KR102394094B1 - 시술도구 제어 시스템 - Google Patents

시술도구 제어 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102394094B1
KR102394094B1 KR1020200101832A KR20200101832A KR102394094B1 KR 102394094 B1 KR102394094 B1 KR 102394094B1 KR 1020200101832 A KR1020200101832 A KR 1020200101832A KR 20200101832 A KR20200101832 A KR 20200101832A KR 102394094 B1 KR102394094 B1 KR 102394094B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axis
surgical tool
introduction part
mask
parameter
Prior art date
Application number
KR1020200101832A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220021958A (ko
Inventor
백우현
송교석
이채혁
Original Assignee
주식회사 메디픽셀
서울대학교병원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 메디픽셀, 서울대학교병원 filed Critical 주식회사 메디픽셀
Priority to KR1020200101832A priority Critical patent/KR102394094B1/ko
Priority to PCT/KR2021/010389 priority patent/WO2022035137A1/ko
Publication of KR20220021958A publication Critical patent/KR20220021958A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102394094B1 publication Critical patent/KR102394094B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A61B1/0051—Flexible endoscopes with controlled bending of insertion part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00087—Tools
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body
    • A61B1/00071—Insertion part of the endoscope body
    • A61B1/0008—Insertion part of the endoscope body characterised by distal tip features
    • A61B1/00098—Deflecting means for inserted tools
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/005—Flexible endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/273—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor for the upper alimentary canal, e.g. oesophagoscopes, gastroscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/22—Implements for squeezing-off ulcers or the like on the inside of inner organs of the body; Implements for scraping-out cavities of body organs, e.g. bones; Calculus removers; Calculus smashing apparatus; Apparatus for removing obstructions in blood vessels, not otherwise provided for
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3417—Details of tips or shafts, e.g. grooves, expandable, bendable; Multiple coaxial sliding cannulas, e.g. for dilating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0113—Mechanical advancing means, e.g. catheter dispensers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M2025/0166—Sensors, electrodes or the like for guiding the catheter to a target zone, e.g. image guided or magnetically guided

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은, 체내로 삽입되어 영상을 획득하는 영상부, 상기 영상부의 위치 및 자세를 변경시키는 본체부, 상기 본체부의 내측을 관통하여 연장되어 체내로 삽입되는 시술도구 및 상기 본체부와 상기 시술도구의 분할 마스크(segmentation mask)를 생성하고 상기 본체부와 상기 시술도구의 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하고, 상기 시술도구의 진입 각도는 상기 본체부의 움직임에 의하여 제어될 수 있다.

Description

시술도구 제어 시스템 {A SYSTEM FOR CONTROLLING A MEDICAL INSTRUMENT}
아래의 실시예들은 시술도구 제어 시스템에 관한 것이다.
담석, 종양, 손상 등으로 인해 담관이 막히는 협착(stricture or stenosis)이 발생하면 발열, 황달, 복통을 동반한 급성담관염으로 진행된다.
이러한 경우 내시경, 가이드와이어 및 조영 영상을 이용하여 이를 치료하는 시술이 널리 보급되어 있다. (예를 들면, ERCP 시술) 아울러, 유사한 시술로서 협심증을 치료하기 위해 가이드와이어로 스텐트 등을 삽입하는 심혈관중재시술이 있다.
이와 같은, ERCP 시술 및 심혈관중재시술은 모두 조영 영상을 이용하는데, 이를 위한 영상 장비들은 대부분 방사선을 이용한다. 때문에 장시간 시술을 진행할 경우, 환자 및 시술자가 방사선에 과다하게 노출되어 신체에 부담이 가해질 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 시술 시간을 단축시키고 원격으로 시술을 진행할 수 있게 하는 자동화 장비들이 개발되고 있다. ERCP 시술의 경우, 가이드와이어나 카데터와 같은 시술도구 뿐만 아니라, 내시경도 활용하여 시술을 진행한다. 시술도구가 내시경 내부의 채널을 통해 담관 내로 이동하기 때문에, 시술도구를 원활히 제어하려면 내시경도 함께 조작해야 한다. 이러한 내시경을 조작해야 하는 조건으로 인하여 조작의 자동화를 위한 난이도가 심혈관중재시술보다 어려운 실정이다.
일본 공개특허공보 제2009-213523호에는 내시경의 만곡 조작 장치에 관한 내용이 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 시술도구의 진입 각도를 효과적으로 제어하기 위한 시술도구 제어 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 내시경의 조작값 변환을 통하여 시술도구의 진입 각도를 제어하기 위한 시술도구 제어 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은, 체내로 삽입되어 영상을 획득하는 영상부, 상기 영상부의 위치 및 자세를 변경시키는 본체부, 상기 본체부의 내측을 관통하여 연장되어 체내로 삽입되는 시술도구 및 상기 본체부와 상기 시술도구의 분할 마스크(segmentation mask)를 생성하고 상기 본체부와 상기 시술도구의 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하고, 상기 시술도구의 진입 각도는 상기 본체부의 움직임에 의하여 제어될 수 있다.
이 때, 상기 제어부는 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부를 설정하고, 상기 도입부는 시술도구의 분할 마스크 상에서 상기 본체부와 가장 인접한 제1 지점으로부터 상기 본체부의 직경에 해당하는 길이만큼 이격된 제2 지점까지의 부분으로 정의될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 최초 좌표축을 설정하고, 상기 최초 좌표축의 원점은 상기 제2 지점으로 정의되고, 상기 최초 좌표축의 X축은 상기 도입부의 제1 지점과 제2 점을 잇는 연장선으로 정의되며, 상기 최초 좌표축의 Y축은 상기 X축에 직교하는 선으로 정의되며, 상기 최초 좌표축의 Z축은 상기 X축과 상기 Y축이 형성하는 평면을 수직으로 관통하는 선으로 정의될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터를 측정하고, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 위치 파라미터는 상기 도입부의 제2 지점의 위치 값으로 산출되고, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터는 상기 Z축에 대한 회전 값으로 산출되고, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터는 상기 Y축에 대한 회전 값으로 산출될 수 있다.
상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터는, 시술도구의 분할 마스크의 도입부의 최초 좌표축의 X축을 기준으로 실시간의 시술도구의 분할 마스크의 도입부의 X축의 기울기 정도의 값으로 산출될 수 있다.
또한, 상기 본체부는 곧게 연장되는 제1 부분 및 상기 제1 부분의 일단으로부터 굴곡되어 연장되는 제2 부분으로 형성되고, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터는 본체부의 제1 부분의 중심을 관통하는 중심선과 상기 X축과 상기 Y축이 형성하는 평면을 상에 놓이는 본체부의 제2 부분의 단부 사이의 최초의 거리 값과 실시간의 거리 값의 차이에 의하여 산출될 수 있다.
이 때, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터는 제1 레버에 의하여 조작되며, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 요 파라미터는 제2 레버에 의하여 조작되고, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 피치 파라미터는 상기 본체부를 회전시키는 매니퓰레이터에 의하여 조작될 수 있다.
또한, 상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터의 변화 값은 하기 식(1) 내지 식(3)에 의하여 각각 산출될 수 있으며,
식(1) :
Figure 112020085364439-pat00001
식(2) :
Figure 112020085364439-pat00002
식(3) :
Figure 112020085364439-pat00003
여기서,
Figure 112020085364439-pat00004
: 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 값
Figure 112020085364439-pat00005
: 제1 레버의 조작 값
Figure 112020085364439-pat00006
: 제1 레버와 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00007
: 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 값
Figure 112020085364439-pat00008
: 제2 레버의 조작 값
Figure 112020085364439-pat00009
: 제2 레버와 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00010
: 시술도구의 도입부의 Y축에 대한 회전 값
y, z : 매니퓰레이터의 최초의 y축, z축에 대한 위치값
Figure 112020085364439-pat00011
: 매니퓰레이터의 실시간의 y축, z축에 대한 위치값
Figure 112020085364439-pat00012
: 실시간의
Figure 112020085364439-pat00013
가 이루는 각도
Figure 112020085364439-pat00014
: 매니퓰레이터의 x축 기준의 회전 각도
Figure 112020085364439-pat00015
: 매니퓰레이터와 시술도구의 도입부의 Y 축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00016
: 본체부의 길이 방향 (
Figure 112020085364439-pat00017
) 축으로의 매니퓰레이터의 회전 직경
으로 정의될 수 있다.
일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은 시술도구의 진입 각도를 효과적으로 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은 내시경의 조작값 변환을 통하여 시술도구의 진입 각도를 제어할 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템의 일부가 체내에 삽입된 상태를 나타낸다.
도2내지 도6은 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템의 작동 매커니즘을 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시예가 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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도1은 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템의 일부가 체내에 삽입된 상태를 나타내며, 도2내지 도6은 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템의 작동 매커니즘을 나타낸다.
도1을 참조하여, 체내로 삽입되는 시술도구의 담관 내 진입 각도 제어에 필요한 내시경 조작 명령에 대한 매커니즘을 이하에서 설명한다. 이 때, 상기 내시경은 체내로 삽입되어 영상을 획득하는 영상부(100)와 영상부의 위치 및 자세를 변경시키는 본체부(200)로 구성될 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은 시술도구의 진입각도를 제어하기 위해 필요한 내시경에 대한 조작값을 도출하기 위한 시스템이다.
다시 말하면, 일 실시예에 따른 시술도구 제어 시스템은 조영 영상에서 담관 내 시술도구 진입 각도를 정량적으로 측정할 수 있는 매커니즘을 제공할 수 있으며, 나아가, 시술도구 진입 각도의 변화와 내시경 조작 값의 상관 관계를 정량적으로 알고리즘화함으로써 내시경에 어떠한 모션을 제공해야 시술도구를 원하는 각도로 구동시킬 수 있는지에 대한 매커니즘을 제공할 수 있다. 이와 같은 매커니즘은 ERCP 시술의 자동화에도 기여할 수 있을 것이다.
구체적으로, 상기 시술도구 제어 시스템은, 영상부(100), 본체부(200), 상기 본체부의 내측을 관통하여 연장되어 체내로 삽입되는 시술도구(300) 및 본체부와 시술도구의 분할 마스크(segmentation mask)를 생성하고 본체부와 시술도구의 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이 때, 시술도구(300)의 진입 각도는 본체부(200)의 움직임에 의하여 제어될 수 있다.
도2를 참조하면, 제어부는 시술도구(300)의 분할 마스크(A)의 도입부(310)를 설정할 수 있다. 상기 도입부(310)는 시술도구의 분할 마스크 상에서 본체부(200)와 가장 인접한 제1 지점(311)으로부터 본체부의 직경(L)에 해당하는 길이만큼 이격된 제2 지점(312)까지의 부분으로 정의될 수 있다.
또한, 제어부는, 시술도구의 분할 마스크의 도입부(310)에 대한 최초 좌표축을 설정할 수 있다. 이 때, 최초 좌표축의 원점(O)은 제2 지점으(312)로 정의되고, 최초 좌표축의 X축은 도입부의 제1 지점과 제2 점을 잇는 연장선 상에 배치되는 선으로 정의되며, 최초 좌표축의 Y축은 X축에 직교하는 선으로 정의되며, 최초 좌표축의 Z축은 X축과 Y축이 형성하는 평면을 수직으로 관통하는 선으로 정의될 수 있다.
이하에서는 도3 내지 도5를 참조하여, 제어부가 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터를 측정하는 매커니즘을 설명한다.
도3을 참조하면, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 위치 파라미터(
Figure 112020085364439-pat00018
)는 도입부(310)의 제2 지점(312)의 위치 값으로 산출될 수 있다.
또한, 도4를 참조하면, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터(
Figure 112020085364439-pat00019
)는 Z축에 대한 회전 값으로 산출될 수 있다. 일 예로서, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터(
Figure 112020085364439-pat00020
)는 시술도구의 분할 마스크의 도입부의 최초 좌표축의 X축(X)을 기준으로 실시간의 시술도구의 분할 마스크의 도입부의 X축(X')의 기울기 정도의 값으로 산출될 수 있다.
아울러, 도5를 참조하면, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터(
Figure 112020085364439-pat00021
)는 Y축에 대한 회전 값으로 산출될 수 있다. 일 예로서, 본체부가 곧게 연장되는 제1 부분(210) 및 제1 부분의 일단으로부터 굴곡되어 연장되는 제2 부분(220)으로 형성될 때, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터는 본체부의 제1 부분(210)의 중심을 관통하는 중심선(B)과 X축과 Y축이 형성하는 평면을 상에 놓이는 본체부의 제2 부분(220)의 단부 사이의 최초의 거리 값(d0)과 실시간의 거리 값(d1)의 차이에 의하여 산출될 수 있다.
예를 들어, 도5의 (a)와 같은 경우 본체부의 제1 부분(210)의 중심을 관통하는 중심선(B)과 X축과 Y축이 형성하는 평면을 상에 놓이는 본체부의 제2 부분(220)의 단부 사이의 수직 거리는 d0와 같이 나타날 수 있으며, 도5의 (b)와 같이 본체부가 회전됨에 따라 변화되는 실시간의 본체부의 제1 부분(210)의 중심을 관통하는 중심선(B)과 X축과 Y축이 형성하는 평면을 상에 놓이는 본체부의 제2 부분(220)의 단부 사이의 수직 거리는 d1과 같이 나타날 수 있다. 이 때, 최초의 거리 값(d0)과 실시간의 거리 값(d1)의 차이를 계산하여 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터(
Figure 112020085364439-pat00022
) 값을 도출할 수 있다.
나아가, 도6을 참조하면, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터는 제1 레버(미도시)에 의하여 조작되며, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 요 파라미터는 제2 레버(미도시)에 의하여 조작되고, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 피치 파라미터는 본체부(200)를 회전시키는 매니퓰레이터(400)에 의하여 조작될 수 있다. 이 때, 제1 레버는 Up & Down 레버로 형성될 수 있으며, 제2 레버는 Elevator 레버로 형성될 수 있다.
또한, 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터의 변화 값은 하기 식(1) 내지 식(3)에 의하여 각각 산출될 수 있으며,
식(1) :
Figure 112020085364439-pat00023
식(2) :
Figure 112020085364439-pat00024
식(3) :
Figure 112020085364439-pat00025
여기서,
Figure 112020085364439-pat00026
: 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 값
Figure 112020085364439-pat00027
: 제1 레버의 조작 값
Figure 112020085364439-pat00028
: 제1 레버와 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00029
: 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 값
Figure 112020085364439-pat00030
: 제2 레버의 조작 값
Figure 112020085364439-pat00031
: 제2 레버와 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00032
: 시술도구의 도입부의 Y축에 대한 회전 값
y, z : 매니퓰레이터의 최초의 y축, z축에 대한 위치값
Figure 112020085364439-pat00033
: 매니퓰레이터의 실시간의 y축, z축에 대한 위치값
Figure 112020085364439-pat00034
: 실시간의
Figure 112020085364439-pat00035
가 이루는 각도
Figure 112020085364439-pat00036
: 매니퓰레이터의 x축 기준의 회전 각도
Figure 112020085364439-pat00037
: 매니퓰레이터와 시술도구의 도입부의 Y 축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
Figure 112020085364439-pat00038
: 본체부의 길이 방향 (
Figure 112020085364439-pat00039
) 축으로의 매니퓰레이터의 회전 직경,으로 정의될 수 있다.
즉, 제1 레버의 경우 자유도가 1이며, 시술도구의 위치 파라미터에 영향을 미칠 수 있는 방향이 X축 하나이기 때문에, 제1 레버의 조작 값과 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 값이 1대1로 대응될 수 있다.
또한, 제2 레버의 경우에도 제1 레버와 마찬가지로 자유도가 1이고, 시술도구의 요 파리미터에 영향을 미칠 수 있는 자유도가 1이기 때문에 제2 레버의 조작 값과 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 값이 1대1로 대응될 수 있다.
아울러, 시술도구의 피치 파리미터는 3 자유도 이상을 지닌 매니퓰레이터의 조작에 의하여 제어될 수 있으며, 상기 시술도구의 피치 파리미터는 매니퓰레이터의 위치 값(Xt, Yt, Zt)에 의하여 제어될 수 있다. 즉, 내시경의 본체부가 상기 본체부를 관통하는 중심축을 기준으로 고정되어 회전된다고 가정할 때, 상기 식(3)에 의하여 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 피치 파라미터를 도출할 수 있다.
상기에서 설명한 구성들을 포함하는 일 실시예에 시술도구 제어 시스템은 시술도구의 진입 각도를 효과적으로 제어할 수 있으며, 내시경의 조작값 변환을 통하여 시술도구의 진입 각도를 제어할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100 : 영상부
200 : 본체부
300 : 시술도구

Claims (8)

  1. 체내로 삽입되어 영상을 획득하는 영상부;
    상기 영상부의 위치 및 자세를 변경시키는 본체부;
    상기 본체부의 내측을 관통하여 연장되어 체내로 삽입되는 시술도구; 및
    상기 본체부 및 상기 시술도구의 분할 마스크(segmentation mask)를 생성하고, 상기 본체부와 상기 시술도구의 위치 및 자세에 대한 정보를 획득하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 시술도구의 진입 각도는 상기 본체부의 움직임에 의하여 제어되고,
    상기 제어부는,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부를 설정하고,
    상기 도입부는 시술도구의 분할 마스크 상에서 상기 본체부와 가장 인접한 제1 지점으로부터 상기 본체부의 직경에 해당하는 길이만큼 이격된 제2 지점까지의 부분으로 정의되며,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 최초 좌표축을 설정하고,
    상기 최초 좌표축의 원점은 상기 제2 지점으로 정의되며,
    상기 최초 좌표축의 X축은 상기 도입부의 제1 지점과 제2 점을 잇는 연장선으로 정의되고,
    상기 최초 좌표축의 Y축은 상기 X축에 직교하는 선으로 정의되며,
    상기 최초 좌표축의 Z축은 상기 X축과 상기 Y축이 형성하는 평면을 수직으로 관통하는 선으로 정의되며,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터를 측정하고,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 위치 파라미터는 상기 도입부의 제2 지점의 위치 값으로 산출되고,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터는 상기 Z축에 대한 회전 값으로 산출되고,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터는 상기 Y축에 대한 회전 값으로 산출되는,
    시술도구 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 요 파라미터는,
    시술도구의 분할 마스크의 도입부의 최초 좌표축의 X축을 기준으로 실시간의 시술도구의 분할 마스크의 도입부의 X축의 기울기 정도의 값으로 산출되는,
    시술도구 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는 곧게 연장되는 제1 부분 및 상기 제1 부분의 일단으로부터 굴곡되어 연장되는 제2 부분으로 형성되고,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 피치 파라미터는, 본체부의 제1 부분의 중심을 관통하는 중심선과 상기 X축과 상기 Y축이 형성하는 평면을 상에 놓이는 본체부의 제2 부분의 단부 사이의 최초의 거리 값과 실시간의 거리 값의 차이에 의하여 산출되는,
    시술도구 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터는 제1 레버에 의하여 조작되며,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 요 파라미터는 제2 레버에 의하여 조작되고,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 피치 파라미터는 상기 본체부를 회전시키는 매니퓰레이터에 의하여 조작되는,
    시술도구 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시술도구의 분할 마스크의 도입부에 대한 실시간의 위치 파라미터, 요 파라미터, 피치 파라미터의 변화 값은 하기 식(1) 내지 식(3)에 의하여 각각 산출되며,
    식(1) :
    Figure 112020085364439-pat00040

    식(2) :
    Figure 112020085364439-pat00041

    식(3) :
    Figure 112020085364439-pat00042

    여기서,
    Figure 112020085364439-pat00043
    : 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 값
    Figure 112020085364439-pat00044
    : 제1 레버의 조작 값
    Figure 112020085364439-pat00045
    : 제1 레버와 시술도구의 도입부의 제2 지점의 위치 사이의 관계 상수
    Figure 112020085364439-pat00046
    : 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 값
    Figure 112020085364439-pat00047
    : 제2 레버의 조작 값
    Figure 112020085364439-pat00048
    : 제2 레버와 시술도구의 도입부의 Z축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
    Figure 112020085364439-pat00049
    : 시술도구의 도입부의 Y축에 대한 회전 값
    y, z : 매니퓰레이터의 최초의 y축, z축에 대한 위치값
    Figure 112020085364439-pat00050
    : 매니퓰레이터의 실시간의 y축, z축에 대한 위치값
    Figure 112020085364439-pat00051
    : 실시간의
    Figure 112020085364439-pat00052
    가 이루는 각도
    Figure 112020085364439-pat00053
    : 매니퓰레이터의 x축 기준의 회전 각도
    Figure 112020085364439-pat00054
    : 매니퓰레이터와 시술도구의 도입부의 Y 축에 대한 회전 각도 사이의 관계 상수
    Figure 112020085364439-pat00055
    : 본체부의 길이 방향 (
    Figure 112020085364439-pat00056
    ) 축으로의 매니퓰레이터의 회전 직경
    으로 정의되는,
    시술도구 제어 시스템.
KR1020200101832A 2020-08-13 2020-08-13 시술도구 제어 시스템 KR102394094B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200101832A KR102394094B1 (ko) 2020-08-13 2020-08-13 시술도구 제어 시스템
PCT/KR2021/010389 WO2022035137A1 (ko) 2020-08-13 2021-08-06 시술도구 제어 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200101832A KR102394094B1 (ko) 2020-08-13 2020-08-13 시술도구 제어 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220021958A KR20220021958A (ko) 2022-02-23
KR102394094B1 true KR102394094B1 (ko) 2022-05-04

Family

ID=80246780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200101832A KR102394094B1 (ko) 2020-08-13 2020-08-13 시술도구 제어 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102394094B1 (ko)
WO (1) WO2022035137A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230136441A (ko) 2022-03-18 2023-09-26 재단법인 아산사회복지재단 시술 도구용 지지대

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5702028B2 (ja) * 2013-03-08 2015-04-15 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3777438B2 (ja) * 1999-08-18 2006-05-24 フジノン株式会社 内視鏡のアングル操作ワイヤの案内装置
KR101159469B1 (ko) * 2009-05-14 2012-06-25 국립암센터 수술도구 검출 방법, 수술도구 검출 방법을 기록한 기록매체, 수술도구 검출 방법을 수행하는 수술 시스템 및 수술도구 검출 방법을 수행하는 수술 보조시스템
KR20140035294A (ko) * 2012-09-13 2014-03-21 (주)알에프메디컬 바늘 안내 시스템 및 ct 이미지 표시 장치
KR102085537B1 (ko) * 2018-03-26 2020-03-06 서울대학교병원 내시경 및 부비동 진입용 내시경

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5702028B2 (ja) * 2013-03-08 2015-04-15 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 内視鏡

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022035137A1 (ko) 2022-02-17
KR20220021958A (ko) 2022-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7130682B2 (ja) 器具挿入補償
JP5023298B2 (ja) 方向付け可能な内視鏡
JP2019168463A (ja) 冗長センシングを伴う形状センサシステム
CN104519823B (zh) 机器人远程运动中心的控制器限定
US20160213884A1 (en) Adaptive catheter control for planar user interface
JP2009101077A (ja) 医療装置
KR20180022944A (ko) 수술용 로봇
WO2008133956A9 (en) Robotic instrument control system
US20090259099A1 (en) Image-based control systems
EP4090254A1 (en) Systems and methods for autonomous suturing
JP7441810B2 (ja) 二重操作手段を有する医用装置及びその使用方法
KR102394094B1 (ko) 시술도구 제어 시스템
Yan et al. A continuum robotic cannula with tip following capability and distal dexterity for intracerebral hemorrhage evacuation
CN115715839A (zh) 导管弯曲转向控制方法、导管系统及存储介质
CN115554568A (zh) 导管弯曲转向控制方法、导管系统及存储介质
Lei et al. Development of a novel deployable arm for natural orifice transluminal endoscopic surgery
JP2023116743A (ja) 椎弓根スクリューの固定プランニングシステム及び方法
CN112869856B (zh) 二维图像引导的髓内针远端锁定机器人系统及其锁定方法
CN117297773A (zh) 手术器械控制方法、手术机器人和存储介质
Ganji et al. Kinematic characterization of a cardiac ablation catheter
CN114502081A (zh) 用于在存在异常传感器信号的情况下控制柔性设备的方法和系统
KR102013793B1 (ko) 가이드 와이어 밴딩 장치
WO2023179339A1 (zh) 导管形状与力感知方法、手术导航方法和介入手术系统
JPH04158827A (ja) 内視鏡装置
JP2023515420A (ja) カテーテル標的ロックのための方法及びシステム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant