KR101862133B1

KR101862133B1 - 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치

Info

Publication number: KR101862133B1
Application number: KR1020140140896A
Authority: KR
Inventors: 박창민; 김남국
Original assignee: 재단법인 아산사회복지재단; 서울대학교병원; 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2018-06-05
Also published as: WO2016060308A1; KR20160046012A

Abstract

본 개시는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 이질성을 가지는 환부(heterogeneous surgical target)의 가장 자리(border) 상의 목표점(target point) 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 바늘형 의료 도구를 구비하는 로봇;으로서, 바늘형 의료 도구가 삽입 경로를 따르도록 컴퓨터의 지시에 따라 동작하는 로봇; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 환부의 가장 자리를 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 수술 계획에 따라 로봇이 동작할 때 목표점에 대한 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 관한 것이다.

Description

바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치{ROBOT APPARATUS FOR INTERVENTIONAL PROCEDURES HAVING NEEDLE INSERTION TYPE}

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 관한 것으로, 특히 이질적인(heterogeneous) 환부의 가장 자리(border) 상의 목표점에 대한 생체검사(biopsy)를 효과적으로 수행하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 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, 비정상 병변의 병리적 진단에 필요한 샘플을 뽑아내는 중재시술(interventional procedure)로서, 부신, 췌장, 림프절 등의 후 복막, 복강내 여러 장기, 폐, 종격동, 척추, 사지골 등의 부위에 광범위하게 적용된다. 의료 영상 기반 생체검사는, 해상도가 높은 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 시술장에서는 CT 또는 C-arm 플로로스코피(fluoroscopy) 장치 및 그 영상을 이용하여, 생검 바늘의 삽입 경로가 가이드될 수 있는데, 예컨대, 삽입 경로의 계획에서 환자 몸에 생검 바늘의 진입 각도 및 삽입점을 정함으로써 생검 바늘의 삽입 경로를 정확히 계획할 수 있다. 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 생체검사 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 밀리미터를 찌르는 것을 계획할 수 있다.

그러나 최근에는 종양(tumor)이 균질한 것이 아니라 종양 내의 각 부위에 따라 종양의 생물학적 성질(예: DNA mutation, 악성도)이 다르다(heterogeneous)는 것이 정설로 받아짐에 따라, 어느 부위에서 조직을 채취했느냐가 종양의 진단, 종양의 치료효과 예측 및 환자의 예후 추정에 있어서 중요한 이슈가 되고 있다. 예컨대, 종양의 가장 자리에는 액티브한 종양 셀(cancer cell)이 위치하고, 종양의 내부는 괴사되어, 종양 셀이 없는 경우(necrosis)가 있어서, 종양의 중심을 목표로 생검 바늘을 삽입할 경우, 위음성으로 잘못 진단 되는 오류가 발생할 수 있는 것이다. 따라서 시술자가 이러한 이질성을 가지는 종양을 생체검사하기 위해 플로로스코피 영상을 보면서 경험에 의해 감각적으로 종양의 외연 부위를 의도적으로 찌르는 경우도 있다. 그러나 시술자가 종양의 한가운데를 계획대로 찌르는 것도 쉽지 않은데, 상대적으로 고난도의 종양 가장 자리에 분포하는 종양 셀을 정확히 생체검사하는 것은 기술적으로 매우 어려울 수 있다.

또한, 이질적인 종양은 복수의 목표점에서 생체검사를 수행하는 멀티 스팟(multi-spot)으로 생체검사하고, 생체검사 위치와 샘플의 특성을 매칭하여 종양에서 위치에 따른 조직의 성질을 나타내는 맵을 작성하는 것이 의료적으로 매우 중요한데, 시술자가의 경험에 의해 멀티 스팟으로 생체검사하는 것은 더욱 어렵다.

도 2는 미국 공개특허공보 제2013/0317363호에 개시된 절제술(ablation procedure)를 위한 네비게이션 화면의 일 예를 나타내는 도면으로서, ablation procedure의 타겟(138b)과 시술이 시행되었을 때, 예상되는 치료범위(138a)를 보여준다. 이에 의하면, 타겟의 이질성에 대한 고려가 없고, 타겟의 가장자리에 의료 도구를 도달시키기 위한 효과적인 가이드 방법의 개시가 없다.

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), 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 이질성을 가지는 환부(heterogeneous surgical target)의 가장 자리(border) 상의 목표점(target point) 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 바늘형 의료 도구를 구비하는 로봇;으로서, 바늘형 의료 도구가 삽입 경로를 따르도록 컴퓨터의 지시에 따라 동작하는 로봇; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 환부의 가장 자리를 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 수술 계획에 따라 로봇이 동작할 때 목표점에 대한 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치가 제공된다.

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 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치의 일 예를 설명하는 도면,
도 4는 수술전 영상에서 종양을 분할하고 수술 계획을 생성하는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 5는 종양의 가장 자리에서 생체검사의 복수의 목표점과 삽입 경로 및 삽입점을 포함하는 수술 계획의 일 예를 설명하는 도면,
도 6은 종양과 삽입 경로가 시각화된 수술전 영상의 일 예를 설명하는 도면,
도 7은 수술장 영상에 수술 계획이 통합되는 방법의 일 예를 설명하는 도면,
도 8은 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 정보를 파악하는 위치 파악 수단의 일 예를 설명하는 도면,
도 9는 사용자 인터페이스의 일 예를 설명하는 도면,
도 10은 리볼버 타입의 생검 바늘이 장착된 로봇의 일 예를 설명하는 도면.

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 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치의 일 예를 설명하는 도면으로서, 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치(이하, 중재시술 로봇 장치)는 방사선 피폭을 저감하고, 시술 정확도 향상을 위한 생체검사 및 치료용 바늘 삽입형 영상 중재시술 로봇 시스템에 사용될 수 있다. 중재시술 로봇 장치는 복부, 흉부 등에서 1cm 급 병소의 생체검사 및 치료용으로 사용될 수 있다. 바늘형 의료 도구로는 생검 바늘(biopsy needle)을 예로 들 수 있다.

예를 들어, 중재시술 로봇 장치는, 의료 영상을 처리하거나 생성하는 컴퓨터(600), 컴퓨터와 연동되어 동작하는 로봇(100) 및 종양의 가장 자리에 생검 바늘(111)의 끝의 예상 도달 위치를 보여주고 가이드 하는 사용자 인터페이스(500)를 포함한다. 중재시술 로봇 장치는, 실시간으로 사용자 인터페이스(500)와 연동하여 로봇(100)을 제어하는 마스터 장치(200)와, 인체 내에서 생검 바늘(111)의 위치를 촬영하는 영상 촬영 장치(300)와, 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 도면이다. 중재시술 로봇 장치는 폐, 신장, 간 등의 장기(organ)의 생체검사에 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 값으로하여 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 컴퓨터에 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.

도 5는 종양의 가장 자리에서 생체검사의 복수의 목표점과 삽입 경로 및 삽입점을 포함하는 수술 계획의 일 예를 설명하는 도면이다.

전술한 바와 같이, 종양(10)은 가장 자리(11; border) 또는 바깥 측 벽(wall)에는 활성이 있는(active) 암세포가 있고, 종양(10)의 내부에는 썩은 물이 있을 수 있다. 따라서, 종양의 가장 자리(11)와 내부가 영상에서 인텐시티가 차이가 나며, 종양(10)의 가장자리와 내부를 구분되도록 threshold하면 도 5에 도시된 바와 같이 종양의 가장 자리(11)와 내부(15)가 구분되도록 분할된다. 또는, 종양(10)의 대사적 특성에 따라, FDG 등의 섭취가 높은 대사체학적으로 활성부위와 대사가 낮은 부위를 구분할 수 있도록, FDG-PET/CT 영상을 이용하여, 종양(10)의 standardized uptake value (SUV) 값을 threshold하면 도 5에 도시된 바와 같이 종양(10)을 분할할 수 있다. 또는, 종양(10) 전체를 분할해서 종양(10) 경계로 부터 Distance map 또는 Eroding 등의 Morphological operator를 이용하여 종양(10)의 주변부를 정의-분할 한다.

이렇게 분할된 종양(10)은 3차원 이미지로 생성될 수 있다. 따라서 영상처리 소프트웨어에 의해 필요한 방향에서 종양(10)의 단면을 볼 수 있고, 상기 단면에는 종양(10)이 주변과 구분되게 시각화되며, 종양(10)의 가장자리는 종양(10)의 내부와 구분될 수 있다. 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 5에 도시된 바와 같이, 종양의 가장 자리(11)에서 복수의 생체검사 목표점(target point; 예; 21, 22, 23, 24, 26)을 잡는다. 전술한 바와 같이, 분할에 의해 종양의 가장 자리(11)가 내부와 주변으로부터 분할될 수 있다. 종양(10)의 내부는 세포가 죽은 상태(necrosis)이고, 가장 자리(11)에는 활성의 암세포가 분포할 수 있다. 목표점의 개수는 종양(10)에서 여러 위치로서 가장 자리(11)는 물론 종양(10)의 내부에도 목표점이 정해질 수 있다. 종양(10)이 이질적이고 위치에 따라 디엔에이(DNA) 뮤테이션이 다를 수 있어서 종양(10)에서 위치에 따라 특정 약물이나 치료를 행하였을 때 그 효과가 다를 수 있다. 따라서 생체검사를 한 점에서만 하면 다른 곳은 살아서 재발되는 문제가 있다. 종양(10)의 사이즈에 따라 가장 자리(11)의 두께가 통계적으로 대략 추측될 수 있고, 예를 들어, 종양(10)이 2센티 정도로 크면 종양(10)의 센터를 생체검사하는 것이 아니라 또는 센터를 생체검사하는 것에 추가하여 가장 자리(11)에 복수의 생체검사 목표점을 잡도록 수술 계획을 한다. 생검 바늘(111)이 서브 밀리미터 정확도(accuracy)를 가진다면, 20 밀리미터 폭의 사이즈를 가지는 종양(10)의 경우 1밀리미터*1밀리미터의 정확도로 가장 자리(11)를 찌를 수 있도록 수술 계획을 할 수 있다.

종양(10)에서 복수의 목표점에서 생체검사가 바람직하고, 이후 샘플의 성질과 위치를 매칭하여 종양(10)의 맵을 작성하면 의료적으로 의미가 크다. 각 목표점에 도달하는 각 삽입 경로들이 만들어질 수 있고, 예를 들어, 삽입 경로가 교차하는 혈관이나 다른 구조물이 최소가 되게 삽입 경로가 생성된다. 이에 따라 환자의 피부에 생검 바늘(111)의 삽입점이 정해진다. 삽입점은 목표점의 개수보다 작을 수 있다. 예를 들어, 생검 바늘(111)을 찌른 후에 폐로부터 완전히 빼지 않고 방향을 변경하여 다른 목표점을 생체검사할 수도 있다.

도 6은 종양과 삽입 경로가 시각화된 수술전 영상의 일 예를 설명하는 도면으로서, 실재 갈비뼈와, 갈비뼈 사이로 삽입 경로(예: 82)가 3D로 시각화된다. 상기와 같이 결정된 복수의 목표점, 삽입점, 삽입 경로가 수술전 영상에 부가되어 수술 계획이 생성된다. 수술전 영상은 3차원 영상이며, 볼륨렌더링을 통해 도 6에 도시된 것과 같이, 수술 계획은 3차원으로 생성될 수 있다. 종양(10)이 주변으로부터 분할되어 있고, 가장 자리(11)가 구분되도록 표시된다. 3차원으로 삽입 경로가 시각화되며, 종양의 가장 자리(11)에는 목표점(예: 21)이 표시된다.

종양(10)은 콘트라스트가 거의 없어서 플로로스코피 시티로는 잘 보이지 않고, 일반적으로 종양(10)은 대략 원형으로 표시했지만, 본 예에서는 수술전 영상에서 종양(10)의 가장자리가 구분되도록 분할하고, 이것이 수술장 영상에 나타나도록 정합한다.

종양의 가장 자리(11)가 분명하게 분할되지 않더라도 종양(10)과 주변이 분명히 구분되게 분할된다면, 종양(10)과 주변의 경계로부터 일정 두께를 가장 자리(11)로 가정하고 생체검사할 수도 있다.

도 7은 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 7(a)는 수술전 영상의 일 예이고, 도 7(b)는 수술장 영상과 수술전 영상이 정합된 영상으로서 수술 계획이 이전된 영상의 일 예이다.

상기 3D 시각화된 삽입 경로(82) 및 종양의 가장 자리(11) 상의 목표점을 더욱 확실하게 확인(confirm)하기 위해, MPR(multiplanar reconstruction; 예: axial view, coronal view, sagittal view) 상에 삽입 경로(82), 삽입점, 목표점이 오버레이되어 표시될 수 있다(도 7에는 axial view가 예시됨).

이와 같이, MPR 상에서 확인된 삽입 경로를 따라 생검 바늘(111)이 가이드되어 시술이 수행될 수 있다. 예를 들어, 최종 컨펌된 삽입 경로가 TCP/IP 또는 전용 통신 프로토콜을 이용하여 로봇 또는 사용자 인터페이스(예: 항법 장치) 등으로 전송된다. 생검 바늘(111)은 단일 바늘 타입도 물론 가능하지만 멀티 스팟으로 생체검사하기 위해서는 리볼버 타입(도 10 참조)으로 복수 개가 로봇에 장착되어, 순차적으로 각 목표점을 생체검사하는 것이 더 효과적일 수 있다. 한편, 폐를 찌르고 폐로부터 생검 바늘(111)을 빼고 다시 찌르는 횟수를 줄이기 위해 도 5에 도시된 것과 생검 바늘(111)을 빼지 않고 삽입 경로의 방향을 변경하여 다른 목표점을 찌를 수 있다.

도 8은 환자와 생검 바늘의 상대적 위치 정보를 파악하는 위치 파악 수단의 일 예를 설명하는 도면이다.

환자(960)와 생검 바늘(912)의 상대적 위치 관계를 파악하는 위치 파악 수단으로는 여러 가지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 환자(960), 생검 바늘(912)을 구비한 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(911,914)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)는 도 3에서 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 로봇(911)의 생검 바늘(912)이 작동된다. 적외선 반사구 어셈블리(911)는 환자(960)에 고정되어 환자(960)의 위치를 나타내고, 적외선 반사구 어셈블리(913)는 생검 바늘(912)에 고정되어 생검 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, 도 3을 참조하면, 로봇(100) 자체가 위치를 알고 있는 예도 가능하다. 예를 들어, 로봇(100)이 생검 바늘(111)을 잡고 있고, 로봇(100) 자체적으로 시술장 내에서 자신의 좌표를 알 수 있다. 또한, 생검 바늘(111)이 몇 밀리미터를 움직이는지 로봇(100) 자체적으로 감지하는 것이 가능하다. 따라서 시술장 영상의 공간에서 생검 바늘(111)의 방위와 위치를 컴퓨터가 계산할 수 있다.

또한, 시술장 영상을 획득하는 플로로스코피 시티로 촬영하여 생검 바늘(111)의 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 바늘(111)의 상대적 위치관계를 컴퓨터가 계산함으로써 생검 바늘(111)과 종양의 가장 자리(11)의 목표점 간의 거리가 계산될 수 있다. 따라서 수술 계획에서 결정된 삽입 경로, 삽입 각도, 삽입점, 삽입 거리로 찌를 때, 생검 바늘(111)의 끝의 예상 도달 위치가 컴퓨터에 의해 계산된다. 예상 도달 위치는 정합된 수술장 영상에 표시되어 시술자에게 정보를 준다. 이에 대해서는 더 후술된다.

도 9는 사용자 인터페이스의 일 예를 설명하는 도면으로서, 사용자 인터페이스(500)에는 복수의 화면(510, 520, 530, 540)이 표시된다. 예를 들어, 상측 화면에는 CT 이미지(CT volume; 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 환부의 가장자리(11)가 시각적으로 구분되도록 표시된 정합된 수술장 영상이 표시된다. 또한, 수술장 영상으로부터 컴퓨터가 생성해 내는 MPR 영상(예: 520, 530, 540)이 우측에 표시된다. 예를 들어, 엑시얼 뷰(520; axial view), 코로날 뷰(520; coronal view) 및 세지털 뷰(530; sagittal view)와 같은 방향에서 가장 자리(11)가 구분된 종양(10)과, 삽입 경로(82), 삽입점(41), 가장 자리(11)에서 생검 바늘 끝의 예상 도달 위치(예: 21, 22, 23, 24, 26)가 표시된다.

생검 바늘(111)과 환자(50)의 상대적 위치가 도 8에서 설명된 것과 같은 방법으로 알 수 있고, 수술장 영상(예: 510)에는 정합된 종양(10)이 시각적으로 표시되며 종양의 가장 자리(11)가 나타난다. 따라서 종양의 가장자리(11) 상의 목표점과 생검 바늘(111) 간의 거리와, 현재 얼라인된 각도로 계획된 깊이로 찌르면 어디에 도달할 것인지 예상 도달 위치(예: 21, 22, 23, 24, 26)를 컴퓨터가 계산할 수 있다. 따라서 이렇게 계산된 예상 도달 위치를 컴퓨터는 정합된 수술장 영상에 표시할 수 있다. 따라서 목표점과 예상 도달 위치(21, 22, 23, 24, 26)의 일치 여부를 시각적으로 알 수 있다. 일치하는 경우, 조작자가 마스터 콘솔을 통해 컴퓨터(600; 도 3 참조)에 지시를 내리고 컴퓨터(600)에 연동된 로봇(100)의 동작에 의해 생검 바늘(111)이 인체에 삽입된다. 한편, 전술한 바와 같이 플로로스코피, 콘빔시티 등으로 현재의 수술장 영상을 다시 찍어서 생검 바늘(111)의 끝의 위치가 수술장 영상 공간에서 계산될 수 있고, 이것과 정합된 종양(10)의 목표점을 비교하여 목표점에 일치하는 지를 다시 검사할 수 있다. 만약 예상 도달 위치와 목표점이 불일치 한다면, 수술 계획을 수정할 수 있다. 예를 들어, 화면에는 목표점과 예상 도달 위치 간의 차이가 표시되고, 컴퓨터는 로봇의 위치를 수정하는 지시를 만들 수 있다. 또는 시술자가 삽입 경로나 깊이를 수정하여 컴퓨터에 지시할 수 있다.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 있어서, 수술장 영상에 수술 계획 정보를 통합하는 컴퓨터;로서, 이질성을 가지는 환부(heterogeneous surgical target)의 가장 자리(border) 상의 목표점(target point) 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획 정보를 수술장 영상에 통합하는 컴퓨터; 바늘형 의료 도구를 구비하는 로봇;으로서, 바늘형 의료 도구가 삽입 경로를 따르도록 컴퓨터의 지시에 따라 동작하는 로봇; 그리고 컴퓨터와 연동되어 수술 계획 정보가 통합된 수술장 영상을 사용하여 환부의 가장 자리를 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 수술 계획에 따라 로봇이 동작할 때 목표점에 대한 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(2) 수술 계획은 환부의 가장 자리 상의 복수의 목표점을 포함하며, 컴퓨터는 환부에서 각 목표점의 위치와, 바늘형 의료 도구에 의해 각 목표점에서 획득된 환부의 각 샘플을 매칭하는 환부 위치-샘플 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(3) 사용자 인터페이스는: 환부의 단면을 보여주는 적어도 하나의 화면;으로서, 환부의 가장 자리 및 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 화면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(4) 환부와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(5) 컴퓨터는 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 비교하여 불일치할 때, 일치시키기 위한 로봇의 위치 변경 정보를 사용자 인터페이스에 표시하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(6) 적어도 하나의 화면은 환부의 엑시얼 뷰(axial view), 코로날 뷰(Coronal view), 세지털 뷰(sagittal view) 중 적어도 하나를 포함하며, 엑시얼 뷰, 코로날 뷰 및 세지털 뷰 중 적어도 하나에는 환부의 가장 자리, 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치가 표시된 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(7) 사용자 인터페이스는: 수술 계획이 통합된 3차원의 수술장 영상을 보여주는 추가의 화면;으로서, 환부의 가장 자리 및 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 추가의 화면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(8) 사용자 인터페이스를 통해 변경된 수술 계획이 입력된 때, 컴퓨터는 변경된 예상 도달 위치를 계산하고, 사용자 인터페이스는 화면 및 추가의 화면에 변경된 예상 도달 위치를 표시하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(9) 위치 파악 수단은: 바늘형 의료 도구 및 환자를 표지하는 마커; 그리고

마커를 감지하는 감지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

(10) 바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고, 생검 바늘은 리볼버 타입으로 복수 개가 로봇에 장착되어, 순차적으로 각 목표점을 생체검사하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.

본 개시에 따른 하나의 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 의하면, 이질성을 가지는 종양의 가장 자리에서 생체검사를 더 정확히 할 수 있고, 사람에 의한 생체검사시 발행하는 오류나 위험을 줄일 수 있다.

본 개시에 따른 다른 하나의 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 의하면, 환부를 멀티 스팟으로 생체검사하는 경우에 더 효과적이다.

본 개시에 따른 또 다른 하나의 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 의하면,복수의 목표점에 대해 생체검사를 수행하고 샘플을 종양에서 위치와 연관하여 기록하면 종양에서의 위치에 따라 약물이나 치료 계획을 수립하기 위해 맵을 만들 수 있다.

100 : 로봇 111 : 생검 바늘
300 : 의료 영상 촬영 장치 500 : 사용자 인터페이스
600 : 컴퓨터 10 : 환부 11 : 가장 자리
21, 22, 23, 24, 26 : 목표점, 예상 도달 위치

Claims

바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치에 있어서,
수술장 영상에 수술 계획이 생성된 수술전 영상을 정합하는 컴퓨터;로서, 이질성을 가지는 환부(heterogeneous surgical target)의 가장 자리(border) 상의 목표점(target point) 및 바늘형 의료 도구의 삽입 경로를 포함하는 수술 계획이 수술장 영상에 이전되도록 수술장 영상에 수술 계획이 생성된 수술전 영상을 정합하는 컴퓨터;
바늘형 의료 도구를 구비하는 로봇;으로서, 바늘형 의료 도구가 삽입 경로를 따르도록 컴퓨터의 지시에 따라 동작하는 로봇; 그리고
컴퓨터와 연동되어 수술 계획이 이전된 수술장 영상을 사용하여 환부의 가장 자리와 내부가 구분된 것을 보여주는 사용자 인터페이스(UI);로서, 수술 계획에 따라 로봇이 동작할 때 목표점에 대한 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 사용자 인터페이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 1에 있어서,
수술 계획은 환부의 가장 자리 상의 복수의 목표점을 포함하며,
컴퓨터는 환부에서 각 목표점의 위치와, 바늘형 의료 도구에 의해 각 목표점에서 획득된 환부의 각 샘플을 매칭하는 환부 위치-샘플 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 1에 있어서,
사용자 인터페이스는:
환부의 단면을 보여주는 적어도 하나의 화면;으로서, 환부의 가장 자리 및 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 화면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 1에 있어서,
환부와 바늘형 의료 도구의 상대적 위치 정보를 파악하여 컴퓨터에 제공하는 위치 파악 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 1에 있어서,
컴퓨터는 목표점과 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 비교하여 불일치할 때, 일치시키기 위한 로봇의 위치 변경 정보를 사용자 인터페이스에 표시하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 3에 있어서,
적어도 하나의 화면은 환부의 엑시얼 뷰(axial view), 코로날 뷰(Coronal view), 세지털 뷰(sagittal view) 중 적어도 하나를 포함하며,
엑시얼 뷰, 코로날 뷰 및 세지털 뷰 중 적어도 하나에는 환부의 가장 자리, 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치가 표시된 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 3에 있어서,
사용자 인터페이스는:
수술 계획이 통합된 3차원의 수술장 영상을 보여주는 추가의 화면;으로서, 환부의 가장 자리 및 바늘형 의료 도구의 끝의 예상 도달 위치를 보여주는 추가의 화면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 7에 있어서,
사용자 인터페이스를 통해 변경된 수술 계획이 입력된 때, 컴퓨터는 변경된 예상 도달 위치를 계산하고, 사용자 인터페이스는 화면 및 추가의 화면에 변경된 예상 도달 위치를 표시하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 4에 있어서,
위치 파악 수단은:
바늘형 의료 도구 및 환자를 표지하는 마커; 그리고
마커를 감지하는 감지 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.
청구항 2에 있어서,
바늘형 의료 도구는 생검 바늘이고,
생검 바늘은 리볼버 타입으로 복수 개가 로봇에 장착되어, 순차적으로 각 목표점을 생체검사하는 것을 특징으로 하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇 장치.