KR102195714B1 - 수술용 트로카 및 이를 이용한 영상 획득 방법 - Google Patents

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Abstract

수술용 트로카의 일 실시 예는 수술 도구 삽입용 통로를 갖는 몸체 및 상기 몸체 외벽에 이동 가능하게 결합된 적어도 하나 이상의 카메라를 포함한다.

Description

수술용 트로카 및 이를 이용한 영상 획득 방법{Trocar for surgery and method for obtaining image using the same}
수술용 트로카 및 이를 이용한 영상 획득 방법이 개시된다. 더욱 상세하게는, 환자 복강 전체 영상을 획득할 수 있는 수술용 트로카 및 이를 이용한 영상 획득 방법이 개시된다.
최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다. 최소 침습 수술은 인체의 일부(예: 복부)에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과는 달리, 인체에 0.5㎝∼1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 형성하고, 이 절개공을 통해 내시경과 각종 수술도구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.
이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과는 달리 수술 후 통증이 적고, 장 운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점으로 인하여 최소 침습 수술은 담낭 절제술, 전립선암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.
일반적으로 최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 마스터 장치와 슬레이브 장치를 포함한다. 마스터 장치는 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브 장치로 전송하고, 슬레이브 장치는 마스터 장치로부터 제어신호를 수신하여 수술에 필요한 조작을 환자에게 가하게 되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치한 상태에서 수술을 진행하고 있다.
이러한 수술 로봇은 크게 환자 신체에 여러 개의 침습구를 형성하여 각각의 침습구에 수술 도구를 하나씩 삽입하여 시술하는 멀티 포트 수술 로봇과 하나의 침습구를 형성하고, 형성된 하나의 침습구에 다수 개의 수술 도구를 한꺼번에 삽입하여 시술하는 싱글 포트 수술 로봇을 포함한다. 여기에서, 싱글 포트 수술 로봇은 멀티 포트 수술 로봇과 비교하여 하나의 침습구를 형성하므로, 환부가 협소하고 회복기간이 빠른 이점이 있어 최근 각광받고 있다.
이와 같이, 여러 개의 침습구 또는 하나의 침습구에 수술 도구를 안전하게 삽입하거나 인출하기 위해 각 침습구에는 트로카(trocar)를 설치하며, 이러한 트로카(trocar)를 통해 수술 도구를 환자 신체 내부로 삽입 또는 인출하게 된다.
복강 전체에 대한 영상 확보가 용이한 수술용 트로카 및 이를 이용한 영상 획득 방법을 제공하는 것이다.
수술용 트로카의 일 실시 예는 수술 도구 삽입용 통로를 갖는 몸체 및 상기 몸체 외벽에 이동 가능하게 결합된 적어도 하나 이상의 카메라를 포함한다.
수술 도구 삽입용 통로를 갖는 몸체 및 상기 몸체 외벽에 이동 가능하게 결합된 적어도 하나 이상의 카메라를 포함하는 수술용 트로카를 이용한 영상 획득 방법의 일 실시 예는 환자 신체에 형성된 침습구에 상기 수술용 트로카가 설치되는 단계, 상기 카메라를 원하는 위치로 이동시키는 단계 및 상기 환자 신체 내부에 대한 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
도 1은 수술 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 트로카(trocar)를 통해 수술 도구를 삽입한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 카메라가 결합된 수술용 트로카 구조의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A′단면도이다.
도 5는 도 3의 수술용 트로카에 결합된 카메라가 이동하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 카메라가 결합된 수술용 트로카 구조의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 수술용 트로카에 결합된 카메라가 이동하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 카메라가 결합된 수술용 트로카를 이용한 영상 획득 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 수술 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 트로카(trocar)를 통해 수술 도구를 삽입한 상태를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 수술 로봇은 크게 수술대에 누워있는 환자(P)에게 수술을 행하는 슬레이브 장치(200)와 조작자(예로써, 의사)의 조작을 통해 슬레이브 장치(200)를 원격으로 제어하는 마스터 장치(100)를 포함할 수 있다. 이때, 환자(P) 측에는 조작자를 보조할 보조자가 한 명 이상 위치할 수 있다.
여기에서, 조작자를 보조한다는 것은 환자(P)가 위치하는 실제 공간에서 조작자의 조작에 의해 이루어지는 수술 작업을 보조하는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 사용되는 수술 도구의 교체 등이 이에 해당될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수술 종류에 따라 수술 작업에 다양한 수술 도구가 사용될 수 있는데, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210) 개수, 한 번에 장착되는 수술 도구의 개수가 제한적일 수 있다.
이에 따라, 수술 작업이 진행되는 과정에서 수술 도구를 교체할 필요가 있는 경우, 조작자는 환자(P) 측에 위치한 보조자에게 수술 도구의 교체를 지시하고, 보조자는 조작자의 지시에 따라 환자(P) 복강 내로 삽입된 수술 도구를 꺼내어 다른 수술 도구로 교체하여 삽입하는 등의 수술 도구 교체 작업을 수행할 수 있다.
마스터 장치(100)와 슬레이브 장치(200)는 물리적으로 독립된 별도의 장치로 분리 구성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 하나로 통합된 일체형 장치로 구성되는 것 역시 가능할 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 마스터 장치(100)는 입력부(110) 및 표시부(120)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 수술 로봇의 동작 모드를 선택하는 명령, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210), 수술 도구(220) 및 촬영부(230) 등의 동작을 원격으로 제어하기 위한 명령 등을 조작자로부터 입력받을 수 있는 구성을 의미하며, 본 실시 예에서 입력부(110)로 햅틱 디바이스, 클러치 페달, 스위치, 버튼 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 음성 인식 디바이스 등과 같은 구성도 사용될 수 있다. 이하 설명에서는 입력부(110)로 햅틱 디바이스가 사용된 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 입력부(110)로는 상술한 다양한 수단이 사용될 수 있음은 자명하다.
도 1에서는 입력부(110)가 두 개의 핸들(111, 113)을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 핸들을 포함할 수도 있고 또는 세 개 이상의 핸들을 포함하는 것 역시 가능할 것이다.
조작자는 양손으로 두 개의 핸들(111, 113)을 각각 조작함으로써, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210) 및 수술 도구(220)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 조작자가 입력부(110)를 조작하면, 마스터 장치(100)는 조작된 입력부(110)의 상태 정보에 대응되는 제어 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송할 수 있으며, 슬레이브 장치(200)는 전송된 제어 신호에 따라 로봇 암(210) 및 수술 도구(220)를 동작시킬 수 있다.
마스터 장치(100)의 표시부(120)에는 슬레이브 장치의 내시경(230)을 통해 수집된 환자(P) 신체 내부의 수술 부위 영상 및 환자의 수술 전 의료 영상을 3차원 영상으로 변환한 가상 영상 등이 화상 이미지로 표시될 수 있다. 또한, 본 실시 예에서는 후술할 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 통해 수집된 환자(P) 신체 내부 전체에 대한 실제 영상이 더 표시될 수 있다.
이를 위해, 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)로부터 전송되는 영상 데이터를 수신 및 처리하여 표시부(120)로 출력하기 위한 영상 처리부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기에서, "영상 데이터"는 전술한 바와 같이, 내시경(230)을 통해 수집된 수술 부위 영상, 환자의 수술 전 의료 영상을 3차원 영상으로 변환한 가상 영상 및 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 통해 수집된 환자(P) 신체 내부 전체에 대한 실제 영상 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
표시부(120)는 하나 이상의 모니터로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 구현할 수 있다. 예를 들어, 표시부(120)가 세 개의 모니터로 구성된 경우, 이중 하나의 모니터에는 내시경(230)을 통해 수집된 수술 부위 영상, 환자의 수술 전 의료 영상을 3차원 영상으로 변환한 가상 영상 등이 표시되고, 다른 하나의 모니터에는 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 통해 수집된 환자(P) 신체 내부 전체에 대한 실제 영상이 표시되며, 또 다른 하나의 모니터에는 슬레이브 장치(200)의 동작 상태에 관한 정보 및 환자 정보 등이 표시되도록 구현할 수 있다. 다른 예로, 복수의 모니터 동일한 영상이 표시되도록 구현할 수 있으며, 이때, 각각의 모니터마다 동일한 영상이 표시될 수도 있고, 복수의 모니터 전체에 하나의 영상이 표시될 수도 있다. 또한, 모니터의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 상술한 표시부(120)는 예로써, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode) 등으로 구현될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서, "환자 정보"는 환자의 상태를 나타내는 정보일 수 있으며, 예를 들어, 체온, 맥박, 호흡 및 혈압 등과 같은 생체 정보일 수 있다. 이러한 생체 정보를 마스터 장치(100)로 제공하기 위해 후술할 슬레이브 장치(200)는 체온 측정 모듈, 맥박 측정 모듈, 호흡 측정 모듈, 혈압 측정 모듈 등을 포함하는 생체 정보 측정 유닛을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)로부터 전송되는 생체 정보를 수신 및 처리하여 표시부(120)로 출력하기 위한 신호 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
슬레이브 장치(200)는 복수의 로봇 암(210), 로봇 암(210) 단부에 장착된 수술 도구(surgical instruments)(220)를 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 수술 도구(220)가 안전하게 환자(P) 신체 내부로 삽입 또는 인출될 수 있도록 환자(P) 신체(예: 복부)에 형성된 침습구에 설치되는 수술용 트로카(300)를 더 포함할 수 있다. 이때, 도 2에서는 수술용 트로카(300)에 다수 개의 수술 도구(220)가 삽입된 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 하나의 수술용 트로카(300)에 하나의 수술 도구(220)가 삽입되도록 구현하는 것 역시 가능하다.
복수의 로봇 암(210)은 도 1에 자세하게 도시하지는 않았으나, 각각 복수의 링크 및 복수의 관절을 포함할 수 있으며, 각 관절은 링크와 링크를 연결하며, 1 자유도(Degree Of Freedom;DOF) 이상을 가질 수 있다. 자유도(Degree Of Freedom: DOF)란 기구학(Kinematics) 또는 역기구학(Inverse Kinematics)에서의 자유도를 말한다. 기구의 자유도란 기구의 독립적인 운동의 수, 또는 각 링크 간의 상대 위치의 독립된 운동을 결정하는 변수의 수를 말한다. 예를 들어, x축, y축, z축으로 이루어진 3차원 공간상의 물체는, 물체의 공간적인 위치를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와, 물체의 공간적인 자세(orientation)를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에 대한 회전 각도) 중에서 하나 이상의 자유도를 갖는다. 구체적으로, 물체가 각각의 축을 따라 이동 가능하고, 각각의 축을 기준으로 회전 가능하다고 한다면, 이 물체는 6 자유도를 갖는 것으로 이해될 수 있다.
수술 도구(220)는 도 1에 자세하게 도시하지는 않았으나, 일 예로 로봇 암(210)의 단부에 장착되는 하우징, 하우징으로부터 일정 길이로 연장되는 샤프트 및 샤프트 끝단에 장착된 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.
일반적으로 수술 도구(220)는 크게 주 수술 도구 및 보조 수술 도구로 분류할 수 있다. 여기에서, "주 수술 도구"란 수술 부위에 대해 절개, 봉합, 응고, 세척 등과 같은 직접적인 수술 동작을 수행하는 엔드 이펙터(예: 메스, 수술용 바늘 등)를 포함하는 수술 도구를 의미할 수 있고, "보조 수술 도구"란 수술 부위에 대해 직접적인 수술 동작을 수행하는 것이 아닌 주 수술 도구의 동작을 보조하기 위한 엔드 이펙터(예: 스킨 홀더 등)를 포함하는 수술 도구를 의미할 수 있다.
또한, 엔드 이펙터는 수술 도구(220)에서 환자(P)의 환부에 실제로 작용하는 부분을 의미하는 것으로, 예로써, 클램프, 스킨 홀더, 석션(suction) 라인, 메스, 가위, 그래스퍼, 수술용 바늘, 바늘 홀더, 스테이플 어플라이어(staple applier), 절단 블레이드 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 수술에 필요한 공지된 도구라면 어떤 것이든 사용 가능할 것이다.
또한, 하우징에는 구동휠이 결합될 수 있고, 구동휠을 와이어 등을 통해 엔드 이펙터와 연결하고 구동휠을 회전시킴으로써, 엔드 이펙터를 동작시킬 수 있다. 이를 위해 로봇 암(210)의 단부에는 구동휠을 회전시키기 위한 구동부(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 조작자가 마스터 장치(100)의 입력부(110)를 조작하면, 마스터 장치(100)는 조작되는 입력부(110)의 상태 정보에 대응되는 제어 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송하고, 슬레이브 장치(200)는 전송된 제어 신호에 따라 구동부(미도시)를 구동시킴으로써, 엔드 이펙터를 원하는 대로 동작시킬 수 있다. 다만, 엔드 이펙터를 동작시키는 메커니즘이 반드시 전술한 것처럼 구성되어야하는 것은 아니며, 로봇 수술을 위해 엔드 이펙터에 필요한 동작을 구현할 수 있는 다양한 전기적/기계적 메커니즘이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 슬레이브 장치(200)의 내시경(230) 역시 수술 부위에 직접적인 수술 동작을 가하는 것이 아닌 주 수술 도구의 동작을 보조하기 위해 사용되는 도구이므로 넓은 의미에서 내시경(230)도 보조 수술 도구에 해당하는 것으로 볼 수 있을 것이다. 내시경(230)으로는 로봇 수술에서 주로 사용되는 복강경뿐 아니라 흉강경, 관절경, 비경, 방광경, 직장경, 십이지장경, 심장경 등 다양한 수술용 내시경이 사용될 수 있다.
또한, 내시경(230)으로 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 내시경(230)은 수술 부위에 빛을 조사하기 위한 조명수단(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 슬레이브 장치(200)는 내시경(230)을 통해 수집된 환자(P) 신체 내부에 대한 실제 영상을 표시할 수 있는 표시부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 수술 도구(220) 삽입용 통로를 갖는 몸체(310) 및 몸체(310) 외벽에 이동 가능한 구조로 결합된 카메라(320)를 포함할 수 있다. 이때, 카메라(320)를 몸체(310) 외벽에 이동 가능한 구조로 결합하는 것은 링크 및 조인트를 사용하여 구현할 수 있다. 이후, 링크 및 조인트를 이용하여 이러한 구조를 구현한 실시 예들을 도면을 참조하여 설명할 것이나, 이는 단지 실시 예에 불과하고, 카메라(320)와 몸체(310)의 연결 구조가 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 이동 가능하게 결합되는 구조라면 모두 본 발명의 범주에 속할 것이다.
우선, 도 3 내지 도 5를 참조하여 제1실시 예에 따른 수술용 트로카(300)의 구조에 대하여 설명한다.
도 3은 제1실시 예에 따른 수술용 트로카(300)의 외관을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A´단면을 도시한 단면도이며, 도 5는 도 3의 수술용 트로카(300)의 카메라가 이동하는 상태를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 수술 도구(220) 삽입용 통로(311)를 갖는 몸체(310) 및 몸체(310) 외벽에 이동 가능하게 결합된 카메라(320)를 포함할 수 있으며, 본 실시 예에서 카메라(320)는 복수의 링크(321, 323, 325) 및 복수의 조인트(322, 324, 326, 327)를 이용하여 몸체(310) 외벽에 결합될 수 있다. 즉, 본 실시 예는 이와 같이 결합된 복수의 링크(321, 323, 325) 중 외부로 돌출된 하나의 링크(323)를 당김으로써, 각각의 조인트(322, 324, 326, 327)가 회전함에 따라 카메라(320)를 이동시킬 수 있는 구조를 개시한다. 한편, 도 3 및 도 4에서는 두 개의 카메라(320)를 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 몸체(310)에 결합될 수 있는 카메라(320)의 수가 특별히 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 살펴보면, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 일단 및 타단을 가지며, 일단에는 카메라(320)가 장착되고, 타단은 제1결합부(321a) 및 제2결합부(321b)로 분리되되, 제1결합부(321a)는 몸체(310) 외벽과 연결된 제1링크(321), 일단 및 타단을 가지며, 일단은 제1링크(321)의 제2결합부(321b)와 연결되고, 타단은 외부로 돌출된 제2링크(323), 일단 및 타단을 가지며, 일단은 몸체(310) 외벽과 연결되고, 타단은 제2링크(323)와 연결되는 제3링크(325), 제1링크(321)의 제1결합부(321a)와 몸체(310) 외벽을 연결하는 제1조인트(322), 제2링크(323)의 일단과 제1링크(321)의 제2결합부(321b)를 연결하는 제2조인트(324), 제3링크(325)의 일단과 몸체(310) 외벽을 연결하는 제3조인트(326) 및 제3링크(325)의 타단과 제2링크(323)를 연결하는 제4조인트(327)를 포함할 수 있다.
이때, 제1링크(321), 제2링크(323) 및 제3링크(325)의 초기 배치 상태는 도 4와 같이 일직선일 수 있으며, 카메라(320)가 장착된 제1링크(321)의 일단은 몸체(310) 하부로 돌출되고, 제2링크(323) 타단은 몸체(310) 상부로 돌출될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이와 같은 구조로 구현함에 따라 수술용 트로카(300)를 침습구에 설치할 때 침습구가 손상되는 것을 방지할 수 있을 것이다. 여기에서, "몸체(310) 하부" 및 "몸체(310) 상부"는 각각 수술용 트로카(300)를 침습구에 설치하였을 때, 신체 내부에 위치하는 부분 및 신체 외부에 위치하는 부분을 의미할 수 있다.
이와 같은 구조로 연결됨으로써, 제1링크(321)의 제1결합부(321a)와 제3링크(325)의 일단은 몸체(310) 외벽과 연결되어 있으므로, 위치는 고정된 채 회전만 가능하며, 이를 기준으로, 제1링크(321)의 제2결합부(321b) 및 제2링크(323)의 일단의 연결부위와 제2링크(323) 및 제3링크(325) 타단의 연결부위는 회전하면서 이동함에 따라 카메라(320)의 위치를 이동시킬 수 있다.
즉, 각 링크가 도 5의 (a)와 같이 배치된 초기 상태에서, 외부로 돌출된 제2링크(323)의 타단을 화살표 방향으로 당기면, 도 5의 (b)와 같이, 몸체(310) 외벽과 결합되어 있는 제3링크(325)의 일단은 그 자리에서 회전하고, 제2링크(323)와 연결된 제3링크(325)의 타단은 화살표 방향으로 회전하면서 제2링크(323)가 당겨지는 방향을 따라 이동하며, 몸체(310) 외벽과 결합되어 있는 제1링크(321)의 제1결합부(321a)는 그 자리에서 회전하고, 제2링크(323)와 연결된 제1링크(321)의 제2결합부(321b)는 회전하면서 제2링크(323)가 당겨지는 방향으로 이동하게 되며 이에 따라, 제1링크(321)가 화살표 방향으로 이동하게 된다. 제1링크(321)가 완전히 이동한 상태를 도 5의 (c)에 나타내었다.
이와 같이, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 복수의 링크(321, 323, 325) 및 복수의 조인트(322, 324, 326, 327)를 이용하여 카메라(320)를 몸체(310)에 결합하고, 수동으로 복수의 링크(321, 323, 325) 중 외부로 돌출된 하나의 링크(323)를 당겨 카메라(320)를 이동시킬 수 있는 구조이다. 즉, 카메라(320)가 장착된 제1링크(321)가 몸체(310) 외벽에 일직선이 되도록 배치된 상태에서 수술용 트로카(300)를 침습구에 설치한 다음, 외부로 돌출된 제2링크(323)를 당겨 제1링크(321)를 이동시켜 카메라(320)를 원하는 위치에 배치할 수 있다. 그러나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 수동으로 카메라(320)를 이동시키지 않고, 각각의 조인트(322, 324, 326, 327) 마다 구동수단을 장착하고, 각 구동수단을 구동시켜 각각의 조인트(322, 324, 326, 327)를 회전시킴으로써, 자동으로 카메라(320)를 이동시키도록 구현하는 것 역시 가능할 것이다.
또한, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 몸체(310) 외벽에 통로(311) 방향과 평행하게 형성된 홈(313)을 더 포함할 수 있으며, 제1링크(321)의 제1결합부(321a)와 제3링크(325)의 일단은 홈(313) 내벽에 결합되고, 제1링크(321), 제2링크(323) 및 제3링크(325)는 홈(313) 내부로 삽입될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 모든 링크가 홈(313) 내부로 삽입되도록 구현함으로써, 수술용 트로카(300)를 환자(P) 복부의 침습구에 손상을 주지않고 설치할 수 있을 것이다. 이때, 제1링크(321)의 제1결합부(321a)와 제3링크(325)의 일단과의 연결이 용이하도록 홈(313) 내벽에는 결합돌기(미도시)가 형성될 수 있다.
다음, 도 6 및 도 7을 참조하여 제2실시 예에 따른 수술용 트로카(300)의 구조에 대하여 설명한다. 여기에서, 상술한 제1실시 예에 따른 수술용 트로카(300)의 각 구성과 중복되는 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여할 것이다.
도 6은 제2실시 예에 따른 수술용 트로카(300)의 구조를 도시한 하부 평면도이고, 도 7은 도 6의 수술용 트로카(300)의 카메라가 이동한 상태를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 수술 도구(220) 삽입용 통로(311)를 갖는 몸체(310) 및 몸체(310) 외벽에 이동 가능하게 결합된 카메라(320)를 포함할 수 있으며, 본 실시 예에서 카메라(320)는 하나의 링크(321) 및 하나의 조인트(322)를 이용하여 몸체(310) 외벽에 결합될 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 본 실시 예에 따른 수술용 트로카(300)는 도 6에 도시한 바와 같이, 일단 및 타단을 가지며, 일단에는 카메라(320)가 장착되고, 타단은 몸체(310) 외벽과 연결되는 제1링크(321) 및 제1링크(321) 타단과 몸체(310) 외벽을 결합하는 제1조인트(322)를 포함할 수 있다. 이때, 제1링크(321)는 몸체(310) 둘레에 대응되는 형상을 가질 수 있으며, 몸체(310) 외벽에는 둘레 방향으로 제1링크(321)와 대응되는 길이를 갖는 홈(313)이 형성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이와 같은 구조로 구현함에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1링크(321)가 홈(313) 내부로 삽입되도록 할 수 있다. 이는, 수술용 트로카(300)의 몸체(310) 외벽 형상을 변형시키지 않으면서 카메라(320)를 장착하기 위함이다.
즉, 도 7의 (a)와 같이 제1링크(321)가 홈(313) 내부로 삽입된 상태에서 수술용 트로카(300)를 침습구에 설치한 다음, 제1조인트(322)를 회전시켜 제1링크(321)를 도 7의 (b)와 같이 화살표 방향으로 이동시킴으로써, 카메라(320)를 원하는 위치로 배치할 수 있다. 이때, 제1조인트(322)를 회전시키기 위한 구동수단(미도시)이 제1조인트(322)에 마련될 수 있다. 여기에서, "구동수단"으로는 모터 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 모터는 슬레이브 장치(200)의 제어부(미도시)가 신호를 인가하여 구동시키도록 구현할 수 있다. 예를 들어, 수술용 트로카(300)를 환자(P) 복부에 형성된 침습구에 설치한 다음, 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 원하는 위치로 이동시키기 위해 조작자는 마스터 장치(100)의 입력부(110)를 조작하고, 마스터 장치(100)의 제어부(미도시)는 조작된 입력부(110) 상태에 따라 대응되는 제어 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송하면, 슬레이브 장치(200)는 전송된 제어 신호에 따라 상술한 모터에 신호를 인가하여 제1조인트(322)를 회전시킴으로써 카메라(320)가 장착된 제1링크(321)를 이동시킬 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에서는 두 개의 카메라(320)를 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 몸체(310)에 결합될 수 있는 카메라(320)의 수가 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 6에서는 몸체(310) 둘레가 원형이고, 제1링크(321)는 곡선형인 것으로 도시하고 있으나, 몸체(310) 둘레 형상이 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 몸체(310) 둘레 형상에 따라 제1링크(321)의 형상 역시 대응되는 형상으로 구현될 수 있다.
도 8은 본 실시 예에 따른 수술용 트로카를 이용한 영상 획득 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
우선, 도 8을 참조하면, 환자(P) 신체(예: 복부 등)에 형성된 침습구에 수술용 트로카(300)를 설치한다(S810). 이때, 침습구에 설치되는 수술용 트로카(300)에는 카메라(320)가 결합되어 있으며, 수술용 트로카(300)는 카메라(320)가 환자(P) 신체 내부에 위치하도록 침습구에 설치될 수 있다.
다음, 침습구에 설치된 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 원하는 위치로 이동시킨다(S820). 이때, 카메라(320)를 원하는 위치로 이동시키는 것은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 카메라(320)가 장착된 제1링크(321)와 연결되어 외부로 돌출된 제2링크(323)를 화살표 방향으로 당겨 수동으로 카메라(320)를 이동시킬 수 있다. 이때, 제2링크(323)를 당기는 것은 환자(P) 측에 위치한 보조자에 의해 수행될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1조인트(322)를 회전시켜 카메라(320)가 장착된 제1링크(321)를 화살표 방향으로 이동시킴으로써 카메라(320)를 자동으로 이동시킬 수 있다. 이때, 제1조인트(322)는 제1조인트(322)에 별도로 마련된 구동수단(예: 모터 등)에 의해 회전할 수 있다. 즉, 마스터 장치(100)가 조작자의 입력부(110) 조작에 따라 수술용 트로카(300)에 결합된 카메라(320)를 이동시키는 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송하면, 슬레이브 장치(200)는 전송된 신호에 따라 제1조인트(322)에 마련된 구동수단을 구동시켜 제1조인트(322)를 회전시킴으로써 카메라(320)를 이동시킬 수 있다.
이때, 수술용 트로카(300)는 적어도 하나 이상의 카메라(320)가 결합될 수 있으며, 이와 같이, 복수 개의 카메라(320)를 구비하는 경우, 본 단계에서 각각의 카메라(320)는 서로 다른 위치로 이동할 수 있다. 이는, 환자(P) 신체 내부 전체에 대한 영상을 획득하기 위함이다.
다음, 환자(P) 신체 내부에 대한 영상을 획득한다(S830).
이때, 상술한 바와 같이, 수술용 트로카(300)에 복수 개의 카메라(320)가 결합된 경우, 본 단계(S830)를 통해 획득된 영상은 복수 개일 수 있다. 이러한 경우, 획득된 영상을 정합하여 하나의 최종 영상 즉, 환자(P) 신체 내부 전체에 대한 영상을 생성해야한다. 서로 다른 위치에서 획득한 복수의 영상을 정합하여 하나의 영상을 생성하는 방법으로는 일반적으로 특징점을 추출하여 매칭하는 방법이 사용될 수 있다. 즉, 각각의 영상에서 특징점을 추출한 후, 추출된 특징점을 매칭하여 각 영상의 호모그래피(Homography)를 연산하고, 연산된 호모그래피(Homography)를 이용하여 각각의 영상을 정합하여 하나의 영상으로 만드는 것이다. 여기에서, 추출된 특징점을 이용하여 호모그래피(Homography)를 연산하는 방법 및 연산된 호모그래피(Homography)를 이용한 영상 정합 방법 등은 공지된 기술에 해당하며 본 발명의 요지와 다소 거리감이 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이, 이동 가능한 복수의 카메라(320)가 결합된 수술용 트로카(300)를 이용함으로써, 환자(P) 복강 전체에 대한 영상을 용이하게 획득할 수 있고, 수술 도구(220)가 삽입되는 시점의 영상을 획득할 수 있으므로 안전하고 정확한 수술을 가능하게 한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 마스터 장치
110 : 입력부
111, 113 : 핸들
120 : 표시부
200 : 슬레이브 장치
210 : 로봇 암
220 : 수술 도구
230 : 내시경
300 : 수술용 트로카
310 : 몸체
311 : 수술 도구 삽입용 통로
313 : 홈
320 : 카메라
321 : 제1링크
321a : 제1결합부
321b : 제2결합부
322 : 제1조인트
323 : 제2링크
324 : 제2조인트
325 : 제3링크
326 : 제3조인트
327 : 제4조인트

Claims (16)

  1. 수술 도구 삽입용 통로를 갖는 몸체;
    몸체 외벽에 이동 가능하게 결합된 적어도 하나 이상의 카메라;
    일단 및 타단을 갖고, 상기 일단에 상기 카메라가 장착된 제1링크; 및
    상기 제1링크 타단과 상기 몸체 외벽을 연결하는 제1조인트를 포함하되,
    상기 제1조인트가 회전함에 따라 상기 제1링크가 이동하고,
    상기 제1링크는 상기 몸체의 둘레에 대응하는 형상을 가지고,
    상기 몸체는 외벽에 둘레 방향으로 상기 제1링크에 대응하는 길이를 갖는 홈을 포함하는 수술용 트로카.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1링크 타단은,
    상기 몸체 외벽과 상기 제1조인트로 연결되는 제1결합부; 및
    상기 제1결합부와 분리된 제2결합부
    를 더 포함하는 수술용 트로카.
  4. 제3항에 있어서,
    일단 및 타단을 갖고, 상기 일단은 상기 제1링크의 제2결합부와 연결되고, 상기 타단은 외부로 돌출되는 제2링크;
    일단 및 타단을 갖고, 상기 일단은 상기 몸체 외벽과 연결되고, 상기 타단은 상기 제2링크와 연결되는 제3링크;
    상기 제2링크의 일단과 상기 제1링크 타단의 제2결합부를 연결하는 제2조인트;
    상기 제3링크의 일단과 상기 몸체 외벽을 연결하는 제3조인트; 및
    상기 제3링크의 타단과 상기 제2링크를 연결하는 제4조인트
    를 더 포함하는 수술용 트로카.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몸체 외벽에 상기 통로 방향과 평행하게 형성된 홈을 더 포함하고,
    상기 제1링크 타단, 제2링크 일단 및 제3링크는 상기 홈 내부로 삽입되는 수술용 트로카.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 외부로 돌출된 제2링크의 타단이 당겨지면 상기 제2링크의 일단과 연결된 상기 제1링크의 제2결합부가 상기 제2링크의 당겨지는 방향으로 이동하고, 상기 제2결합부가 이동함에 따라 상기 제1조인트가 회전하여 상기 제1링크가 이동하는 수술용 트로카.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1링크 및 상기 카메라는 상기 홈 내부로 삽입되는 수술용 트로카.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1조인트에 마련되어 상기 제1조인트를 회전시키는 구동수단을 더 포함하는 수술용 트로카.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1조인트의 회전에 따라 상기 제1링크 및 상기 카메라는 상기 홈 내부로 삽입되거나 또는 외부로 돌출되는 수술용 트로카.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구동수단은 모터인 수술용 트로카.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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