KR102013837B1 - 수술영상 제공 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

수술영상 제공 방법이 제공된다. 상기 방법은 수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 상기 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계, 및 상기 추출된 대응영역을 기초로 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함한다.

Description

수술영상 제공 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROVIDING SURGICAL VIDEO}
본 발명은 수술영상 제공 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근에는 가상현실을 의료수술 시뮬레이션 분야에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
의료수술은 개복수술(open surgery), 복강경 수술 및 로봇 수수를 포함하는 최소침습수술(MIS: Minimally Invasive Surgery), 방사선수술(radio surgery) 등으로 분류할 수 있다. 개복수술은 치료되어야 할 부분을 의료진이 직접 보고 만지며 시행하는 수술을 말하며, 최소침습수술은 키홀 수술(keyhole surgery)이라고도 하는데 복강경 수술과 로봇 수술이 대표적이다. 복강경 수술은 개복을 하지 않고 필요한 부분에 작은 구멍을 내어 특수 카메라가 부착된 복강경과 수술 도구를 몸속에 삽입하여 비디오 모니터를 통해서 관측하며 레이저나 특수기구를 이용하여 미세수술을 한다. 또한, 로봇수술은 수술로봇을 이용하여 최소 침습수술을 수행하는 것이다. 나아가 방사선 수술은 체외에서 방사선이나 레이저 광으로 수술 치료를 하는 것을 말한다.
이러한 의료수술의 경우, 특히 최소침습수술과 같은 경우, 실제 수술시 수술영상을 획득하여 이를 기초로 수술을 수행하게 된다. 따라서, 실제 수술시 획득되는 수술영상 내 객체들을 보다 정확하게 특정하고 표시해 주는 것이 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수술영상 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실제수술 영상을 통해 현재 수행되는 수술상태를 정확하게 제공하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터가 수행하는 수술영상 제공 방법은, 수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 상기 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계, 및 상기 추출된 대응영역을 기초로 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 현재시점의 실제수술 영상은, 상기 수술도구의 암과 연결된 말단부의 동작에 의해 변화가 발생하는 수술부위 및 상기 수술부위의 주변부위를 포함하며, 상기 주변부위는, 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계는, 카메라의 위치 정보를 기반으로 상기 주변부위를 포함하는 상기 이전시점의 실제수술 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대응영역을 추출하는 단계는, 상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 수술도구를 제외한 배경 이미지를 추출하는 단계, 및 상기 배경 이미지를 기초로 상기 대응영역을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는, 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하는 단계, 및 상기 제거된 영역에 상기 추출된 대응영역을 합성하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는, 상기 주변부위가 상기 수술도구의 말단부의 동작에 의해 변화가 발생하는 경우, 가상신체모델을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 통해 상기 주변부위의 변화를 획득하는 단계, 및 상기 주변부위의 변화를 상기 현재시점의 실제수술 영상에 반영하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 상기 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계, 상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계, 및 상기 추출된 대응영역을 기초로 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터프로그램은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 상기 수술영상 제공 방법을 수행할 수 있도록 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된다.
본 발명에 따르면, 실제수술 시에도 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에 획득되는 것과 같이 넓은 시야의 수술영상을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제수술 시에 획득되는 수술 영상 내 수술도구에 의해 가려지는 신체내부 정보를 정확하게 복원하여 실제 수술 상태와 동일한 형태로 제공할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇수술을 수행할 수 있는 시스템을 간략하게 도식화한 도면이다.
도 2는 수술영상의 일예를 도시한 도면이다.
도 3은 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에 획득되는 가상수술 영상의 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상 제공 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상을 제공하는 방법을 수행하는 장치(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 "컴퓨터"는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 제공할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 컴퓨터는 데스크 탑 PC, 노트북(Note Book) 뿐만 아니라 스마트폰(Smart phone), 태블릿 PC, 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone; Personal Communication Service phone), 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)의 이동 단말기, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA; Personal Digital Assistant) 등도 해당될 수 있다. 또한, 헤드마운트 디스플레이(Head Mounted Display; HMD) 장치가 컴퓨팅 기능을 포함하는 경우, HMD장치가 컴퓨터가 될 수 있다. 또한, 컴퓨터는 클라이언트로부터 요청을 수신하여 정보처리를 수행하는 서버가 해당될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇수술을 수행할 수 있는 시스템을 간략하게 도식화한 도면이다.
도 1에 따르면, 로봇수술 시스템은 의료영상 촬영장비(10), 서버(100) 및 수술실에 구비된 제어부(30), 디스플레이(32) 및 수술로봇(34)을 포함한다. 실시 예에 따라서, 의료영상 촬영장비(10)는 개시된 실시 예에 따른 로봇수술 시스템에서 생략될 수 있다.
일 실시 예에서, 수술로봇(34)은 촬영장치(36) 및 수술도구(38)를 포함한다.
일 실시 예에서, 로봇수술은 사용자가 제어부(30)를 이용하여 수술용 로봇(34)을 제어함으로써 수행된다. 일 실시 예에서, 로봇수술은 사용자의 제어 없이 제어부(30)에 의하여 자동으로 수행될 수도 있다.
서버(100)는 적어도 하나의 프로세서와 통신부를 포함하는 컴퓨팅 장치이다.
제어부(30)는 적어도 하나의 프로세서와 통신부를 포함하는 컴퓨팅 장치를 포함한다. 일 실시 예에서, 제어부(30)는 수술용 로봇(34)을 제어하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스를 포함한다.
촬영장치(36)는 적어도 하나의 이미지 센서를 포함한다. 즉, 촬영장치(36)는 적어도 하나의 카메라 장치를 포함하여, 대상체, 즉 수술부위를 촬영하는 데 이용된다. 일 실시 예에서, 촬영장치(36)는 수술로봇(34)의 수술 암(arm)과 결합된 적어도 하나의 카메라를 포함한다.
일 실시 예에서, 촬영장치(36)에서 촬영된 영상은 디스플레이(340)에 표시된다.
일 실시 예에서, 수술로봇(34)은 수술부위의 절단, 클리핑, 고정, 잡기 동작 등을 수행할 수 있는 하나 이상의 수술도구(38)를 포함한다. 수술도구(38)는 수술로봇(34)의 수술 암과 결합되어 이용된다.
제어부(30)는 서버(100)로부터 수술에 필요한 정보를 수신하거나, 수술에 필요한 정보를 생성하여 사용자에게 제공한다. 예를 들어, 제어부(30)는 생성 또는 수신된, 수술에 필요한 정보를 디스플레이(32)에 표시한다.
예를 들어, 사용자는 디스플레이(32)를 보면서 제어부(30)를 조작하여 수술로봇(34)의 움직임을 제어함으로써 로봇수술을 수행한다.
서버(100)는 의료영상 촬영장비(10)로부터 사전에 촬영된 대상체의 의료영상데이터를 이용하여 로봇수술에 필요한 정보를 생성하고, 생성된 정보를 제어부(30)에 제공한다.
제어부(30)는 서버(100)로부터 수신된 정보를 디스플레이(32)에 표시함으로써 사용자에게 제공하거나, 서버(100)로부터 수신된 정보를 이용하여 수술로봇(34)을 제어한다.
일 실시 예에서, 의료영상 촬영장비(10)에서 사용될 수 있는 수단은 제한되지 않으며, 예를 들어 CT, X-Ray, PET, MRI 등 다른 다양한 의료영상 획득수단이 사용될 수 있다.
상기와 같은 로봇수술이나 복강경 수술 등과 같은 최소침습수술의 경우, 환자(즉, 수술 대상자)의 신체내부, 즉 수술부위에 수술도구 및 카메라를 진입시켜 수술을 수행한다. 이 경우, 환자의 신체내부에 진입한 카메라에 의해 촬영되는 수술영상을 통해서 수술부위의 상태나 수술도구의 움직임 등을 파악하여 수술을 진행하게 된다. 이때 카메라에 의해 촬영된 수술영상은 수술부위를 중심으로 촬영된 영상이므로, 수술영상을 통해서 수술부위의 상태는 정확하게 파악할 수 있다. 그러나, 수술부위의 주변에 위치하는 주변영역은 카메라의 위치나 수술도구의 위치 및 동작 상태에 따라 가려지는 영역이 발생하기 때문에 수술영상을 통해서 주변영역에 대한 정확한 상태를 파악하기 힘들다.
도 2는 수술영상의 일예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 로봇수술이나 복강경 수술 등과 같은 최소침습수술을 수행할 경우, 수술 대상자의 신체내부로 진입한 카메라에 의해 촬영된 실제수술 영상(200)을 획득할 수 있다.
실제수술 영상(200)은 수술부위(210), 주변부위(220), 및 수술도구(230, 240, 250)를 포함할 수 있다. 수술부위(210)는 현재 수술이 진행되고 있는 신체내부 영역을 말하며, 수술도구(230, 240, 250)에 의해 수술동작이 행해지고 있는 영역이다. 주변부위(220)는 수술부위(210)의 주변에 위치한 신체내부 영역을 말하며, 예컨대 현재 수술이 진행되고 있는 신체내부 영역과 연결된 부위일 수도 있고 이와는 다른 신체내부의 장기일 수도 있다. 수술도구(230, 240, 250)는 신체내부로 삽입되어 수술동작을 수행하는 말단부(231, 241, 251) 및 이와 연결된 암(arm)(232, 242, 252)을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 말단부(231, 241, 251)는 수술부위(210)에 접근하여 목표 대상을 잡거나, 자르거나, 이동시키거나, 봉합하는 등의 수술동작을 수행할 수 있는 부분으로, 수술동작의 목적에 따라 다양한 기구로 구성될 수 있다. 암(232, 242, 252)은 말단부(231, 241, 251)와 연결되어 말단부(231, 241, 251)의 움직임을 제어할 수 있도록 한다.
이때, 실제수술 영상(200)은 말단부(231, 241, 251)의 수술동작에 의해 변화가 발생하는 수술부위(210)의 상태를 포함하고 있고, 이를 통해서 현재 수술부위(210)의 변형 상태나 변화 과정을 파악할 수 있다. 그러나, 주변부위(220)는 카메라의 위치나 수술도구(230, 240, 250)의 위치 및 동작상태에 따라 암(232, 242, 252)에 의해 가려지는 부분이 발생한다. 예컨대, 암(232, 242, 252)에 의해 가려진 주변부위(220)에는 현재 수술이 진행되고 있는 수술부위(210)(예: 위, 간 등의 장기)와 연결된 일부분일 수도 있고, 수술부위(210)와 연계되어 영향을 미칠수도 있는 부분(예: 혈관, 조직 등) 등일 수도 있다. 이와 같은 경우, 실제수술 영상(200)을 통해서는 암(232, 242, 252)에 의해 가려진 주변부위(220)의 상태를 파악할 수 없다.
한편, 가상신체모델은 사전에 수술 대상자의 신체내부를 촬영한 의료영상데이터(예: CT, PET, MRI 등을 통해 촬영된 의료영상)를 기반으로 생성된 3D 모델링 데이터일 수 있다. 예컨대, 수술 대상자의 신체와 부합하게 모델링된 것으로서, 실제 수술 상태와 동일한 상태로 보정된 것일 수도 있다. 의료진들은 수술 대상자의 신체 상태와 동일하게 구현된 가상신체모델을 이용하여 리허설 또는 시뮬레이션을 수행할 수 있고, 이를 통해 실제수술 시와 동일한 상태를 경험할 수 있다. 이때, 의료진들은 가상신체모델을 통해 환자의 신체내부 공간에서 자유롭게 수술동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 환자의 신체내부 특성(예: 장기 배치, 혈관 상태 등)이나 수술도구의 특성 등에 따른 제약없이 의료진들의 수술동작 패턴에 따라 가상수술을 수행할 수 있다. 그리고 이러한 가상수술을 수행한 이후에 그 결과를 바탕으로 환자의 신체내부 특성이나 수술도구의 특성 등을 고려하여 최적의 실제수술 과정을 도출할 수 있도록 한다. 또한 가상신체모델을 이용한 가상수술을 수행할 경우, 가상신체모델에 대한 리허설 또는 시뮬레이션 행위를 포함하는 데이터를 획득할 수 있다. 예컨대, 가상신체모델 상에 가상수술을 수행한 수술부위를 포함하는 가상수술 영상을 획득할 수 있다.
도 3은 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에 획득되는 가상수술 영상의 일예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 가상신체모델을 이용한 리허설 또는 시뮬레이션을 수행할 때, 의료진들은 가상신체모델 상에 가상수술을 수행한 수술부위를 포함하는 가상수술 영상(300)을 획득할 수 있다.
가상수술 영상(300)은 수술부위(310), 주변부위(320), 및 수술도구(330, 340, 350)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에는 최적의 수술상태를 도출하기 위해 장기 배치나 수술도구 등의 제약없이 자유롭게 수술을 진행한다. 이에 따라, 수술도구(330, 340, 350)의 말단부(331, 341, 351)만을 표시한 상태에서 가상수술을 진행한다. 이는 말단부(331, 341, 351)에 의해 수술동작이 행해지고 있는 수술부위(310)만 상태 변화가 발생하고, 수술도구(330, 340, 350)의 암(332, 342, 352)에 의해서는 수술부위(310)가 영향받지 않기 때문이다. 따라서, 가상수술 영상(300)은 도 2의 실제수술 영상(200)과는 달리, 수술도구(330, 340, 350)에서 암(332, 342, 352) 부분은 나타나지 않고 말단부(331, 341, 351)만 표시되어 제공된다. 다시 말해, 가상수술 영상(300)에서는 주변부위(320)가 암(332, 342, 352)에 의해 가려지는 영역이 발생하지 않는다. 따라서, 가상신체모델을 이용하여 가상수술을 수행하는 동안 수술부위(310)에 영향을 미치지 않는 암(332, 342, 352)의 동작은 고려할 필요 없이 자유롭게 수술할 수 있고, 이와 동시에 주변부위(320)에 대한 시야가 확보될 수 있다.
상술한 바와 같이, 실제수술 영상(200)에서는 암(232, 242, 252)에 의해 가려지는 영역이 발생하지만, 가상신체모델을 이용한 리허설 또는 시뮬레이션 시에는 말단부(331, 341, 351)만 고려하여 가상수술을 수행하므로 가상수술 영상(300)에서는 암(332, 342, 352)에 의해 가려지는 영역이 발생하지 않는다. 이에, 본 발명에서는 실제수술 시에도 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에 획득되는 가상수술 영상(300)에서와 같이 보다 정확한 신체내부 상태 및 보다 넓은 시야를 제공할 수 있는 방법을 제안한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 "컴퓨터"가 본 명세서에서 개시되는 실시예에 따른 수술영상 제공 방법을 수행하는 것으로 설명한다. "컴퓨터"는 도 1의 서버(100) 또는 제어부(30)를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 컴퓨팅 처리를 수행할 수 있는 장치를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, 이하에서 개시되는 실시예들은 도 1에 도시된 로봇수술 시스템과 연관되어서만 적용될 수 있는 것은 아니고, 복강경 수술이나 내시경 등과 같은 최소침습수술이 적용될 수 있는 모든 종류의 실시예들에서 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상 제공 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터가 수행하는 수술영상 제공 방법은, 수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계(S100), 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계(S110), 이전시점의 실제수술 영상으로부터 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계(S120), 및 추출된 대응영역을 기초로 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암을 제거하여 신체내부 영역을 복원하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대한 상세한 설명을 기재한다.
컴퓨터는 수술도구의 암을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득할 수 있다(S100).
일 실시예로, 의료진들은 직접 수술 대상자에 대해 실제수술을 수행할 수도 있고, 도 1에서 설명한 바와 같은 수술로봇을 비롯하여 복강경이나 내시경 등을 이용한 최소침습수술을 수행할 수도 있다. 이러한 실제수술 과정에서 행해진 수술동작이나 수술동작과 관련하여 사용된 수술도구, 수술부위 등에 관한 다양한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 현재 실제수술이 행해지고 있는 수술부위 및 수술도구를 포함하고 있는 현재시점의 실제수술 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 현재시점의 실제수술 영상은 수술도구의 말단부의 수술동작에 의해 변화가 발생하는 수술부위와, 수술부위의 주변에 위치하는 주변부위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수술부위는 신체내부의 장기, 혈관, 조직 등과 같은 객체일 수 있고, 주변부위는 수술부위의 객체와 연결된 일부분일 수도 있고 수술부위의 객체와 연계되거나 혹은 수술부위와 다른 객체일 수도 있다. 또한, 현재시점의 실제수술영상은 수술도구의 말단부 및 암을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 2에서 상술한 바와 같이 실제수술 영상에 포함된 주변부위에는 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재할 수 있다.
컴퓨터는 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 여부를 판단하여, 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득할 수 있다(S110).
일 실시예로, 컴퓨터는 수술 대상자에 대한 실제수술이 진행될 때 시간에 따라 실제수술 영상을 지속적으로 획득할 수 있다. 이때 시간에 따른 실제수술 영상은 카메라가 신체내부 공간을 따라 이동하면서 수술부위를 촬영한 연속된 프레임일 수 있다. 컴퓨터는 현재 실제수술이 진행되고 있는 현재시점에서 카메라에 의해 촬영된 실제수술 영상(영상 프레임)을 획득하여, 현재시점의 영상 프레임 내에 암에 의해 가려진 신체내부 영역(주변부위)이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 현재시점의 영상 프레임 내에 암에 의해 가려진 신체내부 영역이 존재하는 경우, 컴퓨터는 해당 신체내부 영역(주변부위)를 포함하는 이전시점의 실제수술 영상을 획득할 수 있다. 상술한 바와 같이 실제수술 영상은 카메라가 이동하면서 실제수술 장면을 촬영한 연속된 프레임으로 구성되므로, 컴퓨터는 현재시점의 영상 프레임에서 암에 의해 가려진 주변부위를 포함하고 있는 영상 프레임을 카메라의 위치 정보를 이용하여 이전시점의 영상 프레임으로부터 검출할 수 있다. 예를 들어, 실제수술 시 수술경로나 카메라의 위치 정보를 알 수 있으면 카메라의 이동에 따른 상대적 위치나 이동 변화량 등을 산출할 수 있으므로, 이러한 카메라에 대한 위치 정보를 이용하여 현재시점에서는 암에 의해 가려진 영역이지만 이전시점에서는 암에 의해 가려진 영역이 아닌 주변부위를 포함하고 있는 영상 프레임을 검출할 수 있다.
컴퓨터는 이전시점의 실제수술 영상으로부터 수술도구의 암에 의해 가려진 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출할 수 있다(S120).
일 실시예로, 컴퓨터는 이전시점의 실제수술 영상으로부터 수술도구를 제외한 배경 이미지를 추출하고, 추출한 배경 이미지를 기초로 암에 의해 가려진 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출할 수 있다.
컴퓨터는 추출된 대응영역을 기초로 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암을 제거하여 신체내부 영역을 복원할 수 있다(S130).
일 실시예로, 컴퓨터는 단계 S100에서 획득한 현재시점의 실제수술 영상에서 주변부위를 가리고 있는 수술도구의 암을 제거할 수 있다. 그리고, 컴퓨터는 수술도구의 암을 제거한 영역에 단계 S120에서 추출한 대응영역을 합성하여 신체내부 영역을 복원할 수 있다. 이때, 현재시점의 실제수술 영상 내 주변부위가 수술도구의 말단부의 수술동작에 의해 상태 변화나 변형이 발생되지 않는 경우, 단계 S120에서 추출한 대응영역을 합성하여 주변부위의 가려진 신체내부 영역을 복원할 수 있다. 상술한 바와 같이, 실제수술 영상은 수술이 진행되고 있는 수술부위를 중심으로 하는 중심영역과 수술부위의 주변에 위치한 주변부위(주변영역)으로 나누어질 수 있다. 이때, 중심영역에서는 수술도구의 말단부에 의해 수술동작이 발생하게 되고, 주변영역에서는 직접적인 수술동작이 수행되지 않는다. 만일 이전시점의 실제수술 영상 내 주변부위에 수술동작을 가하기 위해서는, 카메라를 이동시켜 주변부위를 중심영역으로 배치한 후에 수술동작을 수행하기 때문에, 현재시점의 실제수술 영상에서 주변부위는 수술도구에 의해 직접적인 동작이 가해지지 않는다. 다만, 실제 수술 시에 복수의 수술도구를 이용할 때, 대부분의 수술도구는 수술부위(중심영역)에 동작을 가하고 있지만, 일부 수술도구는 주변부위에 동작을 가하고 있는 경우도 있다. 예컨대, 수술동작의 시야를 확보하기 위해서 일부 수술도구는 주변부위를 잡고 있는 동작을 할 수 있다. 이러한 경우, 컷팅 등과 같은 동작이 아니라 단지 시야 확보를 위해 주변부위를 잡고 있는 동작을 하는 것으로서, 수술도구가 주변부위에 등장할 수 있으나, 중심부위가 아니라 그 외부에 배치되므로 고려하지 않을 수 있다. 즉, 주변부위에 등장하는 수술도구는 실제수술 영상 상에서 고려하지 않을 수 있다. 이와 같은 경우, 일 실시예로, 주변부위에 등장하는 수술도구는 주변부위를 잡고 있는 동작을 하는 말단부일 수 있으나, 상술한 바와 같이 단순히 시야 확보를 위한 동작을 수행하는 것이기 때문에, 이때의 말단부 역시 제거하거나 반투명이나 점선과 같은 형태로 표시할 수도 있다.
위에서 설명한 바와 같이 수술도구의 말단부 동작에 의해 주변부위가 직접적인 영향을 받지 않는 경우도 있지만, 이와 달리 수술도구의 말단부 동작에 의해 수술부위(중심영역)에 변화가 발생함에 따라 주변부위에도 간접적으로 위치 등의 변화를 발생시키기는 경우가 있다. 이 경우, 가상신체모델을 이용하여 변화가 발생된 주변부위를 복원하고 수술도구의 암 부분을 제거할 수 있다.
일 실시예로, 현재시점의 실제수술 영상 내 주변부위가 수술도구의 말단부의 수술동작에 의해 상태변화나 변형이 발생되는 경우, 컴퓨터는 가상신체모델을 이용하여 해당 부위에 대해 가상수술을 시뮬레이션한 다음, 그 결과를 바탕으로 주변부위에 대한 상태변화나 변형 정보를 획득할 수 있다. 이후 컴퓨터는 획득한 주변부위에 대한 상태변화나 변형 정보를 기초로 현재시점의 실제수술 영상에 반영하여 암에 의해 가려진 신체내부 영역을 복원할 수 있다. 예컨대, 혈관이나 조직 등과 같은 수술부위를 잡아 당기거나 자르거나 등의 수술동작을 수행하게 되면 수술부위와 연결된 주변부위에서도 상태변화나 변형이 발생할 수 있다. 컴퓨터는 가상신체모델에 실제수술과 동일하게 동작을 수행함에 따라 장기 배치와 변화를 획득할 수 있고, 이를 이전에 획득되었던 영상 프레임과 결합하여 실제와 동일한 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 실제 의료진들이 실제수술을 수행함에 따라 실제수술데이터를 획득할 수 있으며, 획득된 실제수술데이터를 기초로 가상신체모델 상에 실제수술과 동일하게 동작을 따라할 수 있다. 이때, 가상신체모델에서의 따라하기 동작을 통해 신체내부 객체(예: 장기, 혈관 조직 등)의 변화 정보를 포함하는 가상수술데이터를 획득할 수 있다. 컴퓨터는 획득된 가상수술데이터로부터 암에 의해 가려진 주변부위에 해당하는 변화 정보를 추출하여, 현재시점의 실제수술 영상의 암 부분에 결합할 수 있다.
다른 예로, 컴퓨터는 먼저 실제 의료진들이 실제수술을 수행함에 따라 획득된 실제수술데이터를 기초로 가상신체모델 상에 따라하기 동작을 수행하고, 이로부터 신체내부 객체의 변화 정보를 포함하는 가상수술데이터를 획득할 수 있다. 다음으로, 컴퓨터는 가상수술데이터에 포함된 신체내부 객체에 대한 실제 색상데이터나 질감데이터 등의 텍스처 정보를 획득하고, 이를 가상수술데이터에 반영할 수 있다. 다음으로, 컴퓨터는 이러한 텍스처 정보가 반영된 가상수술데이터로부터 암에 의해 가려진 주변부위에 해당하는 이미지 영역을 추출하여, 현재시점의 실제수술 영상 상에 결합시킬 수 있다. 여기서, 신체내부 객체에 대한 실제 색상데이터나 질감데이터와 같은 텍스처 정보는, 실제 수술시에 획득된 정보일 수 있으며, 수술 대상자에 대해 실제수술을 수행함에 따라 실시간으로 획득한 실제수술 영상을 이용할 수 있다. 예컨대, 이전시점에 획득된 실제수술 영상 중에서 해당 신체내부 객체의 정보(즉, 색상데이터나 질감데이터 등의 텍스처 정보)를 포함하고 있는 실제수술 영상을 이용할 수 있다. 또는, 수술 대상자나 다른 환자의 기획득된 수술영상(이전에 수행한 수술 시에 획득한 수술영상)을 이용할 수도 있다.
본 발명에 따르면 이와 같은 경우에도 가상신체모델을 통해 실제 상태와 동일한 변형 상태를 도출할 수 있고 이를 실제수술 영상에 반영하기 때문에 보다 정확한 수술영상을 표현해 줄 수 있게 된다.
실시예에 따라서, 컴퓨터는 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암 부분을 완전히 제거하지 않고, 점선이나 반투명 형태 등과 같은 형태로 수술도구의 암 부분을 가이드하는 정보를 제공할 수도 있다. 이와 같이 수술도구의 암 부분을 점선이나 반투명 등과 같은 형태로 가이드 정보를 제공하지 않게 되면, 의료진들은 실제수술 영상 상에서 복원된 신체내부 영역이 실재하는 것으로 생각하여 그 영역을 대상으로 수술동작을 할 우려가 있다. 즉, 의료진들이 복원된 신체내부 영역을 대상으로 수술을 수행하고자 수술도구를 이동할 때, 수술도구의 암 부분이 제거되어 보이지 않기 때문에 수술도구를 이동하다가 제거된 수술도구의 암에 충돌하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 수술도구의 암 부분을 점선이나 반투명 등과 같은 형태로 가이드함으로써 수술도구 간의 충돌을 방지할 수 있다.
예컨대, 컴퓨터는 유저 인터페이스(User Interface)를 통해 사용자로부터 수술도구의 암을 완전히 제거할지 또는 가이드 형태로 표현할지를 입력 받아 그에 따라 실제수술 영상을 제공하여 줄 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 실제수술 시에도 가상신체모델을 이용한 가상수술 시에 획득되는 가상수술 영상(300)에서와 같이 보다 정확한 신체내부 상태 및 보다 넓은 시야를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상을 제공하는 방법을 수행하는 장치(400)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 프로세서(410)는 하나 이상의 코어(core, 미도시) 및 그래픽 처리부(미도시) 및/또는 다른 구성 요소와 신호를 송수신하는 연결 통로(예를 들어, 버스(bus) 등)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명된 수술영상을 제공하는 방법을 수행한다.
예를 들어, 프로세서(410)는 메모리(420)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써 수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하고, 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하고, 이전시점의 실제수술 영상으로부터 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하고, 추출된 대응영역을 기초로 현재시점의 실제수술 영상에서 수술도구의 암을 제거하여 신체내부 영역을 복원할 수 있다.
한편, 프로세서(410)는 프로세서(410) 내부에서 처리되는 신호(또는, 데이터)를 일시적 및/또는 영구적으로 저장하는 램(RAM: Random Access Memory, 미도시) 및 롬(ROM: Read-Only Memory, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(410)는 그래픽 처리부, 램 및 롬 중 적어도 하나를 포함하는 시스템온칩(SoC: system on chip) 형태로 구현될 수 있다.
메모리(420)에는 프로세서(410)의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다. 메모리(420)에 저장된 프로그램들은 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 수술영상 제공 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 컴퓨터가 수행하는 수술영상 제공 방법에 있어서,
    수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계;
    상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 상기 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계;
    상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 대응영역을 기초로 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함하며,
    상기 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계는,
    상기 현재시점에서의 카메라 위치 정보를 기초로 카메라의 이동에 따른 위치 변화를 반영하여, 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역을 포함하는 이전시점의 실제수술 영상을 획득하며,
    상기 대응영역을 추출하는 단계는,
    상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대한 텍스처 정보를 추출하고,
    상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는,
    상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거한 영역에, 상기 신체내부 영역에 대한 텍스처 정보를 반영하는 것을 특징으로 하는 수술영상 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 현재시점의 실제수술 영상은,
    상기 수술도구의 암과 연결된 말단부의 동작에 의해 변화가 발생하는 수술부위 및 상기 수술부위의 주변부위를 포함하며,
    상기 주변부위는,
    상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술영상 제공 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대응영역을 추출하는 단계는,
    상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 수술도구를 제외한 배경 이미지를 추출하는 단계; 및
    상기 배경 이미지를 기초로 상기 대응영역을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술영상 제공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는,
    상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하는 단계; 및
    상기 제거된 영역에 상기 추출된 대응영역을 합성하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술영상 제공 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는,
    상기 주변부위가 상기 수술도구의 말단부의 동작에 의해 변화가 발생하는 경우,
    가상신체모델을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 통해 상기 주변부위의 변화를 획득하는 단계; 및
    상기 주변부위의 변화를 상기 현재시점의 실제수술 영상에 반영하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술영상 제공 방법.
  7. 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써,
    수술도구의 암(arm)을 포함하는 현재시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계;
    상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역이 존재하는지 판단하여, 상기 현재시점 보다 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계;
    상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대응하는 대응영역을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 대응영역을 기초로 상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거하여 상기 신체내부 영역을 복원하는 단계를 수행하며,
    상기 이전시점의 실제수술 영상을 획득하는 단계는,
    상기 현재시점에서의 카메라 위치 정보를 기초로 카메라의 이동에 따른 위치 변화를 반영하여, 상기 수술도구의 암에 의해 가려지는 신체내부 영역을 포함하는 이전시점의 실제수술 영상을 획득하며,
    상기 대응영역을 추출하는 단계는,
    상기 이전시점의 실제수술 영상으로부터 상기 신체내부 영역에 대한 텍스처 정보를 추출하고,
    상기 신체내부 영역을 복원하는 단계는,
    상기 현재시점의 실제수술 영상에서 상기 수술도구의 암을 제거한 영역에, 상기 신체내부 영역에 대한 텍스처 정보를 반영하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항의 방법을 수행할 수 있도록 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
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