KR101920731B1 - 표면 추적 및 움직임 보정 수술 도구 시스템 - Google Patents

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Abstract

움직임 보상 수술 도구 시스템은 핸드 피스 및 이동 가능 컴포넌트를 포함하는 수술 도구와 상기 핸드 피스에 대하여 상기 이동 가능 컴포넌트가 축 방향으로 이동할 수 있도록 상기 이동 가능 컴포넌트와 상기 핸드 피스를 연결하는 구동 어셈블리를 포함한다. 상기 움직임 보상 수술 도구 시스템은 또한 일단이 상기 이동 가능 컴포넌트의 가장 끝부분과 고정된 거리를 갖고 상기 이동 가능 컴포넌트에 부착되는 광섬유를 포함하는 광 검출 시스템을 포함한다. 상기 광 검출 시스템은 수술 시 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분에서부터 대상까지의 거리를 측정하는 신호를 출력한다.

Description

표면 추적 및 움직임 보정 수술 도구 시스템{SURFACE TRACKING AND MOTION COMPENSATING SURGICAL TOOL SYSTEM}
본 출원은 2010년 7월 20일에 출원된 미국 가특허 출원 61/365,998의 이익을 주장하고, 그 내용은 여기서 참조로써 통합된다.
본 발명은 미국 보건복지부(Department of Health and Human Services, NIH)로부터 수여 받은 No.1R01 EB 007969-01 및 1R21NS063131-01A1의 정부 지원으로 만들어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대하여 일정 권리를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의해 주장되는 분야는 수술용 도구들을 포함하는 수술용 도구들 및 시스템들에 관한 것으로, 더 상세하게는 표면 추적 및 움직임 보정 센서들을 통합하는 시스템들 및 수술 도구들에 관한 것이다.
망막 수술은 현미 수술의 일 예이다. 현재, 망막 수술은 프리 핸드 기기로 현미경을 동작시킴으로써 수행된다. 인간의 한계는 수술 대상에 대한 정확한 인식의 불능, 생리적인 손 떨림 및 도구-조직 상호작용 시 촉각 피드백의 부족을 포함한다. 또한, 근접 센싱 또는 스마트 기능이 결여와 같은 도구의 한계는, 수술 위험 요소의 원인이 되거나 수술 목표 달성의 가능성을 떨어뜨리는 중요한 요소이다. 오늘날의 기구는 생리적 또는 기초적인 해석 정보 조차도 제공하지 않는다. 수술의 결과(성공 및 실패 모두)는, 종래의 기기 장치에 의해 극복될 수 없는 기술적 장애물에 의해 부분적으로 한계를 갖는다.
현미 수술은, 외과의의 손 떨림에 기인한 움직임뿐만 아니라 호흡 및 심장 박동과 같은 생리적 프로세스에 기인한 무의식적인 환자의 움직임에 대한 지속적인 관심 및 보상을 필요로 한다. 보통 5Hz보다 작은 대략 수백 마이크로미터가 현미 수술의 규모에서 심각한 에러를 초래할 수 있음에도 불구하고, 초래된 무의식적 거리는 수술 도구 및 수술 조직 표면 사이에서 변화한다. "도구-조직" 상대적 움직임은 망막 유리체 수술 및 대뇌 피질 신경 외과 수술과 같은 표면 수술의 경우에 특히 중요하다. 손상되기 쉬운 조직 축의 무의식적 움직임이 숙련된 외과의로부터 고도의 재능 및 지속적인 관심을 필요로 하는 최대 관심사이다.
따라서 현미 수술 어플리케이션을 위한 개선된 수술 도구들 및 시스템들에 대한 요구가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 수술 도구 시스템은 핸드 피스 및 이동 가능 컴포넌트를 포함하는 수술 도구와 상기 핸드 피스에 대하여 상기 이동 가능 컴포넌트가 축 방향으로 이동할 수 있도록 상기 이동 가능 컴포넌트와 상기 핸드 피스를 연결하는 구동 어셈블리를 포함한다. 상기 움직임 보상 수술 도구 시스템은 또한 일단이 상기 이동 가능 컴포넌트의 가장 끝부분과 고정된 거리를 갖고 상기 이동 가능 컴포넌트에 부착되는 광섬유를 포함하는 광 검출 시스템을 포함한다. 상기 광 검출 시스템은 수술 시 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분에서부터 대상까지의 거리를 측정하는 신호를 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 수술 도구 시스템을 위한 수술 도구는 핸드 피스, 상기 핸드 피스와 연결되는 구동 어셈블리, 상기 핸드 피스에 대하여 축 방향으로 이동할 수 있도록 상기 구동 어셈블리에 연결되는 이동 가능 컴포넌트; 및 일단이 상기 이동 가능 컴포넌트의 가장 끝부분(distal-most portion)과 고정된 거리를 갖고 상기 이동 가능 컴포넌트에 부착되는 광섬유를 포함한다. 상기 광섬유는, 수술 시 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분에서부터 대상까지의 거리를 측정하는 신호를 출력하는 광 검출 시스템에 광학적으로 연결된다.
더 나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 발명의 효과는 상세한 설명, 도면 및 실시예들을 통하여 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 수술 도구 시스템을 도시한 도면이다(CCD, 라인 스캔 카메라; G, 그레이팅(grating); L1, L2, 수색 콜리메이터(achromatic collimators)).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 도구를 도시한 도면이다(IN : 수술 도구 장착을 위한 내부 침; ON : 보호 및 정렬을 위한 외부 침; ONM : 외부 칩 마운트; BS : 백업 스프링; SL : 내부 침 마운트를 위한 슬라이더; SQ : SQUIGGLE 마이크로 모터; SQM : 마이크로 모터 마운트; SQC : 마이크로 모터 코드(cord); SMF : 단일 모드).
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 도구의 원형을 도시하고, 도 3b는 마이크로 해부 기구를 위한 수술 도구 팁을 도시하며, 도 3c는 마이크로 겸자를 위한 수술 도구 팁을 도시하고(SMF : 단일 모드 섬유), 도 3d는 손으로 잡은 시나리오를 도시한다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 검색 방법을 도시한다. 도 4a는 원시의 A-스캔 데이터("고스트 에지"가 존재함)를 도시하고, 도 4b는 1-D 부식 알고리즘("고스트 에지"가 제거되고, 실재 에지가 남음)을 도시하며, 도 4c는 A-스캔의 임계화를 도시하고, 도 4D는 에지 추적을 위한 첫번째 부호 변환점을 도시한다(깊이 스케일 변동).
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 제어 흐름도이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어 곡선이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 동작 보상 결과를 나타낸다.
도 7a 및 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 추적 및 동작 보상에 의한 절개의 예시를 나타낸다. 도 7a는 절개 부위의 정면 이미지이고, 도 7b는 도 7a 내의 붉은 자취를 따르는 B-스캔(절개의 하부)이고, 도 7c는 도 7a 내의 푸른 자취를 따르는 B-스캔(절개의 상부)이고, 도 7d는 도 7b와 도 7c의 조합이다.
도 8a 및 8d는 프리핸드(free-hand) 절개의 예시를 나타낸다. 도 8a는 절개 부위의 정면 이미지이고, 도 8b는 도 8a 내의 붉은 자취를 따르는 B-스캔(절개의 하부)이고, 도 8c는 도 8a 내의 푸른 자취를 따르는 B-스캔(절개의 상부)이고, 도 8d는 도 8b와 도 8c의 조합이다.
도 9a 및 9b는 절개 부위에 따르는 절개 깊이의 예시를 나타낸다. 도 9a는 표면 추적 및 동작 보상에 따른 경우이고, 도 9b는 표면 추척 및 동작 보상에 따르지 않는 경우이다.
본 발명의 몇몇 실시예들은 아래에서 상세하게 논의될 것이다. 실시예들을 설명하면서, 명확성을 위해 특정 기술이 사용된다. 하지만, 본 발명은 선택된 상기 특정 기술로 인해 한정되지 않는다. 당업자라면 다른 동일한 요소가 사용될 수 있고, 본 발명의 넓은 개념에서 벗어나지 않고 다른 방법들이 전개될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본 상세한 설명의 어떠한 부분에서 언급되는 모든 참조는 각각 개별적으로 통합된 것과 같이 참조로써 통합된다.
본 발명의 몇몇 실시예는 현미 수술의 정확성 및 안전성을 개선하기 위한 공통 경로 광간섭 단층 영상기(CP-OCT) 거리 센서에 기초하여 표면 추적 및 동작 보상을 하는 단순하고 간편한 휴대용 (핸드 헬드, hand-held) 현미 수술 도구를 제공할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예는 단일 섬유 프로브를 CP-OCT 거리 센서 및 1-D 작동을 위한 고속 압전 마이크로 선형 모터와 같이 사용한다. 도구 팁과 수술 대상 표면 사이의 거리는 자동 에지 검색 알고리즘에 의한 OCT 신호로부터 결정된다. 대상 표면은 예컨대 조직의 표면이거나 조직 내 일 수 있다. 마이크로 선형 모터는 CP-OCT 거리 센서로부터의 피드백에 따른 컴퓨터에 의해 제어된다. 본 예시에서, 본 실시예에 따른 CP-OCT 현미 수술 도구는 15mm 지름의 플라스틱 주사기로 소형화되고, 5 마이크로미터 보다 낮은 해상도로 표면 추적이 가능하다. 인트라리피드 층으로 만들어진 팬텀은 실재 조직 표면을 시뮬레이션하는 데에 사용되고, 본 실시예에서의 마이크로 해부 기구에 집적된 단일 섬유는 본 예시에서 팬텀 표면 상에서 추적 및 정확한 절개를 수행하기 위하여 수술용 팁으로 작동한다.
본 발명의 몇몇 실시예는 표준 프리핸드(freehand) 현미 수술 도구로 통합될 수 있고, 외과의가 안전하고 효과적으로 정확한 수술 집도를 수행할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 움직임 보상 수술 도구 시스템(100)을 도시한 도면이다. 움직임 보상 수술 도구 시스템(100)은 핸드 피스(104) 및 이동가능 컴포넌트(106)를 포함하는 수술 도구(102)를 포함한다. 수술 도구는 또한 이동가능 컴포넌트(106)를 핸드 피스(104)와 연결하는 구동 어셈블리(108)를 포함한다. 이동가능 컴포넌트(106)는 구동 어셈블리(108)에 의해 핸드 피스(104)에 대하여 축 방향(110)으로 움직일 수 있다. 수술 도구 시스템(100)은 또한 일단이 이동가능 컴포넌트(106)의 가장 끝부분과 고정된 거리를 갖고 이동가능 컴포넌트(106)에 부착되는 광섬유(114)를 포함하는 광 검출 시스템(112)을 포함한다. 광 검출 시스템(112)는 수술 시 대상(target, 116)과 이동가능 컴포넌트(106)의 가장 끝부분의 거리를 측정한 신호를 출력한다.
움직임 보상 수술 도구 시스템(100)은 또한 수술 도구(102)의 이동가능 컴포넌트(106)를 움직이도록 구동 어셈블리(108)와 통신하는 구동 컨트롤러(118)를 포함한다. 움직임 보상 수술 도구 시스템(100)은 또한 거리 측정을 위한 신호를 수신하고 구동 컨트롤러(118)와 통신하기 위하여 광 검출 시스템(112)과 통신하는 데이터 프로세서(120)를 포함한다.
도 2는 수술 도구(102)를 확대하여 도시한 도면이다. 본 실시예에서는, 이동가능 컴포넌트(106)가 중심을 따라 광 섬유(124)를 갖는 내부 침(122)이다. 광 섬유(124)는 예컨대 단일 모드 광 섬유일 수 있다. 본 실시예에는, 또한 보호 및 정렬을 위한 외부 침(126)이 있다. 외부 침(126)은 외부 침 마운트(128)에 의해 지지된다. 내부 침(122)은 회복력을 제공하기 위하여 외부 침 마운트(128) 및 슬라이더(130) 사이에 연결되는 백 스프링(132)으로 슬라이더(130)에 부착된다. 마이크로 모터(134)는 슬라이더(130)를 구동하고, 그렇게 함으로써 내부 침(122)을 구동한다. SQUIGGLE 마이크로 모터는 상기 마이크로 모터(134)의 몇몇 실시예에 적합하다고 알려져 있다. 마이크로 모터(134)는 이에 부착된 마이크로 모터 코드(cord)(136)를 갖는다.
데이터 프로세서(120)는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 대상(116)의 에지, 질량 중심 또는 축 특성 중 적어도 하나를 측정하도록 에지 검색을 수행할 수 있다. 데이터 프로세서(120)는 전용 "하드웨어가 내장된(hard-wired)" 장치이거나 프로그램 가능한 장치일 수 있다. 예를 들면, 개인용 컴퓨터, 워크 스테이션(work station) 또는 특정 어플리케이션을 위한 어떠한 적합한 전자 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서는 유닛으로 통합될 수 있고, 부착, 원격 및/또는 분산 가능하다.
몇몇 실시예에서, 데이터 프로세서(120)는 더 나아가 수술 시 대상에 대한 이동가능 컴포넌트(106)의 가장 끝 부분의 움직임에 대응하여, 구동 어셈블리(108)에 의해 움직이는 이동가능 컴포넌트(106) 움직임의 양, 속도 및/또는 방향을 측정한다.
몇몇 실시예에서, 광 검출 시스템(112)은 또한 광섬유(114)와 광학적으로(optically) 연결되는 광원(138) 및 광섬유(114)와 광학적으로 연결되는 광 검출기(140)를 포함한다. 예컨대, 2x1 광 결합기(142)는 광원(138)과 광 검출기를 광섬유(114)에 연결시키기 위해 포함될 수 있다(여기서 사용된 "광(light)"은 넓은 개념으로 의도되었다. 예컨대, 적외선, 가시광선 및 자외선이 "광"의 넓은 개념 내에 포함될 수 있다). 광섬유(114)는 공통 송수신 광경로를 제공하고, 따라서 광 검출 시스템은 공통 경로 광간섭 단층 영상기(CP-OCT) 시스템이다.
몇몇 실시예에서, 광원(138)은 초발광 다이오드(SLED) 일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광 검출기(140)는 도 1에 예시로 도시된 것과 같이 분광계일 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(138)은 파장 가변 레이저(wavelength swept laser)일 수 있고, 광 검출기(140)는 광 디텍터(photodetector)일 수 있다. 본 발명의 넓은 개념은 이러한 특정 예시에 의해 한정되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 구동 어셈블리(108)는 적어도 20mm의 이동거리, 적어도 4mm/s의 최대 속력 및 적어도 0.5㎛의 이동 해상도를 갖는 압전(piezo-electric) 마이크로 모터를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구동 어셈블리는 약 100 그램보다 무게가 적게 나가는 압전 마이크로 모터를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 수술 도구(102)는 현미 수술 도구일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 현미 수술 도구는 예컨대 침, 피크, 메스, 겸자, 가위 또는 투관침일 수 있다.
도 1에 도시된 예시에서, 푸리에 영역 CP-OCT 시스템은 초발광 다이오드(SLED) 광원, 고속 분광계 및 광대역 섬유 결합기를 포함하는 감지부를 제공한다. 휴대용 도구로 집적된 단일 모드 섬유는 거리 감지 프로브로 작동한다. 도구 팁 및 수술 대상 표면 사이의 거리는 자동 에지 검색 알고리즘에 의해 OCT 신호로부터 즉시 측정된다. 그리고 마이크로 선형 모터는 CP-OCT 거리 센서로부터의 피드백에 따라 컴퓨터에 의해 제어된다.
CP-OCT 시스템 부분에서, 12 비트 CCD 라인-스캔 카메라(e2v, EM4, USA)는 OCT 분광계의 감지기로 사용된다. 초발광(SLED) 소스(= 870nm, Δλ= 180nm, Superlum, Ireland)는 대기에서 3.6㎛의 실험 축 해상도를 제공하는 광원으로 사용된다. 70k A-scan/s의 최대 선 속도(line rate)에 대응하여, 최소 선주기(line period)는 14.2μs로 카메라가 제한된다. 휴대용 도구로 집적된 단일 모드 섬유는 거리 감지 프로브로 작동한다. 도구 팁 및 수술 대상 표면은 자동 에지 검색 알고리즘에 의해 OCT 신호로부터 즉시 측정된다(Zhang, K., Wang, W., Han, J-H., Kang, J.U., "A surface topology and motion compensation system for microsurgery guidance and intervention based on common-path optical coherence tomography", IEEE Trans. Biomed. Eng., 56(9), 2381-2321 (2009); Zhang, K., Akpek, E. K., Weiblinger, R. P., Kim, D-H., Jang, J. U., and Ilev, I. K., "Noninvasive volumetric quality evaluation of post-surgical clear corneal incision via high-resolution Fourier-domain optical coherence tomography ", Electron. Lett., 46(22), 1482-1483 (2010), 모든 내용은 여기에 참조로써 통합된다). 그리고 마이크로 선형 모터는 CP-OCT 거리 센서로부터의 피드백에 따라 컴퓨터에 의해 제어된다. 쿼드 코어 Dell T7500 워크 스테이션은 프레임 포착기 및 모터 컨트롤러와 호스트하고, 실시간 신호 처리 및 피드백 제어를 수행하도록 사용된다.
도 2에 도시된 예시에서, 휴대용 현미 수술 도구는 압전 마이크로 모터(LEGS-L01S-11, PiezoMotor AB, Sweden)를 장착된 내부 침과 함께 슬라이더를 구동하기 위하여 기계적인 모듈로 사용한다. LEGS-L01S-11 모터는 35mm의 이동 범위, 20mm/s의 최대 속력, 다양한 제어 모드에 따르는 1nm 보다 낮은 해상도 및 10N의 최대 구동력을 갖는다. 예컨대 겸자, 가위 및 마이크로 투관침과 같은 다양한 현미 수술 도구는 내부 침 팁에 부착될 수 있고, 단일 모드 CP-OCT 섬유 프로브는 내부 침 내부에 고정될 수 있다.
도 3a는 15mm 지름 플라스틱 주사기로 집적된 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 도구 시스템의 원형을 나타낸다. 도 3b 및 도 3c는 단일 모드 섬유(5.6㎛/125㎛ Core/Clad 지름)로 집적된 수술 도구 팁의 예시를 나타낸다. 섬유 팁과 수술 도구 팁 사이의 고정 거리는 디지털 현미경에 의해 정확하게 미리 측정될 수 있다. 도 3d는 수술 도구 원형을 손으로 잡는 시나리오의 예시를 나타낸다.
도 4a 내지 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 OCT 신호로부터 섬유 팁에서 대상 표면까지의 거리를 측정하는 에지 검색 알고리즘의 예시를 나타낸다. 원시적인 OCT 신호는 신호를 부드럽게 하고 가능한 "고스트 에지"를 제거하기 위해 1-D 부식 필터에 의해 첫번째로 필터링된다. 그리고 나서, 새로운 A-스캔 데이터가 노이즈 영향을 피하기 위하여 특정 임계 레벨을 사용하여 처리된다. 마지막으로, 이후 임계 데이터의 차이의 첫번째 부호 변환점에 의해 에지 지점이 주어진다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술 도구 시스템의 예시에 대한 각각 제어 흐름도 및 속력 제어 곡선을 나타낸다. 에지 검색 알고리즘은 고정된 거리(D)에서 유지되길 바라는 CP-OCT 프로브와 대상 사이의 거리(d)를 측정하는 데에 사용된다. 속력 제어 곡선(V(e))은 추적 시 오버슈팅 및 오실레이션을 피하기 위하여 알고리즘 내에 적용된다. 이때, e는 d와 D 사이의 에러를 의미한다.
시험예(examples)
먼저, 우리는 예시적인 표면 추적 및 움직임 보상 테스트를 실행했다. 수술 도구 팁은 반사적인 대상 표면에 수직으로 향하고, 이는 최초 지점으로부터 앞뒤로 움직인다. 도구 팁은 대상 표면과 함께 움직임으로써 움직임을 감지하고, D=1120㎛의 일정한 거리를 유지하도록 조정한다. d와 D 사이에서 변하는 에러는 시간과 함께 기록되고, 보상 효과는 도 6a에 도시된 바와 같이, "보상 off" 모드와 "보상 on" 모드 사이의 에러 값을 비교함으로써 분명해진다. 도 6b는 도 6a의 "보상 on" 모드에서의 에러-시간 곡선의 확대도를 나타낸다. 보상 에러는 ±5㎛ 내이고, 이는 CP-OCT의 해상도와 잘 맞는다. 위상 에러는 더 나아가 예측 필터를 추적 알고리즘으로 적용함으로써 감소될 수 있다(Zhang, K., Wang, W., Han, J-H., Kang, J.U., "A surface topology and motion compensation system for microsurgery guidance and intervention based on common-path optical coherence tomography", IEEE Trans. Biomed. Eng., 56(9), 2381-2321 (2009)).
그리고 나서, 이러한 도구가 실질적으로 외과의의 능력을 향상시킬 수 있음을 보여주기 위하여, 우리는 Intralipid 필름으로부터 제조된 팬텀을 사용하여 표면 추적 및 움직임 보상을 실시 및 실시하지 않고 100㎛의 설정된 깊이로 외과 절개를 수행하였다. 팬텀 표면에 대한 절개 깊이를 보여주기 위하여, 우리의 고속 FD-OCT 시스템을 사용하여 절개 부위의 3-D 체적 측정의 OCT 이미지를 찍었다 Zhang, K., Kang, J. U., "Real time 4D signal processing and visualization using graphics processing unit on a regular nonlinear-k Fourier-domain OCT system", Opt. Express, 18(11), 11772-11784 (2010)). 이미지 볼륨은 1000(X)*150(Y)*512(Z) 복셀이다. 도 7a 및 도 8a는 절개 부위의 정면 영상을 나타낸다. 푸른 선 및 붉은 선은 절개의 상부 에지 및 하부의 단면 이미지 추적을 나타낸다. 결국 도 7d 및 도 8d에 결합하여 도시된 바와 같이, 표면 추적 및 보상에 의한 절개는 약 100㎛의 일정한 절개 깊이를 갖고, 프리 핸드 절개는 100㎛에서 약 250㎛의 불균일한 깊이를 갖는다.
도 9는 양 경우의 절개 추적에 따른 절개 깊이 변화를 나타낸다. 이러한 결과는 스마트 도구가 매우 절개 깊이 제어를 정확하게 하고, 절개 깊이를 일정하게 하며, 손 떨림을 사실상 제거할 수 있게 한다. 추적 도구 제어를 실시한 절개 깊이와 실시하지 않은 절개 깊이의 차이는 각각 ±5㎛ 및 ±80㎛이었다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 CP-OCT 거리 센서에 기초한 휴대용 현미 수술 도구가 테스트되었다. 도구는 현미 수술 대상의 조직 표면을 추적할 수 있고, 마이크로미터 스케일 상에서 도구-조직 상호 움직임을 보상할 수 있다. 팬텀 모델을 사용하여, 절개 깊이의 특성이 3D FD-OCT에 의해 평가되었고, 표면 추척 및 움직임 보상 도구를 사용한 결과는 프리 핸드에 의한 결과와 비교하여 상당히 개선되었음을 보여주었다. 이러한 도구는 다른 현미 수술 방법에서도 넓은 적용 가능성을 가질 수 있고, 수술 정확도 및 안전성을 개선시킬 수 있다.
본 상세한 설명에 개시되고 논의된 실시예는 오직 당업자로 하여금 발명자가 알고 있는 가장 적절한 방법으로 발명을 구성하고 사용할 수 있도록 의도되었다. 설명된 본 발명의 실시예에서 구체적인 용어는 명확함을 위해 사용되었다. 하지만 본 발명은 선택된 상기 구체적인 용어에 의해 한정되지 않는다. 앞서 설명된 본 발명의 실시예는 앞서 개시된 내용에 비추어 당업자에게 받아들여지는 본 발명의 범위 내에서 수정되고 변화될 수 있다. 그러므로, 청구항의 범위 및 그 동일성의 범위 내에서 본 발명은 구체적으로 설명된 것 이외로 실행될 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 핸드 피스 및 이동 가능 컴포넌트를 포함하는 수술 도구;
    상기 핸드 피스에 대하여 상기 이동 가능 컴포넌트가 축 방향으로 이동할 수 있도록 상기 이동 가능 컴포넌트와 상기 핸드 피스를 연결하는 구동 어셈블리; 및
    일단이 상기 이동 가능 컴포넌트의 가장 끝부분(distal-most portion)과 고정된 거리를 갖고 상기 이동 가능 컴포넌트에 부착되는 광섬유를 포함하는 광 검출 시스템을 포함하고,
    상기 광 검출 시스템은 휴대 사용 중에 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분에서부터 대상까지의 거리를 측정하는 신호를 출력하며,
    상기 구동 어셈블리는 20mm 이상의 이동거리, 4mm/s 이상의 최대 속력 및 0.5㎛ 이상의 이동 해상도를 갖는 압전(piezo-electric) 마이크로 모터를 포함하는 움직임 보정 휴대용(hand-held) 수술 도구 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수술 도구의 상기 이동 가능 컴포넌트를 이동시키기 위하여 상기 구동 어셈블리와 통신하는 구동 컨트롤러를 더 포함하는 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 거리의 측정을 위하여 상기 신호를 수신할 수 있도록 상기 광 검출 시스템과 통신하고, 상기 구동 컨트롤러와 통신하는 데이터 프로세서를 더 포함하는 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는,
    상기 대상의 에지, 질량 중심 또는 축 특성(axial feature) 중 적어도 어느 하나를 측정할 수 있도록 에지 검색을 수행하는 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 프로세서는,
    수술 시 상기 대상에 대한 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분의 움직임에 대응하여 상기 구동 어셈블리에 의한 상기 이동 가능 컴포넌트 움직임의 양, 속도 및 방향 측정을 더 실시할 수 있는 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 검출 시스템은,
    상기 광섬유와 광학적으로(optically) 연결되는 광원 및 상기 광섬유와 광학적으로 연결되는 광 검출기를 더 포함하고,
    상기 광섬유는 공통 송수신 광 경로를 제공하여 상기 광 검출 시스템은 공통 경로 광간섭 단층 영상기 시스템인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원은 초발광 다이오드인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광원은 파장 가변 레이저(wavelength swept laser)이고, 상기 광 검출기는 광 디텍터(photodetector)인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 검출기는 분광계인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 마이크로 모터는 100 그램보다 가벼운 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 수술 도구는 현미 수술 도구인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 현미 수술 도구는 침, 피크, 메스, 겸자, 가위 또는 투관침 중 하나인 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템.
  14. 핸드 피스;
    상기 핸드 피스와 연결되는 구동 어셈블리;
    상기 핸드 피스에 대하여 축 방향으로 이동할 수 있도록 상기 구동 어셈블리에 연결되는 이동 가능 컴포넌트; 및
    일단이 상기 이동 가능 컴포넌트의 가장 끝부분(distal-most portion)과 고정된 거리를 갖고 상기 이동 가능 컴포넌트에 부착되는 광섬유를 포함하고,
    상기 광섬유는, 휴대 사용 중에 상기 이동 가능 컴포넌트의 상기 가장 끝부분에서부터 대상까지의 거리를 측정하는 신호를 출력하는 광 검출 시스템에 광학적으로(optically) 연결되며,
    상기 구동 어셈블리는 압전(piezo-electric) 마이크로 모터를 포함하고,
    상기 압전 마이크로 모터는 20mm 이상의 이동거리, 4mm/s 이상의 최대 속력 및 0.5㎛ 이상의 이동 해상도를 갖는 움직임 보정 휴대용 수술 도구 시스템을 위한 수술 도구.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 압전 마이크로 모터는 100 그램보다 가벼운 수술 도구.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 수술 도구는 현미 수술 도구인 수술 도구.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 현미 수술 도구는 침, 피크, 메스, 겸자, 가위 또는 투관침 중 하나인 수술 도구.
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