KR20090038717A - Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method - Google Patents

Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method Download PDF

Info

Publication number
KR20090038717A
KR20090038717A KR1020070104162A KR20070104162A KR20090038717A KR 20090038717 A KR20090038717 A KR 20090038717A KR 1020070104162 A KR1020070104162 A KR 1020070104162A KR 20070104162 A KR20070104162 A KR 20070104162A KR 20090038717 A KR20090038717 A KR 20090038717A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
surgical
bone
elongated pin
surgical navigation
Prior art date
Application number
KR1020070104162A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100957727B1 (en
Inventor
김철영
강현재
최은주
윤재호
Original Assignee
주식회사 사이버메드
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 사이버메드 filed Critical 주식회사 사이버메드
Priority to KR1020070104162A priority Critical patent/KR100957727B1/en
Publication of KR20090038717A publication Critical patent/KR20090038717A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100957727B1 publication Critical patent/KR100957727B1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • 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
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • 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
    • A61B34/10—Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/107—Visualisation of planned trajectories or target regions
    • 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
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

A medial instrument and a navigation method for a surgical operation are provided to prevent an infection of a patient before the surgical operation after obtaining an image. A medical instrument includes a sensing target and an end part. A position of the sensing target is recognized by a sensing unit. The position of the end part is fixed for the sensing target. A groove(204) is formed in the end part for receiving an elongate pin. The sensing target is formed in a handle(203). The end part is positioned in the side opposite to the sensing target. The sensing target is at least three infrared ray reflector(202). One end of the elongate pin is fixed in the bone. The other end part of the elongate pin is received in a groove. The length of the other end part of the elongate pin is controlled not to obstruct the surgical operation.

Description

수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법{MEDICAL INSTRUMENT USED IN MEDICAL NAVIGATION AND MEDICAL NAVIGATION METHOD}Surgical Instruments and Surgical Navigation Methods {MEDICAL INSTRUMENT USED IN MEDICAL NAVIGATION AND MEDICAL NAVIGATION METHOD}

도 1은 종래의 수술용 항법 장치를 설명하는 도면,1 is a view for explaining a conventional surgical navigation device,

도 2는 수술용 항법 장치에 이용되는 프로브의 일 예를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of a probe used in a surgical navigation device,

도 3은 지표점을 이용한 등록 방법을 개념적으로 설명하는 도면,3 is a view conceptually illustrating a registration method using an index point;

도 4는 본 발명에 따라 수술이 행해지는 수술장의 일 예를 설명하는 도면, 4 is a view for explaining an example of the operating room where surgery is performed according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 내비게이션의 일 예를 설명하는 도면,5 is a view for explaining an example of a navigation according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 CT 이미지의 일 예를 나타내는 도면,6 is a view showing an example of a CT image according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따라 정합된 이미지의 일 예를 나타내는 도면,7 is a diagram illustrating an example of an image matched according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 수술용 도구 또는 프로브의 일 예를 나타내는 도면,8 is a view showing an example of a surgical tool or probe according to the present invention,

도 9는 본 발명에 따른 기다란 핀의 형상의 일 예를 나타내는 도면.9 is a view showing an example of the shape of an elongated fin according to the present invention.

본 발명은 수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법에 관한 것으로, 특히 지표점으로 이용되는 기다란 핀을 수용하도록 홈이 형성된 프로브 및 이 프로브를 이용하여 환자와 이미지 간의 등록을 행하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to surgical instruments and surgical navigation methods, and more particularly, to a probe grooved to receive an elongated pin to be used as an indicator and a method of registering between a patient and an image using the probe.

도 1은 종래의 수술용 항법 장치를 설명하는 도면으로서, 수술장 내에 환자(101), 수술용 항법 장치(102; Medical Navigation System), 적외선 카메라(103), 환자에 고정되어 있는 기준 프레임(104; Reference Frame)이 도시되어 있다.1 is a view illustrating a conventional surgical navigation apparatus, a patient 101, a surgical navigation system 102 (medical navigation system), an infrared camera 103, a reference frame fixed to the patient in the operating room Reference Frame) is shown.

수술용 항법 장치(102)는 MRI, CT, PET와 같은 의료용 이미지를 저장하고 있으며, 수술 중에 의사가 보고자하는 환자(101)의 환부에 대응하는 이미지를 (수술용 항법 장치(102)에 마련된) 모니터(105)를 통해 보여주는 역할을 한다.Surgical navigation device 102 stores a medical image such as MRI, CT, PET, and the image corresponding to the affected part of the patient 101 that the doctor wants to see during surgery (provided in the surgical navigation device 102) It serves to show through the monitor 105.

도 2는 수술용 항법 장치에 이용되는 프로브의 일 예를 나타내는 도면으로서, 프로브(201;Probe)는 의사가 보고자하는 환자(101)의 환부를 가르키는 도구이며, 의사가 환자(101)의 환부에 프로브(201)를 가져갈 때, 수술용 항법 장치(103)가 프로브(201)의 위치를, 기준 프레임(104)을 기준으로, 적외선 카메라(103)를 통해 인식하여(프로브(201)에 마련된 적외선 반사구(202)를 적외선 카메라(103)가 인식하여 이 위치 정보를 수술용 항법 장치(102)에 알려주어), 이 위치에 대응하는 이미지를 모니터(105) 상에 나타내게 된다. 여기서, 기준 프레임(104)의 위치 또한 기준 프레임(104)에 마련된 적외선 반사구(130)를 적외선 카메라(103)가 인식함으로써 파악된다.2 is a view showing an example of a probe used in a surgical navigation device, the probe 201 (Probe) is a tool for indicating the affected part of the patient 101 that the doctor wants to see, the doctor is affected by the affected part of the patient 101 When the probe 201 is taken to the surgical navigation apparatus 103, the surgical navigation apparatus 103 recognizes the position of the probe 201 through the infrared camera 103 based on the reference frame 104 (provided in the probe 201). The infrared reflector 202 recognizes the infrared camera 103 and informs the surgical navigation apparatus 102 of this position information, and displays an image corresponding to this position on the monitor 105. Here, the position of the reference frame 104 is also determined by the infrared camera 103 to recognize the infrared reflector 130 provided in the reference frame 104.

이러한 작동을 위해, 수술용 항법 장치(102)에 저장된 이미지와 수술장 내의 환자(101)의 위치를 연관지우는 작업(이미지 좌표계와 환자의 위치 좌표계를 맵핑하는 작업)이 선행되어야 하는데, 이러한 작업을 등록(Registration)이라 한다. 이러한 등록은 다양한 방법으로 이루어질 수 있지만, 여기서는 지표점(106; Fiducial Marks)을 이용한 등록 방법에 대하여 설명한다.For this operation, the task of associating the image stored in the surgical navigation device 102 with the position of the patient 101 in the operating room (mapping the image coordinate system and the position coordinate system of the patient) must be preceded. This is called Registration. This registration can be made in various ways, but here, the registration method using the fiducial marks 106 will be described.

도 3은 지표점을 이용한 등록 방법을 개념적으로 설명하는 도면으로서, 등록은 이미지에 마련된 이미지 좌표계(107), 적외선 카메라(103)에 마련된 카메라 좌표계(108), 그리고 기준 프레임(104)에 마련된 기준 프레임 좌표계(109)를 이용한다.3 is a diagram conceptually illustrating a registration method using an index point, wherein registration is based on an image coordinate system 107 provided in an image, a camera coordinate system 108 provided in an infrared camera 103, and a reference provided in a reference frame 104. The frame coordinate system 109 is used.

이 등록의 원리는 환자(101)의 지표점(106)과 이미지상의 지표점(111)이 동일하다는 것이며(이미지는 환자가 지표점(106)을 부착한 상태에서 만들어진 것이므로, 지표점(106)과 지표점(111)은 동일한 위치관계에 있어야 한다.), 등록은 이 점들간의 상관 관계를 찾아냄으로써 이루어진다.The principle of this registration is that the index point 106 of the patient 101 and the index point 111 on the image are the same (the image was created with the patient attached to the index point 106, so that the index point 106 And the index point 111 must be in the same positional relationship.), Registration is made by finding a correlation between these points.

즉, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치(좌표값 내지는 벡터)는 이미지 좌표계(107) 상에서 지표점(111)의 위치(좌표값 내지는 벡터)와 동일한 것이다.That is, the position (coordinate value or vector) of the ground point 106 on the reference frame coordinate system 109 is the same as the position (coordinate value or vector) of the ground point 111 on the image coordinate system 107.

이미지 좌표계(107) 상에서 지표점(111)의 위치는 이미 주어져 있으며, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치는 지표점(106)에 프로브(201)를 위치시킴으로써 알 수 있다. 이들은 3차원 공간상의 점들이므로, 적어도 세개의 지표점의 위치 정보가 필요하다. 엄밀하게는, 기준 프레임 좌표계(109) 상에서 지표점(106)의 위치는, 적외선 카메라(103)가 기준 프레임(104)에 마련된 적외선 반사구(130)를 인식함으로써 기준 프레임 좌표계(109)를 인식하고(카메라 좌표계(108)에 대하여 기준 프레임 좌표계(109)를 나타내고), 프로브(201)에 마련된 적외선 반사구(202)를 인식함으로써 지표점(106)의 위치를 인식한 다음(카메라 좌표계(108) 에 대하여 지표점(106)의 위치를 나타낸 다음), 지표점(106)의 위치를 기준 프레임 좌표계(109) 대한 상대 좌표로 나타냄으로써 얻어진다. 한편, 지표점(106) 및 프로브(201)의 위치를 기준 프레임 좌표계(109)에 대하여 상대적으로 표시함으로써 기준 프레임 좌표계(109)와 환자(101)의 위치 관계는 적외선 카메라(103)의 이동에 대해 아무런 영향도 받지 않게 된다.The position of the index point 111 on the image coordinate system 107 is already given, and the position of the index point 106 on the reference frame coordinate system 109 can be known by placing the probe 201 at the index point 106. Since these are points in three-dimensional space, position information of at least three ground points is required. Strictly, the position of the ground point 106 on the reference frame coordinate system 109 recognizes the reference frame coordinate system 109 by allowing the infrared camera 103 to recognize the infrared reflector 130 provided in the reference frame 104. (Represents the reference frame coordinate system 109 with respect to the camera coordinate system 108), and recognizes the position of the ground point 106 by recognizing the infrared reflector 202 provided in the probe 201 (the camera coordinate system 108). By indicating the position of the index point 106 relative to the reference frame coordinate system 109. On the other hand, the position of the ground point 106 and the probe 201 are displayed relative to the reference frame coordinate system 109 so that the positional relationship between the reference frame coordinate system 109 and the patient 101 is dependent on the movement of the infrared camera 103. Will not be affected.

이해를 돕기 위해 등록 과정을 수학적인 방식으로 설명하면, 기준 프레임 좌표계(109) 상의 점 (Xr1,Yr1,Zr1), (Xr2,Yr2,Zr2), (Xr3,Yr3,Zr3)을, 이미지 좌표계(107) 상의 점 (Xi1,Yi1,Zi1), (Xi2,Yi2,Zi2), (Xi3,Yi3,Zi3)으로 변환시키는 행렬 T를 찾는 과정이라 할 수 있다.For the sake of understanding, the registration process is described in a mathematical manner: points (X r1 , Y r1 , Z r1 ), (X r2 , Y r2 , Z r2 ), (X r3 , Y r3 ) on the reference frame coordinate system 109. A matrix T that transforms, Z r3 ) into points (X i1 , Y i1 , Z i1 ), (X i2 , Y i2 , Z i2 ), (X i3 , Y i3 , Z i3 ) on the image coordinate system 107. It can be said that the process of finding.

도 3에 도시된 바와 같이, 뇌 수술을 하는 경우에는 지표점(106)이 구비된 고정 장치(107)를 수술에 앞서 환자(101)의 머리에 고정한 다음, 모니터(105)에 나타난 것과 같이 지표점(106)에 대응하는 지표점(111)이 구비된 이미지를 취득 한 후, 수술장에서 등록을 용이하게 행할 수 있다.As shown in FIG. 3, in the case of brain surgery, the fixing device 107 having the indicator point 106 is fixed to the head of the patient 101 prior to the operation, and then the indicator as shown in the monitor 105. After acquiring the image provided with the ground point 111 corresponding to the point 106, registration can be easily performed at the operating room.

그러나 무릎 수술 또는 골 종양 수술과 같은 수술에서는 고정 장치(107)를 환자의 환부 근처에 고정할 수 없기 때문에 (뇌의 경우에는 두개골(skull)을 피부(skin)가 직접 둘러싸고 있으므로, 두개골에 대해 고정 장치(105)를 고정할 수 있으나, 골 종양 수술의 경우에는 피부와 뼈(bone) 사이에 근육과 같은 소프트 티슈(tissue)가 존재하므로 고정 장치(107)를 고정할 수 없기 때문에), 수술장에서 환부를 절개한 다음, 환자의 해부학적 지표점(anatomical fiducial mark)을 이용하 여 등록을 하거나 표면 등록(surface registration)을 하였다.However, in surgery such as knee surgery or bone tumor surgery, the fixation device 107 cannot be fixed near the affected part of the patient (in the case of the brain, the skin is directly enclosed by the skull, so it is fixed to the skull). The device 105 may be fixed, but in the case of bone tumor surgery, since a soft tissue such as muscle is present between the skin and the bone, the fixing device 107 cannot be fixed). The affected area was dissected at, and then enrolled or surface registered using anatomical fiducial marks.

본 발명은 지표점 등록을 통해 용이하게 내비게이션을 행할 수 있는, 수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a surgical instrument and a surgical navigation method that can be easily navigated through the registration of the landmark.

또한 본 발명은 기다란 핀을 이용한 지표점 등록을 통해 용이하게 내비게이션을 행할 수 있는, 수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a surgical tool and a surgical navigation method that can be easily navigated through the registration of the landmark using the long pin.

또한 본 발명은 합성된 이미지를 이용하여 용이하게 내비게이션을 행할 수 있는, 수술용 내비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a surgical navigation method that can be easily navigated using the synthesized image.

또한 본 발명은 이미지 취득 후 수술 전에 있어서 환자의 감염을 방지할 수 있는, 수술용 내비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a surgical navigation method that can prevent infection of a patient before surgery after image acquisition.

이를 위해 본 발명은 표피(skin) 및 표피의 아래에 놓이는 내부 조직(tissue)을 관통하여, 내부 조직의 아래에 놓이는 뼈(bone)에 고정되는 기다란(elongage) 핀을 지표점으로 이용하는 수술용 내비게이션 방법에 사용되며, 감지수단에 의해 위치인식되는 수술용 도구에 있어서, 감지수단에 의해 위치인식되는 감지대상; 그리고 감지대상에 대하여 위치고정되어 있으며, 기다란 핀을 수용하는 홈을 끝;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 도구를 제공한다. 감지수단은 주로 적외선 카메라이며, 이때 감지대상은 적어도 3개의 적외선 반사구가 사용된다.To this end, the present invention is a surgical navigation using an elongage pin that penetrates the skin and internal tissues underlying the epidermis, and is fixed to bones underlying the internal tissues. A surgical instrument for use in a method, wherein the surgical tool is located by the sensing means, comprising: a sensing object located by the sensing means; And it is fixed to the position to be detected, the end of the groove for receiving the elongated pin; provides a surgical tool comprising a. The sensing means is mainly an infrared camera, in which at least three infrared reflectors are used.

또한 본 발명은 감지대상이 손잡이에 형성되며, 홈을 구비하는 끝은 감지대 상의 반대쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 수술용 도구를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a surgical tool, characterized in that the sensing object is formed on the handle, the end having a groove is located on the opposite side on the sensing table.

또한 본 발명은 감지대상이 적어도 3개의 적외선 반사구인 것을 특징으로 하는 수술용 도구를 제공한다.The present invention also provides a surgical instrument, characterized in that the sensing object is at least three infrared reflectors.

또한 본 발명은 기다란 핀의 한쪽 끝이 뼈에 고정되며, 기다란 핀의 나머지 끝이 홈에 수용되는 뾰족한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수술용 도구를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a surgical tool characterized in that one end of the elongated pin is fixed to the bone, the other end of the elongated pin has a pointed shape that is received in the groove.

또한 본 발명은 기다란 핀의 나머지 끝이 수술에 방해되지 않도록 길이가 조절될 때 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 도구를 제공한다.The present invention also provides a surgical tool, characterized in that formed when the length is adjusted so that the remaining end of the elongated pin does not interfere with the operation.

또한 본 발명은 뼈, 뼈에 대하여 상대적으로 이동가능한 내부 조직(tissue) 그리고 내부 조직을 덮는 표피(skin)에 대한 정보 및 표피 및 내부 조직을 관통하여 뼈에 고정된 기다란(elongate) 핀에 대한 정보를 담고 있는 이미지를 준비하는 제1 단계; 그리고, 기다란 핀의 한쪽 끝을 수용함으로써 위치결정되는 수술용 도구를 인식한 감지수단으로부터 입력을 이용하여 환자와 제1 단계의 이미지의 위치관계를 파악하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법을 제공한다. 여기서 감지수단은 주로 적외선 카메라가 이용되지만, 자기장이 이용되는 경우에는 마그네틱 감지수단이 이용되어도 좋다.The present invention also provides information on bone, internal tissues that are relatively movable to bone and skin that covers the internal tissue, and information about elongate pins fixed to the bone through the epidermis and internal tissue. A first step of preparing an image containing a; And a second step of determining the positional relationship between the patient and the first step image by using an input from the sensing means that recognizes the surgical tool positioned by receiving one end of the elongated pin. Provided is a surgical navigation method. In this case, an infrared camera is mainly used, but a magnetic sensing means may be used when a magnetic field is used.

또한 본 발명은 제1 단계의 이미지가 수술에 방해되지 않도록 길이가 조절된 기다란 핀에 대한 정보를 담고 있는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법을 제공한다. 기다란 핀을 잘라냄으로써 환자의 거동과 수술장에서의 수술을 용이하게 하는 한편, 핀이 삽입된 부위를 통해 환자가 감염되는 것을 막기 위해 소독된 솜으 로 핀이 삽입된 부위를 보호하는 것을 용이하게 할 수 있다.In another aspect, the present invention provides a surgical navigation method characterized in that it contains information about the elongated pin is adjusted so that the image of the first step does not interfere with the surgery. Elongating the pins will facilitate patient behavior and surgery in the operating room, while protecting the pinned areas with sterilized cotton to prevent infection of the patient through the pinned areas. Can be.

또한 본 발명은 제1 단계의 이미지가 뼈 및 기다란 핀의 특성이 반영된 CT 이미지를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법을 제공한다. CT 이미지를 이용함으로써 MRI 이미지를 이용하는 것에 비해 보다 효과적으로 뼈와 기다란 핀을 식별하는 한편, 제2 단계에서의 등록을 용이하게 할 수 있게 된다.In another aspect, the present invention provides a surgical navigation method characterized in that the image of the first step is generated using a CT image reflecting the characteristics of bone and elongated pins. By using CT images, bone and elongated pins can be identified more effectively than using MRI images, while facilitating registration in the second stage.

또한 본 발명은 제1 단계의 이미지가 CT 이미지와 종양의 특성이 반영된 MRI 이미지를 합성하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법을 제공한다. 이미지 합성(image fusion)을 이용함으로써, 뼈와 종양의 위치 관계를 보다 확실하게 이해할 수 있게 된다.In another aspect, the present invention provides a surgical navigation method characterized in that the image of the first step is generated by synthesizing the CT image and the MRI image reflecting the characteristics of the tumor. By using image fusion, the positional relationship between bone and tumor can be more clearly understood.

이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 4는 본 발명에 따라 수술이 행해지는 수술장의 일 예를 설명하는 도면으로서, 수술장 내에 수술용 항법 장치(102), 적외선 카메라(103), 기준 프레임(104) 그리고 모니터(105)가 구비되어 있다. 한편 환자의 일부로서 뼈(BN), 뼈(BN) 내부로 전이된 종양(TM), 뼈(BN)에 대하여 상대적으로 이동가능한 내부 조직(TS) 그리고 내부 조직(TS)을 덮는 표피(S)가 도시되어 있다. 기준 프레임(104)은 수술장에서 내부 조직(TS)을 절개한 다음 뼈(BN)에 고정될 수 있다. 또한 뼈(BN)에 적어도 3개의 기다란 핀들(401,402,403)이 박혀 있으며, 이들은 수술장에서의 환자와 수술용 항법 장치(102)에 저장된 이미지 사이의 등록(registration)에서 지표점으로 사용된다. 핀은 CT와 같은 이미지 촬영에서 식별될 수 있는 재질을 가지고, 내부 조 직(TS)을 관통하여 뼈(BN)에 고정될 수 있는 길이를 가지며, 뼈(BN)에 고정될 수 있도록 끝이 뾰족한 형태를 가지는 것으로 족하며, 특별한 제한을 가지는 것은 아니다. 예를 들어, 스테인레스 재질로 되어 1.5mm의 굵기와 25cm의 길이를 가지는 기다란 핀이 사용될 수 있다. 이러한 준비가 완료된 상태에서, 적외선 반사구(202)를 구비하는 수술용 도구 또는 프로브(201)를 이용하여 기다란 핀들(401,402,403) 각각을 지정함으로써 등록이 이루어진다. 뼈(BN)에 기다란 핀들(401,402,403)을 고정함에 있어서, 고정을 용이하게 하기 위하여 도 4에 도시된 것보다 긴 핀들이 사용될 수 있으며, 이들은 고정 후에 적당한 크기로 잘릴 수 있다. 이는 고정 후 환자의 편의 도모와 수술장 내에서의 걸림 방지를 위함이다. 한편, 핀들(401,402,403)과 피부 또는 표피(S)가 만나는 점을 통해 환자가 감염될 수 있으며, 이는 소독된 솜 등으로 이 부분을 감쌈으로써 해소될 수 있다. 4 is a view illustrating an example of an operating room in which surgery is performed according to the present invention, and a surgical navigation device 102, an infrared camera 103, a reference frame 104, and a monitor 105 are provided in the operating room. It is. Meanwhile, as part of the patient, the bone (BN), the tumor (TM) that has metastasized into the bone (BN), the internal tissue (TS) relatively movable relative to the bone (BN) and the epidermis (S) covering the internal tissue (TS) Is shown. The reference frame 104 may be fixed to the bone BN after incision of the internal tissue TS at the operating room. In addition, at least three elongated pins 401, 402, 403 are embedded in the bone BN, which is used as an index in registration between the patient at the operating room and the image stored in the surgical navigation device 102. The pin has a material that can be identified in imaging such as CT, has a length that can be fixed to the bone BN through the internal tissue TS, and has a pointed end that can be fixed to the bone BN. It is sufficient to have a form, not a special limitation. For example, an elongated pin of stainless steel having a thickness of 1.5 mm and a length of 25 cm may be used. In this state of preparation, registration is made by designating each of the elongated pins 401, 402, 403 using a surgical tool or probe 201 with an infrared reflector 202. In securing the long pins 401, 402, 403 to the bone BN, pins longer than those shown in FIG. 4 may be used to facilitate fixation, which may be cut to a suitable size after fixation. This is for the convenience of the patient after fixing and to prevent the jam in the operating room. On the other hand, the patient may be infected through the point where the pins 401, 402, 403 and the skin or the epidermis S meet, and this can be solved by wrapping the part with sterilized cotton or the like.

도 5는 본 발명에 따른 내비게이션의 일 예를 설명하는 도면으로서, 먼저 단계(S1)에서 수술 전, 종양(TM)의 정보를 포함하는 MRI 이미지가 취득된다. 종양(TM)의 정보를 얻는데 MRI가 이용되는 것은 MRI가 소프트 티슈의 정보를 얻는데 적합하기 때문이다.FIG. 5 is a view illustrating an example of navigation according to the present invention. First, in operation S1, an MRI image including information of a tumor TM is obtained before surgery. MRI is used to obtain tumor (TM) information because MRI is suitable for obtaining soft tissue information.

단계(S2)에서 수술 전, 기다란 핀들(401,402,403)이 고정된 상태의 CT 이미지가 취득된다. 이는 기다란 핀들(401,402,403) 및 뼈(BN)와 같이 단단한 대상의 정보를 얻는데 CT가 적합하기 때문이다.In operation S2, a CT image of the long pins 401, 402, and 403 fixed is obtained before surgery. This is because CT is suitable for obtaining information of a hard object such as long pins 401, 402, 403 and bone BN.

단계(S3)에서, 단계(S1)의 MRI 이미지와 단계(S2)의 CT 이미지가 합성(fusion)된다. 이미지 정합은 두개의 이미지를 하나의 화면상에 겹쳐 볼 수 있는 기초를 제공하며, 두개의 이미지의 대응관계를 나타내는 선형변환 P를 찾는 과정으로 이해할 수 있다. 이러한 정합을 통해 MRI 이미지에 잘 나타나 있는 종양(TM)의 정보와 CT 이미지에 잘 나타나 있는 뼈(BN)의 정보를 하나의 화면상에서 양자의 위치관계가 정렬된 상태에서 볼 수 있게 된다. 정합을 위해 당업자에 자명한 다양한 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들어 아래와 같은 MI(Mutual Information)을 이용하는 방법이 사용될 수 있다.In step S3, the MRI image of step S1 and the CT image of step S2 are fused. Image matching provides a basis for superimposing two images on one screen, and can be understood as a process of finding a linear transformation P representing a correspondence of two images. Through this registration, the information of the tumor (TM), which is shown in the MRI image, and the information of the bone (BN), which is shown in the CT image, can be seen in a state where the positional relationship between the two is aligned on one screen. Various methods apparent to those skilled in the art may be used for matching, and for example, a method using the following MI (Mutual Information) may be used.

P = P = argarg maxmax MIMI (P(A),B)(P (A), B)

(여기서, MI는 이미지(A,B) 간의 뮤추얼 인포메이션(Mutual Information))(Where MI is the mutual information between the images A and B)

단계(S3)에서 정합된 이미지를 수술용 항법 장치(102)가 모니터(105)를 통해 디스플레이할 수 있는 상태에 둠으로써 수술 전의 준비가 완료된다.The pre-operation preparation is completed by placing the image matched in step S3 in a state that the surgical navigation apparatus 102 can display on the monitor 105.

단계(S4)에서, 수술장에 들어온 환자의 등록이 시작된다. 수술용 항법 장치(102)를 등록 모드에 두고, 프로브(201)를 이용해 기다란 핀들(401,402,403) 각각과 모니터(105)에 디스플레이된 이미지상의 대응점들 각각을 일대일 대응시키면, 수술용 항법 장치(102)가 이를 인식한다. 이때 단계(S3)의 정합된 이미지가 이용되어도 좋고, CT 이미지가 이용되어도 좋다.In step S4, registration of the patient entering the operating room is started. When the surgical navigation apparatus 102 is placed in the registration mode and the one-to-one correspondence of each of the long pins 401, 402, 403 and the corresponding points on the image displayed on the monitor 105 using the probe 201, the surgical navigation apparatus 102 is performed. Recognizes this. At this time, the matched image of step S3 may be used or a CT image may be used.

단계(S5)에서, 수술용 항법 장치(102)는 단계(S4)에서 입력된 대응관계를 이용하여 수술장 내의 환자와 이미지 사이의 위치관계 T를 구하며, 등록이 완료된다.In step S5, the surgical navigation device 102 obtains the positional relationship T between the patient and the image in the operating room using the correspondence input in step S4, and registration is completed.

단계(S6)에서, 적외선 카메라(103)를 통해 수술용 도구(201)의 위치가 추적(tracking)되어, 수술용 항법 장치(102)로 전달된다.In step S6, the position of the surgical tool 201 is tracked through the infrared camera 103 and transferred to the surgical navigation device 102.

단계(S7)에서, 수술용 항법 장치(102)는 위치관계 T를 이용하여 추적된 수술 용 도구(201)의 위치를 이미지 상에 디스플레이한다.In step S7, the surgical navigation device 102 displays on the image the position of the surgical tool 201 tracked using the positional relationship T.

본 실시예에서 있어서, 단계(S4)부터 단계(S7)의 과정은 수술장 내에 위치한 수술용 항법 장치(102)에서 일어나는 일련의 과정이다.In the present embodiment, the process of step S4 to step S7 is a series of processes occurring in the surgical navigation device 102 located in the operating room.

도 6은 본 발명에 따른 CT 이미지의 일 예를 나타내는 도면으로서, 다리뼈의 측면에 3개의 기다란 핀들(401,402,403)이 고정된 상태의 이미지이다. 여기서 핀(403)은 볼륨 렌더링되어 다른 색으로 표시되어 있다. 6 is a view illustrating an example of a CT image according to the present invention, in which three elongated pins 401, 402, 403 are fixed to a side of a leg bone. Here pin 403 is volume rendered and displayed in a different color.

도 7은 본 발명에 따라 정합된 이미지의 일 예를 나타내는 도면으로서, 정합된 이미지상에 수술용 도구(201)가 위치관계 T에 따라 디스플레이되어 있다.7 is a view showing an example of a matched image according to the present invention, in which the surgical tool 201 is displayed according to the positional relationship T on the matched image.

도 2와 도 3에 도시된 것과 같은 지표점(106)과 수술용 도구 또는 프로브(201)를 이용하여 지표점을 이용한 등록을 행할 때는 지표점(106)에 형성한 오목한 홈에 프로브(201)의 뾰족한 끝을 위치시킴으로써, 적외선 카메라(103)를 통해 지표점(106)의 위치를 인식시킬 수 있었다. 그러나 본 발명에서와 같이 기다란 핀(401)을 지표점으로 사용하는 때에는 기다란 핀(401)의 위치를 프로브(201)를 이용하여 정밀하게 위치시키는 것이 쉽지 않다. When the registration using the landmark is performed by using the landmark 106 and the surgical tool or probe 201 as shown in FIGS. 2 and 3, the probe 201 is formed in the concave groove formed in the landmark 106. By positioning the sharp end of the position of the ground point 106 through the infrared camera 103 was able to recognize. However, when using the long pin 401 as an index point as in the present invention, it is not easy to precisely position the long pin 401 using the probe 201.

도 8은 본 발명에 따른 수술용 도구 또는 프로브의 일 예를 나타내는 도면으로서, 적어도 3개의 적외선 반사구(202)를 손잡이(203)에 구비한 프로브(201)는 기다란 핀(401)을 수용할 수 있도록 그 끝에 홈(204)이 형성되어 있다. 따라서 기다란 핀(401)의 끝을 안정적으로 수용하여, 기다란 핀(401)의 기준 프레임(104)에 대한 위치를 적외선 카메라(103)를 통해 정밀하게 위치결정할 수 있게 된다.8 is a view showing an example of a surgical tool or a probe according to the present invention, the probe 201 having at least three infrared reflector 202 in the handle 203 can accommodate the elongated pin 401. A groove 204 is formed at the end thereof. Therefore, by stably accommodating the end of the elongated pin 401, it is possible to precisely position the position of the elongated pin 401 with respect to the reference frame 104 through the infrared camera 103.

도 9는 본 발명에 따른 기다란 핀의 형상의 일 예를 나타내는 도면으로서, 기다란 핀(401)은 한쪽 끝(404)이 뼈(BN)에 고정될 수 있도록 뾰족한 형태를 가지며, 다른 끝(405)이 프로브(201)의 홈(204)에 수용될 수 있도록 뾰족한 형태를 가진다. 뾰족한 형태는 다양하게 형성될 수 있으나, 기다란 핀(401)이 뼈(BN)에 고정된 다음에 길이 조절되는 경우에는 길이가 조절되는 과정에서 형성될 수 있다. 이때는 도 9에서와 같이 한쪽으로 경사진 형태를 가진다. 9 is a view showing an example of the shape of an elongated pin according to the present invention, the elongated pin 401 has a pointed shape so that one end 404 can be fixed to the bone (BN), the other end 405 It has a pointed shape to be accommodated in the groove 204 of the probe 201. The pointed shape may be formed in various ways, but when the elongated pin 401 is fixed to the bone BN and then the length is adjusted, it may be formed in the process of adjusting the length. At this time, it has a form inclined to one side as shown in FIG.

본 발명에 따른 수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법에 의하면, 지표점 등록을 통해 용이하게 내비게이션을 행할 수 있게 된다.According to the surgical instrument and the surgical navigation method according to the present invention, it is possible to easily navigate through the registration of the landmark.

또한 본 발명에 따른 수술용 도구 및 수술용 내비게이션 방법에 의하면, 기다란 핀을 이용한 지표점 등록을 통해 용이하게 내비게이션을 행할 수 있게 된다.In addition, according to the surgical tool and the surgical navigation method according to the present invention, it is possible to easily navigate through the registration of the landmark using the long pin.

또한 본 발명에 따른 수술용 내비게이션 방법에 의하면, 합성된 이미지를 이용하여 용이하게 내비게이션을 행할 수 있게 된다.In addition, according to the surgical navigation method according to the present invention, it is possible to easily navigate using the synthesized image.

또한 본 발명에 따른 수술용 내비게이션 방법에 의하면, 이미지 취득 후 수술 전에 있어서 환자의 감염을 방지할 수 있게 된다.In addition, according to the surgical navigation method according to the invention, it is possible to prevent the infection of the patient before the operation after the image acquisition.

Claims (9)

표피(skin) 및 표피의 아래에 놓이는 내부 조직(tissue)을 관통하여, 내부 조직의 아래에 놓이는 뼈(bone)에 고정되는 기다란(elongage) 핀을 지표점으로 이용하는 수술용 내비게이션 방법에 사용되며, 감지수단에 의해 위치인식되는 수술용 도구에 있어서,It is used in surgical navigation methods that use elongage pins as indicators that penetrate the skin and internal tissues underlying the epidermis and are fixed to bones underlying the internal tissues. In the surgical instrument that is located by the sensing means, 감지수단에 의해 위치인식되는 감지대상; 그리고A sensing object recognized by the sensing means; And 감지대상에 대하여 위치고정되어 있으며, 기다란 핀을 수용하는 홈을 구비하는 끝;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 도구.Positioned relative to the sensing object, the end having a groove for receiving an elongated pin; surgical tool comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 감지대상은 손잡이에 형성되며,The sensing object is formed on the handle, 홈을 구비하는 끝은 감지대상의 반대쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 수술용 도구.Surgical tool characterized in that the end having a groove is located on the opposite side of the sensing object. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 감지대상은 적어도 3개의 적외선 반사구인 것을 특징으로 하는 수술용 도구.Surgical object, characterized in that the at least three infrared reflector. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 기다란 핀의 한쪽 끝은 뼈에 고정되며,One end of the elongated pin is fixed to the bone, 기다란 핀의 나머지 끝은 홈에 수용되는 뾰족한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수술용 도구.Surgical tool is characterized in that the other end of the elongated pin has a pointed shape that is accommodated in the groove. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 기다란 핀의 나머지 끝은 수술에 방해되지 않도록 길이가 조절될 때 형성되는 것을 특징으로 하는 수술용 도구.Surgical tool is characterized in that the remaining end of the elongated pin is formed when the length is adjusted so as not to interfere with the surgery. 뼈, 뼈에 대하여 상대적으로 이동가능한 내부 조직(tissue) 그리고 내부 조직을 덮는 표피(skin)에 대한 정보 및 표피 및 내부 조직을 관통하여 뼈에 고정된 기다란(elongate) 핀에 대한 정보를 담고 있는 이미지를 준비하는 제1 단계; 그리고,Image containing information about bone, internal tissue relatively movable to bone and skin covering internal tissue, and elongate pins fixed to bone through epidermis and internal tissue Preparing a first step; And, 기다란 핀의 한쪽 끝을 수용함으로써 위치결정되는 수술용 도구를 인식한 감지수단으로부터 입력을 이용하여 환자와 제1 단계의 이미지의 위치관계를 파악하는 제2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법.And a second step of grasping the positional relationship between the patient and the first step image by using an input from the sensing means that recognizes the surgical tool positioned by receiving one end of the elongated pin. Navigation method. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 제1 단계의 이미지는 수술에 방해되지 않도록 길이가 조절된 기다란 핀에 대한 정보를 담고 있는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법.Surgical navigation method characterized in that the image of the first step contains information about the elongated pin is adjusted so as not to interfere with the surgery. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 제1 단계의 이미지는 뼈 및 기다란 핀의 특성이 반영된 CT 이미지를 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법.Surgical navigation method characterized in that the image of the first step is generated using a CT image reflecting the characteristics of the bone and the elongated pins. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 제1 단계의 이미지는 CT 이미지와 종양의 특성이 반영된 MRI 이미지를 합성하여 생성되는 것을 특징으로 하는 수술용 내비게이션 방법.Surgical navigation method, characterized in that the image of the first step is generated by synthesizing the CT image and the MRI image reflecting the characteristics of the tumor.
KR1020070104162A 2007-10-16 2007-10-16 Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method KR100957727B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070104162A KR100957727B1 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070104162A KR100957727B1 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100018559A Division KR20100039315A (en) 2010-03-02 2010-03-02 Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090038717A true KR20090038717A (en) 2009-04-21
KR100957727B1 KR100957727B1 (en) 2010-05-13

Family

ID=40762817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070104162A KR100957727B1 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100957727B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101154100B1 (en) * 2009-02-10 2012-06-11 국립암센터 Bone marker apparatus for navigation surgery and navigation method using the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101655309B1 (en) 2015-03-09 2016-09-08 한국과학기술연구원 Computer Navigation Method for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7831295B2 (en) * 2003-06-05 2010-11-09 Aesculap Ag & Co. Kg Localization device cross check
US20060241405A1 (en) 2005-03-09 2006-10-26 Aesculap Ag & Co. Kg Method and apparatus for performing an orthodepic stability test using a surgical navigation system
US7835784B2 (en) 2005-09-21 2010-11-16 Medtronic Navigation, Inc. Method and apparatus for positioning a reference frame

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101154100B1 (en) * 2009-02-10 2012-06-11 국립암센터 Bone marker apparatus for navigation surgery and navigation method using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR100957727B1 (en) 2010-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2436333B1 (en) Surgical navigation system
CN109998678A (en) Augmented reality assisting navigation is used during medicine regulation
US8483434B2 (en) Technique for registering image data of an object
US20100179418A1 (en) Instrument aligning method using a free reference
KR102105974B1 (en) Medical imaging system
US20140243658A1 (en) Computer-Implemented Technique for Calculating a Position of a Surgical Device
US20160000518A1 (en) Tracking apparatus for tracking an object with respect to a body
US20090124891A1 (en) Image guided surgery system
JP2003299642A (en) Positioning method for navigation surgery
JP5569711B2 (en) Surgery support system
US10939889B2 (en) Optical shape sensing for fluoroscopic surgical navigation
CA3002090A1 (en) Improving registration of an anatomical image with a position-tracking coordinate system based on visual proximity to bone tissue
CN109833092A (en) Internal navigation system and method
KR100957727B1 (en) Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method
US20230233258A1 (en) Augmented reality systems and methods for surgical planning and guidance using removable resection guide marker
KR100941612B1 (en) Navigation method in bone ablation surgery
KR20230059157A (en) Apparatus and method for registering live and scan images
CN116019571A (en) Apparatus and method for positioning a patient's body and tracking patient position during surgery
JP7511555B2 (en) Spatial alignment method for imaging devices - Patents.com
KR20100039315A (en) Medical instrument used in medical navigation and medical navigation method
CN114727860A (en) Physical medical element placement system
JP2009172124A (en) Surgery navigation system, image display method, computer program and recording medium
Kyriakides Accuracy assessment of a novel optical image guided system for trans-nasal sinus and skull base surgeries
US11806093B1 (en) Apparatus and method for tracking hand-held surgical tools
CN116687437A (en) Medical perspective device, medical navigation system, and medical image processing method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130227

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140507

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150522

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160506

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170502

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180504

Year of fee payment: 9