KR102399973B1 - Non-invasive spine surgery guidance system using laser - Google Patents

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KR102399973B1
KR102399973B1 KR1020210043939A KR20210043939A KR102399973B1 KR 102399973 B1 KR102399973 B1 KR 102399973B1 KR 1020210043939 A KR1020210043939 A KR 1020210043939A KR 20210043939 A KR20210043939 A KR 20210043939A KR 102399973 B1 KR102399973 B1 KR 102399973B1
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Abstract

The present invention relates to a non-invasive spinal surgery guidance system using a laser. According to the present invention, the non-invasive spinal surgery guidance system using a laser comprises: a laser beam guide unit interworking with a real-time spine-photographed image of a patient to irradiate a target point of a spine with a laser beam, and receiving the reflected laser beam; an extension mechanism including a hollow guider and a rod for pushing a screw nail accommodated in one end to insert and fastener the same to the target point while moving along the inside of the guider, and formed with a reflector at a handle end of the rod; an auxiliary robot for adjusting an installation angle of the extension mechanism with respect to a skin point having the laser beam being in contact therewith in a state of gripping the extension mechanism; and a control unit for synchronizing the installation angle of the extension mechanism with an irradiation angle of the laser beam by controlling the auxiliary robot on the basis of the received signal strength of the laser beam reflected from the reflector. According to the present invention, a starting point for pedicle screw insertion and an insertion angle of a mechanism for driving a screw can be easily guided by using a laser instead of an existing guidance steel wire.

Description

레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템{Non-invasive spine surgery guidance system using laser}Non-invasive spine surgery guidance system using laser

본 발명은 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 강선 대신에 레이저를 이용하여 척추경 나사 삽입을 위한 시작점 및 기구 삽입 각도를 용이하게 설정하고 가이드해 줄 수 있는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser, and more particularly, using a laser instead of a conventional steel wire to easily set and guide the starting point and instrument insertion angle for pedicle screw insertion. It relates to a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser.

일반적으로 척수 수술의 경우 항법(Navigation) 장치를 이용하여 환자의 해부학적인 정보를 등록하고 이 정보를 바탕으로 로봇 팔이 움직이면서 척추경에 강선(유도강선, Guide-wire) 삽입을 위한 위치를 지정해 준다. 그리고 이러한 강선 유도 하에 수술 기구가 삽입 되어 수술이 시행되었다. In general, in the case of spinal cord surgery, the patient's anatomical information is registered using a navigation device, and based on this information, the robot arm moves and designates the position for insertion of a steel wire (guide-wire) into the pedicle. . Then, a surgical instrument was inserted under this guideline and the operation was performed.

하지만, 기구(확장기, 척추경 나사 등)에 강선이 들어가는 구멍을 만들어야 하므로 기구 제조 과정에서 추가 공정이 요구되고 구멍을 만들면서 산업 폐기물이 발생하는 단점이 있다. 아울러 강선 유도 기구를 만들기 위한 설비를 따로 갖추어야 하는 비용 관련된 문제도 존재한다.However, since it is necessary to make a hole for the steel wire to enter the instrument (dilator, pedicle screw, etc.), an additional process is required during the manufacturing process of the instrument, and industrial waste is generated while making the hole. In addition, there is a cost-related problem that requires a separate facility for making a steel wire guide mechanism.

뿐만 아니라, 척추체에 거치된 강선은 수술 중 복부로 들어가 장기 손상을 줄 우려가 있으며, 수술 중에 강선이 외부로 이탈하여 강선 삽입을 다시 시작해야 하는 경우도 종종 발생한다. In addition, there is a risk that the steel wire mounted on the vertebral body may enter the abdomen during surgery and cause organ damage, and it is often necessary to start inserting the steel wire again because the steel wire is detached from the outside during the operation.

특히, 재수술 등으로 인해 정상 해부학적인 척추 구조물을 확인하기 어려운 경우에는 절개술 시 척추경 나사를 삽입하기 위한 시작점, 삽입 각도 설정 등이 용이하지 않은 문제점이 있다.In particular, when it is difficult to confirm a normal anatomical spinal structure due to reoperation, etc., there is a problem in that it is not easy to set a starting point and an insertion angle for inserting a pedicle screw during incision.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1631908호(2016.06.20 공고)에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1631908 (published on June 20, 2016).

본 발명은, 기존의 유도 강선 대신에 레이저를 이용하여 척추경 나사 삽입을 위한 시작점 및 나사를 박는 기구의 삽입 각도를 용이하게 가이드해 줄 수 있는 무침습 척추 수술 유도 시스템을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a non-invasive spinal surgery guidance system that can easily guide a starting point for insertion of a pedicle screw and an insertion angle of a screwdriver using a laser instead of a conventional guide wire.

본 발명은, 환자의 실시간 척추 촬영 이미지과 연동하여 척추의 타겟 지점으로 레이저 빔을 조사하고 반사된 레이저 빔을 수신하는 레이저 빔 가이드부와, 중공된 가이더 및 상기 가이더의 내측을 따라 이동하면서 일단부에 수용된 나사못을 밀어 상기 타겟 지점에 삽입 체결하기 위한 로드를 포함하며, 상기 로드의 손잡이 단부에 반사체가 형성된 익스텐션 기구와, 상기 익스텐션 기구를 파지한 상태에서 상기 레이저 빔이 닿은 피부 지점에 대한 상기 익스텐션 기구의 설치 각도를 조절하는 보조 로봇, 및 상기 반사체로부터 반사된 레이저 빔의 수신 신호 강도를 기초로 상기 보조 로봇을 제어하여 상기 익스텐션 기구의 설치 각도를 상기 레이저 빔의 조사 각도와 동기화 시키는 제어부를 포함하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템을 제공한다.The present invention relates to a laser beam guide unit that irradiates a laser beam to a target point of the spine in conjunction with a real-time spinal imaging image of a patient and receives a reflected laser beam, a hollow guider and one end while moving along the inside of the guider It includes a rod for inserting and fastening the accommodated screw to the target point, an extension mechanism having a reflector formed on the handle end of the rod, and the extension mechanism for a skin point touched by the laser beam while holding the extension mechanism An auxiliary robot for adjusting the installation angle of the reflective body, and a control unit for controlling the auxiliary robot based on the received signal strength of the laser beam reflected from the reflector to synchronize the installation angle of the extension mechanism with the irradiation angle of the laser beam Provided is a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser.

또한, 상기 익스텐션 기구는, 상기 로드의 일측 단부가 상기 나사못의 머리에 결합된 상태에서 상기 로드가 상기 가이더의 내측에 형성된 나사산을 따라 전진 이동하면서 상기 나사못을 상기 타겟 지점 상에 삽입 체결할 수 있다.In addition, the extension mechanism, in a state in which one end of the rod is coupled to the head of the screw, the rod moves forward along the thread formed on the inside of the guider while inserting and fastening the screw on the target point. .

또한, 상기 레이저 빔 가이드부는, 기립 설치되는 스탠드와, 상기 스탠드에 대해 상하강 가능하게 결합되어 높이 조절되고, 상기 레이저 빔의 각도 조절이 가능하도록 다관절로 이루어진 로봇 암, 및 상기 로봇 암의 단부에 장착되어 상기 레이저 빔을 송수신하는 레이저 수단을 포함할 수 있다.In addition, the laser beam guide unit includes a stand that is installed upright, a robot arm that is vertically coupled with respect to the stand to adjust its height, and a multi-joint robot arm so that the angle of the laser beam can be adjusted, and an end of the robot arm. It may include a laser means for transmitting and receiving the laser beam is mounted on.

또한, 상기 레이저 빔 가이드부는, 실시간 척추 촬영 이미지 및 각종 수술 기구의 위치를 시각화하여 제공할 수 있다.In addition, the laser beam guide unit may provide a real-time spinal imaging image and visualize the positions of various surgical instruments.

또한, 상기 레이저 빔 가이드부는, 상기 내비게이션 장치를 통한 상기 척추 촬영 이미지 상에 상기 타겟 지점이 지정되면, 상기 타겟 지점의 위치를 기반으로 상기 레이저 수단이 장착된 로봇 암의 단부가 상기 타겟 지점을 향하기 위한 상기 다관절 로봇 암의 높이 및 관절 각도를 결정할 수 있다.In addition, the laser beam guide unit, when the target point is specified on the spinal imaging image through the navigation device, the end of the robot arm equipped with the laser means is directed toward the target point based on the location of the target point. It is possible to determine the height and joint angle of the articulated robot arm for

또한, 상기 제어부는, 상기 피부 지점과 대향하는 상기 익스텐션 기구의 일단부에 대한 상기 익스텐션 기구의 기울임 각도를 상기 보조 로봇을 통해 조정하면서, 상기 수신 신호 강도가 최대치 또는 설정 기준치 이상인 각도를 탐색하여 상기 동기화를 수행할 수 있다.In addition, the control unit, while adjusting the angle of inclination of the extension mechanism with respect to one end of the extension mechanism opposite to the skin point through the auxiliary robot, the received signal strength is a maximum value or a set reference value or more by searching for an angle, the Synchronization can be performed.

본 발명에 따르면, 기존의 유도 강선 대신에 레이저를 이용하여 척추경 나사 삽입을 위한 시작점 및 나사를 박는 기구의 삽입 각도를 용이하게 가이드해 줄 수 있다. According to the present invention, it is possible to easily guide the starting point for inserting the pedicle screw and the insertion angle of the screwing mechanism by using a laser instead of a conventional guide wire.

아울러, 본 발명의 경우, 척추 수술 시에 수술 부위를 가이드하는 유도 강선이 전혀 불필요 하므로 강선과 연관된 특수 기구 역시 전혀 필요하지 않으며, 강선 사용으로 인한 위험성 및 불편함을 해소할 수 있다. In addition, in the case of the present invention, since there is no need for a guide wire for guiding the surgical site during spinal surgery, a special instrument related to the steel wire is not required at all, and the risk and inconvenience caused by the use of the steel wire can be eliminated.

또한, 레이저의 경우 유도 강선과는 달리 수술 동선에 전혀 방해가 되지 않아 수술자의 활동 범위를 확보할 수 있고 수술 시간을 단축할 수 있다.In addition, in the case of the laser, unlike the guided steel wire, it does not interfere with the operation flow at all, so it is possible to secure the operator's range of activity and shorten the operation time.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템의 개념도를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 빔 가이드부와 내비게이션 장치의 설치 모습을 나타낸 도면이다.
도 3는 도 1에 도시된 익스텐션 기구의 구조를 개략적으로 설명한 도면이다.
도 4는 도 1의 보조 로봇을 통해 익스텐션 기구의 설치 각도를 레이저 빔의 조사 각도와 동기화하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 익스텐션 기구의 각도에 따른 레이저 빔의 반사 각도를 설명하는 도면이다.1 is a view showing a conceptual diagram of a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an installation state of the laser beam guide unit and the navigation device shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the structure of the extension mechanism shown in FIG. 1 .
4 is a view showing a state in which the installation angle of the extension mechanism is synchronized with the irradiation angle of the laser beam through the auxiliary robot of FIG. 1 .
5 is a view for explaining a reflection angle of a laser beam according to an angle of an extension mechanism.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Then, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . Also, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템의 개념도를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이저 빔 가이드부와 내비게이션 장치의 설치 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conceptual diagram of a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing the installation of the laser beam guide unit and the navigation device shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템(100)은 레이저 빔 가이드부(110), 익스텐션 기구(120), 보조 로봇(130), 제어부(140)를 포함한다.1 and 2 , the system 100 for guiding non-invasive spine surgery using a laser according to an embodiment of the present invention includes a laser beam guide unit 110 , an extension device 120 , an auxiliary robot 130 , and a control unit. (140).

레이저 빔 가이드부(110)는 환자의 실시간 척추 촬영 이미지과 연동하여 척추의 타겟 지점(T)으로 레이저 빔을 조사하고 반사된 레이저 빔을 수신한다.The laser beam guide unit 110 irradiates a laser beam to the target point T of the spine in conjunction with a real-time spinal imaging image of the patient and receives the reflected laser beam.

레이저 빔 가이드부(110)는 도 2와 같이, 수술실에 기립 설치되는 스탠드(111), 스탠드(111)에 장착된 로봇 암(112), 그리고 레이저 수단(113)을 포함하여 구성된다. 이러한 레이저 빔 가이드부(110)는 수술자 후방이나 측방에서 직접 레이저 빔을 조사하여 수술 부위를 유도해줄 수 있다.As shown in FIG. 2 , the laser beam guide unit 110 includes a stand 111 installed upright in the operating room, a robot arm 112 mounted on the stand 111 , and a laser means 113 . The laser beam guide unit 110 may guide the surgical site by irradiating a laser beam directly from the operator's rear or side.

스탠드(111)는 로봇 암(112)이 거치되고 로봇 암(112)이 안정되게 상하로 움직이고 관절이 움직일 때 로봇 암(112)을 안정적으로 지지할 수 있도록 구성된다. The stand 111 is configured to stably support the robot arm 112 when the robot arm 112 is mounted and the robot arm 112 moves up and down stably and the joints move.

로봇 암(112)은 스탠드(111)에 대해 상하강 가능하게 결합되어 높이 조절이 이루어지며, 레이저 빔의 방향과 각도 조절이 가능하도록 다관절로 이루어진다. 로봇 암(112)의 높이와 관절 각도 제어는 모터 등에 의해 제어될 수 있다. 다관절의 로봇 암(112)은 기 공지된 다양한 형태 및 구조가 적용될 수 있다.The robot arm 112 is coupled to the stand 111 so as to be able to move up and down to adjust the height, and has a multi-joint structure so that the direction and angle of the laser beam can be adjusted. The height and joint angle control of the robot arm 112 may be controlled by a motor or the like. The multi-joint robot arm 112 may have a variety of known shapes and structures.

레이저 수단(113)은 로봇 암(112)의 단부에 장착된 상태에서 전방으로 레이저 빔을 송신하고 다시 반사되어 돌아오는 레이저 빔을 수신한다. 따라서 레이저 수단(113)은 레이저 발생부와 수광부를 포함할 수 있다. The laser means 113 is mounted on the end of the robot arm 112, transmits a laser beam forward and receives a laser beam that is reflected back. Accordingly, the laser means 113 may include a laser generating unit and a light receiving unit.

여기서, 레이저 수단(113)은 로봇 암(112)의 끝에서 수술 부위를 향해 대략 2~3m 정도로 산란되지 않게 빔을 조사하는 레이저 포인트 발생기를 포함하여 구현될 수 있다.Here, the laser means 113 may be implemented by including a laser point generator that irradiates a beam from the tip of the robot arm 112 toward the surgical site without being scattered about 2 to 3 m.

레이저 빔 가이드부(110)는 실시간 척추 촬영 이미지 및 각종 수술 기구의 위치를 시각화하여 제공하는 내비게이션 장치(200)와 연동하여 동작할 수 있다. 이러한 레이저 빔 가이드부(110)는 내비게이션 장치(200)와 유무선 네트워크를 통해 연결되어 각종 정보를 주고받으면서 서로 연동할 수 있다. 내비게이션 장치(200)는 기존의 수술용 항법 장치를 적용할 수 있다.The laser beam guide unit 110 may operate in conjunction with the navigation device 200 to visualize and provide a real-time spinal imaging image and positions of various surgical instruments. The laser beam guide unit 110 may be connected to the navigation device 200 through a wired/wireless network, and may interact with each other while exchanging various types of information. The navigation device 200 may apply an existing surgical navigation device.

일반적으로 내비게이션 장치(200)는 환자의 의료 이미지 데이터(척추 촬영 이미지)와 수술장 내의 환자의 위치(기준점) 등을 이용하여 이미지 좌표계와 환자의 위치 좌표계를 맵핑하고 이를 기반으로 수술 과정에서 척추 수술에 필요한 각종 항법 기능을 제공한다. 본 발명의 실시예에서 내비게이션 장치(200)는 레이저 빔 가이드부(110)의 수술장 내 위치(기준점)를 추가로 활용할 수 있다.In general, the navigation device 200 maps the image coordinate system and the patient's position coordinate system using the patient's medical image data (vertebrae imaging image) and the patient's position (reference point) in the operating room, and based on this, the spine surgery It provides various navigation functions necessary for In an embodiment of the present invention, the navigation device 200 may additionally utilize the position (reference point) in the operating room of the laser beam guide unit 110 .

내비게이션 장치(200)는 도 2와 같이 목표로 하는 타겟 지점을 포함한 척추 촬영 이미지를 다각도로 제공할 수 있다. As shown in FIG. 2 , the navigation device 200 may provide a spinal imaging image including a target point in various angles.

본 발명의 실시예는 내비게이션 장치(200)의 화면에 제공된 척추 촬영 이미지 상에 마우스, 터치 등의 조작을 통해 타겟 부위(T)가 지정(선택)되면 이에 대응되어 레이저 빔 가이드부(110)의 로봇 암(112)이 기구 삽입 부위와 방향에 맞게 움직이면서 레이저가 타겟 지점(T)을 향해 정조준되어 조사될 수 있게 된다.According to an embodiment of the present invention, when the target region T is designated (selected) through manipulations such as a mouse and a touch on the spine photographed image provided on the screen of the navigation device 200, the laser beam guide unit 110 responds accordingly. As the robot arm 112 moves in accordance with the instrument insertion site and direction, the laser can be irradiated while being accurately aimed toward the target point T.

구체적으로, 내비게이션 장치(200)를 통해 제공된 상기 척추 촬영 이미지 상에 타겟 지점(T)이 지정되면, 레이저 빔 가이드부(110)는 타겟 지점(T)의 정보를 내비게이션 장치(200)로부터 전달받아, 타겟 지점(T)의 위치를 기반으로 레이저 수단(113)이 장착된 로봇 암(112)의 단부가 타겟 지점을 향하기 위한 다관절 로봇 암(112)의 높이 및 관절 각도를 결정한다. 그리고 결정된 높이 및 관절 각도로 로봇 암(112)을 제어함에 따라 로봇 암(112)의 단부에 위치한 레이저 수단(113)이 타겟 부위(T)를 향해 정조준 될 수 있다.Specifically, when a target point T is designated on the spinal imaging image provided through the navigation device 200 , the laser beam guide unit 110 receives information on the target point T from the navigation device 200 . , Based on the position of the target point T, the end of the robot arm 112 equipped with the laser means 113 determines the height and the joint angle of the articulated robot arm 112 to face the target point. And as the robot arm 112 is controlled with the determined height and joint angle, the laser means 113 located at the end of the robot arm 112 may be aimed straight toward the target region T.

도 3는 도 1에 도시된 익스텐션 기구의 구조를 개략적으로 설명한 도면이다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the structure of the extension mechanism shown in FIG. 1 .

도 3과 같이, 익스텐션 기구(120)는 나사못(10)(척추경 나사)을 타겟 지점(T)에 박기 위하여 사용되고, 중공된 가이더(121) 및 가이더(121) 내측을 이동 가능한 로드(122)를 포함하여 구성된다.As shown in Fig. 3, the extension mechanism 120 is used to drive the screw 10 (vertebral screw) to the target point T, and the hollow guider 121 and the guider 121 are movable rod 122 inside. is comprised of

가이더(121)는 중공된 내부를 따라 로드(122)를 수용한다. 가이더(121)의 내표면에는 로드(122)의 체결부(124)가 체결되어 전후 이동하기 위한 나사산이 형성된다. 가이더(121)의 일단부에는 나사못(10)이 삽입 가능하고 그 후방에는 로드(122)가 길이방향으로 수용된다. The guider 121 receives the rod 122 along the hollow interior. The fastening portion 124 of the rod 122 is fastened to the inner surface of the guider 121 to form a screw thread for moving back and forth. At one end of the guider 121, a screw 10 is insertable, and the rod 122 is accommodated in the longitudinal direction at the rear thereof.

로드(122)는 가이더(121)의 내측을 따라 이동하면서 일단부에 수용된 나사못(10)을 밀어 타겟 지점(T)에 삽입 체결한다. 구체적으로, 익스텐션 기구(120)는 이러한 로드(122)의 일측 단부가 나사못(10)의 머리에 결합된 상태에서 로드(122)가 가이더(121)의 내측에 형성된 나사산을 따라 회전 및 전진 이동하면서 나사못(10)을 타겟 지점(T) 상에 삽입 체결한다. The rod 122 is inserted and fastened to the target point T by pushing the screw 10 accommodated at one end while moving along the inside of the guider 121 . Specifically, in the extension mechanism 120, the rod 122 rotates and moves forward along the thread formed inside the guider 121 in a state where one end of the rod 122 is coupled to the head of the screw 10. Insert and fasten the screw 10 on the target point (T).

로드(122)에는 수술자가 파지하는 손잡이(123)가 형성되며, 손잡이(123)의 단부 부분에는 반사체(125)가 형성된다. 반사체(125)는 익스텐션 기구(120)의 설치 각도를 레이저 빔의 각도에 맞게 정렬하기 위하여 사용된다. 반사체(125)는 입사된 빔을 반사시키는 재질로 구성될 수 있으며, 손잡이(123)의 윗면에 코팅되거나 별도 결합될 수 있다.A handle 123 gripped by an operator is formed on the rod 122 , and a reflector 125 is formed at an end portion of the handle 123 . The reflector 125 is used to align the installation angle of the extension mechanism 120 to the angle of the laser beam. The reflector 125 may be made of a material that reflects the incident beam, and may be coated on the upper surface of the handle 123 or may be separately coupled.

정렬이 제대로 된 경우에는 반사체(125)로부터 반사된 빔이 그대로 직진하여 레이저 수단(113)의 수광부로 대부분 전달되어 높은 신호 강도로 관측될 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 반사된 빔이 수광부에서 낮은 신호 강도로 관측되거나 전혀 관측되지 않게 된다. When the alignment is correct, the beam reflected from the reflector 125 goes straight as it is and is mostly transmitted to the light receiving unit of the laser means 113 and can be observed with high signal intensity. intensity or not at all.

본 발명의 실시예에서는 이러한 익스텐션 기구(120)의 위치를 조정하는 수단으로 보조 로봇(130)이 활용된다. 보조 로봇(130)은 익스텐션 기구(120)를 파지한 상태에서 레이저 빔과 대응하는 각도로 세팅되도록 익스텐션 기구(120)의 위치와 각도를 조정한다. 여기서 물론, 각도란 방향 정보를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the auxiliary robot 130 is used as a means for adjusting the position of the extension mechanism 120 . The auxiliary robot 130 adjusts the position and angle of the extension mechanism 120 to set the angle corresponding to the laser beam while holding the extension mechanism 120 . Here, of course, the angle may include direction information.

도 1과 같이, 보조 로봇(130)은 익스텐션 기구(120)를 파지한 상태에서 레이저 빔이 실제로 닿은 피부 지점(P)에 대한 익스텐션 기구(120)의 설치 각도를 조절한다.As shown in FIG. 1 , the auxiliary robot 130 adjusts the installation angle of the extension mechanism 120 with respect to the skin point P actually touched by the laser beam while holding the extension mechanism 120 .

구체적으로, 보조 로봇(130)은 레이저 빔이 조사 중인 상태에서, 제어부(140)의 제어에 따라 익스텐션 기구(120)의 일단부를 레이저 빔이 맺힌 피부 지점(P)에 대향하게 위치시킨 상태에서 일단부를 기준으로 익스텐션 기구(120)의 각도를 다양하게 조정한다. 각도 조절이 용이하도록 보조 로봇(130)은 다관절 암을 갖도록 구성될 수 있다. Specifically, in a state in which a laser beam is being irradiated, the auxiliary robot 130 places one end of the extension mechanism 120 opposite to the skin point P on which the laser beam is formed under the control of the controller 140. The angle of the extension mechanism 120 is variously adjusted based on the negative. To facilitate angle adjustment, the auxiliary robot 130 may be configured to have a multi-joint arm.

보조 로봇(130)의 동작은 제어부(140)에 의해 제어될 수 있다. 제어부(140)는 레이저 빔 가이드부(110), 보조 로봇(130) 및 내비게이션 장치(200)와 유무선 네트워크 연결되어 상호 각종 정보 및 데이터를 송수신할 수 있다. 여기서, 제어부(140)는 레이저 빔 가이드부(110) 내에 포함되어 구현될 수도 있다.The operation of the auxiliary robot 130 may be controlled by the controller 140 . The control unit 140 may be connected to the laser beam guide unit 110 , the auxiliary robot 130 , and the navigation device 200 in a wired/wireless network to transmit/receive various types of information and data. Here, the control unit 140 may be implemented by being included in the laser beam guide unit 110 .

제어부(140)는 반사체(125)로부터 반사된 레이저 빔의 수신 신호 강도를 기초로 보조 로봇(130)을 제어하여 익스텐션 기구(120)의 설치 각도를 레이저 빔의 조사 각도와 일치하도록 정렬하여 각도를 동기화시킨다.The control unit 140 controls the auxiliary robot 130 based on the received signal strength of the laser beam reflected from the reflector 125 to align the installation angle of the extension mechanism 120 to match the irradiation angle of the laser beam to adjust the angle. synchronize

구체적으로, 제어부(140)는 피부 지점(P)과 대향하고 있는 익스텐션 기구(120)의 일단부에 대한 익스텐션 기구(120)의 기울임 각도를 보조 로봇(130)을 통해 조정하면서, 다양한 각도 별로 수신 신호 강도를 수집하고, 수신 신호 강도가 최대치 또는 설정 기준치 이상인 각도를 탐색한다.Specifically, the control unit 140 adjusts the inclination angle of the extension mechanism 120 with respect to one end of the extension mechanism 120 facing the skin point P through the auxiliary robot 130, while receiving each of the various angles. The signal strength is collected, and the angle at which the received signal strength is greater than the maximum value or a set reference value is searched for.

여기서, 보조 로봇(130)은 피부에 맺힌 레이저 포인터의 위치(P)를 확인하기 위한 카메라를 포함하여 구성될 수 있으며, 카메라 없이 레이저 포인터의 위치(P)를 제어부(140)로부터 직접 제공받을 수도 있다. 제어부(140)는 내비게이션 장치(200)와 유무선 네트워크 연결되어 동작할 수도 있고, 레이저 빔 가이드부(110) 내에 포함될 수도 있다. Here, the auxiliary robot 130 may be configured to include a camera for confirming the position P of the laser pointer on the skin, and may receive the position P of the laser pointer directly from the controller 140 without a camera. there is. The controller 140 may operate by being connected to the navigation device 200 through a wired/wireless network, or may be included in the laser beam guide unit 110 .

제어부(140)는 레이저 빔 가이드부(110)로부터 레이저 빔의 송신 신호 강도 및 반사된 레이저 빔의 수신 신호 강도 등을 제공받아 확인할 수 있다. 그리고, 송신 신호 강도 대비 수신 신호 강도의 세기 등 분석할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 반사되어 돌아온 레이저의 빔의 신호를 통해 레이저가 조사된 길이를 측정할 수 있으며, 항법 장치의 인디케이터를 통하여 수술 전 촬영 영상에 이를 투영할 수 있다. 또한, 제어부(140)는 타겟 지점(T)을 향해 레이저 빔의 송출 시에 반사되어 돌아온 레이저 빔의 수신 신호를 활용하여 수술 기구가 삽입되는 깊이를 파악할 수도 있다.The control unit 140 may receive and confirm the transmitted signal strength of the laser beam and the received signal strength of the reflected laser beam from the laser beam guide unit 110 . And, it is possible to analyze the strength of the received signal strength compared to the transmitted signal strength. In addition, the controller 140 may measure the length of the laser irradiation through the signal of the reflected laser beam, and may project it on the preoperative image through the indicator of the navigation device. Also, the controller 140 may determine the depth at which the surgical instrument is inserted by using the received signal of the reflected laser beam when the laser beam is transmitted toward the target point T.

도 4는 도 1의 보조 로봇을 통해 익스텐션 기구의 설치 각도를 레이저 빔의 조사 각도와 동기화하는 모습을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a state in which the installation angle of the extension mechanism is synchronized with the irradiation angle of the laser beam through the auxiliary robot of FIG. 1 .

도 4의 좌측 그림은 최적 각도를 탐색하는 과정에 해당하고, 우측 그림은 탐색된 최적 각도로 익스텐션 기구(120)가 세팅된 모습을 나타내며, 이때 익스텐션 기구(120)의 기울임 각도가 레이저 빔의 각도와 일치되게 정렬된 것을 확인할 수 있다.The figure on the left of FIG. 4 corresponds to the process of searching for the optimal angle, and the figure on the right shows the state in which the extension mechanism 120 is set to the found optimal angle, in which case the inclination angle of the extension mechanism 120 is the angle of the laser beam. It can be seen that the alignment is consistent with

도 5는 익스텐션 기구의 각도에 따른 레이저 빔의 반사 각도를 설명하는 도면이다.5 is a view for explaining a reflection angle of a laser beam according to an angle of an extension mechanism.

도 5의 좌측 그림 처럼 익스텐션 기구(120)가 바르게 정렬된 경우 익스텐션 기구(120)의 반사체(125)의 표면에 대해 레이저 빔이 수직으로 입사된 후 그대로 반사되므로 레이저 수단(113)의 수광부에 빔 에너지가 높은 강도로 수집된다. As shown in the left figure of FIG. 5 , when the extension mechanism 120 is correctly aligned, the laser beam is vertically incident on the surface of the reflector 125 of the extension mechanism 120 and then reflected as it is. Energy is collected at high intensity.

하지만, 우측 그림과 같이, 정렬이 틀어진 경우 반사체(125)의 표면에 대해 레이저 빔이 수직이 아닌 각도로 입사된 후 반사되므로 수광부에는 보다 낮은 강도로 빔 에너지가 수집된다. 본 발명의 경우 이러한 원리를 기반으로 익스텐션 기구(120)의 설치 각도를 레이저 빔의 각도와 동기화시켜 최적으로 정렬할 수 있게 된다. However, as shown in the right figure, when the alignment is misaligned, the laser beam is incident on the surface of the reflector 125 at a non-perpendicular angle and then reflected. In the case of the present invention, based on this principle, the installation angle of the extension mechanism 120 can be synchronized with the angle of the laser beam to be optimally aligned.

이러한 방법으로 익스텐션 기구(120)의 각도 세팅이 완료된 이후에는 수술이 진행될 수 있다. 즉, 해당 피부 지점(P)을 개방하여 익스텐션 기구(120)를 통하여 타겟 지점(T)에 나사를 삽입할 수 있다. 또한 수술 과정에서 레이저 빔 조사부(110)의 위치를 약간 이동시켜 해당 위치에서 타겟 지점으로 직접 레이저 빔을 조사하도록 하여 수술 중에 수술 부위를 직접 가이드할 수도 있다.In this way, after the angle setting of the extension mechanism 120 is completed, surgery may be performed. That is, the screw may be inserted into the target point T through the extension mechanism 120 by opening the corresponding skin point P. In addition, the position of the laser beam irradiator 110 may be slightly moved during the surgical procedure to directly irradiate the laser beam from the corresponding position to the target point to directly guide the surgical site during surgery.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 척추 수술 시에 피부를 관통하여 삽입되는 기존의 강선(유도 강선) 대신에, 레이저를 활용하여 수술 부위를 무침습적으로 가이드할 수 있다. According to the present invention as described above, it is possible to non-invasively guide the surgical site by using a laser instead of a conventional steel wire (guide wire) inserted through the skin during spinal surgery.

또한, 본 발명의 경우, 척추 수술 시에 수술 부위를 가이드하는 강선(유도 강선)이 전혀 불필요 하므로 강선과 연관된 특수 기구 역시 전혀 필요하지 않으며, 강선 사용으로 인한 위험성 및 불편함을 해소할 수 있다. 또한, 레이저의 경우 유도 강선과는 달리 수술 동선에 전혀 방해가 되지 않아 수술자의 활동 범위를 확보할 수 있으며 수술 시간을 단축할 수 있다.In addition, in the case of the present invention, since a steel wire (guide wire) for guiding the surgical site during spinal surgery is not necessary at all, a special instrument related to the steel wire is also not required at all, and the risk and inconvenience caused by the use of the steel wire can be eliminated. In addition, in the case of the laser, unlike the guided steel wire, it does not interfere with the operation flow at all, so it is possible to secure the operator's range of activity and shorten the operation time.

더욱이, 본 발명의 경우 강선이 없이도 수술이 가능하므로, 재수술 등의 정상 해부학적 구조물 파악이 어려운 수술에도 적용이 가능하며, 수술 목표 부위가 혼동 스러운 경우에는 레이저를 통하여 연속적으로 목표 부위를 유도하여 줄 수 있어 효율적인 수술이 가능해진다. Furthermore, in the case of the present invention, since surgery is possible without a steel wire, it can be applied to surgery in which it is difficult to grasp normal anatomical structures such as reoperation. This allows for efficient surgery.

이와 같은 본 발명을 활용할 경우, 수술 목표 부위를 피부에서부터 비침습적으로 보여 줄 수 있어, 기존의 복강경 수술 시 복강경 및 기구 삽입 포털 결정 시 최적의 위치 결정에 도움을 줄 수 있다.When the present invention is used as described above, it is possible to show the surgical target site non-invasively from the skin, thereby helping to determine the optimal position when determining the laparoscope and the instrument insertion portal during conventional laparoscopic surgery.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

110: 레이저 빔 가이드부 111: 스탠드
112: 로봇 암 113: 레이저 수단
120: 익스텐션 기구 121: 가이더
122: 로드 123: 손잡이
124: 체결부 125: 반사체
130: 보조 로봇 140: 제어부
200: 내비게이션 장치110: laser beam guide unit 111: stand
112: robot arm 113: laser means
120: extension mechanism 121: guider
122: rod 123: handle
124: fastening portion 125: reflector
130: auxiliary robot 140: control unit
200: navigation device

Claims (6)

환자의 실시간 척추 촬영 이미지과 연동하여 척추의 타겟 지점으로 레이저 빔을 조사하고 반사된 레이저 빔을 수신하는 레이저 빔 가이드부;
중공된 가이더 및 상기 가이더의 내측을 따라 이동하면서 일단부에 수용된 나사못을 밀어 상기 타겟 지점에 삽입 체결하기 위한 로드를 포함하며, 상기 로드의 손잡이 단부에 반사체가 형성된 익스텐션 기구;
상기 익스텐션 기구를 파지한 상태에서 상기 레이저 빔이 닿은 피부 지점에 대한 상기 익스텐션 기구의 설치 각도를 조절하는 보조 로봇; 및
상기 반사체로부터 반사된 레이저 빔의 수신 신호 강도를 기초로 상기 보조 로봇을 제어하여 상기 익스텐션 기구의 설치 각도를 상기 레이저 빔의 조사 각도와 동기화 시키는 제어부
를 포함하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템.a laser beam guide unit for irradiating a laser beam to a target point of the spine in conjunction with a real-time spinal imaging image of a patient and receiving the reflected laser beam;
an extension mechanism comprising a hollow guider and a rod for inserting and fastening the screw accommodated at one end while moving along the inside of the guider to the target point, wherein a reflector is formed on the handle end of the rod;
an auxiliary robot for adjusting an installation angle of the extension mechanism with respect to a skin point touched by the laser beam while gripping the extension mechanism; and
A control unit for controlling the auxiliary robot based on the received signal strength of the laser beam reflected from the reflector to synchronize the installation angle of the extension mechanism with the irradiation angle of the laser beam
Non-invasive spine surgery guidance system using a laser comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 익스텐션 기구는,
상기 로드의 일측 단부가 상기 나사못의 머리에 결합된 상태에서 상기 로드가 상기 가이더의 내측에 형성된 나사산을 따라 전진 이동하면서 상기 나사못을 상기 타겟 지점 상에 삽입 체결하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템.The method according to claim 1,
The extension mechanism is
In a state in which one end of the rod is coupled to the head of the screw, the rod moves forward along the thread formed inside the guider while inserting and fastening the screw onto the target point. . 청구항 1에 있어서,
상기 레이저 빔 가이드부는,
기립 설치되는 스탠드;
상기 스탠드에 대해 상하강 가능하게 결합되어 높이 조절되고, 상기 레이저 빔의 각도 조절이 가능하도록 다관절로 이루어진 로봇 암; 및
상기 로봇 암의 단부에 장착되어 상기 레이저 빔을 송수신하는 레이저 수단을 포함하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템.The method according to claim 1,
The laser beam guide unit,
Stands that are installed upright;
a robot arm that is vertically adjusted with respect to the stand and has multiple joints so that the angle of the laser beam can be adjusted; and
A system for guiding non-invasive spine surgery using a laser including a laser means mounted on the end of the robot arm for transmitting and receiving the laser beam. 청구항 3에 있어서,
상기 레이저 빔 가이드부는,
실시간 척추 촬영 이미지 및 각종 수술 기구의 위치를 시각화하여 제공하는 내비게이션 장치와 연동하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템.4. The method according to claim 3,
The laser beam guide unit,
A non-invasive spinal surgery guidance system using a laser that works in conjunction with a navigation device that visualizes and provides real-time spinal imaging images and the location of various surgical instruments. 청구항 4에 있어서,
상기 레이저 빔 가이드부는,
상기 내비게이션 장치를 통한 상기 척추 촬영 이미지 상에 상기 타겟 지점이 지정되면, 상기 타겟 지점의 위치를 기반으로 상기 레이저 수단이 장착된 로봇 암의 단부가 상기 타겟 지점을 향하기 위한 상기 다관절 로봇 암의 높이 및 관절 각도를 결정하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템.5. The method according to claim 4,
The laser beam guide unit,
When the target point is designated on the spinal imaging image through the navigation device, the height of the articulated robot arm so that the end of the robot arm equipped with the laser means faces the target point based on the location of the target point and a system for guiding non-invasive spine surgery using a laser to determine the joint angle. 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 피부 지점과 대향하는 상기 익스텐션 기구의 일단부에 대한 상기 익스텐션 기구의 기울임 각도를 상기 보조 로봇을 통해 조정하면서, 상기 수신 신호 강도가 최대치 또는 설정 기준치 이상인 각도를 탐색하여 상기 동기화를 수행하는 레이저를 이용한 무침습 척추 수술 유도 시스템. The method according to claim 1,
The control unit is
While adjusting the inclination angle of the extension mechanism with respect to one end of the extension mechanism opposite to the skin point through the auxiliary robot, the received signal strength is searched for an angle equal to or greater than a maximum value or a set reference value to perform the synchronization. An invasive spine surgery guidance system using
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