KR102092446B1 - 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템 - Google Patents

환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102092446B1
KR102092446B1 KR1020170170779A KR20170170779A KR102092446B1 KR 102092446 B1 KR102092446 B1 KR 102092446B1 KR 1020170170779 A KR1020170170779 A KR 1020170170779A KR 20170170779 A KR20170170779 A KR 20170170779A KR 102092446 B1 KR102092446 B1 KR 102092446B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
patient
electromagnetic
specific tool
coil
navigation system
Prior art date
Application number
KR1020170170779A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190070196A (ko
Inventor
김준영
김신윤
서안나
김현문
김현덕
제민규
최재석
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단, 한국과학기술원 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020170170779A priority Critical patent/KR102092446B1/ko
Priority to US15/733,200 priority patent/US20210100621A1/en
Priority to PCT/KR2018/015482 priority patent/WO2019117543A1/ko
Publication of KR20190070196A publication Critical patent/KR20190070196A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102092446B1 publication Critical patent/KR102092446B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/397—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers electromagnetic other than visible, e.g. microwave

Abstract

일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생부; 환자 맞춤형 도구에 설치되는 전자기 센서로서, 상기 전자기 센서는 상기 전자기파가 통과하는 코일을 포함하는 전자기 센서; 및 상기 코일에 쇄교하는 자속에 기초하여 상기 전자기 센서의 위치 및 방향을 계산하고, 상기 전자기 센서의 위치 및 방향에 기초하여 상기 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산하는 처리부를 포함할 수 있다.

Description

환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템{SURGICAL NAVIGATION SYSTEM FOR COORDINATE REGISTRATION OF PATIENT SPECIFIC INSTRUMENT}
이하, 실시예들은 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템에 관한 것이다.
정형 외과적 수술을 비롯한 많은 영역의 수술들에서는 인체 내부의 보이지 않는 영역을 임상의에게 시각화하는 수술 항법 시스템을 요구하고 있다. 수술 항법 시스템은 인체가 위치하는 실제 공간의 좌표와 컴퓨터 보조 시스템(computer aided system)에 의하여 생성된 3차원 가상 공간의 좌표를 정합(match)하여 수술 도구 등의 위치를 추적하는 방식을 사용한다. 이와 같은 방식은 수술 도구 등의 절대적인 위치 등록(absolute position registration)을 요구한다.
수술 도구 등의 절대적인 위치 등록을 위하여 종래 여러 가지 방식들이 제안되었다. 일 예로, 인체의 환부와 수술 도구에 각각 광학 센서를 부착하고, 각각의 광학 센서에 빛을 조사함에 따라 광학 센서로부터 반사되는 빛을 카메라가 감지하여 컴퓨터가 인체의 환부와 수술 도구 사이의 상대적인 위치 관계를 획득하는 방식이 있다. 이러한 방식은 광학 센서의 크기가 다른 종류의 센서(e.g. 전자기 센서)의 크기보다 크고, 광학 센서에 조사되는 빛이 장애물에 의하여 차단되지 않도록 빛의 경로가 확보되어야 한다. 예를 들어, 한국공개특허공보 제10-2016-0042297호는 의료용 항법 장치를 개시하고 있다.
일 실시예에 따른 목적은 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위하여 환자 맞춤형 도구에 전자기파를 감지하는 전자기 센서를 설치하고, 전자기 센서에서 감지된 정보에 기초하여 환자 맞춤형 도구의 위치 정보를 계산하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생부; 환자 맞춤형 도구에 설치되는 전자기 센서로서, 상기 전자기 센서는 상기 전자기파가 통과하는 코일을 포함하는 전자기 센서; 및 상기 코일에 쇄교하는 자속에 기초하여 상기 전자기 센서의 위치 및 방향을 계산하고, 상기 전자기 센서의 위치 및 방향에 기초하여 상기 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산하는 처리부를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 코일에 쇄교하는 자속의 서로 직교하는(orthogonal) 주파수들에 기초하여 상기 전자기 센서의 위치 및 방향을 계산할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 전자기파가 상기 코일을 통과함에 따라 상기 코일에 발생하는 유도 기전력에 기초하여 상기 자속을 계산할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 전자기 센서와 일체화되어 상기 환자 맞춤형 도구에 함께 설치될 수 있다.
상기 전자기 센서는, 상기 코일에 발생하는 유도 기전력을 감지하는 유도 기전력 감지부; 및 상기 유도 기전력을 아날로그 형태로부터 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 변환부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생부;
환자 맞춤형 도구에 설치되는 복수 개의 전자기 센서들로서, 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각은 상기 전자기파가 통과하는 코일을 포함하고, 각각의 코일은 서로 다른 위치 및 방향으로 상기 환자 맞춤형 도구의 서로 다른 평면에 설치되는 복수 개의 전자기 센서들; 및 각각의 코일에 쇄교하는 자속에 기초하여 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향을 계산하고, 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향에 기초하여 상기 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산하는 처리부를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, 각각의 코일에 쇄교하는 자속의 서로 직교하는 주파수들에 기초하여 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향을 계산할 수 있다.
상기 처리부는, 상기 전자기파가 각각의 코일을 통과함에 따라 상기 각각의 코일에 발생하는 각각의 유도 기전력에 기초하여 상기 각각의 코일에 쇄교하는 자속을 계산할 수 있다.
상기 복수 개의 전자기 센서는, 상기 환자 맞춤형 도구를 중심으로 서로 설정 각도 간격으로 이격되어 상기 서로 다른 평면에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 전자기파를 감지하는 전자기 센서를 환자 맞춤형 도구에 설치함으로써 종래 가시선 확보를 필수적으로 요구하는 광학 센서와 달리 임상의의 움직임의 제한 없이 환자 맞춤형 도구의 좌표를 등록할 수 있다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 환자 맞춤형 도구가 불균일 표면 구조(uneven surface structure)를 가지더라도, 불균일 표면 구조에 복수 개의 전자기 센서들을 설치하여 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 정확하게 계산할 수 있다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템은 전자기 센서 및 전자기 센서로부터 감지된 신호를 처리하는 처리부를 일체화하고, 전자기 센서와 처리부를 함께 환자 맞춤형 도구에 설치하여 센서의 부피를 소형화하고 종래의 수술 항법 시스템의 사용을 간편화할 수 있다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본원에서 사용하는 용어 "환자 맞춤형 도구(patient specific instrument)"는 외과적 수술(e.g. 인공관절치환술(total joint replacement))에서 인체의 환부(e.g. 관골구(acetabulum))에 삽입되는 도구를 말하는 것으로, 상기 환자의 환부로 삽입되는 다른 수술 도구(e.g. 리머(reamer))의 축 설정을 위하여 상기 인체의 환부의 절대적인 위치를 등록하는 데 사용된다.
본원에서 사용하는 용어 "직교하는(orthogonal) 성분들"의 의미는 방향성을 가지는 벡터로 표현되는 물리량(e.g. 자기장(electromagnetic field), 자속(magnetic flux) 등)이 특정 좌표계(e.g. 데카르트 좌표계, 구 좌표계 등)의 주요 성분(principal element)들(e.g. (x, y, z), (r, θ, φ))을 말한다.
도 1은 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템(100)은 환자 맞춤형 수술 도구에 설치된 전자기 센서(120)가 전자기파 발생부(110)로부터 발생한 전자기파를 감지하여 일련의 신호 처리를 통해 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산함으로써 환자 맞춤형 도구의 절대적인 좌표를 등록할 수 있다. 여기서, 환자 맞춤형 도구의 절대적인 좌표는 수술 항법 시스템(100)이 놓인 공간의 좌표계의 주축 성분들로 표현된다.
일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템(100)은 전자기파 발생부(110), 전자기 센서(120) 및 신호를 처리하는 처리부(130)를 포함할 수 있다.
전자기파 발생부(110)는 전자기장(electromagnetic field)을 발생시킬 수 있다. 본원에서 전자기장은 전자기파로도 언급될 수 있다. 전자기파 발생부(110)는 전자기 센서(120)와 달리 환자 맞춤형 도구의 외부에 배치될 수 있다.
전자기 센서(120)는 전자기파 발생부(110)에서 발생되는 전자기장을 감지하고, 감지된 전자기장에 기초하여 전자기 센서(120)의 위치 및 방향에 관한 정보를 생성하거나 상기 정보를 생성하는 데 필요한 신호를 생성할 수 있다. 전자기 센서(120)는 전자기장이 통과하는 코일(122), 유도 기전력 감지부(124) 및 아날로그-디지털 변환부(126)를 포함할 수 있다.
유도 기전력 감지부(124)는 전자기파 발생부(110)에서 발생된 전자기파가 코일(122)을 통과하면, 코일(122)에 생기는 유도 기전력(induced electromotive force)을 감지할 수 있다. 예를 들어, 유도 기전력 감지부(124)는 코일(122)의 양 단에 연결된 전압 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 유도 기전력 감지부(124)는 주요 주파수(principal frequency)에 대응하는 유도 기전력을 감지할 수 있다. 전자기장은 방향성을 가진 물리량이므로, 전자기장은 설정 좌표계의 주요 성분들로 표현된다. 예를 들어, 데카르트 좌표계에서, 전자기장 B는 (B1, B2, B3)로 표현된다. 여기서, 전자기장의 B1 성분, B2 성분 및 B3 성분은 서로에 대하여 직교하는(orthogonal) 성질을 가진다.전자기장 B가 코일(122)을 통과하면 유도 기전력 감지부(124)는 전자기장의 B1 성분, B2 성분 및 B3 성분의 각각에 대응하는 주요 주파수(e.g. f1, f2 및 f3)의 유도 기전력을 감지할 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(126)는 유도 기전력 감지부(124)에서 감지된 아날로그 형태의 유도 기전력을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 아날로그 형태의 유도 기전력이 아닌 변환된 디지털 신호를 사용하면 아날로그 형태의 신호를 처리할 때의 에너지 효율보다 더 높은 에너지 효율을 달성할 수 있다.
처리부(130)는 유도 기전력 감지부(124)에서 감지된 유도 기전력에 따라 코일(122)에 쇄교하는 자속에 기초하여 전자기 센서(120)의 위치 및 방향을 계산할 수 있다. 처리부(130)는 계산된 전자기 센서(120)의 위치 및 방향에 기초하여 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산할 수 있다. 계산된 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향에 관한 정보는 환자 맞춤형 도구의 위치의 좌표 등록을 위하여 사용된다.
일 실시예에서, 유도 기전력 감지부(124)에서 주요 주파수에 대응하는 유도 기전력을 감지함에 따라 코일(122)에 쇄교하는 자속도 주요 주파수에 대응하는 방향성을 가진다. 처리부(130)는 코일(122)에 쇄교하는 자속의 주요 주파수들, 즉 서로 직교하는 주파수들 - 예를 들어, 제1주파수(f1), 제2주파수(f2) 및 제3주파수(f3) - 에 기초하여 전자기 센서(100)의 위치 및 방향을 계산할 수 있다. 제1주파수(f1)의 자속, 제2주파수(f2)의 자속 및 제3주파수(f3)의 자속은 서로 직교하는 방향성을 가지므로, 이러한 자속들에 기초하여 전자기파 발생부(110)에 대한 전자기 센서(100)의 위치 및 방향이 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 처리부(130)는 전자기장이 코일(122)을 통과함에 따라 코일(122)에 발생하는 유도 기전력에 기초하여 자속을 계산할 수 있다. 예를 들어, 코일(122)의 권선 수에 관한 정보가 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 전자기 센서(120)는 환자 맞춤형 도구에 설치된다. 환자 맞춤형 도구는 수술 전(pre-operative) 환자의 환부로 삽입되어 수술 항법 시스템에서의 좌표계로 환자의 환부의 위치의 좌표 등록하는 데 사용되고, 수술 중(intra-operative)에는 제거되는 특성을 가진다. 즉, 전자기 센서(120)가 환자 맞춤형 도구에 설치된다는 것은 수술 전 환자의 환부의 위치의 좌표 등록에 따라 수술 중 사용되는 도구의 정확한 삽입 경로를 안내할 수 있는 한편, 수술 중 전자 기기인 수술 장비의 신호의 왜곡의 발생할 여지를 원천적으로 차단할 수 있다는 것을 의미한다.
일 실시예에서, 도시되지 않았으나, 전자기 센서(120)는 처리부(130)를 포함하는 개념으로 확장될 수 있다. 즉, 전자기 센서(120)에 일체화된 형태로 처리부(130)가 전자기 센서(120)에 내장될 수 있다. 이 경우, 전자기 센서(120) 및 처리부(130)는 환자 맞춤형 도구에 함께 설치된다. 이 경우, 전자기 센서(120)는 무선 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 무선 통신부는 처리부(130)가 계산한 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향에 관한 정보를 외부로 무선으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신부는 WiFi(wireless fidelity), 블루투스(Bluetooth), NFC(near field communication), 또는 GNSS(global navigation satellite system) 등을 사용할 수 있다. 도시되지 않았으나, 외부의 처리 유닛(e.g. 컴퓨터)은 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향에 관한 정보를 수신하여 환자 맞춤형 도구의 위치를 좌표 등록할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템(200)은 환자 맞춤형 도구(PSI)의 불균일 표면 구조를 고려하여 상기 불균일 표면 구조에 복수 개의 전자기 센서(220)들을 설치함으로써 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산할 수 있다. 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템(200)은 전자기파 발생부(210), 복수 개의 전자기 센서(220)들 및 처리부(230)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 일 실시예에서, 처리부(230)는 복수 개로서, 복수 개의 전자기 센서(220)의 각각에 내장될 수도 있다.
환자 맞춤형 도구(PSI)는 환자의 환부로 삽입되는 제1표면(S1)과, 상기 제1표면(S1)의 반대측의 제2표면(S2)을 구비할 수 있다. 예를 들어, 환자 맞춤형 도구(PSI)의 제1표면(S1)은 관골구(acetabulum)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이처럼, 환자 맞춤형 도구(PSI)는 환자의 환부의 형상에 대응하는 형상을 가짐에 따라 불균일 표면 구조를 가질 수 있는데, 본원에서 설명의 편의를 위하여 불균일 표면은 제2표면(S2)인 것으로 설명하고, 복수 개의 전자기 센서(220)들이 불균일 표면인 제2표면(S2)에 설치되는 것으로 설명하기로 한다. 즉, 제2표면(S2)은 서로 다른 평면들로 형상화되며, 복수 개의 전자기 센서(220)들의 위치 및 방향은 서로 다를 수 있다.
복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각은 전자기파가 통과하는 코일(222) 및 처리 유닛(224)을 포함할 수 있다. 여기서, 처리 유닛(224)은 유도 기전력 감지 회로 및 아날로그-디지털 변환 회로를 포함할 수 있다. 처리부(230)는 코일(222)에 쇄교하는 자속에 기초하여 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각의 위치 및 방향을 계산할 수 있다. 처리부(230)는 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각의 위치 및 방향에 기초하여 환자 맞춤형 도구(PSI)의 위치 및 방향을 계산할 수 있다.
일 실시예에서, 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각의 코일(222)에 쇄교하는 자속은 주요 주파수들에 대응하는 방향성을 가진다. 이에 따라, 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각에서 측정되는 주요 주파수들에 대응하는 자속들은 그 방향과 크기가 서로 다를 수 있다. 결국, 처리부(230)는 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각의 위치 및 방향에 관한 정보를 획득할 수 있으므로, 환자 맞춤형 도구(PSI)의 위치 및 방향의 계산의 정확도가 향상된다. 이는 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각이 서로 다른 위치 및 방향으로 환자 맞춤형 도구(PSI)의 불균일 표면인 제2표면(S2)에 설치되는 경우에 더욱 의미가 있다.
일 실시예에서, 복수 개의 전자기 센서(220)들의 각각은 환자 맞춤형 도구(PSI)를 중심으로 설정 각도 간격으로 서로 이격되어 환자 맞춤형 도구(PSI)의 불균일 표면 구조를 이루는 제2표면(S2), 즉 서로 다른 평면에 설치될 수 있다. 이에 따라, 처리부(230)는 환자 맞춤형 도구(PSI)에 대한 복수 개의 전자기 센서(220)의 위치 및 방향에 관한 보다 정확한 정보에 기초하여 환자 맞춤형 도구(PSI)의 위치 및 방향을 계산할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법은 먼저 전자기장이 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 코일을 통과함에 따라 각각의 코일에 발생하는 각각의 주파수(f1, f2, f3)에 대응하는 유도 기전력을 측정한다(310). 이후, 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법은 각각의 주파수(f1, f2, f3)에 대응하는 유도 기전력에 기초하여 각각의 코일에 쇄교하는 각각의 주파수(f1, f2, f3)의 자속을 측정한다(320). 이후, 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법은 각각의 주파수(f1, f2, f3)의 자속에 기초하여 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향을 계산한다(330). 이후, 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템의 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록 방법은 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향에 기초하여 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산한다(340). 여기서, 계산된 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향에 관한 정보는 환자 맞춤형 도구의 위치의 좌표 등록에 사용된다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (9)

  1. 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생부;
    수술 전 환자의 환부로 삽입되어 환자의 환부의 위치를 좌표 등록하는데 사용되고 수술 중 제거되도록 구성되는 환자 맞춤형 도구;
    상기 환자 맞춤형 도구에 설치되는 전자기 센서로서, 상기 전자기 센서는 상기 전자기파가 통과하는 코일을 포함하는 전자기 센서; 및
    상기 코일에 쇄교하는 자속에 기초하여 상기 전자기 센서의 위치 및 방향을 계산하고, 상기 전자기 센서의 위치 및 방향에 기초하여 상기 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산하는 처리부;
    를 포함하고,
    상기 환자 맞춤형 도구는
    관골구의 형상에 대응하는 형상을 갖고 상기 환자의 환부에 삽입되는 제1표면; 및
    상기 제1표면에 반대측에 있고 서로 다른 평면들을 형성하는 불균일 표면인 제2표면;
    을 포함하고,
    상기 전자기 센서는 상기 제2표면에 설치되는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 코일에 쇄교하는 자속의 서로 직교하는(orthogonal) 주파수들에 기초하여 상기 전자기 센서의 위치 및 방향을 계산하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 전자기파가 상기 코일을 통과함에 따라 상기 코일에 발생하는 유도 기전력에 기초하여 상기 자속을 계산하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 전자기 센서와 일체화되어 상기 환자 맞춤형 도구에 함께 설치되는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자기 센서는,
    상기 코일에 발생하는 유도 기전력을 감지하는 유도 기전력 감지부; 및
    상기 유도 기전력을 아날로그 형태로부터 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 변환부;
    를 더 포함하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  6. 전자기파를 발생시키는 전자기파 발생부;
    수술 전 환자의 환부로 삽입되어 환자의 환부의 위치를 좌표 등록하는데 사용되고 수술 중 제거되도록 구성되는 환자 맞춤형 도구;
    상기 환자 맞춤형 도구에 설치되는 복수 개의 전자기 센서들로서, 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각은 상기 전자기파가 통과하는 코일을 포함하고, 각각의 코일은 서로 다른 위치 및 방향으로 상기 환자 맞춤형 도구의 서로 다른 평면에 설치되는 복수 개의 전자기 센서들; 및
    각각의 코일에 쇄교하는 자속에 기초하여 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향을 계산하고, 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향에 기초하여 상기 환자 맞춤형 도구의 위치 및 방향을 계산하는 처리부;
    를 포함하고,
    상기 환자 맞춤형 도구는
    관골구의 형상에 대응하는 형상을 갖고 상기 환자의 환부에 삽입되는 제1표면; 및
    상기 제1표면에 반대측에 있고 서로 다른 평면들을 형성하는 불균일 표면인 제2표면;
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 전자기 센서는 상기 제2표면에 설치되는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처리부는, 각각의 코일에 쇄교하는 자속의 서로 직교하는 주파수들에 기초하여 상기 복수 개의 전자기 센서들의 각각의 위치 및 방향을 계산하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처리부는, 상기 전자기파가 각각의 코일을 통과함에 따라 상기 각각의 코일에 발생하는 각각의 유도 기전력에 기초하여 상기 각각의 코일에 쇄교하는 자속을 계산하는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 전자기 센서는, 상기 환자 맞춤형 도구를 중심으로 서로 설정 각도 간격으로 이격되어 상기 서로 다른 평면에 설치되는 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템.
KR1020170170779A 2017-12-12 2017-12-12 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템 KR102092446B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170170779A KR102092446B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템
US15/733,200 US20210100621A1 (en) 2017-12-12 2018-12-12 Surgical Navigation System For Registering Coordinates of Patient-Customized Tool
PCT/KR2018/015482 WO2019117543A1 (ko) 2017-12-12 2018-12-12 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170170779A KR102092446B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190070196A KR20190070196A (ko) 2019-06-20
KR102092446B1 true KR102092446B1 (ko) 2020-03-23

Family

ID=66819369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170170779A KR102092446B1 (ko) 2017-12-12 2017-12-12 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210100621A1 (ko)
KR (1) KR102092446B1 (ko)
WO (1) WO2019117543A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020076801A1 (en) * 2018-10-08 2020-04-16 University Of Florida Research Foundation, Inc. Method and system for positioning invasive medical tools relative to 3d imagery

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011163630A1 (en) 2010-06-24 2011-12-29 Hansen Medical, Inc. Fiber optic instrument sensing system
JP2012507323A (ja) 2008-10-31 2012-03-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 医療手順における電磁気追跡方法及びシステム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7660623B2 (en) * 2003-01-30 2010-02-09 Medtronic Navigation, Inc. Six degree of freedom alignment display for medical procedures
US8046050B2 (en) * 2004-03-05 2011-10-25 Biosense Webster, Inc. Position sensing system for orthopedic applications
EP3563788A1 (en) * 2010-04-30 2019-11-06 Medtronic Xomed, Inc. Navigated malleable surgical instrument
AU2013334469B2 (en) * 2012-10-26 2018-10-11 Inline Orthopaedics Pty Ltd Surgical system
US9204977B2 (en) * 2012-12-11 2015-12-08 Biomet Manufacturing, Llc Patient-specific acetabular guide for anterior approach
US9480415B2 (en) * 2013-04-26 2016-11-01 Medtronic Navigation, Inc. Electromagnetic coil apparatuses for surgical navigation and corresponding methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012507323A (ja) 2008-10-31 2012-03-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 医療手順における電磁気追跡方法及びシステム
WO2011163630A1 (en) 2010-06-24 2011-12-29 Hansen Medical, Inc. Fiber optic instrument sensing system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190070196A (ko) 2019-06-20
WO2019117543A1 (ko) 2019-06-20
US20210100621A1 (en) 2021-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6789043B1 (en) Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements
US10342619B2 (en) Method and device for determining the mechanical axis of a bone
US10762341B2 (en) Medical tracking system comprising multi-functional sensor device
JP5581042B2 (ja) 物体を追跡するシステム
CN105338895A (zh) 手术定位电路
US11147530B2 (en) Method and system for determining the SID and the thickness of a patient in a radiographic system
US20080012553A1 (en) Probe for assessment of metal distortion
US9342887B2 (en) High accuracy image matching apparatus and high accuracy image matching method using a skin marker and a feature point in a body
US7471202B2 (en) Conformal coil array for a medical tracking system
US20080174304A1 (en) Coil arrangement for electromagnetic tracker method and system
JP2008068087A (ja) 髄内釘内にロックねじを遠位に導く方法および装置
CN101897585A (zh) 具有磁阻传感器的手术导航系统
KR20040045363A (ko) 동적 금속 면역체
NL2022093B1 (en) The present disclosure relates to a magnetic field probe for determining a disposition of an implantable magnetic marker, a detection unit comprising the probe and a method of detecting the disposition of an implantable magnetic marker.
CN103536290A (zh) 单轴传感器的位置与定向的算法
JP2016525436A (ja) モバイルラジオグラフィシステムのためのｘ線管アライメント機能
US20160015292A1 (en) Magnetic tracker system and method for use for surgical navigation
CN102204846B (zh) 一种医学成像部件位置改变后对其快速精确定标的方法
US10674934B2 (en) Apparatus and method for determining positional information for a medical instrument
KR102092446B1 (ko) 환자 맞춤형 도구의 좌표 등록을 위한 수술 항법 시스템
KR20080105805A (ko) 자기장을 이용한 위치 추적 시스템
EP1131597A1 (en) Magnetic sensor system for fast-response, high resolution, high accuracy, three-dimensional position measurements
WO2016182561A1 (en) Wireless position sensing using magnetic field of two transmitters
Park et al. Technical review: electromagnetic sensor system for localization of medical devices
Anderson Investigation of the potential of low cost position tracking using permanent magnets

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant