KR102099563B1 - Surgical robot system for minimal invasive surgery and method for preventing collision using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템 및 이를 이용한 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 획득할 수 있으며, 상기 획득된 3D 영상을 미리 확인할 수 있으며, 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 이용하여 효율적인 수술계획을 세울 수 있으며, 나아가 상기 획득된 3D 영상을 이용하여 로봇수술을 수행함으로써 추가적인 절개를 하지 않고도 수술부위 전체에 대한 영상 획득이 가능하며, 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템과, 이러한 시스템을 이용하여 로봇수술 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 디스플레이해줄 수 있으며, 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 방지 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surgical robot system for minimally invasive surgery and a collision prevention method using the same, specifically, it is possible to obtain a 3D image of an inflated surgical space before performing robot surgery, and the acquired 3D image can be confirmed in advance. In addition, an efficient surgical plan can be established using the 3D image of the inflated surgical space, and further, by performing robotic surgery using the acquired 3D image, it is possible to acquire an image of the entire surgical site without additional incision. , Surgical robot system for minimally invasive surgery that can prevent collision between surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of the living body, and 3D image information about the surgical space inflated before robot surgery using the system And surgical robots inserted into the surgical space It relates to the anti-collision method that can avoid a collision with the main body element.

Description

최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템 및 이를 이용한 충돌방지 방법 {Surgical robot system for minimal invasive surgery and method for preventing collision using the same}Surgical robot system for minimal invasive surgery and method for preventing collision using the same}

본 발명은 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템 및 이를 이용한 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 획득할 수 있으며, 상기 획득된 3D 영상을 미리 확인할 수 있으며, 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 이용하여 효율적인 수술계획을 세울 수 있으며, 나아가 상기 획득된 3D 영상을 이용하여 로봇수술을 수행함으로써 추가적인 절개를 하지 않고도 수술부위 전체에 대한 영상 획득이 가능하며, 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템과, 이러한 시스템을 이용하여 로봇수술 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 디스플레이해줄 수 있으며, 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 방지 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a surgical robot system for minimally invasive surgery and a collision prevention method using the same, specifically, it is possible to obtain a 3D image of an inflated surgical space before performing robot surgery, and the acquired 3D image can be confirmed in advance. In addition, an efficient surgical plan can be established using the 3D image of the inflated surgical space, and further, by performing robotic surgery using the acquired 3D image, it is possible to acquire an image of the entire surgical site without additional incision. , Surgical robot system for minimally invasive surgery that can prevent collision between surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of the living body, and 3D image information about the surgical space inflated before robot surgery using the system And surgical robots inserted into the surgical space It relates to the anti-collision method that can avoid a collision with the main body element.

복강경(腹腔鏡)은 복벽(腹壁)에 작은 구멍을 뚫고 삽입하여 담낭, 복막, 간장(肝臟), 소화관 외측(外側) 따위를 검사하기 위한 내시경을 말하며, 내시경 수술이란 기존의 피부 절개를 통해 시행하는 수술이 아닌 하나 또는 여러 개의 구멍을 통해 진행하는 수술을 말한다. Laparoscopic (내) refers to an endoscope for examining the gallbladder, peritoneum, liver, and the outside of the digestive tract by drilling and inserting a small hole in the abdominal wall (腹壁). It refers to an operation that is performed through one or several holes rather than an operation.

복강경 내시경을 이용한 수술은 복부에 지름 5㎜ ~ 1㎝가량의 작은 구멍을 두 군데 이상 낸 다음, 거기로부터 가느다란 복강경이나 집게 또는 메스를 삽입하여, 복강경이 촬영하는 체내의 모양을 비디오 모니터 등을 통해서 화면을 보면서 행하는 수술이다. For surgery using a laparoscopic endoscope, make two or more small holes with a diameter of 5 mm to 1 cm in the abdomen, and then insert a thin laparoscope, forceps, or scalpel from there, and use a video monitor to monitor the shape of the body taken by the laparoscope. It is an operation performed while looking at the screen.

또한, 로봇수술은 수술 도구를 움직일 수 있는 로봇을 의사가 제어하는 수술을 말하는 것으로, 복강경 로봇수술은 복부에 여러 개의 구멍을 뚫은 후 뚫은 구멍으로 복강경 내시경과 함께 로봇수술을 위한 수술용 도구(end-effector)가 부착된 수술로봇의 로봇팔을 삽입하여 수술하는 것을 말한다. In addition, robot surgery refers to a surgery in which a doctor controls a robot capable of moving a surgical tool. Laparoscopic robot surgery is a hole drilled after drilling several holes in the abdomen, and a surgical tool for robotic surgery with an laparoscopic endoscope. Refers to the operation by inserting the robot arm of the surgical robot with -effector attached.

이러한 복강경 로봇 수술의 경우, 기존의 개복 수술보다 절개부위가 적어 환자의 회복시간이 빠르고, 고통 및 흉터도 적다는 장점뿐만 아니라 로봇 팔을 이용하여 수술을 진행하기 때문에 더 정밀한 수술이 가능하다. 또한, 로봇수술에서는 수술공간에 대한 깊이 정보를 전달하기 위해 3D 영상을 제공할 수 있는 복강경 내시경과 디스플레이를 사용하여 수술을 진행하기에 2D 영상을 이용하는 복강경 수술보다 더 정확한 수술이 가능하다.In the case of such laparoscopic robotic surgery, since the incision is less than that of conventional open surgery, the patient's recovery time is faster, and pain and scarring are less advantageous. In addition, in robotic surgery, more accurate surgery is possible than laparoscopic surgery using 2D images to perform surgery using a laparoscopic endoscope and display that can provide 3D images to deliver depth information about the surgical space.

일반적으로 복강경 로봇 수술을 수행하는 의사는 로봇수술 전에 촬영된 환자의 MRI와 CT 등의 영상을 바탕으로 절개부위를 선택하고 수술을 진행하게 된다.Generally, a doctor performing laparoscopic robotic surgery selects an incision site and proceeds with surgery based on images of a patient's MRI and CT taken before robotic surgery.

그러나 로봇 수술과 같은 최소 절개 수술 기법에서는 복강경 내시경 및 수술 도구들의 사용을 위하여 이산화탄소 가스를 수술부위(복강 등)에 주입하여 팽창시킴으로써 복강경 수술을 위한 공간을 확보하기 때문에, 로봇수술 전에 촬영한 환자의 MRI와 CT 등의 영상에 담겨진 정보는 수술부위가 팽창되기 전 상태에 대한 것으로 실제 로봇 수술이 수행되는 상태인 팽창된 수술부위 상태에 대한 정보와 차이가 발생하게 된다.However, in a minimally invasive surgical technique such as robotic surgery, carbon dioxide gas is injected into the surgical site (such as the abdominal cavity) and expanded to allow for the use of laparoscopic endoscopy and surgical instruments, thereby securing space for laparoscopic surgery. The information contained in the images such as MRI and CT is about the state before the surgical site is inflated, and a difference is generated from the information on the expanded surgical area, which is the state where the actual robotic surgery is performed.

그럼에도 불구하고, 로봇 수술을 수행하는 의사는 팽창 이전에 촬영된 MRI와 CT 영상 등을 기초로 로봇 수술을 진행할 수밖에 없는 실정이어서, 결국 의사는 자신의 경험에 의존하여 로봇 수술을 진행할 수밖에 없다는 문제가 있다.Nevertheless, doctors performing robotic surgery have no choice but to perform robotic surgery based on MRI and CT images taken before inflation, so the doctor eventually has to deal with robotic surgery depending on his own experience. have.

또한, 로봇 수술과 같은 최소 침습 수술 기법에서는 최소한의 절개부위를 이용하여 로봇 수술을 진행하여야 하기 때문에, 복강경 로봇 수술의 경우 보통 3개의 로봇 팔과 하나의 내시경을 사용하여 수술을 진행하고 있으며(그에 따라 총 4개의 절개부위가 존재한다), 따라서 로봇 수술을 수행하는 의사는 하나의 절개부위에서 진입한 내시경으로부터 제공되는 수술부위의 일부에 대한 제한적인 영상만을 보며 수술을 진행할 수밖에 없으며, 그에 따라 영상으로 볼 수 없는 수술 영역에서의 로봇수술 도구끼리의 충돌, 특히 로봇 수술 도구의 충돌로 의한 환자의 신체 손상을 방지하기가 쉽지 않으며, 의사는 로봇수술 도구에 의한 환자 신체 손상 방지를 위해 항상 환자의 신체 내부로 삽입한 로봇수술 도구에 주의를 기울여야 하는 등 여러 불편함과 위험이 존재하고 있는 실정이다.In addition, in a minimally invasive surgical technique such as robotic surgery, robotic surgery must be performed using a minimal incision, so in the case of laparoscopic robotic surgery, surgery is usually performed using three robotic arms and one endoscope (to Therefore, there are a total of 4 incision sites), so a doctor performing a robotic surgery can only perform limited surgery on a part of the surgical site provided from the endoscope entered from one incision site and perform surgery. It is not easy to prevent the patient's physical damage due to collision between robotic surgical tools in the surgical area that cannot be seen, especially the collision of the robotic surgical tool. Various discomforts and dangers, such as paying attention to robotic surgical tools inserted into the body A situation that exists.

그렇다고, 로봇 수술 수행시 수술부위를 촬영하기 위한 내시경 개수를 늘리게 되면, 늘어난 내시경 개수만큼 절개부위가 늘어날 뿐만 아니라 늘어난 내시경 개수만큼 로봇 수술 도구끼리의 충돌 가능성이 더 커지게 되는 문제가 있다. However, if the number of endoscopes for imaging a surgical site is increased when performing robotic surgery, the incision is increased by the increased number of endoscopes and the possibility of collision between robotic surgical tools is increased by the increased number of endoscopes.

한국공개특허공보 제10-2010-0036420호 (공개일: 2010. 4. 8)Korean Patent Publication No. 10-2010-0036420 (Publication date: April 8, 2010) 한국공개특허공보 제10-2011-0094529호 (공개일: 2011. 8. 24)Korean Patent Publication No. 10-2011-0094529 (Publication date: August 24, 2011) 한국공개특허공보 제10-2013-0015146호 (공개일: 2013. 2. 13)Korean Patent Publication No. 10-2013-0015146 (Publication date: 2013. 2. 13)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 이용하여 로봇수술을 수행함으로써, 추가적인 절개를 하지 않고도 수술부위 전체에 대한 영상 획득이 가능하며, 나아가 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, by performing robotic surgery using 3D image information on the inflated surgical space before performing robotic surgery, it is possible to obtain an image of the entire surgical site without additional incision, Furthermore, it is an object of the present invention to provide a surgical robot system for minimally invasive surgery that can prevent collisions between surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of a living body.

또한, 본 발명은 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보 생성하여 제공함으로써, 로봇수술 수행 전에 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 미리 확인할 수 있으며, 나아가 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 이용하여 효율적인 수술계획을 세울 수 있는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention can generate and provide 3D image information about the inflated surgical space before performing robotic surgery, so that 3D image of the inflated surgical space can be checked in advance before performing robotic surgery, and furthermore, a 3D image of the inflated surgical space is provided. The goal is to provide a surgical robot system for minimally invasive surgery that can be used to make an efficient surgical plan.

또한, 본 발명은 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 이용하여 로봇수술 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 디스플레이해줄 수 있으며, 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 방법을 제공함을 목적으로 한다.In addition, the present invention can display the 3D image information of the inflated surgical space before the robot operation using the surgical robot system for minimally invasive surgery, and collide with the surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of the body. The aim is to provide a method that can be prevented.

본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간으로 소정의 절개부위를 통해 삽입되어 상기 수술공간을 촬영하는 내시경이 구비되는 내시경 장치; 상기 내시경 장치의 내시경에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 이용하여 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 영상처리부; 소정의 절개부위를 통해 상기 수술공간으로 삽입되는 로봇팔과, 상기 로봇팔을 제어하여 수술을 수행하는 제어부와, 소정의 절개부위를 통해 상기 수술공간으로 삽입되어 수술부위를 실시간 촬영하는 내시경을 포함하는 수술로봇 장치; 및 상기 영상처리부에서 생성된 3D 영상에 표시된 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌을 방지하는 충돌방지부;를 포함할 수 있다. A surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes: an endoscope device equipped with an endoscope that is inserted through a predetermined incision into an inflated surgical space before performing robotic surgery; An image processing unit for generating a 3D image of the surgical space in which a main body element is displayed using a plurality of 2D or 3D images taken from the endoscope of the endoscope device; It includes a robot arm inserted into the surgical space through a predetermined incision, a control unit for performing surgery by controlling the robot arm, and an endoscope inserted into the surgical space through a predetermined incision to photograph the surgical site in real time. A surgical robot device; And a collision prevention unit that prevents collision of the main biological element displayed on the 3D image generated by the image processing unit and the surgical robot device inserted into the surgical space.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 영상처리부는, 상기 내시경 장치의 내시경에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부에서 획득된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 상기 수술공간을 나타내는 하나의 3D 영상으로 정합하는 3D 영상 정합부; 상기 정합된 3D 영상에 포함된 생체 주요요소를 추출하는 생체 주요요소 추출부; 및 상기 생체 주요요소 추출부에서 추출된 생체 주요요소를 상기 정합된 3D 영상에 표시하여 상기 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 3D 영상 생성부;를 포함할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the image processing unit, an image acquisition unit for acquiring a plurality of 2D or 3D images taken from the endoscope of the endoscope device; A 3D image matching unit that matches a plurality of 2D or 3D images acquired by the image acquisition unit into one 3D image representing the surgical space; A bio-element extracting unit for extracting a bio-element included in the matched 3D image; And a 3D image generating unit that displays a bio-major element extracted from the bio-major element extraction unit on the matched 3D image to generate a 3D image of the surgical space where the bio-major element is displayed.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 영상처리부는 상기 3D 영상 생성부에서 생성된 3D 영상을 제공하는 영상제공부를 더 포함할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the image processing unit may further include an image providing unit providing a 3D image generated by the 3D image generating unit.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 영상제공부는 로봇수술 수행 전에 상기 3D 영상 생성부에서 생성된 3D 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이되는 영상을 조작할 수 있는 조작부를 포함할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the image providing unit, the display unit for displaying the 3D image generated by the 3D image generating unit before performing the robot operation, and the displayed image It may include an operation unit that can be operated.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 충돌방지부는, 로봇수술 수행중 상기 수술로봇 장치의 제어부로부터 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 수신하는 위치정보 수신부; 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소의 위치정보와 상기 위치정보 수신부에서 실시간 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 이용하여 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단부; 및 상기 충돌위험 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생부;를 포함할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention unit, real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space from the control unit of the surgical robot device during the robot operation performed A location information receiver to receive; Surgery inserted into the main body and the surgical space using real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space received in real time from the location information receiving unit and location information of the main body elements displayed on the generated 3D image. A collision risk determination unit for determining whether the robot devices have a collision risk; And a danger signal generation unit that generates a danger signal when it is determined that there is a collision risk between the main bio-elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 충돌방지부는 상기 위치정보 수신부로부터 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 상기 생성된 3D 영상에 실시간으로 맵핑시키는 맵핑부를 더 포함하고, 상기 충돌위험 판단부는 상기 생체 주요요소와 상기 맵핑된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치에서의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 판단하고, 상기 위험신호 발생부는 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인 경우 위험신호를 발생할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention unit is the generated 3D image of the real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space received from the location information receiving unit Further comprising a mapping unit for mapping in real time, the collision risk determining unit calculates the distance from the real-time position of the main surgical elements and the surgical robot devices inserted into the mapped surgical space, the calculated distance is preset It is determined whether it is within a range, and the danger signal generating unit may generate a danger signal when the calculated distance is within a predetermined range.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 충돌위험 판단부는 궤적추정(trajectory estimation)을 통해 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 예상 경로를 파악하고, 상기 파악된 예상 경로가 상기 생체 주요요소와 충돌할 가능성이 있는지 여부를 판단하고, 상기 위험신호 발생부는 상기 판단 결과 충돌할 가능성이 있다고 판단한 경우 위험신호를 발생할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision risk determination unit grasps the predicted path of the surgical robot devices inserted into the surgical space through trajectory estimation, the It is determined whether or not the predicted predicted path may collide with the main body of the living body, and the danger signal generator may generate a danger signal when it is determined that there is a possibility of collision as a result of the determination.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 충돌방지부는 상기 충돌위험 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 상기 판단결과를 상기 수술로봇 장치의 제어부로 송신하는 송신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 송신부로부터 송신된 판단결과를 기초로 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들을 제어하여 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 상기 생체 주요요소의 충돌을 방지할 수 있다. In addition, the surgical robot system for the minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention unit is determined by the collision risk determination unit, the collision risk of the main body elements and surgical robot devices inserted into the surgical space If it is judged that there is, further comprising a transmission unit for transmitting the determination result to the control unit of the surgical robot device, the control unit controls the surgical robot devices inserted into the surgical space based on the determination result transmitted from the transmission unit to It is possible to prevent the collision between the surgical robot devices inserted into the surgical space and the main body element.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 충돌방지부는, 로봇수술 수행중 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 추출하는 위치 추출부; 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소와 상기 위치 추출부에서 실시간 추출되는 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 이용하여 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단부; 및 상기 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소들과 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생부;를 포함할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention unit, a location extraction unit for extracting real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space during robotic surgery; By using the real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space extracted in real time from the bio-elements displayed in the generated 3D image and the location extraction unit, the main biological elements and surgical robot devices inserted into the surgical space A collision risk determination unit to determine whether there is a collision risk; And a danger signal generating unit that generates a danger signal when it is determined that there is a collision risk between the main body elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 내시경 장치의 내시경이 삽입되는 절개부위의 개수와 위치는, 로봇수술 수행을 위해 상기 수술로봇 장치의 로봇팔과 내시경이 삽입되는 절개부위의 개수 및 위치와 동일할 수 있다. In addition, in the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the number and location of the incision sites into which the endoscope of the endoscope device is inserted, the robot arm and endoscope of the surgical robot device for performing robotic surgery It may be the same as the number and position of the incision is inserted.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 내시경 장치의 내시경의 개수는 상기 절개부위 각각에 삽입되어 상기 수술공간을 동시에 촬영 가능하도록 적어도 상기 절개부위의 개수만큼 구비될 수 있다. In addition, in the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the number of endoscopes of the endoscope device is inserted into each of the incision sites and at least as many as the number of incision sites to simultaneously photograph the surgical space. It may be provided.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템은, 상기 수술로봇 장치의 내시경은 상기 내시경 장치의 내시경 중 어느 하나를 이용할 수 있다. In addition, the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the endoscope of the surgical robot device may use any one of the endoscope of the endoscope device.

한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간을 촬영하는 수술공간 촬영 단계; 상기 촬영된 수술공간에 대한 다수의 2D 또는 3D 영상들을 이용하여 상기 수술공간에 존재하는 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 영상처리 단계; 및 로봇수술 수행중 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치를 파악하여 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 상기 생체 주요요소 사이의 충돌을 방지하는 충돌방지 단계;를 포함할 수 있다. On the other hand, a collision prevention method for a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes: a surgical space photographing step of photographing an inflated surgical space before performing robot surgery; An image processing step of generating a 3D image of the surgical space in which major elements of a living body present in the surgical space are displayed using a plurality of 2D or 3D images of the photographed surgical space; And a collision prevention step of detecting a real-time location of the surgical robot devices inserted into the surgical space during robot surgery and preventing collision between the surgical robot devices inserted into the surgical space and the main body of the living body. .

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 영상처리 단계는, 상기 촬영된 수술공간에 대한 다수의 2D 또는 3D 영상을 획득하는 영상 획득 단계; 상기 획득된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 상기 수술공간을 나타내는 하나의 3D 영상으로 정합하는 3D 영상 정합 단계; 상기 정합된 3D 영상에 포함된 생체 주요요소를 추출하는 생체 주요요소 추출 단계; 및 상기 추출된 생체 주요요소를 상기 정합된 3D 영상에 표시하여 상기 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 3D 영상 생성 단계;를 포함할 수 있다. In addition, a collision prevention method for a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes: an image acquisition step of acquiring a plurality of 2D or 3D images of the photographed surgical space; A 3D image matching step of matching the acquired 2D or 3D images into one 3D image representing the surgical space; A bio-element extraction step of extracting a bio-element included in the matched 3D image; And generating a 3D image of the surgical space in which the main body is displayed by displaying the extracted main body on the matched 3D image.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 영상처리 단계는 상기 생성된 3D 영상을 디스플레이하는 3D 영상 제공 단계;를 더 포함할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the image processing step may further include a 3D image providing step for displaying the generated 3D image.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 충돌방지 단계는, 로봇수술 수행중 상기 수술로봇 장치의 제어부로부터 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치 정보를 수신하는 위치정보 수신 단계; 상기 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보와 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소의 위치정보를 이용하여 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단 단계; 및 상기 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생 단계;를 포함할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention step, the surgical robot device inserted into the surgical space from the control of the surgical robot device during the robot operation Location information receiving step of receiving the real-time location information of the; Using the real-time location information of the surgical robot devices inserted into the received surgical space and the location information of the biological main elements displayed on the generated 3D image, the risk of collision between the biological main elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space A collision risk determination step of determining whether or not; And a danger signal generation step of generating a danger signal when it is determined that there is a collision risk between the main bio element and the surgical robot device inserted into the surgical space.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 충돌방지 단계는 상기 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 상기 생성된 3D 영상에 실시간으로 맵핑시키는 맵핑 단계를 더 포함하고, 상기 충돌위험 판단 단계는 상기 생체 주요요소와 상기 맵핑된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치에서의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 판단하고, 상기 위험신호 발생 단계는 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인 경우 위험신호를 발생할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, wherein the collision prevention step is the generated 3D real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space Further comprising a mapping step of mapping in real time to the image, the collision risk determination step calculates the distance at the real-time position of the surgical robot devices inserted into the main surgical element and the mapped surgical space, and the calculated distance It is determined whether or not is within a preset range, and the danger signal generation step may generate a danger signal when the calculated distance is within a preset range.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 충돌위험 판단 단계는, 궤적추정(trajectory estimation)을 통해 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 예상 경로를 파악하고, 상기 파악된 예상 경로가 상기 생체 주요요소와 충돌할 가능성이 있는지 여부를 판단하고, 상기 위험신호 발생 단계는 상기 판단 결과 충돌할 가능성이 있다고 판단한 경우 위험신호를 발생할 수 있다. In addition, in the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision risk determination step is expected of surgical robot devices inserted into the surgical space through trajectory estimation. The path may be determined, and it is determined whether or not the predicted expected path may collide with the main body element, and the danger signal generation step may generate a danger signal when it is determined that there is a possibility of collision as a result of the determination.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 충돌방지 단계는, 상기 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 상기 판단결과를 상기 수술로봇 장치의 제어부로 송신하는 송신 단계와, 상기 수술로봇 장치의 제어부가 상기 송신된 판단결과를 기초로 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들을 제어하여 상기 로봇팔과 상기 생체 주요요소의 충돌을 방지하는 충돌방지 제어 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the collision prevention step, the collision result, the collision of the surgical robot device inserted into the main body and the surgical space When it is determined that there is a risk, the transmitting step of transmitting the determination result to the control unit of the surgical robot device, and the control unit of the surgical robot device controls the surgical robot devices inserted into the surgical space based on the transmitted determination result By further comprising a collision control step of preventing the collision of the robot arm and the main element of the living body.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 수술공간을 촬영하기 위한 절개부위의 개수와 위치는 로봇수술 수행을 위한 절개부위의 개수 및 위치와 동일할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes the number and location of incisions for performing robotic surgery, and the number and location of incisions for imaging the surgical space. It can be the same.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 상기 수술공간을 촬영하기 위한 내시경의 개수는 적어도 상기 절개부위의 개수만큼 구비되고, 상기 수술공간 촬영 단계는 상기 복수의 내시경이 상기 절개부위 각각에 삽입되어 상기 수술공간을 동시에 촬영할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the number of endoscopes for photographing the surgical space is provided at least as many as the number of incisions, and the surgical space imaging step The plurality of endoscopes are inserted into each of the incisions to simultaneously photograph the surgical space.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 충돌방지 방법은, 로봇수술 수행중 수술부위를 실시간 촬영하기 위한 상기 수술로봇 장치의 내시경은 상기 수술공간을 촬영하기 위한 내시경 중 어느 하나를 이용할 수 있다. In addition, the collision prevention method of the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, the endoscope of the surgical robot device for real-time imaging of the surgical site during robotic surgery is an endoscope for photographing the surgical space Either can be used.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템 및 이를 이용한 충돌방지 방법에 의하면, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 이용하여 로봇수술을 수행함으로써, 추가적인 절개를 하지 않고도 수술부위 전체에 대한 영상 획득이 가능하며, 나아가 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to the surgical robot system for minimally invasive surgery and the collision prevention method using the same according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, robot surgery is performed using 3D image information on the inflated surgical space before performing robot surgery By doing so, it is possible to acquire an image of the entire surgical site without additional incision, and further, there is an effect of preventing collision between the surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of the living body.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템 및 이를 이용한 충돌방지 방법에 의하면, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보 생성하여 제공함으로써, 로봇수술 수행 전에 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 미리 확인할 수 있으며, 나아가 상기 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상을 이용하여 효율적인 수술계획이 가능하고, 수술수행 전에 수술부위에 대한 3D 영상을 미리 확인할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention and a collision prevention method using the same, by generating and providing 3D image information about an inflated surgical space before performing robot surgery, the inflated before performing robot surgery It is possible to check the 3D image of the surgical space in advance, and further, it is possible to efficiently plan the operation by using the 3D image of the inflated surgical space, and it is possible to check the 3D image of the surgical site in advance before performing the operation.

본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects according to the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of claims and detailed description. Will be able to.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 나타내는 구성도이고,
도 2는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간을 촬영하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 3은 생체 주요요소가 표시된 수술공간에 대한 3D 영상을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 4는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간으로 수술로봇 장치의 로봇팔과 내시경이 삽입되어 로봇수술이 수행중인 상태를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 나타내는 구성도이고,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 이용한 충돌방지 방법을 나타내는 흐름도이다. 1 is a configuration diagram showing a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention,
2 is a view schematically showing a state of photographing an inflated surgical space before performing robotic surgery,
3 is a diagram schematically showing a 3D image of a surgical space in which major elements of a living body are displayed,
FIG. 4 is a view showing a state in which robot surgery is being performed by inserting a robot arm and an endoscope of a surgical robot device into an inflated surgical space before performing robot surgery,
5 is a configuration diagram showing a surgical robot system for minimally invasive surgery according to another embodiment of the present invention,
6 is a flowchart illustrating a collision prevention method using a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.While the present invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated and illustrated in the drawings, which will be described in detail below. However, it is not intended to limit the invention to the specific forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and substitutes consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

또한, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장된 것일 수 있으며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.In addition, in the accompanying drawings, thickness and size may be exaggerated for clarity of specification, and thus the present invention is not limited by the relative size or thickness shown in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간을 촬영하는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 생체 주요요소가 표시된 수술공간에 대한 3D 영상을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간으로 수술로봇의 로봇팔과 내시경이 삽입되어 로봇수술이 수행중인 상태를 나타내는 도면이다.1 is a configuration diagram showing a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view schematically showing a state in which an inflated surgical space is taken before performing robot surgery, and FIG. 3 is a living body It is a diagram schematically showing a 3D image of a surgical space where major elements are displayed, and FIG. 4 is a view showing a state in which robot surgery is being performed by inserting the robot arm and endoscope of the surgical robot into the inflated surgical space before performing robot surgery.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)은, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간(2)을 촬영하는 내시경 장치(200)와, 수술공간(2)에 대한 3D 영상을 생성하는 영상처리부(300)와, 로봇수술을 수행하는 수술로봇 장치(400)와, 수술공간(2)에 존재하는 생체 주요요소(3)와 수술공간(2)으로 삽입되는 수술로봇 장치(400)들의 충돌을 방지하는 충돌방지부(500)를 포함할 수 있다.1 to 4, the surgical robot system 100 for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes an endoscope device 200 for photographing an inflated surgical space 2 before performing robotic surgery, The image processing unit 300 for generating a 3D image of the surgical space 2, the surgical robot device 400 performing robotic surgery, and the main biological elements 3 and the surgical space (3) in the surgical space 2 2) may include a collision prevention unit 500 to prevent collision of the surgical robot device 400 is inserted into.

상기 수술공간(2)에 존재하는 생체 주요요소(3)는 로봇수술 수행시 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들과 충돌로 인해 손상이 발생할 수 있는 생체 부위를 말하는 것으로, 상기 생체 주요요소(3)에는 장기(5), 동맥과 정맥을 포함하는 혈관(7), 신경(9) 등이 포함될 수 있다. The main body element 3 existing in the surgical space 2 refers to a living body part that may be damaged due to collision with the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 when performing robotic surgery, The main body element 3 may include organs 5, blood vessels 7 including arteries and veins, nerves 9, and the like.

상기 내시경 장치(200)는 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간(2)으로 소정의 절개부위(11,13,15,17)를 통해 삽입되어 수술공간(2)을 촬영하는 내시경(210)을 구비할 수 있다.The endoscopic device 200 is provided with an endoscope 210 that is inserted through a predetermined incision (11,13,15,17) into the inflated surgical space (2) before performing robotic surgery to photograph the surgical space (2). You can.

상기 영상처리부(300)는 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 이용하여 생체 주요요소(3)가 표시된 수술공간(2)에 대한 3D 영상(20)(도 3 참조)을 생성할 수 있다.The image processing unit 300 uses a plurality of 2D or 3D images taken from the endoscope 210 of the endoscope device 200 to 3D image 20 for the surgical space 2 in which the main body 3 is displayed. (See FIG. 3).

여기서, 상기 2D 또는 3D 영상은 동영상 또는 초음파 영상 등일 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.Here, the 2D or 3D image may be a video or an ultrasound image, and the present invention is not limited thereto.

상기 수술로봇 장치(400)는 소정의 절개부위(11,13,15,17)를 통해 수술공간(2)으로 삽입되는 로봇팔(410)과, 로봇팔(410)을 제어하여 수술을 수행하는 제어부(420)와, 소정의 절개부위(11,13,15,17)를 통해 수술공간(2)으로 삽입되어 수술 중인 수술부위(19)를 실시간으로 촬영하는 내시경(430)을 포함할 수 있다.The surgical robot device 400 controls the robot arm 410 and the robot arm 410 inserted into the surgical space 2 through predetermined incisions 11, 13, 15, and 17 to perform surgery. It may include a control unit 420 and an endoscope 430 that is inserted into the surgical space 2 through a predetermined incision (11, 13, 15, 17) and photographs the surgical site 19 under surgery in real time. .

본 명세서에 있어서, 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들이라 함은, 상기 수술공간(2)으로 삽입된 로봇팔(410), 상기 수술공간(2)으로 삽입된 내시경(430) 및 상기 수술공간(2)으로 삽입된 로봇팔(410)의 끝부분에 결합된 수술도구들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.In the present specification, the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 are the robot arm 410 inserted into the surgical space 2 and the endoscope inserted into the surgical space 2 ( 430) and at least one of surgical tools coupled to the end of the robot arm 410 inserted into the surgical space 2, the present invention is not limited thereto.

상기 소정의 절개부위(11,13,15,17)는 대략 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210), 로봇팔(410) 및 상기 수술로봇 장치(400)의 내시경(430)이 삽입될 수 있는 크기를 가지는 구멍(ex. 복강공)일 수 있다.The predetermined incision (11,13,15,17) may be approximately the endoscope (210) of the endoscope device (200), the robot arm (410) and the endoscope (430) of the surgical robot device (400). It may be a hole having a size (ex. Abdominal cavity).

상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)이 삽입되는 절개부위(11,13,15,17) 개수는, 상기 내시경(210)이 수술공간(2)을 다양한 각도에서 촬영할 수 있도록 수술공간(2)의 서로 다른 위치로 삽입되도록 하는 복수개일 수 있다.The number of incisions (11, 13, 15, 17) into which the endoscope 210 of the endoscope device 200 is inserted is a surgical space (2) so that the endoscope 210 can photograph the surgical space 2 from various angles. ) May be inserted into different positions.

이때, 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)이 삽입되는 절개부위(11,13,15,17)의 개수와 위치는, 로봇수술 수행을 위해 상기 수술로봇 장치(400)의 로봇팔(410)과 내시경(430)이 삽입되는 절개부위(11,13,15,17) 개수 및 위치와 동일한 것일 수 있다. At this time, the number and position of the incision (11,13,15,17) where the endoscope 210 of the endoscope device 200 is inserted, the robot arm 410 of the surgical robot device 400 for performing robotic surgery ) And the endoscope 430 may be the same number and location of the incision (11,13,15,17) is inserted.

그러면, 상기 절개부위(11,13,15,17)의 개수를 최소화할 수 있어서, 최소 침습 수술을 위한 로봇수술이 가능해 질 수 있다.Then, the number of incisions 11, 13, 15, and 17 can be minimized, and robotic surgery for minimally invasive surgery can be possible.

또한, 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)의 개수는 상기 복수의 절개부위(11,13,15,17) 각각에 삽입되어 수술공간(2)을 동시에 촬영 가능하도록 적어도 상기 복수의 절개부위(11,13,15,17)의 개수만큼 구비될 수 있다.In addition, the number of endoscopes 210 of the endoscope device 200 is inserted into each of the plurality of incision sites 11, 13, 15, 17, and at least the plurality of incision sites to simultaneously photograph the surgical space 2 It may be provided as many as (11,13,15,17).

예를 들어, 도 4에서 보이는 바와 같이, 로봇수술 수행을 위해 상기 수술로봇 장치(400)가 3개의 로봇팔(410)과 하나의 내시경(430)으로 이루어져, 상기 로봇수술 수행을 위한 절개부위(11,13,15,17)가 총 4개로 이루어지는 경우에는, 도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)의 개수는 적어도 4개 이상으로 구비될 수 있으며, 상기 각각의 내시경(210)은 상기 로봇수술 수행을 위한 절개부위(11,13,15,17) 각각으로 삽입되어 수술공간(2)을 동시에 다양한 각도로 촬영할 수 있다.For example, as shown in FIG. 4, the surgical robot device 400 is composed of three robot arms 410 and one endoscope 430 for performing robotic surgery, and an incision site for performing the robotic surgery ( 11,13,15,17) when a total of four, as shown in Figure 2, the number of the endoscope 210 of the endoscope device 200 may be provided with at least four, each of the The endoscope 210 can be inserted into each of the incision sites 11, 13, 15, and 17 for performing the robotic surgery to simultaneously photograph the surgical space 2 at various angles.

이때, 상기 수술로봇 장치(400)의 내시경(430)은 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210) 중 어느 하나를 이용할 수 있다. At this time, the endoscope 430 of the surgical robot device 400 may use any one of the endoscope 210 of the endoscope device 200.

또한, 도면에는 도시되지 않지만, 상기 수술로봇 장치(400)는 의사에 의해 조종되는 오퍼레이팅 장치를 더 포함할 수 있으며, 제어부(420)는 상기 오퍼레이팅 장치에 의한 의사의 제어에 따라 로봇팔(410)의 작동을 제어할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 로봇수술이 제어부(420)(ex.컴퓨터)에 의해 완전 자동으로 이루어질 수도 있다.In addition, although not shown in the drawing, the surgical robot device 400 may further include an operating device controlled by a doctor, and the control unit 420 may control the robot arm 410 under the control of the doctor by the operating device. Can control the operation of. However, the present invention is not limited to this, and robot surgery may be performed completely automatically by the control unit 420 (ex. Computer).

한편, 최소 침습 수술은 신체의 손상을 최소화하고 수술의 정확성과 안전성을 높일 수 있는 수술로서, 최소 침습 수술을 위한 로봇수술을 위해서는 상술한 바와 같이 상기 절개부위(11,13,15,17)의 개수를 최소한으로 하여야 할 뿐만 아니라, 동시에 수술의 정확성과 안전성을 높일 수 있어야 한다. On the other hand, minimally invasive surgery is a surgery that can minimize the damage to the body and increase the accuracy and safety of the surgery. For robotic surgery for minimally invasive surgery, as described above, the incision sites (11, 13, 15, 17) Not only should the number be minimized, but at the same time, the accuracy and safety of surgery should be improved.

이를 위해, 상기 수술공간(2)에서의 로봇수술 수행시 수술공간(2)에 존재하는 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌을 방지할 필요가 있다.To this end, when performing robotic surgery in the surgical space 2, collision of the main biological element 3 existing in the surgical space 2 and the surgical robot device 400 inserted into the surgical space 2 is prevented. There is a need.

특히, 상기 절개부위(11,13,15,17)를 최소한으로 하기 위하여 로봇수술 장치(400)가 3개의 로봇팔(410)과 하나의 내시경(430)으로 이루어지는 경우에는, 로봇수술 수행시 하나의 내시경(430)만을 이용하여 수술공간(2) 중 일 부분인 수술부위(19)만을 실시간으로 촬영할 수 있기 때문에, 수술공간(2) 중 상기 수술부위(19) 외의 영역에서는 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들과 생체 주요요소(3)와의 충돌을 방지하기가 어려우며, 그렇다고 수술공간(2)을 촬영하기 위한 내시경(430)의 개수를 늘리는 것은 절개부위(11,13,15,17) 개수를 늘려야 하기 때문에 최소 침습 수술이 어려우며, 나아가 내시경(430)의 개수가 늘어나면 수술공간(2)에서 내시경(430)과 로봇팔(410)이 서로 충돌이 일어날 가능성이 커지게 되어 바람직하지 않다.Particularly, in order to minimize the incision sites 11, 13, 15, and 17, when the robot surgery apparatus 400 is composed of three robot arms 410 and one endoscope 430, one is performed during robot surgery. Since only the surgical site 19, which is a part of the surgical space 2, can be photographed in real time using only the endoscope 430 of the surgical space 2, the surgical space 2 ) It is difficult to prevent the collision between the surgical robot devices 400 and the main body element 3, and increasing the number of endoscopes 430 for photographing the surgical space 2 is an incision (11, 13,15,17) Since it is necessary to increase the number, it is difficult to perform minimally invasive surgery, and further, if the number of endoscopes 430 increases, there is a possibility that the endoscope 430 and the robot arm 410 collide with each other in the surgical space 2 It is undesirable because it becomes large.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)은 영상처리부(300)와 충돌방지부(500)를 포함하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention, the surgical robot system 100 for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention includes an image processing unit 300 and a collision prevention unit 500.

이하 상기 영상처리부(300)와 충돌방지부(500)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the image processing unit 300 and the collision prevention unit 500 will be described in detail.

상기 영상처리부(300)는 상기 내시경 장치(200)의 내시경(210)에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 획득하는 영상 획득부(310)와, 영상 획득부(310)에서 획득된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 수술공간(2)을 나타내는 하나의 3D 영상으로 정합하는 3D 영상 정합부(320)와, 상기 정합된 3D 영상에 포함된 생체 주요요소(3)를 추출하는 생체 주요요소 추출부(330)와, 생체 주요요소 추출부(330)에서 추출된 생체 주요요소(3)를 상기 정합된 3D 영상에 표시하여 생체 주요요소(3)가 표시된 상기 수술공간(2)에 대한 3D 영상(20)(도 3 참조)을 생성하는 3D 영상 생성부(340)를 포함할 수 있다. The image processing unit 300 includes an image acquisition unit 310 that acquires a plurality of 2D or 3D images captured by the endoscope 210 of the endoscope device 200, and a plurality of 2D acquired by the image acquisition unit 310. Alternatively, a 3D image matching unit 320 for matching 3D images into one 3D image representing the surgical space 2, and a bio-main component extraction unit for extracting bio-major elements 3 included in the matched 3D image ( 330), and the bio-main element 3 extracted from the bio-main element extraction unit 330 is displayed on the matched 3D image, thereby displaying a 3D image 20 of the surgical space 2 in which the bio-main element 3 is displayed. ) (See FIG. 3).

상기 생체 주요요소 추출부(330)는 상기 정합된 3D 영상을 이미지 프로세싱(Image Processing)을 통하여 영상 내 잡음을 제거한 후 생체 주요요소(3)를 추출할 수 있다. The bio-major element extraction unit 330 may extract the bio-major element 3 after removing the noise in the image through image processing of the matched 3D image.

여기서, 상기 영상 잡음 처리 기법은 반사광 제거, 영상 잡음 필터링(Image Noise Filtering) 및 각인(Inprinting)을 포함할 수 있으며, 상기 생체 주요요소(3)의 추출은 블롭 카운팅(Blob Counting), 탐색(Detection), 라벨링(Labeling), 실시간 트래킹(Real-Time Tracking), 딥 러닝 알고리즘 등을 이용한 학습을 통하여 이루어질 수 있다. Here, the image noise processing technique may include reflection light removal, image noise filtering, and imprinting, and extraction of the main body element 3 may include blob counting and detection. ), Labeling, real-time tracking, and deep learning algorithms.

상기 충돌방지부(500)는 로봇수술 수행중 상기 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)로부터 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 수신하는 위치정보 수신부(510)와, 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소(3)의 위치정보와 위치정보 수신부(510)에서 실시간 수신된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 이용하여 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단부(520)와, 상기 충돌위험 판단부(520) 판단 결과 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우 알람, 불빛 등의 위험신호를 발생하는 위험신호 발생부(530)를 포함할 수 있다. The collision prevention unit 500 is a location information receiving unit that receives real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 from the control unit 420 of the surgical robot device 400 during robot surgery. Real-time location of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 received in real time from the location information and the location information receiving unit 510 of the main body element 3 displayed on the generated 3D image. A collision risk determination unit 520 and a collision risk determination unit 520 for determining whether a collision risk of the surgical robot device 400 inserted into the main body element 3 and the surgical space 2 is performed using information. As a result of the determination, if it is determined that there is a collision risk between the main biological element 3 and the surgical robot device 400 inserted into the surgical space 2, the danger signal generating unit 530 generating a danger signal such as an alarm or a light is provided. It can contain.

또한, 상기 충돌방지부(500)는 위치정보 수신부(510)로부터 수신된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 상기 생성된 3D 영상에 실시간으로 맵핑시키는 맵핑부(540)를 더 포함할 수 있다. In addition, the collision prevention unit 500 is a mapping that maps the real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 received from the location information receiving unit 510 to the generated 3D image in real time. A portion 540 may be further included.

이때, 상기 충돌위험 판단부(520)는 생체 주요요소(3)와 상기 맵핑된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치에서의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있으며, 상기 위험신호 발생부(530)는 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인 경우 위험신호를 발생할 수 있다. At this time, the collision risk determination unit 520 calculates the distance at the real-time position of the surgical robot devices 400 inserted into the main surgical element 3 and the mapped surgical space 2, and the calculated distance It is possible to determine whether or not within a predetermined range, and the danger signal generation unit 530 may generate a danger signal when the calculated distance is within a predetermined range.

또한, 상기 충돌위험 판단부(520)는 궤적추정(trajectory estimation)을 통해 위치정보 수신부(510)에서 수신된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 예상 경로를 파악하고, 상기 파악된 예상 경로가 생체 주요요소(3)와 충돌할 가능성이 있는지 여부를 판단할 수 있다. In addition, the collision risk determination unit 520 grasps the predicted paths of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 received from the location information receiving unit 510 through trajectory estimation, It is possible to determine whether or not the predicted predicted route may collide with the main body 3.

이때, 상기 위험신호 발생부(530)는 상기 판단 결과 충돌할 가능성이 있다고 판단한 경우 위험신호를 발생할 수 있다.At this time, the danger signal generation unit 530 may generate a danger signal when it is determined that there is a possibility of collision as a result of the determination.

또한, 상기 충돌방지부(500)는 상기 충돌위험 판단부(520)의 판단 결과, 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 상기 판단결과를 상기 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)로 송신하는 송신부(550)를 더 포함할 수 있다. In addition, the collision prevention unit 500, as a result of the determination of the collision risk determining unit 520, determines that there is a collision risk of the main biological element 3 and the surgical robot device 400 inserted into the surgical space 2 If it is, it may further include a transmission unit 550 for transmitting the determination result to the control unit 420 of the surgical robot device 400.

이때, 상기 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)는 송신부(550)로부터 송신된 판단결과를 기초로 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들을 제어하여 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들과 생체 주요요소(3)의 충돌을 방지할 수 있다. At this time, the control unit 420 of the surgical robot device 400 controls the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 based on the determination result transmitted from the transmission unit 550 to control the surgical space 2 ) Can prevent the collision of the surgical robot devices 400 and the main body element 3.

또한, 상기 충돌방지부(500)는 로봇수술 수행중 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 추출하는 위치 추출부(미도시)를 포함할 수도 있다. In addition, the collision prevention unit 500 may include a location extraction unit (not shown) that extracts real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 during robotic surgery.

상기 위치 추출부는 광학추적기(Optical Tracker), 카메라 영상 등을 이용하여 실시간으로 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 위치를 추출할 수 있다.The position extracting unit may extract the positions of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 in real time using an optical tracker, a camera image, or the like.

이때, 상기 충돌위험 판단부(520)는 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소(3)와 상기 위치 추출부(미도시)에서 실시간 추출되는 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 이용하여 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험 여부를 판단할 수 있으며, 상기 위험신호 발생부(530)는 충돌위험 판단부(520)의 판단 결과 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들이 충돌위험이 있다고 판단된 경우 위험신호를 발생할 수 있다. In this case, the collision risk determination unit 520 is a surgical robot device inserted into the surgical space 2 extracted in real time from the main body 3 and the location extraction unit (not shown) displayed on the generated 3D image ( Using the real-time location information of 400) it is possible to determine whether or not the collision risk of the surgical robot device 400 inserted into the main body element 3 and the surgical space 2, and the danger signal generator 530 As a result of the collision risk determination unit 520, when it is determined that the main biological elements 3 and the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 have a collision risk, a danger signal may be generated.

따라서, 위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)에 의하면, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간(2)에 대한 3D 영상정보를 이용하여 로봇수술을 수행함으로써, 추가적인 절개를 하지 않고도 수술부위 전체에 대한 3D 영상 획득이 가능하며, 나아가 상기 획득된 3D 영상을 이용하여 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있다. Therefore, according to the surgical robot system 100 for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention having the above configuration, robot surgery is performed using 3D image information on the inflated surgical space 2 before performing robot surgery. By performing, it is possible to obtain a 3D image of the entire surgical site without additional incision, and further, by using the obtained 3D image, it is possible to prevent collision between the surgical robot devices inserted into the surgical space and main body elements. .

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 나타내는 구성도이다.5 is a block diagram showing a surgical robot system for minimally invasive surgery according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)은, 상기 영상처리부(300)가 상기 3D 영상 생성부(340)에서 생성된 3D 영상을 제공하는 영상제공부(350)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, in the surgical robot system 100 for minimally invasive surgery according to the present embodiment, the image processing unit 300 provides an image providing unit providing the 3D image generated by the 3D image generating unit 340 ( 350) may be further included.

상기 영상제공부(350)는 로봇수술 수행 전에 상기 3D 영상 생성부(340)에서 생성된 3D 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(352)와, 상기 디스플레이부(352)에서 디스플레이되는 영상을 조작할 수 있는 조작부(354)를 포함할 수 있다. The image providing unit 350 is a display unit 352 for displaying the 3D image generated by the 3D image generating unit 340 before performing a robot operation, and an operation unit capable of manipulating the image displayed on the display unit 352 354.

또한, 도면에는 도시되지 않지만, 상기 조작부(354)는 디스플레이되는 영상에서 필요한 요소를 부각시킬 수 있는 영상처리 모드와, 영상내 이동, 확대, 축소 등을 수행할 수 있는 관측 모드 선택부를 포함할 수 있다.In addition, although not shown in the drawing, the manipulation unit 354 may include an image processing mode capable of highlighting necessary elements in the displayed image, and an observation mode selection unit capable of performing movement, enlargement, and reduction in the image. have.

여기서, 상기 관측 모드 선택부는 생체 주요요소 표시 및 복수의 색상 처리 모드를 포함할 수 있으며, 영상 이동, 확대, 축소, 회전 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 색상 처리 모드는 RGV, La*b*, HSV를 포함하는 색상 스페이스의 조합 및 최적화, 히스토그램 스트레칭, 히스토그램 이퀄리제이션 및 노멀라이제이션 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Here, the observation mode selection unit may include a bio-element display and a plurality of color processing modes, and may include at least one or more of image movement, enlargement, reduction, and rotation, and the color processing modes are RGV, La * b *, combination and optimization of color spaces including HSV, histogram stretching, histogram equalization and normalization.

따라서, 본 실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)에 의하면, 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간(2)에 대한 3D 영상정보 생성하여 제공함으로써, 로봇수술을 수행하는 의사는 로봇수술 수행 전에 상기 영상제공부(350)에서 제공된 상기 부풀려진 수술공간(2)에 대한 3D 영상을 미리 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 영상제공부(350)에서 제공된 상기 부풀려진 수술공간(2)에 대한 3D 영상을 이용하여 효율적인 수술계획을 세울 수 있다.Therefore, according to the surgical robot system 100 for minimally invasive surgery according to the present embodiment, by performing 3D image information on the inflated surgical space 2 before performing robot surgery, a doctor performing robot surgery can perform robot surgery Before performing, a 3D image of the inflated surgical space 2 provided by the image providing unit 350 may be previously checked, and a 3D image of the inflated surgical space 2 provided by the image providing unit 350 may be used. By doing so, you can make an efficient surgical plan.

이하 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템(100)을 이용하여 로봇수술 수행시 수술공간(2)에 존재하는 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌을 방지하는 방법에 관하여 상세히 설명한다.Main biological elements (3) present in the surgical space (2) when performing a robot operation using the surgical robot system (100) for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above and the above A method for preventing collision of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 will be described in detail.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 이용한 충돌방지 방법을 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a collision prevention method using a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템을 이용한 충돌방지 방법은(S100), 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간(2)을 촬영하는 수술공간 촬영 단계(S200)와, 상기 촬영된 수술공간(2)에 대한 다수의 2D 또는 3D 영상들을 이용하여 수술공간(2)에 존재하는 생체 주요요소(3)가 표시된 상기 수술공간(2)에 대한 3D 영상을 생성하는 영상처리 단계(S300)와, 로봇수술 수행중 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치를 파악하여 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들과 생체 주요요소(3) 사이의 충돌을 방지하는 충돌방지 단계(S400)을 포함할 수 있다. Referring to Figure 6, the collision prevention method using a surgical robot system for minimally invasive surgery according to an embodiment of the present invention (S100), the surgical space imaging step of photographing the swollen surgical space (2) before performing robot surgery ( S200) and a 3D image of the surgical space 2 in which the main biological elements 3 present in the surgical space 2 are displayed using a plurality of 2D or 3D images of the photographed surgical space 2 Image processing step (S300) to generate, and during the robot operation, the surgical robot device 400 inserted into the surgical space 2 by grasping the real-time position of the surgical robot device 400 inserted into the surgical space 2 It may include a collision preventing step (S400) to prevent collision between the field and the main body element (3).

상기 영상처리 단계(S300)는 상기 촬영된 수술공간(2)에 대한 다수의 2D 또는 3D 영상을 획득하는 영상 획득 단계(S310)와, 상기 획득된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 상기 수술공간(2)을 나타내는 하나의 3D 영상으로 정합하는 3D 영상 정합 단계(S320)와, 상기 정합된 3D 영상에 포함된 생체 주요요소(3)를 추출하는 생체 주요요소 추출 단계(S330)와, 상기 추출된 생체 주요요소(3)를 상기 정합된 3D 영상에 표시하여 상기 생체 주요요소(3)가 표시된 상기 수술공간(2)에 대한 3D 영상을 생성하는 3D 영상 생성 단계(S340)를 포함할 수 있다. The image processing step (S300) is an image acquiring step (S310) of acquiring a plurality of 2D or 3D images of the photographed surgical space 2, and the obtained 2D or 3D images of the surgical space 2 3D image matching step (S320) to match one 3D image representing a), and a main body element extraction step (S330) for extracting a main body element 3 included in the matched 3D image (S330), and the extracted living body It may include a 3D image generating step (S340) of generating a 3D image of the surgical space (2) in which the main element (3) is displayed by displaying the main element (3) on the matched 3D image.

또한, 상기 영상처리 단계(S300)는 상기 생성된 3D 영상을 디스플레이하는 3D 영상 제공 단계(S350)를 더 포함할 수 있다. In addition, the image processing step (S300) may further include a 3D image providing step (S350) for displaying the generated 3D image.

상기 충돌방지 단계(S400)는 로봇수술 수행중 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)로부터 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치 정보를 수신하는 위치정보 수신 단계(S410)와, 상기 수신된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보와 상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소(3)의 위치정보를 이용하여 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단 단계(S420)와, 상기 판단 결과, 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생 단계(S430)를 포함할 수 있다. The collision preventing step (S400) is a location information receiving step of receiving real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 from the control unit 420 of the surgical robot device 400 during robot surgery. (S410), and the real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the received surgical space (2) and the location information of the main body element (3) displayed on the generated 3D image, the main body element (3) and the collision risk determination step (S420) for determining the collision risk of the surgical robot device 400 inserted into the surgical space (2), and as a result of the determination, the main body elements (3) and the surgical space ( If it is determined that there is a collision risk of the surgical robot devices 400 inserted into 2), it may include a danger signal generation step (S430) for generating a danger signal.

또한, 상기 충돌방지 단계(S400)는 상기 수신된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치정보를 상기 생성된 3D 영상에 실시간으로 맵핑시키는 맵핑 단계(S440)를 더 포함할 수 있다. In addition, the collision preventing step (S400) further comprises a mapping step (S440) of mapping real-time location information of the surgical robot devices 400 inserted into the received surgical space 2 to the generated 3D image in real time. It can contain.

이때, 상기 충돌위험 판단 단계(S420)는 생체 주요요소(3)와 상기 맵핑된 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 실시간 위치에서의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있으며, 상기 위험신호 발생 단계(S430)는 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인 경우 위험신호를 발생할 수 있다. At this time, the collision risk determination step (S420) calculates the distance in the real-time location of the surgical robot device 400 inserted into the main surgical element (3) and the mapped surgical space (2), and the calculated distance It may be determined whether or not is within a predetermined range, and the danger signal generation step (S430) may generate a danger signal when the calculated distance is within a predetermined range.

또한, 상기 충돌위험 판단 단계(S420)는 궤적추정(trajectory estimation)을 통해 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 예상 경로를 파악하고, 상기 파악된 예상 경로가 생체 주요요소(3)와 충돌할 가능성이 있는지 여부를 판단할 수 있다.In addition, in the collision risk determination step (S420), the predicted paths of the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 are determined through trajectory estimation, and the identified predicted paths are the main elements of the body. It is possible to judge whether there is a possibility of collision with (3).

이때, 상기 위험신호 발생 단계(S430)는 상기 판단 결과 충돌할 가능성이 있다고 판단한 경우 위험신호를 발생할 수 있다. At this time, the danger signal generation step (S430) may generate a danger signal when it is determined that there is a possibility of collision as a result of the determination.

또한, 상기 충돌방지 단계(S400)는 상기 충돌위험 판단 단계(S420)에서의 판단 결과, 생체 주요요소(3)와 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 상기 판단결과를 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)로 송신하는 송신 단계(S450)와, 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들과 생체 주요요소(3)의 충돌을 방지하도록 수술로봇 장치(400)의 제어부(420)가 상기 송신된 판단결과를 기초로 상기 수술공간(2)으로 삽입된 수술로봇 장치(400)들을 제어하는 충돌방지 제어 단계(S460)를 더 포함할 수 있다. In addition, in the collision preventing step (S400), as a result of the determination in the collision risk determining step (S420), there is a collision risk of the main biological elements 3 and the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2. If it is judged, the transmitting step (S450) of transmitting the determination result to the control unit 420 of the surgical robot device 400, the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 and the main biological elements ( 3) a collision-prevention control step in which the control unit 420 of the surgical robot device 400 controls the surgical robot devices 400 inserted into the surgical space 2 based on the transmitted determination result to prevent collision of the surgical robot device 400 ( S460) may be further included.

한편, 상기 수술공간(2)을 촬영하기 위한 절개부위(11,13,15,17)의 개수와 위치는 로봇수술 수행을 위한 절개부위(11,13,15,17)의 개수 및 위치와 동일할 수 있으며, 상기 수술공간(2)을 촬영하기 위한 내시경(210)의 개수는 적어도 상기 절개부위(11,13,15,17)의 개수만큼 구비될 수 있다.On the other hand, the number and location of incisions (11,13,15,17) for imaging the surgical space (2) are the same as the number and location of incisions (11,13,15,17) for performing robotic surgery. The number of endoscopes 210 for photographing the surgical space 2 may be provided at least as many as the number of incisions 11, 13, 15, and 17.

이때, 상기 수술공간 촬영 단계(200)는 상기 복수의 내시경(210)이 상기 절개부위(11,13,15,17) 각각에 삽입되어 상기 수술공간(2)을 동시에 촬영할 수 있다. At this time, in the surgical space imaging step 200, the plurality of endoscopes 210 may be inserted into each of the incision sites 11, 13, 15, and 17 to simultaneously photograph the surgical space 2.

또한, 로봇수술 수행중 수술부위(19)를 실시간 촬영하기 위한 수술로봇 장치(400)의 내시경(430)은 상기 수술공간(2)을 촬영하기 위한 내시경(210) 중 어느 하나를 이용할 수 있다. In addition, the endoscope 430 of the surgical robot device 400 for real-time photographing of the surgical site 19 during robotic surgery may use any one of the endoscope 210 for photographing the surgical space 2.

상술한 바와 같이, 본 발명은 로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간에 대한 3D 영상정보를 이용하여 로봇 수술을 수행함으로써, 로봇수술을 위해 수술로봇 장치들을 수술공간으로 삽입시키기 위해 필요한 절개부위의 개수를 최소화할 수 있음과 동시에 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소와의 충돌을 방지할 수 있는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템과, 이러한 시스템을 이용하여 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 생체 주요요소의 충돌을 방지할 수 있는 충돌 방지 방법에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.As described above, the present invention minimizes the number of incisions required to insert surgical robot devices into the surgical space for robotic surgery by performing robotic surgery using 3D image information on the inflated surgical space before performing robotic surgery. Surgical robot system for minimally invasive surgery that can prevent collisions between surgical robot devices inserted into the surgical space and major elements of the body at the same time, and surgical robot devices inserted into the surgical space using the system And it relates to a collision prevention method that can prevent the collision of the main elements of the living body, the embodiment will be possible to change in various forms. Therefore, the present invention is not limited by the embodiments disclosed herein, and all forms that can be changed by those skilled in the art to which the present invention pertains will also belong to the scope of the present invention.

2 : 수술공간 3 : 생체 주요요소
5 : 장기 7 : 혈관
9 : 신경 11, 13, 15, 17 : 절개부위
19 : 수술부위 20 : 생성된 3D 영상
100 : 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템
200 : 내시경 장치 210 : 내시경 장치의 내시경
300 : 영상처리부 310 : 영상 획득부
320 : 3D 영상 정합부 330 : 생체 주요요소 추출부
340 : 3D 영상 생성부 350 : 3D 영상 제공부
400 : 수술로봇 장치
410 : 로봇팔 420 : 제어부
430 : 수술로봇 장치의 내시경
500 : 충돌방지부 510 : 위치정보 수신부
520 : 충돌위험판단부 530 : 위험신호 발생부
540 : 맵핑부 550 : 송신부2: Surgical space 3: Main elements of living body
5: organ 7: blood vessels
9: nerves 11, 13, 15, 17: incision site
19: surgical site 20: generated 3D image
100: surgical robot system for minimally invasive surgery
200: endoscope device 210: endoscope of the endoscope device
300: image processing unit 310: image acquisition unit
320: 3D image matching unit 330: main body element extraction unit
340: 3D image generating unit 350: 3D image providing unit
400: surgical robot device
410: robot arm 420: control unit
430: endoscope of the surgical robot device
500: collision prevention unit 510: location information receiving unit
520: collision risk determination unit 530: danger signal generation unit
540: mapping unit 550: transmitting unit

Claims (22)

로봇수술 수행 전에 부풀려진 수술공간으로 소정의 절개부위를 통해 삽입되어 상기 수술공간을 촬영하는 내시경이 구비되는 내시경 장치;
상기 내시경 장치의 내시경에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 이용하여 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 영상처리부;
소정의 절개부위를 통해 상기 수술공간으로 삽입되는 로봇팔과, 상기 로봇팔을 제어하여 수술을 수행하는 제어부와, 소정의 절개부위를 통해 상기 수술공간으로 삽입되어 수술부위를 실시간 촬영하는 내시경을 포함하는 수술로봇 장치; 및
상기 영상처리부에서 생성된 3D 영상에 표시된 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌을 방지하는 충돌방지부;를 포함하고,
상기 내시경 장치의 내시경이 삽입되는 절개부위의 개수와 위치는, 로봇수술 수행을 위해 상기 수술로봇 장치의 로봇팔과 내시경이 삽입되는 절개부위의 개수 및 위치와 동일하고,
상기 내시경 장치의 내시경의 개수는 상기 절개부위 각각에 삽입되어 상기 수술공간을 동시에 촬영 가능하도록 적어도 상기 절개부위의 개수만큼 구비되고,
상기 수술로봇 장치의 내시경은 상기 내시경 장치의 내시경 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술 로봇 시스템.An endoscope device that is inserted through a predetermined incision into the inflated surgical space before performing robotic surgery and is equipped with an endoscope to photograph the surgical space;
An image processing unit for generating a 3D image of the surgical space in which a main body element is displayed using a plurality of 2D or 3D images taken from the endoscope of the endoscope device;
It includes a robot arm inserted into the surgical space through a predetermined incision, a control unit for performing surgery by controlling the robot arm, and an endoscope inserted into the surgical space through a predetermined incision to photograph the surgical site in real time. A surgical robot device; And
It includes; a collision prevention unit for preventing collision of the main biological elements displayed on the 3D image generated by the image processing unit and the surgical robot devices inserted into the surgical space;
The number and position of the incision sites into which the endoscope of the endoscope device is inserted is the same as the number and position of the incision sites into which the robot arm and endoscope of the surgical robot device are inserted to perform robotic surgery,
The number of endoscopes of the endoscopic device is inserted into each of the incisions, and at least the number of incisions is provided to simultaneously photograph the surgical space,
The endoscope of the surgical robot device is a surgical robot system for minimally invasive surgery, characterized in that using any one of the endoscope of the endoscope device. 제 1 항에 있어서,
상기 영상처리부는,
상기 내시경 장치의 내시경에서 촬영된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 획득하는 영상 획득부;
상기 영상 획득부에서 획득된 다수의 2D 또는 3D 영상들을 상기 수술공간을 나타내는 하나의 3D 영상으로 정합하는 3D 영상 정합부;
상기 정합된 3D 영상에 포함된 생체 주요요소를 추출하는 생체 주요요소 추출부; 및
상기 생체 주요요소 추출부에서 추출된 생체 주요요소를 상기 정합된 3D 영상에 표시하여 상기 생체 주요요소가 표시된 상기 수술공간에 대한 3D 영상을 생성하는 3D 영상 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.According to claim 1,
The image processing unit,
An image acquiring unit acquiring a plurality of 2D or 3D images captured by the endoscope of the endoscope device;
A 3D image matching unit that matches a plurality of 2D or 3D images acquired by the image acquisition unit into one 3D image representing the surgical space;
A bio-element extracting unit for extracting a bio-element included in the matched 3D image; And
It characterized in that it comprises; a 3D image generating unit for generating a 3D image of the surgical space in which the bio-major element is displayed by displaying the bio-major element extracted from the bio-major element extraction unit on the matched 3D image Surgical robot system for invasive surgery. 제 2 항에 있어서,
상기 영상처리부는 상기 3D 영상 생성부에서 생성된 3D 영상을 제공하는 영상제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.According to claim 2,
The image processing unit surgical robot system for minimally invasive surgery, further comprising an image providing unit for providing a 3D image generated by the 3D image generating unit. 제 3 항에 있어서,
상기 영상제공부는 로봇수술 수행 전에 상기 3D 영상 생성부에서 생성된 3D 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 디스플레이되는 영상을 조작할 수 있는 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.The method of claim 3,
The image providing unit includes a display unit displaying a 3D image generated by the 3D image generating unit before performing robot surgery, and an operation unit capable of manipulating the displayed image. . 제 2 항에 있어서,
상기 충돌방지부는,
로봇수술 수행중 상기 수술로봇 장치의 제어부로부터 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 수신하는 위치정보 수신부;
상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소의 위치정보와 상기 위치정보 수신부에서 실시간 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 이용하여 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단부; 및
상기 충돌위험 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.According to claim 2,
The collision prevention unit,
A location information receiving unit that receives real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space from the control unit of the surgical robot device during robot surgery;
Surgery inserted into the main body and the surgical space using real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space received in real time from the location information receiving unit and location information of the main body elements displayed on the generated 3D image. A collision risk determination unit for determining whether the robot devices have a collision risk; And
When the collision risk determination unit determines that there is a collision risk between the main bio-elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space, a danger signal generation unit that generates a danger signal; Surgical robot system for surgery. 제 5 항에 있어서,
상기 충돌방지부는 상기 위치정보 수신부로부터 수신된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 상기 생성된 3D 영상에 실시간으로 맵핑시키는 맵핑부를 더 포함하고,
상기 충돌위험 판단부는 상기 생체 주요요소와 상기 맵핑된 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치에서의 거리를 계산하고, 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 판단하고,
상기 위험신호 발생부는 상기 계산된 거리가 기 설정된 범위 이내인 경우 위험신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.The method of claim 5,
The collision prevention unit further includes a mapping unit for mapping real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space received from the location information receiving unit to the generated 3D image in real time,
The collision risk determination unit calculates a distance at a real-time location of the surgical robot devices inserted into the mapped surgical space with the main body element, and determines whether the calculated distance is within a preset range,
The danger signal generating unit is a surgical robot system for minimally invasive surgery, characterized in that for generating the danger signal when the calculated distance is within a predetermined range. 제 5 항에 있어서,
상기 충돌위험 판단부는 궤적추정(trajectory estimation)을 통해 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 예상 경로를 파악하고, 상기 파악된 예상 경로가 상기 생체 주요요소와 충돌할 가능성이 있는지 여부를 판단하고,
상기 위험신호 발생부는 상기 판단 결과 충돌할 가능성이 있다고 판단한 경우 위험신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.The method of claim 5,
The collision risk determination unit grasps the predicted paths of the surgical robot devices inserted into the surgical space through trajectory estimation, and determines whether the predicted predicted paths may collide with the main body elements,
Surgical robot system for minimally invasive surgery, characterized in that the danger signal generating unit generates a danger signal when it is determined that there is a possibility of collision as a result of the determination. 제 5 항에 있어서,
상기 충돌방지부는 상기 충돌위험 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 상기 판단결과를 상기 수술로봇 장치의 제어부로 송신하는 송신부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 송신부로부터 송신된 판단결과를 기초로 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들을 제어하여 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들과 상기 생체 주요요소의 충돌을 방지하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.The method of claim 5,
When the collision prevention unit determines that there is a collision risk between the main bio-elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space as a result of the determination of the collision risk determination unit, the transmission unit transmits the determination results to the control unit of the surgical robot device Including more,
The control unit controls the surgical robot devices inserted into the surgical space based on the determination result transmitted from the transmitting unit to prevent collision between the surgical robot devices inserted into the surgical space and the main element of the living body. Surgical robot system for invasive surgery. 제 5 항에 있어서,
상기 충돌방지부는,
로봇수술 수행중 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 추출하는 위치 추출부;
상기 생성된 3D 영상에 표시된 생체 주요요소와 상기 위치 추출부에서 실시간 추출되는 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 실시간 위치정보를 이용하여 상기 생체 주요요소와 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험 여부를 판단하는 충돌위험 판단부; 및
상기 충돌위험 판단부의 판단 결과, 상기 생체 주요요소들과 상기 수술공간으로 삽입된 수술로봇 장치들의 충돌위험이 있다고 판단된 경우, 위험신호를 발생하는 위험신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소 침습 수술을 위한 수술로봇 시스템.The method of claim 5,
The collision prevention unit,
A location extraction unit for extracting real-time location information of surgical robot devices inserted into the surgical space during robotic surgery;
By using the real-time location information of the surgical robot devices inserted into the surgical space extracted in real time from the bio-elements displayed in the generated 3D image and the location extraction unit, the main biological elements and surgical robot devices inserted into the surgical space A collision risk determination unit to determine whether there is a collision risk; And
When it is determined that the collision risk determination unit determines that there is a collision risk of the main body elements and the surgical robot devices inserted into the surgical space, a danger signal generation unit that generates a danger signal; Surgical robot system for invasive surgery. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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