구멍)(102)에 더 가까워짐에 따라, 시스템은 뷰가 줌인(zoom-in)되게 한다. 이것은 사용자가 줌 인/아웃 특징을 선택함으로서 수행될 수 있거나 또는, 예를 들어, 드릴 헤드(108)의 수술 위치(102)로부터의 위치에 기초하여 자동으로 일어날 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 드릴(104) 및 드릴 비트(110)는 바람직하게는 반투명으로 그려져, 드릴(104) 및 드릴 비트(110) 아래의 환자의 해부학적 구조는 항상 보일 수 있다. 드릴 헤드(108)와 드릴 비트(110)만이 반투명이고, 수술 도구의 나머지는 불투명하게 될 수 있다는 것이 고려된다. 바람직하게는, 작은 지름 또는 도트가 드릴 비트(110)의 팁(122)으로서 묘사된다. 일 실시예에서, 팁(122)은 대략 0.35 mm의 지름을 가진다. 이것은 외과의가 X 마크와 십자선(116)의 중심에(즉, 계획된 궤도에) 배치하는 가이드를 제공함으로써 외과의를 도와, 이에 의해 드릴 팁(122)을 계획된 임플란트 구멍의 중심에 맞춰 정렬시킨다.
예시된 안내 표시자(102)의 일부이고 계획된 임플란트 구멍의 정확한 궤도를 따르는 드릴 비트(110)의 정렬을 용이하게 하는 여러 시각적 단서 또는 표시자가 있다. 드릴 헤드(108)는 타겟팅 링(112)의 내경 내에 피팅되도록 크기가 설정되는 원통 외경을 갖는다. 이것은 드릴 헤드(108)의 정확한 배치를 위한 초기 목표를 외과의에게 제공한다. 또한, 안내 표시자(102)는 바람직하게는 십자선의 중심 및 타겟팅 링(112)의 중심과 일치하는 중심을 갖는 조준(aiming) 링(124)을 구비하여, 조준 링(124)은 타겟팅 링(112)과 동심을 갖는다. 조준 링(124)은 바람직하게는 적절하게 정렬될 때 드릴 비트(110)의 외경이 조준 링(124)의 내경 내에 피팅되도록 크기가 설정되는 내경을 구비한다. 명백하게 되는 바와 같이, 이것은 드릴 헤드(108) 및 드릴 비트(110)의 계획된 궤도 및 계획된 드릴링되는 임플란트 구멍과의 정렬을 허용한다. 이것은 외과의가 드릴 비트의 표현을 계획된 궤도에 위치시키는데 사용되는 시각적 가이드를 제공한다. 다른 실시예에서, 조준 링(124)은 세로축에 직교하는 3차원의 계획된 구멍의 형상에 대응하는 크기와 형상을 갖는 것으로 묘사된다. 따라서, 이 실시예에서의 드릴 비트는 묘사된 조준 링(124)보다 더 작을 수 있다.
도 7을 참조하면, 외과의는 타겟팅 링(112)을 향해 드릴 헤드(108)를 이동시킨다. 도시된 바와 같이, 드릴 헤드(108)의 음영 부분은 드릴 헤드의 측벽(108S)을 묘사한다. 유사하게, 드릴 비트(110)의 음영 부분은 드릴 비트의 측벽(110S)을 묘사한다. 도 7에서의 뷰가 드릴 헤드(108) 상에서 바로 아래로 보는 직교하는 뷰로 설정되기 때문에, 드릴 헤드(108)가 드릴링되는 구멍의 축(즉, 계획된 궤도)을 따라 놓이는 드릴 비트의 세로축으로 적합하게 배향되면, 드릴 헤드 및 드릴 비트의 측벽(108S, 110S)은 그 뷰에서 보이지 않아야 한다. 따라서, 도 7에서의 뷰는 드릴 헤드(108) 및 드릴 비트가 회전될 필요가 있다고 외과의에게 신속하게 통지한다. 도 8을 참조하면, 뷰는 측벽(108S, 110S)이 더 이상 보이지 않도록 회전된 드릴 헤드(108)를 도시한다. 또한, 드릴 헤드(108)는 타겟팅 링(112) 내부에 적절히 위치 설정된다. 또한, 비트(110)는 조준 링(124) 내에 위치되고, 따라서 드릴 비트(110)가 계획된 임플란트 구멍을 위한 계획된 궤도와 적절히 정렬되어 있다는 명확한 시각화를 외과의에게 제공한다.
적합하게 정렬되면, 외과의는 턱 내로 드릴링을 시작할 수 있다. 뼈 내로의 원하는 깊이는 수술전 계획 동안 결정되며, 수술 안내 프로그램(210)에 제공되는 계획된 임플란트 구멍 데이터(204)의 일부이다. 본 발명은 바람직하게는 깊이에 대하여 외과의에게 통지하는 안내 표시자(102)의 일부로서 시각적 단서를 제공한다. 도 8을 참조하면, 깊이 표시자(126)가 바람직하게는 타겟팅 링의 외부 주위에 있고 이와 동심인 링으로서 묘사된다. 도 8은 뼈 내로의 드릴링 전의 깊이 표시자(126)를 도시한다. 깊이 표시자(126)는 바람직하게는 채워지지 않거나 또는 반투명하게 되도록 약간 음영 처리된다. 드릴링이 시작되고 드릴 비트의 팁이 뼈에 들어가기 시작하면, 프로그램(210)은 깊이가 뼈 내로 증가함에 따라 실시간으로 노란색과 같은 초기 컬러 또는 음영(128)으로 깊이 표시자(126)를 채우기 시작한다. 도 8a 및 8b를 참조하라. 이것은 드릴이 뼈 내로 얼마나 많이 진행되었는지에 관하여 외과의에게 시각적 안내를 제공한다. 깊이 표시자(126) 둘레로 원주에 위치 설정된 숫자 깊이 마커(120)는 드릴이 진행한 뼈 내로의 깊이를 도시한다. 사용된 눈금 번호 및/또는 단위가 계획 단계 동안 변경될 수 있도록 시스템이 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 각각의 숫자 깊이 마커(120)는 뼈 내로 3 mm 깊이로 12 mm까지 나타낸다. 그렇게 깊지 않은 계획된 깊이에 대하여, 각각의 숫자 깊이 마커(120)는 드릴링된 깊이에서 1 mm만을 나타낼 수 있다. 계획된 원하는 깊이는 바람직하게는 깊이 표시자 상에 도시된다(예시된 실시예에서, 이는 12 mm이다). 오버 드릴링(over-drilling)을 대비하여, 깊이 표시자(126)는 또한 상이한 색상으로 묘사되고 계획된 깊이를 지나친 깊이를 나타낼 수 있는 추가 숫자 깊이 마커, 예를 들어, -2 mm를 포함할 수 있다. 숫자 깊이 마커(120)는 규칙적으로 이격될 수 있거나 특정의 유의미한 측정값에 상관될 수 있다. 예를 들어, 임플란트 구멍은 통상적으로 단일 크기 드릴 비트(110)를 이용하여 드릴링되지 않는다. 대신에, 연속적으로 더 큰 비트가 사용된다. 따라서, 깊이 표시자 상의 마크는 각각의 드릴 비트(110)가 삽입되어야 하는 깊이를 표현할 수 있다. 드릴 비트(110)의 순서 및 관련된 깊이는 계획 시에 외과의에 의해 수술 전에 설정될 수 있거나, 또는 순서는 선택된 임플란트 모델을 수술 도구 순서와 상관시키는 데이터베이스로부터 결정될 수 있다.
도 8b는 외과의에 의한 드릴 비트 지름에서의 변경이 안내 표시자에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 도시한다. 이 실시예에서, 더 작은 드릴 비트(110)가 드릴(104)에 부착되었다. 이와 같이, 조준 링(124)은 바람직하게는 더 작은 드릴 비트(110)의 지름에 상관하는 더 작은 지름으로 자동적으로 업데이트된다. 깊이 표시자(126)는 현재 깊이를 묘사하기 위하여 추가의 음영 또는 색상(128)을 갖도록 도시된다. 드릴링이 진행함에 따라, 깊이 표시자(126)의 색상은 바람직하게는 외과의에게 강조하기 위하여 변화하며, 깊이는 계획된 드릴링 깊이에 비교된다. 예를 들어, 색상은 다음과 같은 순서로 진행할 수 있다: 노란색(전진 유지)(도 8b에서 경사진 해칭(hatching)), 녹색(드릴이 사전 계획된 깊이에 있음)(도 8c에서 점으로 된 음영) 및 적색(드릴링이 너무 깊게 지나갔음)(도 8d에서 진한 음영). 물론, 다른 색상 또는 음영이 사용될 수 있다. 계획된 깊이를 넘었을 때, 알람과 같은 청각적 표시자도 제공될 수 있다. 또한, 청각적 신호 또는 구두 신호가 뼈 내로의 드릴 팁의 미리 정해진 깊이에서 제공될 수 있다는 것이 고려된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 단일 뷰에 묘사된 위치/방향의 6 자유도를 제공한다. X/Y 좌표는 이미지가 형성되는 평면에서의 위치를 도시한다. 직교하는 Z 방향은 깊이 표시자로 묘사된다. 드릴(104)의 배향/앵귤레이션(angulation)은 뷰 내에서 속이 빈 드릴 헤드(108)의 정렬에 의해 주어진다. 이 뷰에서 볼 수 있는 피치(pitch)와 요우(yaw)는 계획된 드릴 깊이에 관한 드릴의 정확한 앵귤레이션을 묘사한다. 드릴 축 주위로의 드릴의 롤(roll)은, 드릴 헤드(108)가 공간 내에서 부유하지 않도록 몸 자체에 대한 드릴의 배향을 사용자에게 제공한다. 이것은 드릴의 배향/위치를 바로잡는 방법을 외과의에게 신속하게 전달하는데 도움을 준다. 위에서의 논의로부터 명백하여야 하는 바와 같이, 본 발명은 도구의 x, y, z, 피치 및 롤을 트래킹하고 있다. 그러나, 디스플레이와 연계하여, 묘사된 이미지는 뷰에서 수술 도구의 x, y, 피치, 롤 및 요우이다. 도구의 깊이는 깊이 표시자에 의해 (시각적 또는 청각적으로) 묘사된다.
일 실시예에서, 시스템(200)은 주위의 수술 영역(예를 들어, 뼈)이 이를 투명하게 하여 신경과 같은 장면 내의 장애물을 묘사하도록 수정될 수 있게 한다. 임플란트 궤도를 따르는 신경까지의 거리가 알려진 거리에 기초하여 소프트웨어에 의해 주위를 둘러싸는(wrap-around) 깊이 표시자에 추가될 수 있거나, 드릴 비트(110)의 현재 투영된 궤도와 신경의 알려지거나 검출된 위치에 기초하여 추가될 수 있다. 이것은 자동화된 방식으로 수행될 수 있다. CT 스캔 또는 환자에게서 신경을 검출하는 어떠한 종래의 방법도 사용될 수 있다.
또한, 시스템(200)은, 의사가 정확한 계획된 드릴링 각도로부터 너무 멀리 있을 때, 안내 표시자(102), 예를 들어, 십자선이나 내부 조준 링의 다양한 단서의 색상 또는 음영을 변경하도록 구성될 수 있다.
주위를 둘러싸는 깊이 표시자(126)는 드릴 비트의 깊이를 시각적으로 묘사하기 위한 단지 하나의 실시예라는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 뷰는 깊이를 나타내도록 크기가 재설정되는 시각적 표시자가 있도록 수정될 수 있다. 예를 들어, 조준 링(124)은 큰 것으로부터 시작하여 정확한 깊이에서 드릴 비트의 지름으로 축소될 수 있다. 이 대신에, 타겟팅 링은 타겟팅 링이 조준 링 위에 놓일 때까지 깊이가 진행함에 따라 더 작아지도록 조정될 수 있고, 따라서 원하는 깊이가 성취되었다는 것을 나타낸다.
디스플레이된 임의의 시각적 성분은 본 발명의 범위 내에서 상이한 조명, 음영, 색상 및 채우기 효과로 렌더링될 수 있다.
본 발명의 고유의 특징들의 일부는, 이들이 대체로 나타나는 방법이 디스플레이가 실제 묘사라는 느낌을 사용자에게 현실적으로 제공하고, 이것이 사용자가 자신들이 보고 있는 것이 실제로 일어나고 있는 것이라고 더욱 편안하게 느끼게 하기 때문에, 렌더링된 디스플레이에서 드릴과 턱의 그래픽 표현을 포함하는 수술 영역의 제삼자 지향의 현실적인 뷰이다. 또한, 임플란트 구멍의 세로축에서 아래로 바라보는 특정 방향으로 이러한 물체들을 제공하는 것은 고유하다. 시스템은 드릴 비트의 팁이 위치되는 지점에서 수술 영역의 외부의 뷰를 제공한다. 또한, 시스템은 바람직하게는 배율에 맞고, 실시간으로 업데이트되고, 정사영으로 렌더링되는, 드릴, 드릴 비트, 턱, 신경 및 다른 성분을 묘사한다.
안내 표시자(102)의 일부로서 깊이 표시자(126)를 포함함으로써, 외과의가 드릴의 현재 깊이를 결정하기 위하여 초점을 이동시킬 필요 없이 목표(계획된 임플란트 구멍)에 대한 주의를 유지할 수 있게 한다.
여기에서 설명된 시스템 또는 시스템들은 임의의 형태의 컴퓨터 또는 컴퓨터들에 구현될 수 있다. 본 발명의 시스템은 컴퓨터 및/또는 저장 장치(예를 들어, 매체)에 저장된 소프트웨어 프로그램을 포함할 수 있고, 그리고/또는 네트워크를 통해 실행될 수 있다. 방법은 저장 매체에 저장된 프로그램 코드 또는 프로그램 모듈을 통해 구현될 수 있다.
본 발명의 원리를 이해하는 것을 촉진하는 목적으로, 도면에 예시된 바람직한 실시예가 참조되었으며, 이러한 실시예를 설명하기 위하여 특정 표현이 사용되었다. 그러나, 이러한 특정 표현에 의한 본 발명의 범위에 대한 어떠한 제한도 의도되지 않으며, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 발생할 수 있는 모든 실시예를 포함하도록 고려되어야 한다.
본 명세서에 도시되고 설명된 특정 구현례는 본 발명의 예시적인 예이고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 간결함을 위하여, 종래의 전자 장치, 제어 시스템, 소프트웨어 개발 및 시스템의 다른 기능적 양태(및 시스템의 개별적으로 동작하는 컴포넌트의 컴포넌트)는 상세하게 설명되지 않을 수 있다.
마지막으로, 본 명세서에서 사용된 임의의 그리고 모든 예 또는 예시의 표현(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 알맞게 예시하도록 의도되며, 달리 주장되지 않는다면 본 발명의 범위에 대한 한정으로서 제시되지 않는다. 다양한 수정 및 조정이 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (29)

  1. 수술 절차에서의 사용을 위한 시각적 안내 시스템에 있어서, 상기 수술 절차는 환자의 수술 영역과 수술 기구의 움직임을 나타내는 데이터와, 상기 수술 영역의 미리 저장된 3차원 이미지에서의 상기 수술 기구의 표현의 움직임을 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함하고, 상기 안내 시스템은,
    상기 수술 영역의 미리 저장된 3차원 이미지, 상기 수술 절차에 사용되고 있는 기구의 동작 축 및 팁의 검출된 위치와 배향, 및 상기 팁 및 상기 동작 축이 추종하여야 하는 계획된 궤도를 포함하는 수술 계획(surgical plan)을 수신하도록 프로그래밍된 이미지 처리 유닛을 포함하고, 상기 계획된 궤도는 세로축을 포함하고,
    상기 이미지 처리 유닛은 상기 수술 영역의 3차원 이미지를 이용하는 상기 수술 절차의 파생된 표현과, 상기 동작 축 및 상기 팁의 검출된 위치 및 배향에 관련된 상기 수술 영역의 3차원 이미지 상의 위치에서 상기 기구의 팁 및 몸 부분의 디지털 표현을 생성하도록 프로그래밍되고,
    상기 이미지 처리 유닛은, 상기 계획된 궤도에 대한 상기 기구의 몸 부분의 디지털 표현의 배향과 상기 기구의 팁 및 동작 축의 팁의 디지털 표현의 가로 위치의 5 자유도 그래픽 묘사를 제공하기 위하여 상기 수술 영역의 3차원 이미지 상에 그래픽 안내 표시자(graphic guidance indicator)를 생성하도록 프로그래밍되며,
    상기 그래픽 안내 표시자는 상기 계획된 궤도의 세로축에 직교하도록 디스플레이되고, 상기 이미지 처리 유닛은 계획된 깊이에 대한 상기 기구의 팁의 깊이를 나타내는 깊이 표시자를 생성하여, 상기 그래픽 안내 표시자와 조합하여 6 자유도의 안내 정보를 제공하도록 프로그래밍되며,
    상기 이미지 처리 유닛은 상기 수술 계획에 관하여 상기 기구의 운동에 대한 상기 기구의 6 자유도의 시각적 묘사를 제공하기 위하여, 상기 수술 영역의 3차원 이미지, 상기 그래픽 안내 표시자 및 상기 깊이 표시자를 포함하는 상기 수술 절차의 상기 파생된 표현을 상기 디스플레이로 전송하도록 프로그래밍되며,
    상기 이미지 처리 유닛은 상기 수술 계획에 따라 상기 기구의 움직임에 기초하여 상기 그래픽 안내 표시자와 상기 깊이 표시자를 변경하도록 프로그래밍되는,
    시각적 안내 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수술 절차는 구강 외과 드릴링(drilling) 절차이고, 상기 기구는 드릴 비트를 갖는 드릴이고, 상기 동작 축은 상기 드릴 비트 및 상기 드릴 비트의 팁인 상기 팁의 세로축이고, 상기 수술 계획은 상기 드릴 비트의 상기 팁이 상기 수술 절차의 일부 동안 도달하여야 하는 깊이를 포함하는,
    시각적 안내 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기구의 표현은 드릴 헤드의 고리형 원통 외부 하우징 표현과, 상기 외부 하우징 내에서 상기 외부 하우징으로부터 이격된 드릴 비트의 동심의 실질적으로 원통인 표현을 포함하는,
    시각적 안내 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 그래픽 안내 표시자는 상기 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 조준(aiming) 링을 포함하고, 상기 조준 링은 외과의가 상기 계획된 궤도의 세로축에 상기 드릴 비트의 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공하는,
    시각적 안내 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 그래픽 안내 표시자는, 상기 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 조준 링, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 X 마크 및 상기 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 타겟팅(targeting) 링을 포함하고, 상기 조준 링은, 상기 팁을 상기 계획된 궤도의 세로축에 맞춰 정렬시키도록, 외과의가 상기 기구의 팁의 디지털 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공하고, 상기 X 마크의 배향은 상기 3차원 이미지의 배향과 관련되고, 상기 타겟팅 링은 상기 조준 링과 동심으로 상기 조준 링 주위로 배치되고, 상기 타겟팅 링은, 상기 몸 부분을 상기 계획된 궤도의 세로축에 맞춰 정렬시키도록, 외과의가 상기 기구의 몸 부분의 디지털 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공하는,
    시각적 안내 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 그래픽 안내 표시자는 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 십자선(reticle)을 포함하며, 상기 십자선은 상기 디스플레이에 관한 수평 및 수직 기준점을 제공하는,
    시각적 안내 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 십자선은 상기 3차원 이미지에 관한 거리를 표현하는 이격된 틱 마크(tick mark)를 포함하고, 상기 이미지 처리 유닛은 상기 3차원 이미지의 상기 디스플레이의 줌 레벨에 따라 상기 이미지 디스플레이 상에서 상기 틱 마크의 간격을 조정하도록 프로그래밍되고, 상기 그래픽 안내 표시자는 상기 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 조준 링을 포함하는,
    시각적 안내 시스템.
  8. 제4항 또는 제7항에 있어서,
    상기 그래픽 안내 표시자는 상기 계획된 궤도의 세로축 주위에 배치되고, 상기 계획된 궤도의 세로축에 중심을 둔 타겟팅(targeting) 링을 포함하고, 상기 타겟팅 링은 상기 조준 링과 동심으로 상기 조준 링 주위로 배치되고, 상기 타겟팅 링은, 상기 드릴 헤드를 상기 계획된 궤도의 세로축에 맞춰 정렬시키도록, 외과의가 상기 드릴 헤드의 표현을 위치시키는데 사용하는 시각적 안내를 제공하는,
    시각적 안내 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이미지 처리 유닛은 상기 3차원 이미지에서 신경의 위치를 나타내는 데이터를 수신하고, 상기 이미지 처리 유닛은 파생된 이미지에서 상기 3차원 이미지에 관한 상기 신경의 위치의 표현을 묘사하도록 프로그래밍되는,
    시각적 안내 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 깊이 표시자는 상기 타겟팅 링의 중심과 일치하는 중심을 갖는 링의 일부이고, 상기 이미지 처리 유닛은 상기 계획된 깊이에 관하여 상기 드릴 비트의 팁의 깊이에 상관된 상기 링의 더 큰 부분을 묘사함으로써 상기 깊이 표시자를 시각적으로 변경하는,
    시각적 안내 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 처리 유닛은 상기 계획된 깊이에 관하여 상기 드릴 비트의 팁의 깊이에 기초하여 상기 디스플레이 상에 상기 깊이 표시자의 음영 또는 색상을 시각적으로 변경하는,
    시각적 안내 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 수술 계획은 상이한 지름의 드릴 비트를 이용하는 것을 포함하고, 상기 그래픽 안내 표시자는 상이한 드릴 비트가 필요할 때를 나타내기 위하여 시각적으로 변경되는,
    시각적 안내 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 이미지 처리 유닛은, 상기 드릴 비트의 팁이 상기 계획된 궤도를 따라 상기 계획된 깊이를 향해 진행함에 따라, 선택된 깊이에서 청각적 신호를 제공하는,
    시각적 안내 시스템.
  14. 수술 절차를 위한 이미지 안내 시스템에 있어서,
    제1항에 따른 시각적 안내 시스템; 및
    기구의 위치 및 배향을 검출하고 추적하며, 환자의 일부의 위치 및 배향을 추적하는 검출 시스템
    을 포함하고,
    상기 검출 시스템은 상기 환자의 일부의 위치와 배향을 상기 환자의 일부의 미리 저장된 3차원 이미지에 정합하고, 상기 검출 시스템은 상기 미리 저장된 3차원 이미지에 관한 상기 기구의 동작 축의 위치 및 배향을 결정하는,
    이미지 안내 시스템.
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