KR102341673B1 - 수술항법 장치 정확도 평가 시스템 및 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법 - Google Patents

Abstract

수술항법 장치 정확도 평가 시스템 및 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법에서, 상기 정확도 평가시스템은 팬텀부, 선택부, 좌표 획득부 및 정확도 평가부를 포함한다. 상기 팬텀부는 수술 부위를 모사한 외부파트, 및 상기 외부파트의 내부에 위치한 정확도 측정파트를 포함한다. 상기 정합방법 선택부는 정확도 평가를 위한 정합 방법을 선택한다. 상기 좌표 획득부는 상기 선택되는 정합 방법에 따라 상기 외부파트 및 상기 정확도 측정파트의 좌표를 획득한다. 상기 정확도 평가부는 상기 획득되는 좌표를 바탕으로, 수술항법 장치의 정확도를 평가한다.

Description

수술항법 장치 정확도 평가 시스템 및 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법{EVALUATING SYSTEM OF SURGICAL NAVIGATION DEVICE AND METHOD FOR EVALUATING SURGICAL NAVIGATION DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 수술항법 장치 정확도 평가시스템 및 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최소 침습 수술 등에 적용되는 수술항법 시스템의 정확성을 팬텀 및 좌표 정합을 이용하여 평가할 수 있는 수술항법 장치 정확도 평가 시스템 및 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법에 관한 것이다.

수술항법 시스템 또는 수술항법 장치는, 인체의 장기와 수술 도구의 상대적 위치를 실시간으로 표시함으로써, 사용자가 환자 체내의 중요 해부학적 구조물을 화면으로 파악할 수 있도록 하는 것으로, 다양한 분야의 수술에 적용되고 있다.

예를 들어, 이비인후과에서의 부비동 수술에서 사용되는 수술항법 시스템의 경우, 수술 도구는 뇌, 안구 등과 인접하도록 위치하게 되므로 시스템의 오차, 즉 실제 수술 도구의 위치와 화면을 통해 파악되는 수술 도구의 위치 사이의 오차가 적어야 한다.

이러한, 수술항법 시스템에서는, 상기 실제 수술 도구의 위치와, 사용자가 확인하는 수술 도구의 위치 사이의 오차를 최소화하기 위해, 수술항법 시스템의 정확도를 확인하기 위한 방법으로 팬텀(phantom)이 사용되고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1190460호를 통해 이러한 팬텀의 예가 개시되고 있다.

다만, 종래의 수술항법 시스템에서 사용되는 팬텀의 경우, 정확도를 평가하기 위해 일정한 간격의 점이 나열된 형태의 팬텀을 사용하는 경우가 대부분이며, 이러한 팬텀의 경우 점(point)을 측정하는 것, 즉 점 정합 기술에 대한 정확도의 평가만 가능하므로, 정확도 평가의 다양성이 제한되며, 특히, 최근에 개발되는 표면 정합 기술을 적용한 다양한 수술항법 시스템을 평가하기 어려운 한계가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1190460호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 최소 침습 수술 등에 적용되는 수술항법 장치의 정확성을 팬텀 및 좌표 정합을 이용하여 평가함으로써, 다양한 수술항법 시스템에 대한 보다 정확한 평가가 가능한 수술항법 장치 정확도 평가시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 수술항법 장치 정확도 평가시스템을 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 정확도 평가시스템은 팬텀부, 선택부, 좌표 획득부 및 정확도 평가부를 포함한다. 상기 팬텀부는 수술 부위를 모사한 외부파트, 및 상기 외부파트의 내부에 위치한 정확도 측정파트를 포함한다. 상기 정합방법 선택부는 정확도 평가를 위한 정합 방법을 선택한다. 상기 좌표 획득부는 상기 선택되는 정합 방법에 따라 상기 외부파트 및 상기 정확도 측정파트의 좌표를 획득한다. 상기 정확도 평가부는 상기 획득되는 좌표를 바탕으로, 수술항법 장치의 정확도를 평가한다.

일 실시예에서, 상기 수술항법 장치는 프로브를 포함하며, 상기 좌표 획득부는, 상기 프로브가 상기 외부파트 또는 상기 정확도 측정파트의 소정의 위치에 위치하는 경우, 해당 위치의 좌표를 획득할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외부파트는, 환자의 얼굴 형태 또는 수술부위 표면 형태를 모사할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 외부파트는, 환자의 얼굴 형태 또는 수술부위 표면 형태를 모사한 상부파트, 및 상기 상부파트와 분리가능하도록 연결되며 내부에 수납공간을 형성하는 하부파트를 포함하며, 상기 정확도 측정파트는, 상기 수납공간에 위치하여 상기 상부파트가 개방되는 경우 외부로 노출될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 정확도 측정파트는, 환자 얼굴 내부, 체내의 해부학적 구조물 형태 또는 수술부위 형태를 모사하도록 분포되며, 서로 다른 각도와 위치를 정의하는 복수의 돌기들이 형성되며, 각각의 돌기들의 끝단에는 프로브와 접촉되는 접촉면이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 정합방법 선택부는, 점정합 또는 표면정합을 선택할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 좌표 획득부는, 상기 점정합의 선택에 따라, 상기 외부파트 상의 복수의 홀(divot) 좌표들을 획득하고, 상기 표면정합의 선택에 따라, 상기 외부파트의 표면을 따르는 라인(line) 또는 면(surface) 좌표들을 획득할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 팬텀부의 좌표 정보를 저장하는 데이터 베이스부, 및 상기 좌표 획득부에서 획득되는 상기 외부파트의 좌표를 상기 데이터 베이스부에 저장된 상기 외부파트의 좌표에 정합하며, 좌표 변환 행렬을 도출하는 정합부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 평가부는, 상기 좌표 획득부에서 획득되는 상기 정확도 측정파트의 좌표를 좌표변환 행렬을 통해 변환한 후, 기 정의된 상기 정확도 측정파트의 좌표와 비교하여, 정확도를 평가할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 정확도 평가방법에서, 팬텀부의 의료영상 데이터를 획득한다. 수술항법 장치의 정확도 평가를 위한 정합 방법을 선택한다. 상기 선택되는 정합 방법에 따라 정합을 수행한다. 상기 정합의 정확도를 평가한다.

일 실시예에서, 상기 정합 방법을 선택하는 단계에서, 점정합의 선택에 따라, 상기 팬텀부의 외부파트 상의 복수의 홀(divot) 좌표들을 획득하고, 상기 표면정합의 선택에 따라, 상기 외부파트의 표면을 따르는 라인(line) 또는 면(surface) 좌표들을 획득할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 정합을 수행하는 단계에서, 상기 획득되는 상기 외부파트의 좌표를 기 저장된 상기 팬텀부의 좌표 정보에 정합하여, 좌표 변환 행렬을 도출할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 정합의 정확도를 평가하는 단계에서, 상기 외부파트를 분리하여 정확도 측정파트를 노출시키는 단계, 및 상기 정확도 측정파트의 좌표를 좌표 변환 행렬을 통해 변환한 후, 기 저장된 상기 팬텀부의 상기 정확도 측정파트의 좌표정보와 비교하여, 정확도를 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 수술항법 장치의 정확도 평가를, 점정합 방법 또는 표면정합 방법을 통해 선택적으로 수행할 수 있어, 다양한 수술항법 장치의 종류 및 환자에 따른 수술의 종류에 대하여 효과적인 정확도 평가를 수행할 수 있다.

특히, 팬텀부가 수술 대상의 형상을 나타내는 외부파트와, 정합의 정확성을 판단하는 정확도 측정 파트를 포함하고, 외부파트의 분리 또는 제거를 통해 정확도 측정 파트를 노출하여 동일한 좌표계 상에서 좌표를 획득할 수 있으므로, 좌표계의 이동에 따른 별도의 좌표 변환 또는 추가적인 보정을 생략하면서, 외부파트의 정합의 정확성을 빠르고 정확하게 판단할 수 있다.

즉, 기 저장된 정확도 측정 파트의 좌표와 프로브를 이용하여 측정된 정확도 측정 파트의 좌표에 좌표 변환 행렬을 적용하여 최종 산출되는 좌표를 비교하여 오차를 계산할 수 있고, 이를 통해 수술항법 장치의 정확도를 평가할 수 있다.

또한, 외부파트의 경우, 수술 위치나 수술 대상 환자에 따라 다양하게 설계될 수 있으며, 내부에 위치하는 정확도 측정파트는 동일한 구조를 사용할 수 있으므로, 외부파트만을 대체하는 것으로, 정확도 평가를 용이하게 수행할 수 있다.

이 경우, 외부파트는 환자의 얼굴 등의 형상을 반영한 것으로, 실제 환자의 형상을 모사하여 실제 수술 대상을 모사하는 것 외에, 점정합의 적용이 가능하도록 홀을 포함하게 되므로, 정확도 평가에서도 효과적으로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수술항법 장치 정확도 평가시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 팬텀부 중 정확도 측정파트의 예를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 팬텀부 중 외부파트의 예를 도시한 이미지이다.
도 4는 도 1의 팬텀부에서, 외부파트의 내부에 정확도 측정파트가 위치한 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 좌표 획득부에서 상기 외부파트의 좌표를 획득하는 상태를 도시한 모식도이고, 도 6은 도 1의 좌표 획득부에서 상기 정확도 측정파트의 좌표를 획득하는 상태를 도시한 모식도이다.
도 7a는 도 1의 팬텀부의 상기 외부파트의 결합상태의 일 예를 도시한 모식도이며, 도 7b는 도 1의 팬텀부의 상기 외부파트의 결합상태의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 8은 도 1의 수술항법 장치 정확도 평가시스템을 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수술항법 장치 정확도 평가시스템을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 수술항법 장치 정확도 평가시스템(이하, 정확도 평가시스템이라 함)(10)은 데이터 베이스부(100), 영상 가시화부(200), 정합방법 선택부(300), 좌표 획득부(400), 팬텀부(500), 정합부(600) 및 정확도 평가부(700) 포함하여, 수술 항법장치(900)에 대한 정확도를 평가한다.

이하에서는, 도 2 내지 도 8을 추가로 참조하여, 상기 수술항법 장치 정확도 평가시스템(10)과 이를 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법(이하, 정확도 평가방법)에 대하여 동시에 설명한다.

도 2는 도 1의 팬텀부 중 정확도 측정파트의 예를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 팬텀부 중 외부파트의 예를 도시한 이미지이다. 도 4는 도 1의 팬텀부에서, 외부파트의 내부에 정확도 측정파트가 위치한 상태를 도시한 단면도이다. 도 5는 도 1의 좌표 획득부에서 상기 외부파트의 좌표를 획득하는 상태를 도시한 모식도이고, 도 6은 도 1의 좌표 획득부에서 상기 정확도 측정파트의 좌표를 획득하는 상태를 도시한 모식도이다. 도 7a는 도 1의 팬텀부의 상기 외부파트의 결합상태의 일 예를 도시한 모식도이며, 도 7b는 도 1의 팬텀부의 상기 외부파트의 결합상태의 다른 예를 도시한 모식도이다. 도 8은 도 1의 수술항법 장치 정확도 평가시스템을 이용한 수술항법 장치 정확도 평가방법을 도시한 흐름도이다.

도 1 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에서의 정확도 평가방법에서는, 우선, 의료영상 데이터를 획득하여 해당 데이터를 상기 데이터 베이스부(100)에 저장한다(단계 S10).

이 경우, 상기 의료영상 데이터란, 상기 팬텀부(500)의 좌표정보 또는 영상정보인 것으로, 이는 후술되는 상기 수술 항법장치(900)의 프로브(910)를 통해 실제 측정된 정보가 아니며, 의료영상 장비로 측정된 좌표정보 또는 영상정보에 해당된다.

상기 팬텀부(500)는 외부 파트(510) 및 정확도 측정파트(520)를 포함하는 것으로, 결국, 상기 데이터 베이스부(100)에는, 상기 외부파트(510)의 상대적인 좌표정보 또는 영상정보, 및 상기 정확도 측정파트(520)의 상대적인 좌표정보 및 영상정보가 저장될 수 있다.

또한, 상기 영상정보를 통해 결국 좌표정보를 추출할 수 있으므로, 상기 영상정보는 상기 좌표정보를 2차원 또는 3차원 이미지나 영상으로 시각화할 수 있는 정보에 해당된다.

또한, 상기 외부파트(510) 및 상기 정확도 측정파트(520)의 상대적인 좌표정보란, 절대 좌표를 기준으로 외부파트 및 정확도 측정파트의 각각의 위치에 대한 좌표 정보가 아니며, 임의의 기준좌표를 기준으로 도출되는 외부파트 및 정확도 측정파트의 각각의 위치에 대한 좌표정보를 의미한다.

이러한, 상기 데이터 베이스부(100)에 저장된 좌표정보 또는 영상정보는, 후술되는 상기 수술 항법장치(900)의 프로브(910)를 통해 실제 측정되는 팬텀부(500)의 좌표 정보와는 차이가 있을 수 있으며, 특히, 기준 좌표가 서로 다르므로, 실제 측정된 좌표 정보와의 사이에서는 변환을 위한 변환 행렬의 도출이 필요하게 되며, 이에 대하여는 후술한다.

한편, 이상과 같이 상기 데이터 베이스부(100)에 저장되는 상기 팬텀부(500)의 좌표 정보 또는 영상정보는, 상기 영상 가시화부(200)를 통해, 도시하지는 않았으나, 별도의 디스플레이부를 통해 외부로 가시화되고(단계 S20), 이를 통해 사용자는 상기 팬텀부(500)의 형상이나 구조 등에 대한 정보를 직관적으로 이해할 수 있다.

이상과 같이, 상기 데이터 베이스부(100)에 필요한 정보가 저장되면, 상기 정합 방법 선택부(300)에서는 정합 방법을 선택한다(단계 S30).

이 경우, 상기 정합이란, 상기 수술 항법장치(900)의 프로브(910)를 통해 실제 측정된 상기 팬텀부(500)의 좌표를, 상기 의료영상 장비로 측정된 상기 데이터 베이스부(100)에 저장되는 상기 팬텀부(500)에 대한 기 저장된 좌표로 일치시키는 것으로, 이를 통해, 실제 측정된 좌표를 상기 데이터 베이스부(100)에 저장된 좌표의 기준 좌표로 도출할 수 있으며, 결과적으로 상기 수술 항법장치(900)의 정확도를 평가할 수 있게 된다.

상기 정합 방법 선택부(300)에서는, 상기 정합 방법으로써, 예를 들어, 점정합 또는 표면정합 방법을 선택할 수 있다.

이상과 같이, 상기 정합 방법 선택부(300)에서 정합 방법을 선택하면, 해당 정합 방법으로 정합을 위한 좌표를 획득한다(단계 S40).

즉, 상기 점정합 방법을 선택하는 경우, 상기 좌표 획득부(400)에서는, 상기 팬텀부(500)의 외부 파트(510)에서 복수의 점(point)들의 좌표를 획득한다(단계 S41).

이 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수술항법 장치(900)가 포함하는 별도의 프로브(910)를 이용하여, 상기 외부 파트(510) 상의 복수의 점들의 좌표를 획득한다.

한편, 상기 외부 파트(510)는, 예를 들어, 도 3에서와 같이, 환자의 얼굴 형태를 모사한 형태일 수 있으며, 수술의 대상이 되는 환자의 얼굴의 형태에 따라 그 모사된 형태는 다양하게 가변될 수 있다.

또한, 얼굴 형태 외에, 다른 부위에 대한 수술을 수행하는 경우에 사용되는 수술항법 장치에 대한 정확도 평가를 수행하는 경우라면, 해당 부위의 형상을 모사하도록 제작될 수 있다.

예를 들어, 상기 외부파트(510)는 상기 환자의 얼굴 외에 수술부위의 표면 형태를 모사할 수 있다.

다만, 이하에서는, 설명의 편의상, 상기 외부 파트(510)가 환자의 얼굴 형태를 모사한 것으로 설명한다.

이상과 같이, 상기 외부 파트(510)가 환자의 얼굴을 모사한 경우라면, 상기 외부 파트(510) 상에는 예를 들어, 눈 부분 등과 같이 특정 위치에서 함몰된 형태의 홀(divot)(515)이 형성될 수 있다.

따라서, 상기 점정합을 수행하는 경우, 상기 프로브(910)는 상기 외부파트(510) 상의 복수의 홀(515) 좌표들을 획득할 수 있으며, 이를 통해 보다 용이한 좌표 획득이 가능하게 된다.

이와 달리, 상기 표면정합 방법을 선택하는 경우, 상기 좌표 획득부(400)에서는, 상기 팬텀부(500)의 외부 파트(510)의 표면을 따르는 라인(line) 또는 면(surface) 좌표들을 획득한다(단계 S42).

이 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 수술항법 장치(900)가 포함하는 별도의 프로브(910)를 이용하여, 상기 외부 파트(510)의 표면을 이동시키며 일정한 라인 또는 면 좌표들을 획득한다.

이상과 같이, 상기 좌표 획득부(400)에서, 상기 팬텀부(500)의 외부 파트(510)의 홀 좌표들 또는 라인이나 면 좌표들을 획득하게 되면, 상기 정합부(600)에서는, 정합을 수행하고, 정합에 따른 변환 행렬을 도출한다(단계 S50).

즉, 상기 프로브(910)를 통해 직접 측정된 상기 외부 파트(510)의 좌표들을, 상기 데이터 베이스부(100)에 기 저장된 상기 외부 파트(510)의 좌표에 관한 정보에 정합하며, 이러한 정합에 따른 변환 행렬을 도출하게 된다.

상기 직접 측정된 좌표와 기 저장된 좌표는 서로 기준 좌표가 다르게 되므로, 상기 변환 행렬은 1차적으로는 두 기준좌표를 일치시키는 변환 행렬에 해당될 수 있다.

다만, 상기 직접 측정된 좌표로부터 도출되는 외부 파트의 형상과, 기 저장된 좌표상의 외부 파트의 형상도 부분적으로 불일치할 수 있으므로, 상기 변환 행렬은 상기 기준좌표의 일치 외에, 상기와 같은 형태적 또는 구조적 일부 불일치를 일치시키는 변환 행렬에 해당될 수도 있다.

이상과 같이, 상기 정합부(600)는 두 좌표를 정합하여 일치시키며, 정합을 위한 변환 행렬을 도출하게 된다.

특히, 본 실시예의 경우, 단순한 점정합 외에, 선택에 따라 표면정합을 수행할 수 있으며, 이에 따른 변환 행렬을 도출할 수 있는 것으로, 단순히 점들의 집합을 바탕으로 변환 행렬을 도출하는 경우보다 연속적인 형상을 구성하는 라인이나 표면 좌표를 바탕으로 변환 행렬을 도출하므로, 변환 행렬의 정확성이 보다 향상될 수 있다.

다만, 이러한 정합, 즉 변환 행렬은, 단순히 상기 외부 파트(510)에 대한 정합에 해당되는 것으로, 이는 실제 수술이 수행되는 부분에 대한 좌표를 측정하는 것으로 의미가 있으나, 서로 비교되어야 하는 좌표가 불분명할 수 있다.

즉, 상기 외부 파트(510)는 기준 좌표가 없으므로, 다수의 좌표들 중 임의의 위치에서 측정된 좌표가, 기 저장된 좌표 상의 어느 좌표에 해당되는 가가 불명확할 수 있으며, 이에 따라 정합 과정에서 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 그 형상이 미리 정의되고, 형상 내에서의 특정 좌표가 미리 정의된 구조를 가지는, 상기 정확도 측정파트(520)에 대한 좌표 획득을 통해, 상기 정합의 오차를 측정하게 된다.

이러한 정확도 측정파트(520)를 이용한 정합의 오차, 즉 정합의 정확도를 판단하기 위해서는, 우선, 상기 팬텀부(500)에서, 상기 외부 파트(510)를 분리 또는 제거하여, 상기 정확도 측정파트(520)를 외부로 노출시킨다(단계 S60).

도 4를 참조하면, 상기 팬텀부(500)는, 외부 파트(510)와 상기 외부 파트(510)의 내부에 위치하는 정확도 측정파트(520)를 포함하는데, 상기 정확도 측정파트(520)를 외부로 노출하기 위해, 상기 외부 파트(510)는 상부 파트(511)와 하부파트(512)가 결합하는 형태로 구성된다.

즉, 상기 상부 파트(511)와 상기 하부 파트(512)의 사이에 소정의 내부 공간(513)이 형성되며, 상기 내부 공간(513) 상에 상기 정확도 측정파트(520)가 위치한다.

이 경우, 도 7a 또는 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 파트(511)와 상기 하부 파트(512)는 연결유닛(513, 514)에 의해 서로 연결된다.

상기 상부 파트(511)는 도 7a의 연결유닛(513)의 경우, 상기 연결유닛(513)을 통해 회전하여 상기 내부 공간(513)을 개방하여 상기 정확도 측정파트(520)를 외부로 노출시키게 된다.

이와 달리, 상기 상부 파트(511)는 도 7b의 연결유닛(514)의 경우, 상기 하부 파트(512)로부터 분리되어 제거됨으로써 상기 내부 공간(513)을 개방하여 상기 정확도 측정파트(520)를 외부로 노출시키게 된다.

이상과 같이, 상기 상부 파트(511)가 제거 또는 분리되면서 상기 정확도 측정파트(520)가 외부로 노출되면, 도 6에서와 같이, 상기 좌표 획득부(400)는 상기 프로브(910)를 이용하여 상기 정확도 측정파트(520)의 좌표를 획득한다(단계 S70).

이 경우, 상기 정확도 측정파트(520)는, 도 2에 도시된 바와 같은, 소위 팬텀(phantom)인 것으로, 다양한 각도(0도, 45도, 90도 등)를 가지면서 베이스부(521)로부터 돌출되는 복수의 돌기들(522, 523, 524)을 포함하며, 각각의 돌기들의 끝단에는 상기 프로브(910)와 접촉되는 접촉면(530)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 정확도 측정파트(520)는 예를 들어, 환자의 얼굴 내부 혹은 체내의 해부학적 구조물 형태나, 수술부위 형태를 모사하도록 분포되는 것으로, 상기 돌기들은 결국 상기 모사를 위해 서로 다른 각도와 위치로 정의되도록 형성될 수 있다.

이상과 같이, 상기 정확도 측정파트(520)는 그 각도 및 돌기의 돌출 형상, 위치 등이 기 정의된 것으로, 프로브를 통해 측정된 결과의 정확성이 기 정의된 정보와 비교되면 바로 판단될 수 있다.

이 경우, 상기 기 정의된 정보란, 검교정이 완료된 위치 정확도가 높은 초정밀 측정기기로 획득한 상기 정확도 측정파트의 홀(divot)들의 실제 좌표, 즉 절대 좌표를 의미한다.

즉, 상기 좌표 획득부(400)로부터 획득되는 상기 정확도 측정파트(520)의 특정 돌기들에 대한 좌표 정보는, 상기 프로브를 통해 측정된 위치 좌표와 비교되며, 이러한 비교를 통해, 상기 정확도 평가부(700)에서는, 상기 정합의 정확도를 평가한다(단계 S80).

상기 정확도 측정파트(520)는 각도, 돌출 형상, 위치 등이 기 정의된 것으로, 상기 수술항법 장치(900)의 프로브(910)를 통해 상기 정확도 측정파트(520)를 측정하여 획득되는 좌표는, 변환행렬을 통해 2차원 또는 3차원 이미지나 영상으로 프로브의 위치를 시각화할 수 있으며, 기 정의된 팬텀의 좌표 정보와 직접 비교하여 상기 획득되는 좌표의 정확성이 1차적으로 평가된다.

따라서, 상기 획득되는 좌표가 정확하다고 평가되면, 상기 정확도 측정파트(520)와 상기 외부 파트(510)는 동일한 기준 좌표 상에 위치한 것이므로, 상기 외부 파트(510)에 대하여 측정된 결과 역시 정확한 것이라 평가될 수 있으며, 이를 통해 상기 정합은 물론 정합에서 도출된 변환 행렬로 정확한 것으로 평가될 수 있다.

이에 따라, 상기 수술항법 장치(900)의 상기 프로브(910)의 측정 정확도는 정확한 것으로 평가될 수 있다.

이와 달리, 상기 획득되는 좌표가 정확하지 않다고 평가되면, 상기 외부 파트(510)에 대하여 측정된 결과 역시 정확한 것이라 평가될 수 없으며, 이에 따라 상기 정합은 물론 정합에서 도출된 변환 행렬 역시 정확하지 않은 것으로 평가된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 수술항법 장치의 정확도 평가를, 점정합 방법 또는 표면정합 방법을 통해 선택적으로 수행할 수 있어, 다양한 수술항법 장치의 종류 및 환자에 따른 수술의 종류에 대하여 효과적인 정확도 평가를 수행할 수 있다.

특히, 팬텀부가 수술 대상의 형상을 나타내는 외부파트와, 정합의 정확성을 판단하는 정확도 측정 파트를 포함하고, 외부파트의 분리 또는 제거를 통해 정확도 측정 파트를 노출하여 동일한 좌표계 상에서 좌표를 획득할 수 있으므로, 좌표계의 이동에 따른 별도의 좌표 변환 또는 추가적인 보정을 생략하면서, 외부파트의 정합의 정확성을 빠르고 정확하게 판단할 수 있다.

기 저장된 정확도 측정 파트의 좌표와 프로브를 이용하여 측정된 정확도 측정 파트의 좌표에 좌표 변환 행렬을 적용하여 최종 산출되는 좌표를 비교하여 오차를 계산할 수 있고, 이를 통해 수술항법 장치의 정확도를 평가할 수 있다.

또한, 외부파트의 경우, 수술 위치나 수술 대상 환자에 따라 다양하게 설계될 수 있으며, 내부에 위치하는 정확도 측정파트는 동일한 구조를 사용할 수 있으므로, 외부파트만을 대체하는 것으로, 정확도 평가를 용이하게 수행할 수 있다.

이 경우, 외부파트는 환자의 얼굴 등의 형상을 반영한 것으로, 실제 환자의 형상을 모사하여 실제 수술 대상을 모사하는 것 외에, 점정합의 적용이 가능하도록 홀을 포함하게 되므로, 정확도 평가에서도 효과적으로 사용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 수술항법 장치 정확도 평가 시스템
100 : 데이터 베이스부 200 : 영상 가시화부
300 : 정합 방법 선택부 400 : 좌표 획득부
500 : 팬텀부 510 : 외부 파트
520 : 정확도 측정파트 600 : 정합부
700 : 정확도 평가부 900 : 수술항법 장치
910 : 프로브

Claims (13)

1. 수술 부위를 모사한 외부파트, 및 상기 외부파트의 내부에 위치한 정확도 측정파트를 포함하는 팬텀부;
   정확도 평가를 위한 정합 방법을 선택하는 정합방법 선택부;
   상기 선택되는 정합 방법에 따라 상기 외부파트 및 상기 정확도 측정파트의 좌표를 획득하는 좌표 획득부; 및
   상기 획득되는 좌표를 바탕으로, 수술항법 장치의 정확도를 평가하는 정확도 평가부를 포함하고,
   상기 정확도 측정파트는, 환자 얼굴 내부, 체내의 해부학적 구조물 형태 또는 수술부위 형태를 모사하도록 분포되며, 서로 다른 각도와 위치를 정의하는 복수의 돌기들이 형성되며, 각각의 돌기들의 끝단에는 프로브와 접촉되는 접촉면이 형성하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수술항법 장치는 프로브를 포함하며,
   상기 좌표 획득부는, 상기 프로브가 상기 외부파트 또는 상기 정확도 측정파트의 소정의 위치에 위치하는 경우, 해당 위치의 좌표를 획득하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 외부파트는,
   환자의 얼굴 형태 또는 수술부위 표면 형태를 모사한 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 외부파트는, 환자의 얼굴 형태 또는 수술부위 표면 형태를 모사한 상부파트, 및 상기 상부파트와 분리가능하도록 연결되며 내부에 수납공간을 형성하는 하부파트를 포함하며,
   상기 정확도 측정파트는, 상기 수납공간에 위치하여 상기 상부파트가 개방되는 경우 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 정합방법 선택부는,
   점정합 또는 표면정합을 선택하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 좌표 획득부는,
   상기 점정합의 선택에 따라, 상기 외부파트 상의 복수의 홀(divot) 좌표들을 획득하고,
   상기 표면정합의 선택에 따라, 상기 외부파트의 표면을 따르는 라인(line) 또는 면(surface) 좌표들을 획득하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 팬텀부의 좌표 정보를 저장하는 데이터 베이스부; 및
   상기 좌표 획득부에서 획득되는 상기 외부파트의 좌표를 상기 데이터 베이스부에 저장된 상기 외부파트의 좌표에 정합하며, 좌표 변환 행렬을 도출하는 정합부를 더 포함하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 평가부는,
   상기 좌표 획득부에서 획득되는 상기 정확도 측정파트의 좌표를 좌표변환 행렬을 통해 변환한 후, 기 정의된 상기 정확도 측정파트의 좌표와 비교하여, 정확도를 평가하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가시스템.
10. 팬텀부의 의료영상 데이터를 데이터 베이스부에 저장하는 단계;
    정합방법 선택부에서 수술항법 장치의 정확도 평가를 위한 정합 방법을 선택하는 단계;
    정합부에서 상기 선택되는 정합 방법에 따라 정합을 수행하는 단계; 및
    정확도 평가부에서 상기 정합의 정확도를 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 팬텀부는 수술 부위를 모사한 외부파트, 및 상기 외부파트의 내부에 위치한 정확도 측정파트를 포함하고,
    상기 정확도 측정파트는, 환자 얼굴 내부, 체내의 해부학적 구조물 형태 또는 수술부위 형태를 모사하도록 분포되며, 서로 다른 각도와 위치를 정의하는 복수의 돌기들이 형성되며, 각각의 돌기들의 끝단에는 프로브와 접촉되는 접촉면이 형성하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 정합 방법을 선택하는 단계에서,
    점정합의 선택에 따라, 좌표 획득부에서는 상기 팬텀부의 외부파트 상의 복수의 홀(divot) 좌표들을 획득하고,
    표면정합의 선택에 따라, 상기 좌표 획득부에서는 상기 외부파트의 표면을 따르는 라인(line) 또는 면(surface) 좌표들을 획득하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 정합을 수행하는 단계에서,
    상기 정합부에서, 상기 획득되는 상기 외부파트의 좌표를 기 저장된 상기 팬텀부의 좌표 정보에 정합하여, 좌표 변환 행렬을 도출하는 것을 특징으로 하는 수술항법 장치 정확도 평가방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 정합의 정확도를 평가하는 단계에서,
    상기 팬텀부에서, 상기 외부파트를 분리하여 정확도 측정파트를 노출시키는 단계; 및
    상기 정확도 평가부에서, 상기 정확도 측정파트의 좌표를 좌표 변환 행렬을 통해 변환한 후, 기 저장된 상기 팬텀부의 상기 정확도 측정파트의 좌표정보와 비교하여, 정확도를 평가하는 단계를 더 포함하는 수술항법 장치 정확도 평가방법.

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