KR20100091866A - Bone marker apparatus for navigation surgery and navigation method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수술용 보조 기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컴퓨터 네비게이션 수술의 기준점을 표시하기 위해 경피적인 방법으로 뼈에 삽입할 수 있는 네비게이션 수술을 위한 본마커장치 및 이를 이용한 네비게이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surgical aid, and more particularly, to a bone marker device for navigation surgery that can be inserted into the bone in a percutaneous method to display the reference point of the computer navigation surgery and a navigation method using the same.
네비게이션 수술은 적외선과 컴퓨터 항법장치, 카메라를 이용하여 환자의 수술부위를 컴퓨터에 입력하고 모니터에 비춰진 영상을 이용하여 보다 정확하고 정밀하게 시술하는 전문 수술 시스템을 의미한다. 네비게이션 수술을 이용함으로써 정상 부위는 피하고 병소만을 정밀하게 제거하며, 수술 부위에 정확하게 내고정물을 삽입할 수 있게 되는데 주로 뇌질환, 척추 수술, 인공 관절수술 등에 이용되어 왔다. 이 수술 방법은 시술자로 하여금 객관적인 확신을 가지고 수술할 수 있게 하며, 수술결과의 정확성과 재현성을 높일 수 있다는 장점이 있다.Navigation surgery refers to a professional surgical system that inputs the surgical site of a patient to a computer using infrared, computer navigation equipment, and a camera, and uses the image on the monitor to perform more accurate and precise procedures. By using navigation surgery, it is possible to avoid the normal part and precisely remove the lesion, and to insert the internal fixation accurately in the surgical part, which has been mainly used for brain diseases, spinal surgery, and artificial joint surgery. This surgical method allows the operator to operate with objective confidence and has the advantage of improving the accuracy and reproducibility of the surgical results.
정형외과 수술영역에서 컴퓨터 네비게이션의 도입은 이미 오래 전의 일이다. 이는 뼈를 정확하게 절제하고, 인공관절이나 수술용 내고정 물질을 해부학적 위치에 정밀 삽입하기 위해서 주로 사용되어 왔다. 뿐만아니라 생명을 위협하는 뼈암에서 종양세포의 오염없이 관절과 성장판을 살리고 정밀한 뼈암 절제를 하는데 있어 컴퓨터 네비게이션의 도움은 필수적이다.The introduction of computer navigation in the field of orthopedic surgery is a long time ago. It has been used primarily for accurate excision of bones and for precise insertion of artificial joints or surgical fixation materials into anatomical locations. In addition, computer-assisted assistance is essential to save joints and growth plates and precisely remove bone cancer from life-threatening bone cancer without contaminating tumor cells.
특히 네비게이션을 이용한 절골술은 센서를 뼈에 부착해 적외선을 통해 해부학적인 자료를 컴퓨터에 입력시켜 3차원적인 영상으로 환자의 다리 축과 관절 면을 미리 계측하여 환자 마다 "최적의 값"을 알려준다. 그리고 컴퓨터에 입력된 환자 자료를 이용해 뼈의 두께, 위치, 절골술의 각도와 간격 등을 미리 예측해, 수술 중 컴퓨터와 의사 사이에 검증 과정을 거쳐 수술을 하게 된다. 기존의 수술법이 의사의 경험에 의존하는 것이라면 네비게이션 수술은 컴퓨터를 통한 정확한 검증 과정을 거친 방법으로 그만큼 정확도가 높다. 즉, 네비게이션 수술은 수술 계획에 대한 감리자 역할을 한다고 볼 수 있다.In particular, the osteotomy using navigation attaches sensors to bones and inputs anatomical data to a computer through infrared, and pre-measures the leg axis and joint surface of the patient in three-dimensional images to inform the "optimal value" for each patient. The patient's data input to the computer is used to predict the bone thickness, location, and the angle and interval of the osteotomy in advance. If the conventional surgery is dependent on the doctor's experience, navigation surgery is a computer-assisted verification process that is as accurate. In other words, navigation surgery acts as a supervisor for the surgical plan.
컴퓨터 네비게이션 하에서 수술하기 위해서는 우선 항법장치의 기본인 3-포인트 등록(3-point registration)이 필요하게 된다. 즉 뼈와 네비게이션 장치로 보낸 영상과의 같은 포인트 3부위를 등록하는 것으로, 이 과정이 복잡하고 난해하지만 가장 중요한 일이며 크게 2가지 방법이 있다.In order to operate under computer navigation, first, 3-point registration, which is the basis of the navigation system, is required. In other words, this process is complicated and difficult, but it is the most important thing, and there are two ways to register three points, such as images sent to a bone and a navigation device.
한 가지는 뼈에 매몰식 마커(implantable marker)를 삽입하여 표시한 후 영상을 얻는 방법이고, 다른 한 가지는 본마커(bone marker)를 사용하지 않고 수술중 환자 뼈의 해부학적 특이한 부위 또는 돌출부위(prominent anatomical point)를 영상에서 찾아 등록하는 이미지 매치 등록(image-matched registration) 방법이 있 다. 최근 표면 등록(surface registration)의 방법은 이런 이미지 매치 등록(image-matched registration)의 오차를 줄여 주게 되었다. One method involves obtaining an image after inserting an implantable marker into the bone, and the other method using anatomical or prominent portions of the patient's bone during surgery without using a bone marker. There is an image-matched registration method that finds and registers anatomical points in an image. Recently, the method of surface registration has reduced the error of such image-matched registration.
상기 두가지 방법 중 정확도를 높이면서 등록 시간(registration time)을 줄이며, 쉽게 재 등록이 가능하면서 등록을 위한 광범위 연부조직 절개가 필요없게 하기 위해서는 매몰식 마커가 유리하다.In order to reduce the registration time (registration time) while increasing the accuracy of the above two methods, the buried marker is advantageous in order to be able to easily re-register and eliminate the need for extensive soft tissue incision for registration.
기존의 매몰식 마커는 금속성 재질로 인한 간섭현상으로 자기공명영상(MRI) 촬영은 어려워 반드시 CT를 촬영해서 네비게이션 장치로 전송해야 하는데, 인공관절 수술 및 내고정물 삽입수술에서는 단지 CT만을 이용하여 네비게이션 수술을 주로 한다. 하지만 악성 골 종양 절제 수술에는 종양의 경계를 보다 명확히 알 수 있는 MRI 영상이 기준이 되는 경우가 많기 때문에 이 경우 CT와 MRI 통합 영상이 필요하게 된다. 또한 이미지 매치 등록을 할 경우에도 정확한 뼈의 표면을 보기 위해서는 CT 촬영이 필수적이고, 영상에서 등록한 실제 해부학적 위치들을 수술 도중 찾기 위해서는 큰 절개와 개방창이 필요할 뿐만 아니라 MRI 영상 가이드 하에 수술이 필요한 경우 CT-MRI 영상융합이 필요하다. 이 경우 CT와 MRI의 이미지 통합 시 많은 오차와 시간이 소모된다는 문제점이 있다.Conventional investment markers are metallic interferences, and magnetic resonance imaging (MRI) imaging is difficult, so CT scans must be sent to the navigation device.In artificial joint surgery and internal fixation surgery, only CT is used for navigation surgery. Mainly. However, in the case of malignant bone tumor resection surgery, MRI images that can more clearly know the boundaries of the tumors are often referred to as the CT and MRI combined images. In addition, CT imaging is essential to view the correct bone surface even when registering image match. In addition, a large incision and opening window are needed to find the actual anatomical positions registered in the image during surgery. MRI imaging is needed. In this case, there is a problem that a large amount of error and time are consumed when integrating CT and MRI images.
또한 종래의 본마커를 사용할 경우 피부 또는 근육 깊숙한 곳에 매몰되어 있어 표시부위를 수술 도중 찾기 위해서는 역시 큰 절개와 개방창이 필요하게 되므로 환자의 신체가 크게 훼손될 수 있다는 문제점이 있다.In addition, when the conventional marker is used, it is buried deep in the skin or muscles, and thus, a large incision and an open window are required to find the display portion during surgery, which may greatly damage the patient's body.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, CT와 X-ray 촬영에서 관찰될 뿐만 아니라 MRI 촬영에서도 간섭현상이 없어서 어느 장치를 이용하더라도 위치표시가 용이하며, 컴퓨터 네비게이션 수술 시 최소의 절개만을 통하여 간단하게 수술 지점을 등록할 수 있는 네비게이션 수술을 위한 본마커장치 및 이를 이용한 네비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 네비게이션 포인터를 사용하지 않고 수술지점의 위치 변화를 관찰할 수 있는 네비게이션 수술을 위한 본마커장치 및 이를 이용한 네비게이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above, it is not only observed in CT and X-ray imaging, but there is no interference in MRI imaging, so it is easy to indicate the location using any device, and minimal incision during computer navigation surgery. It is an object of the present invention to provide a navigation apparatus using the same marker device for navigation surgery that can easily register a surgical point through the bay. Another object of the present invention is to provide a bone marker device for navigation surgery and a navigation method using the same, which can observe a change in position of a surgical site without using a navigation pointer.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 네비게이션 수술을 위한 본마커 장치는 내측에 소정 공간이 형성된 몸통부 및 헤드부로 구성된 핀부재; 및, 상기 핀부재가 내부에 삽입 가능하도록 일측에 개구가 형성된 중공 형상의 캐뉼러 탐침부재;를 포함하며, 상기 핀부재가 수술부위의 뼈에 삽입 및 고정된 후 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상촬영(MRI) 영상을 획득하고, 상기 캐뉼러 탐침부재를 상기 핀부재가 내측으로 삽입될 수 있도록 이동시켜 뼈의 표면에 닿을 때까지 밀어 넣어 네비게이션 수술의 기준점을 등록하는 것을 특징으로 한다.The present marker device for navigation surgery according to the present invention provided to achieve the above object is a pin member consisting of a body portion and a head portion formed with a predetermined space therein; And a hollow cannula probe member having an opening formed at one side thereof to allow the pin member to be inserted therein, wherein the pin member is inserted into and fixed to a bone of a surgical site, and then computed tomography (CT) or magnetic Acquiring a resonance imaging (MRI) image, and moves the cannula probe member so that the pin member can be inserted into the inside to push until it touches the surface of the bone to register the reference point of the navigation surgery.
상기 핀부재는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비 금속성 재질 또는 금속합금의 재질이 좋다.The fin member may be made of a non-metallic material such as carbon, polyether ether ketone (PEEK), ceramic (ceramic), zirconium, biodegradable plastic, or a metal alloy.
상기 핀부재의 두께는 1.0mm 내지 3.0mm 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.2mm 내지 1.5mm인 것이 좋다.The thickness of the pin member is preferably 1.0mm to 3.0mm, more preferably 1.2mm to 1.5mm.
상기 핀부재의 소정 공간 내에는 조영제가 삽입구비될 수 있는 것이 좋다.The contrast medium may be inserted into the predetermined space of the pin member.
상기 조영제는 X 선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드 등의 양성조영제 또는 X 선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소 등의 음성조영제인 것이 바람직하다.The contrast agent is preferably a positive contrast agent such as barium sulfate or iodine, which absorbs X-rays well, or a negative contrast agent such as air or carbon dioxide, which penetrates X-rays well.
상기 핀부재의 소정 공간 내에는 MRI 촬영 시 관찰 가능한 지방, 콜레스테롤, 액체 및 조영제 등이 삽입 구비되는 것이 바람직하다.In the predetermined space of the pin member, it is preferable that a fat, cholesterol, a liquid, a contrast agent, etc., which can be observed during MRI imaging are inserted.
여기서 상기 헤드부에는 나사산이 형성되어 상기 핀부재가 수술부위의 뼈에 용이하게 삽입 고정될 수 있는 것이 좋다.Here, the head portion is formed with a screw thread so that the pin member can be easily inserted and fixed to the bone of the surgical site.
상기 캐뉼러 탐침부재의 두께는 1.5mm 내지 4.0mm 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.5mm 내지 3.0mm인 것이 바람직하다.The thickness of the cannula probe member is preferably 1.5mm to 4.0mm, more preferably 1.5mm to 3.0mm.
본 발명에 따른 다른 형태의 네비게이션 수술을 위한 본마커장치는 핀형상으로 구비된 헤드부; 상기 헤드부의 일측과 연결되며 내측 중앙부에 축방향으로 중공공간이 형성된 몸통부; 및, 네비게이션 포인터를 직접 위치시켜 등록이 가능하도록 상기 몸통부의 일측 끝단 또는 측면에 홈 형상으로 구비된 탐침부;를 포함하며, 상기 몸통부의 두께는 상기 헤드부의 두께보다 더 크게 형성되어, 상기 헤드부가 수술부위의 뼈에 상기 몸통부와의 경계까지 박힌 후, 뼈의 표면으로부터 일정한 거리에 위치된 상기 몸통부의 탐침부를 이용하여 직접 네비게이션 수술을 위한 기준점을 등록하는 것을 특징으로 한다.The present marker device for navigation surgery of another form according to the present invention comprises a head portion provided in a pin shape; A body part connected to one side of the head part and having a hollow space in an axial direction at an inner central part thereof; And a probe part provided in a groove shape at one end or side of the body part to directly register the navigation pointer, wherein the thickness of the body part is greater than the thickness of the head part. After being embedded in the bone of the surgical site to the boundary with the body portion, using the probe portion of the body portion located at a predetermined distance from the surface of the bone is characterized in that for registering a reference point for direct navigation surgery.
여기서, 상기 몸통부는 길이가 일정하여, 뼈의 표면과 상기 본마커 장치가 만나는 중심점으로부터 상기 몸통부에 구비된 상기 탐침부까지의 거리를 보정하여 네비게이션 수술을 위한 기준점을 등록할 수 있다.Here, the torso may have a constant length, and may register a reference point for navigation surgery by correcting a distance from a center point where the surface of the bone meets the main marker device to the probe unit provided in the torso.
여기서 상기 본마커장치는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질 또는 금속합금 재질인 것이 좋다.Here, the present marker device may be a non-metallic material or a metal alloy material such as carbon, polyether ether ketone (PEEK), ceramic (ceramic), zirconium, biodegradable plastics, or the like.
상기 헤드부에는 나사산이 형성되어 상기 본마커장치가 수술부위의 뼈에 용이하게 삽입 및 고정될 수 있다.The head portion is formed with a screw thread so that the main marker device can be easily inserted into and fixed to the bone of the surgical site.
상기 중공공간에는 조영제가 삽입 구비될 수 있는 것이 바람직하다.Preferably, the hollow space can be provided with a contrast agent.
상기 조영제는 X 선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드 등의 양성조영제 또는 X 선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소 등의 음성조영제인 것이 좋다.The contrast agent may be a positive contrast agent such as barium sulfate or iodine that absorbs X-rays well, or a negative contrast agent such as air or carbon dioxide that transmits X-rays well.
상기 중공 공간 내에는 MRI 촬영 시 관찰 가능한 지방, 콜레스테롤, 액체 및 조영제 등이 삽입 구비될 수 있는 것이 바람직하다.In the hollow space, fat, cholesterol, liquid, contrast medium, etc., which can be observed during MRI imaging, may be inserted.
상기 헤드부의 두께는 1.0mm 내지 3.0mm 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.2mm 내지 1.5mm인 것이 좋다.The thickness of the head portion is preferably 1.0mm to 3.0mm, more preferably 1.2mm to 1.5mm.
상기 몸통부의 두께는 1.5mm 내지 4.0mm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.5mm 내지 3.0mm인 것이 바람직하다.It is preferable that the thickness of the said trunk | drum is 1.5 mm-4.0 mm, More preferably, it is 1.5 mm-3.0 mm.
또한, 상기와 같은 본마커장치를 이용한 네비게이션 방법은 수술부위의 뼈에 상기 본마커장치를 삽입 및 고정하는 단계; 상기 본마커장치를 CT 또는 MRI를 이용하여 촬영하는 단계; 상기 단계에서 촬영된 영상을 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계; 상기 전송된 영상에서 본마커장치가 수술부위의 뼈에 삽입된 위치를 저장하여 등록하는 단계; 및, 상기 본마커장치의 이동 경로를 실시간으로 센싱하여 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the navigation method using the bone marker device as described above comprises the steps of inserting and fixing the bone marker device on the bone of the surgical site; Photographing the main marker device using CT or MRI; Transmitting the captured image to the navigation computer; Storing and registering a position where the marker device is inserted into a bone of a surgical part in the transmitted image; And sensing the moving path of the present marker device in real time and transmitting the same to the navigation computer.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 제공되는 다른 형태의 네비게이션 수술을 위한 본마커 장치는 내측에 소정 공간이 형성되고, 외측에 다수의 개구가 형성된 본마커본체부; 및, 상기 본마커본체부의 개구 중 특정 개구에 삽입 고정되는 본마커부;를 포함하며, 상기 본마커부는 수술 지점의 기준점의 등록을 위하여 개구의 위치를 선택하여 삽입할 수 있는 것이 좋다.Another type of bone marker device for navigation surgery provided to achieve the object of the present invention is a predetermined space is formed on the inside, the outside of the main marker body portion is formed with a plurality of openings; And a main marker portion inserted into and fixed to a specific opening among the openings of the main marker body portion, wherein the main marker portion can be inserted by selecting a position of the opening for registration of a reference point of a surgical point.
상기 본마커부는 상기 본마커본체부의 개구에 삽입되는 체결부; 상기 체결부와 연결되어 상기 체결부가 상기 본마커본체부의 개구에 삽입 시 외측으로 돌출되게 형성되는 몸체부; 및, 상기 몸체부의 끝단에 구비되어 수술지점을 등록하며 내측에 소정공간이 형성된 마커부;를 포함하는 것이 좋다.The main marker portion is a fastening portion inserted into the opening of the main marker body portion; A body part connected to the fastening part and formed to protrude outward when the fastening part is inserted into the opening of the main marker body part; And a marker portion provided at the end of the body portion to register a surgical point and having a predetermined space formed therein.
상기 본마커장치는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질 또는 금속합금 재질인 것이 바람직하다.The present marker device is preferably a non-metallic material or a metal alloy material such as carbon, polyether ether ketone (PEEK), ceramic (ceramic), zirconium, biodegradable plastics, or the like.
상기 마커부 내측의 소정공간에 조영제가 수용되고, 상기 조영제는 X 선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드 등의 양성조영제 또는 X선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소 등의 음성조영제이거나 MRI 촬영 시 관찰 가능한 지방, 콜레스테롤, 액체 및 조영제 등이 삽입 구비되는 것이 좋다.The contrast agent is accommodated in a predetermined space inside the marker part, and the contrast agent is a positive contrast agent such as barium sulfate or iodine that absorbs X-rays well, or a negative contrast agent such as air or carbon dioxide that transmits X-rays well, or can be observed during MRI imaging. Fat, cholesterol, liquids and contrast agents are preferably inserted.
상기 마커부는 알루미늄, 금, 은, 구리, 금속 합금, 유리 중 어느 하나의 재 질로 코팅되는 것이 바람직하다.The marker portion is preferably coated with any one material of aluminum, gold, silver, copper, metal alloy, glass.
상기 마커부는 적외선 반사율을 높이도록 로이코팅(Low E Coating)되는 것이 좋다.The marker part may be low coated to increase infrared reflectance.
상기 본마커장치를 이용한 네비게이션 방법에 있어서, 환자의 수술부위의 뼈에 상기 본마커장치를 삽입 및 고정하는 단계; 상기 본마커장치가 수술부위의 뼈에 삽입된 위치를 등록하는 단계; 및, 상기 본마커장치의 이동 경로를 실시간으로 센싱하여 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.In the navigation method using the present marker device, comprising the steps of inserting and securing the marker present in the device at the surgical site of a patient's bone; Registering the position at which the bone marker device is inserted into a bone of a surgical site; And sensing the moving path of the present marker device in real time and transmitting the same to the navigation computer.
또한 상기 등록 단계는 상기 본마커장치를 CT 또는 MRI를 이용하여 촬영하는 단계; 상기 단계에서 촬영된 영상을 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계; 및, 상기 전송된 영상에서 본마커장치가 수술부위의 뼈에 삽입된 위치를 저장하는 단계;를 포함하는 것이 좋다.In addition, the registration step is the step of photographing the main marker device using a CT or MRI; Transmitting the captured image to the navigation computer; And storing the position where the marker device is inserted into the bone of the surgical site in the transmitted image.
여기서, 상기 등록 단계는 상기 본마커장치의 마커부가 별도의 위치측정장치로부터 방사되는 적외선을 반사하는 단계; 및, 상기 위치측정장치가 상기 반사된 적외선을 수신하여 상기 마커부의 위치를 저장하는 단계;를 포함하며, 상기 위치측정장치는 상기 마커부로부터 반사된 적외선을 실시간으로 수신하여 상기 마커부의 위치를 측정하는 것이 바람직하다.Here, the registration step may include the step of reflecting the infrared rays emitted from the marker portion of the present marker device from a separate position measuring device; And storing, by the position measuring device, the reflected infrared light and storing the position of the marker part, wherein the position measuring device receives the infrared light reflected from the marker part in real time to measure the position of the marker part. It is desirable to.
이상에서 설명한 본 발명의 네비게이션 수술을 위한 본마커장치 및 이를 이용한 네비게이션 방법에 의하면, CT, MRI를 마음대로 선택하여 촬영할 수 있고, 촬 영된 CT 또는 MRI의 단일 영상 하에 등록 및 수술이 가능하다. 네비게이션 수술을 위한 수술 지점의 등록 시 국소마취하에 뼈에 위치를 표시하는 핀부재를 박은 후 CT나 MRI를 촬영하고, 수술 시 최소의 절개 또는 절개 없이 경피적으로 간단하게 본마커장치를 뼈에 삽입할 수 있어서 짧은 시간 안에 등록이 가능하고 컴퓨터 등의 에러 등으로 재등록이 필요할 경우 쉽게 재등록이 가능하다. 또한, 네비게이션 포인터를 사용하지 않고 적외선의 송수신을 통하여 실시간으로 수술지점의 위치변화를 관찰하는 것이 가능하다.According to the present marker device for navigation surgery and the navigation method using the same as described above, the CT, MRI can be selected and photographed at will, and registration and surgery can be performed under a single image of the taken CT or MRI. When registering a surgical point for navigation surgery, a pin member is placed under the local anesthesia and the CT or MRI is taken. During surgery, the marker can be inserted into the bone without any minimal incision or incision. It can be registered within a short time and can be easily re-registered if it is necessary to re-register due to an error such as a computer. In addition, it is possible to observe the change in the position of the surgical point in real time through the transmission and reception of infrared rays without using the navigation pointer.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 본마커장치를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the present marker device for navigation surgery according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적으로 네비게이션 수술은 두 단계로 설명된다. 먼저 환자의 수술부위에 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상촬영(MRI)를 통해 영상정보를 컴퓨터에 입력시키는 단계와 환자 몸에 붙인 센서와 탐침기(센서감지기)를 이용해 현재 수술위치나 병소를 최소 오차 범위 내에서 3차원 영상으로 표시해 주는 단계이다.Navigation surgery is generally described in two steps. First, input the image information to the computer through CT or magnetic resonance imaging (MRI) at the surgical site of the patient, and then use the sensor and probe (sensor sensor) attached to the patient's body for the current operation position or lesion. In the step of displaying a 3D image within the minimum error range.
이중 컴퓨터에 영상을 전송하여 입력하기 전에 뼈의 특정한 부위에 기준이 되는 위치를 표시한 후 CT나 MRI 촬영을 하게 되는데, 뼈의 위치 표식자로 본 발명과 같은 본마커장치가 이용되고 있다.Before transmitting and inputting an image to a dual computer, a reference position is displayed on a specific portion of the bone, and then CT or MRI imaging is performed. As the bone position marker, the present marker device of the present invention is used.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 분리형 본마커장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 분리형 본마커장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a detachable bone marker device for navigation surgery according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of a detachable bone marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 일체형 본마커장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 일체형 본마커장치의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the integrated bone marker device for navigation surgery according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view of the integrated bone marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention.
도 1과 도 2를 살펴보면, 본 발명에 따른 네비게이션 수술을 위한 분리형 본마커장치는 수술부위의 뼈에 삽입 고정될 수 있는 핀부재(10), 핀부재(10)가 내부에 삽입될 수 있는 캐뉼러 탐침부재(40)로 구성된다.1 and 2, the detachable bone marker device for navigation surgery according to the present invention is a
핀부재(10)는 일반적으로 사용되는 핀 형상의 도구로서, 내측에 특정 물질을 주입할 수 있도록 소정 공간(16)이 형성된 몸통부(18)와 몸통부(18)와 연결되어 실제 수술부위의 뼈에 삽입될 수 있도록 날카롭게 형성된 헤드부(14)로 구성된다.The
캐뉼러 탐침부재(40)는 내측에 특정 도구가 삽입될 수 있는 수술부위의 등록을 위한 도구로서 본 발명에서는 핀부재(10)가 내부에 삽입 가능하도록 일측에 개구가 형성된 중공 형상으로 구비된다. The
핀부재(10)와 캐뉼러 탐침부재(40)는 일반적으로 원통형이지만, 핀부재(10)가 캐뉼러 탐침부재(40)의 내부에 삽입되어, 캐뉼러 탐침부재(40)가 수술 부위의 뼈를 등록할 수 있다면, 핀부재(10)와 캐뉼러 탐침부재(40)의 형상은 한정되지 않고. 그 단면이 다각 형이거나 타원형일 수 있다.Although the
핀부재(10)의 헤드부(14)는 단순한 날카로운 원뿔형이거나, 상기 원뿔형에 나사산(15)이 형성된 형상일 수 있다. 헤드부(14)에 나사산(15)이 형성된 경우 수술부위의 뼈에 삽입되었을 때 더욱 견고하게 고정될 수 있다. The
핀부재(10)가 수술부위의 뼈에 삽입 고정된 후 CT나 MRI를 촬영하여 네비게이션 시스템으로 전송한 다음, 영상에서 핀부재(10)와 뼈의 표면이 만나는 점을 기준점으로 정하여 수술 준비를 마치게 된다. 실제 수술 시에 캐뉼러 탐침부재(40)를 핀부재(10)가 내측으로 삽입될 수 있도록 이동하여 뼈에 닿을 때까지 밀어 넣어 등록을 하게 되는데, 이때 캐뉼러 탐침부재(40)를 사용하기 전 네비게이션화(navigated), 즉 케뉼러 탐침부재(40)를 고정하여 네비게이션 장치에 위치포인터로 사용할 수 있게 만들어 놓는다.After the
여기서 "등록"이란 네비게이션 수술 시 수술 부위를 카메라와 같은 외부 관찰 장치에서 용이하게 관찰할 수 있도록 수술 부위의 뼈를 표시하는 기능을 의미한다.Here, "registration" refers to a function of displaying the bone of the surgical site so that the surgical site can be easily observed by an external observation device such as a camera during navigation surgery.
핀부재(10)는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질 또는 금속합금 재질인 것이 좋다.The
MRI에서 사용 가능하기 위해서는 자성이 없어야 하는데, 자성이 있는 경우 영상에 왜곡이 발생하기 때문이다. In order to be able to use in MRI, there should be no magnetism, because the magnetism causes distortion in the image.
카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질은 MRI 촬영 시 간섭 현상 없이 관찰될 수 있거나 보이지 않게 되며, 방사선에는 투과성 또는 약한 비투과성으로 CT 촬영 시 보이지 않거나 경미하게 관찰될 수 있다.Non-metallic materials such as carbon, polyether therketone (PEEK), ceramic, zirconium, and biodegradable plastics can be observed or invisible without interference during MRI imaging. Invisible or slightly impermeable may be invisible or slightly observed during CT imaging.
이들 재질의 핀부재(10)들은 뼈에 도구를 이용하여 박거나 직접 박을 수 있는 단단한 성질을 가지고 있다. 핀부재(10)로서 자성이 없어 MRI상 간섭이 없으면서 관찰되거나 CT 촬영에서 비관찰 또는 관찰되고 뼈에 원활하게 삽입할 수 있는 강도를 가진 다른 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 핀부재(10) 중에서 CT 촬영에서 비관찰되는 경우 소정공간(16) 내에는 조영제(20)를 주입하여 방사선 촬영에도 관찰될 수 있게 하였다. X선 검사 때에 그대로는 음영이 똑똑하게 나타나지 않는 장기나 조직에 X선의 투과도가 다른 물질인 조영제(20)를 주입하여 촬영 또는 투시를 하면 묘출이 잘 되어 진단이 가능하게 된다. 특히 MRI에서 영상의 간섭현상(artifact) 없이 사용되는 핀부재(10)는 방사선 검사(radiologic examination)에 관찰되지 않게 되어 X선 검사에 표시가 되도록 하기 위해서는 별도의 조영제가 함유될 것이 필요하다.When the CT member is not observed in the
즉, 카본이나 PEEK는 MRI 간섭현상이 없이 MRI 에서 관찰되나 CT나 X-ray 촬영에서는 관찰이 안되어 핀부재(10) 내부에 중공이 구비되어 조영제(20)가 삽입되어야만 CT, X-ray 촬영에서 관찰될 수 있다.That is, carbon or PEEK is observed in MRI without MRI interference, but not in CT or X-ray imaging, and the hollow is provided inside the
조영제(20)로서, X선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드와 같은 양성조영제나 X선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소와 같은 음성조영제가 이용될 수 있다. As the
만약 핀부재(10) 자체가 CT 에서 관찰되는 경우 내부 구비 물질로는 MRI에서 잘 보일 수 있는 재료인 지방과 콜레스트롤, 액체 및 조영제 등을 사용하는 것이 바람직하다.If the
본 실시예에 따른 본마커장치에서, 핀부재(10)는 그 두께가 약 1.0mm 내지 3.0mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.2mm 내지 1.5mm인 것이 좋다. 핀부재(10)가 삽입될 수 있는 캐뉼러 탐침부재(40)의 두께는 핀부재(10)가 관통될 수 있도록 약간 큰 직경을 갖도록 한다. 캐뉼러 탐침부재(40)의 두께는 1.5mm 내지 4.0mm 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5mm 내지 3.0mm인 것이 좋다. 핀부재(10)와 캐뉼러 탐침부재(40)의 두께는 정해진 것이 아니며, 사용자의 필요에 따라 변경 가능함은 물론이다.In the present marker device according to the present embodiment, the
도 3과 도 4를 살펴보면, 본 발명에 따른 네비게이션 수술을 위한 일체형의 본마커장치는 수술부위의 뼈에 직접 삽입되는 헤드부(120), 헤브부(120)의 일측과 연결되며 중공 형상인 몸통부(130)로 구성된다.3 and 4, the integrated body marker device for navigation surgery according to the present invention is connected to one side of the
헤브부(120)는 수술부위의 뼈에 삽입될 수 있도록 날카롭게 형성되어 있으며, 헤드부(120)의 외주면 상에는 나사산(116)이 형성될 수 있고 상기 나사산(116)에 의해 본마커장치의 삽입 및 고정이 용이할 수 있다. 이는 사선 방향의 나사산(116)에 의해 뼈와 나사산(116)의 체결력이 증대될 수 있기 때문이다.The
여기서 헤드부(120)와 몸통부(130)의 연결 부분에는 서로 두께차이가 있어 실제 뼈에 삽입은 헤드부(120)만 되도록 하여 뼈 밖의 몸통부(130)의 길이가 일정하도록 한다. Here, there is a difference in thickness between the connection portion of the
몸통부(130)의 두께는 헤드부(120)의 두께보다 더 크게 형성되어, 헤드부(120)가 수술부위의 뼈에 완전히 박힌 후, 뼈의 표면으로부터 일정거리에 위치된 몸통부(130)의 탐침부(150,150')를 이용하여 네비게이션 수술을 위한 기준점을 등 록할 수 있다.The thickness of the
여기서 "등록"이란 네비게이션 수술 시 수술 부위를 카메라와 같은 외부 관찰 장치에서 용이하게 관찰할 수 있도록 수술 부위의 뼈를 표시하는 기능을 의미한다.Here, "registration" refers to a function of displaying the bone of the surgical site so that the surgical site can be easily observed by an external observation device such as a camera during navigation surgery.
본 발명에 따른 본마커장치는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyetherether ketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질 또는 금속합금의 재질일 수 있다.The present marker device according to the present invention may be made of a non-metallic material such as carbon, polyetherether ketone (PEEK), ceramic (ceramic), zirconium, biodegradable plastics, or a metal alloy. .
MRI에서 사용 가능하기 위해서는 자성이 없어야 하는데, 자성이 있는 경우 영상에 왜곡이 발생하기 때문이다. 상기 재질은 MRI 촬영 시 간섭 현상 없이 관찰되나 방사선 투과성 내지는 약한 투과성으로 뼈에 도구를 이용하여 또는 직접 뼈에 박을 수 있는 단단한 성질을 가지고 있다. 본마커장치의 재질로서 방사선 투과성의 높은 강도를 가진 다른 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.In order to be able to use in MRI, there should be no magnetism, because the magnetism causes distortion in the image. The material is observed without interference during MRI, but has a rigid property that can be directly or directly embedded in the bone using a radiopaque or weak permeability. As a material of the present marker device, other materials having a high intensity of radiation transmission may be used.
여기서, 헤드부(120)의 두께는 1.0mm 내지 3.0mm 인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.2mm 내지 1.5mm인 것이 좋으며, 몸통부(130)의 두께는 1.5mm 내지 4.0mm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.5mm 내지 3.0mm인 것이 좋다. 상기 본마커장치의 두께는 정해진 것이 아니며, 사용자의 필요에 따라 변경 가능함은 물론이다.Here, the thickness of the
본마커장치의 중공 공간(135) 내에는 조영제(125)를 주입할 수 있다. X선 검사 때에 그대로는 음영이 똑똑하게 나타나지 않는 장기나 조직에 X선의 투과도가 다른 물질인 조영제(125)를 주입하여 촬영 또는 투시를 하면 묘출이 잘 되어 진단 이 가능하게 된다. 특히 MRI에서 영상의 간섭현상(artifact) 없이 사용되는 몸통부(130)와 헤드부(120)는 방사선 검사(radiologic examination)에 관찰되지 않게 되어 X 선 검사에 표시가 되도록 하기 위해서는 별도의 조영제(125) 함유가 필요하다.The
조영제(125)로서, X선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드와 같은 양성조영제나 X선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소와 같은 음성조영제가 이용될 수 있다. 본마커장치 자체가 CT 촬영에서 관찰되는 경우 내부 구비 물질로는 MRI 에서 잘 보일 수 있는 재료인 지방과 콜레스테롤, 액체 및 조영제 등이 바람직하다.As the
도 3 내지 도 4에 나타난 일체형의 본마커장치는 수술 부위의 뼈에 상기 장치를 삽입하는 경우 별도의 행위가 필요 없이 피부밖에 노출되어 있으면서 본마커 장치의 몸통부(130)에 구비되어 있는 탐침부(150, 150')에 네비게이션 포인터(navigation pointer)를 접촉하여 기준점을 등록할 수 있다. 이는 몸통부(130)의 측면 또는 끝단의 일측에 탐침부(150, 150')를 구비하고 있어, 영상에서의 등록점이 될 지점과 뼈의 표면이 만나는 점의 중심에서 상기 탐침부(150, 150')까지의 거리를 보정함으로써 수술 부위를 용이하게 등록할 수 있는 것이다.3 to 4 of the integral marker device shown in Figure 3 is a probe portion provided in the
즉, 헤드부(120)는 뼈에 박히게 되고, 헤드부(120)보다 두께가 약간 두꺼워 뼈에 박히지 않는 몸통부(130)는 뼈의 표면에서부터 피부 밖 일측 끝단까지의 길이를 항상 일정하게 구비해 놓고, 몸통부(130)에 있는 탐침부(150, 150')까지의 거리를 보정하면 별도의 캐뉼러 탐침부재를 이용하지 않고도 등록지점의 명확한 설정이 가능하다. 여기서 '보정'이라 함은 해당 길이(A, A', B, B')를 더하거나 빼어 네비 게이션 피부 밖에 있는 탐침부(150, 150')에 네비게이션 포인터를 위치시켜도 원하는 기준 등록부위인 뼈의 표면과 장치가 만나는 곳의 중심부분이 등록되도록 하는 것을 의미한다. 탐침부(150, 150')의 위치는 사용자의 편의에 따라 정할 수 있다. 즉, 사용자가 관찰하는데 용이하도록 설치위치를 정할 수 있다.That is, the
이외에도 수술실에서 이 등록지점의 위치를 확인하는 방법은 핀부재의 머리 부분을 디지타이저(위치를 감지하여 컴퓨터에 입력하는 신호처리수단)로 측정하는 외에도 여러가지 방법이 있을 수 있다. 일례로 핀부재의 헤드부 외에 중간 부분을 디지타이징 할 수도 있다. 또는 디지타이저 끝단이 뾰족하거나 구형이 아니라, 핀부재가 지나갈 수 있는 구멍이 뚫려 있어 이 구멍에 핀을 넣고 디지타이저를 슬라이드시키는 방법도 있을 수 있다.In addition, the method of confirming the position of the registration point in the operating room may be a variety of methods in addition to measuring the head of the pin member with a digitizer (signal processing means for detecting the position and input to the computer). For example, in addition to the head of the pin member, the middle portion may be digitized. Alternatively, the digitizer tip is not pointed or spherical, but a hole through which a pin member can pass is inserted, and a pin may be inserted into the hole to slide the digitizer.
도 5는 본 발명의 본마커장치가 실제로 이용되는 상태를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a state in which the present marker device of the present invention is actually used.
본 발명에 따른 본마커장치에 의하여 표시된 부분의 CT 또는 MRI 영상을 얻어 네비게이션 컴퓨터에 전송하고, 전송된 영상(transported image)에서 본마커장치를 찾아 영상 기준점을 삼아 등록한 후 본격적인 네비게이션 하에 수술이 진행된다. 수술 진행 과정 중 등록지점의 변화를 관찰하기 위하여 캐뉼러 탐침부재(40)의 일단에는 센서부재(70)가 더 구비될 수 있다.The CT or MRI image of the portion displayed by the present marker device according to the present invention is obtained and transmitted to a navigation computer, and the operation is performed under full navigation after finding and registering the marker device as an image reference point from the transferred image. . The
도 5를 살펴보면, 수술부위의 위쪽의 기준 베이스 트렉커(Reference Base Tracker)(C)는 기준이 되는 장치이고, 여기에서 일정 거리만큼 떨어진 3부위의 기준이 되는 점을 네비게이션 영상과 환자의 뼈의 같은 위치를 등록하게 되며, 수술부위가 바로 이 기준 베이스 트렉커(C)에서 얼마나 떨어졌는지 확인 가능하며 바로 네비게이션을 이용한 수술을 할 수 있게 된다. 여기서 3 포인트는 뼈에 삽입 가능한 3 개의 핀부재가 될 수 있거나 1개 이상의 핀부재와 기준으로 삼으로 정도가 될 만한 뼈의 돌출부위(anatomical prominent point)가 해당된다. 오른쪽의 장치는 네비게이션 탐침부재(D)를 표현하는데 실제 수술 부위의 위치를 확인하여 관찰할 수 있도록 한다.Referring to Figure 5, the reference base tracker (C) of the upper portion of the surgical site is a reference device, the reference point of the three sites separated by a certain distance from the navigation image and the bone of the patient The same position will be registered, and how far the surgical site is from this reference base tracker (C) can be checked and the operation can be performed using the navigation. Here, the three points correspond to an anatomical prominent point, which may be three pin members that can be inserted into the bone, or about three or more pin members and about three points as a reference. The device on the right represents the navigation probe member (D) so that the position of the actual surgical site can be checked and observed.
본 발명에 따른 본마커장치의 실제 이용 시에는 뼈에 삽입되고 피부 밖으로 노출되는 핀부재를 국소마취하에 간단히 설치하고, 다음에 CT 또는 MRI 촬영을 한 후, 네비게이션 컴퓨터로 영상 전송을 한 다음, 뼈에 핀부재 삽입 부분을 영상에 표시한 후, 이와 같은 부분인 핀부재 삽입 부위에 캐뉼러 탐침부재를 경피적인 방법으로(transcutaneous method) 최소 절개 또는 절개 없이 밀어 넣어 등록 함으로써 네비게이션 수술 준비를 마치게 된다.In actual use of the present marker device according to the present invention, a pin member inserted into the bone and exposed outside the skin is simply installed under local anesthesia, and then CT or MRI photographed, and then the image is transmitted to the navigation computer. After the pin member insertion part is displayed on the image, the cannula probe member is inserted into the pin member insertion part by transcutaneous method without a minimal incision or incision, thereby completing the preparation for navigation surgery.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 본마커장치를 나타내고, 도 7은 도 6의 본마커부의 구성을 나타낸다. 도 6에 따른 본마커장치를 살펴보면, 내측에 소정공간이 형성되고 외측에 다수의 개구(235)가 형성된 본마커본체부(230) 및, 본마커본체부(230)의 개구(235) 중 특정 위치의 개구(235)에 삽입 고정할 수 있는 본마커부(240)를 포함한다. 여기서 본마커본체부(230)의 일측에는 뼈에 삽입될 수 있는 삽입부(220)가 형성되고 삽입부(220)는 날카롭게 형성되거나 나사산 등이 형성되어 단단한 뼈에 용이하게 삽입될 수 있도록 한다.6 illustrates a bone marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 illustrates a configuration of the bone marker unit of FIG. 6. Looking at the bone marker device according to Figure 6, a predetermined space is formed on the inside and a plurality of
상기 본마커부(240)는 본마커본체부(230)의 개구(235)에 삽입되어 고정될 수 있는 체결부(242), 체결부(242)와 연결되어 체결부(242)가 본마커본체부(230)의 개 구(235)에 삽입 시 외측으로 돌출되게 형성되는 몸체부(244), 몸체부(244)의 끝단에 구비되어 수술지점을 등록할 수 있도록 하는 마커부(246)를 포함한다. 여기서 본마커부(240)가 개구(235)에 삽입될 때 개구(235)의 형상을 조절하여 몸체부(244)와 본마커본체부(230) 사이의 각도를 조절할 수 있으며, 이로써 마커부(246)의 위치를 조절함으로써 수술부위의 변경에 따른 수술지점의 등록위치를 조절할 수 있다. 또한 본마커부(240)는 특정 개구(235)를 선택하여 삽입함으로써 수술 지점의 등록 위치를 조절할 수도 있음은 물론이다.The
여기서 본마커본체부(230)와 본마커부(240)로 구성된 본마커장치는 카본(carbon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyethere therketone), 세라믹(ceramic), 지르코늄(zirconium), 생분해성 플라스틱 등의 비금속성 재질 또는 금속합금 재질 중 어느 하나를 선택하여 사용한다. Here, the main marker unit consisting of the
MRI에서 사용 가능하기 위해서는 자성이 없어야 하는데, 자성이 있는 경우 영상에 왜곡이 발생하기 때문이다. 상기 재질은 MRI 촬영 시 간섭 현상 없이 관찰되나 방사선 투과성 내지는 약한 투과성으로 뼈에 도구를 이용하여 또는 직접 뼈에 박을 수 있는 단단한 성질을 가지고 있다. 본마커장치의 재질로서 방사선 투과성의 높은 강도를 가진 다른 물질이 사용될 수 있음은 물론이다.In order to be able to use in MRI, there should be no magnetism, because the magnetism causes distortion in the image. The material is observed without interference during MRI, but has a rigid property that can be directly or directly embedded in the bone using a radiopaque or weak permeability. As a material of the present marker device, other materials having a high intensity of radiation transmission may be used.
도 7에서 살펴보면 마커부(246)는 구 형상의 외부케이싱(248), 외부케이싱(248)의 외측에 특정 재질로 일정 두께만큼 덮히도록 형성된 코팅부(247)로 구성된다. Referring to FIG. 7, the
외부케이싱(248)의 내측의 소정공간에 조영제(249)가 삽입될 수 있는데, X 선을 잘 흡수하는 황산바륨이나 요오드 등의 양성조영제 또는 X선을 잘 투과시키는 공기나 이산화탄소 등의 음성조영제를 사용할 수 있다. 또한, MRI 촬영 시 관찰 가능한 지방, 콜레스테롤, 액체 및 조영제 등이 삽입 구비될 수 있다.
특히 MRI에서 영상의 간섭현상(artifact) 없이 사용되는 본마커장치는 방사선 검사(radiologic examination)에 관찰되지 않게 되어 X선 검사에 표시가 되도록 하기 위해서는 별도의 조영제가 함유될 것이 필요하다. 즉, 카본이나 PEEK는 MRI 간섭현상이 없이 MRI에서 관찰되나 CT나 X-ray 촬영에서는 관찰되지 않아 마커부(246) 내부 공간에 조영제(249)가 삽입되어야만 CT, X-ray 촬영에서 관찰될 수 있다.In particular, the present marker device used in the MRI without the image artifacts is required to contain a separate contrast agent in order not to be observed during radiologic examination and to be displayed on the X-ray examination. That is, carbon or PEEK is observed in MRI without MRI interference, but not in CT or X-ray imaging. Therefore, the
본마커부(240)의 마커부(246)는 별도로 마련된 몸체부(244)와 연결부(243)를 통하여 이음된다. 연결부(243)는 나사결합이거나 핀 결합 일 수 있으며, 몸체부(244)의 외측에는 다수의 개구(245)가 형성되어 별도로 마련된 본마커부가 측면으로 삽입 형성될 수 있다. 이로써, 수술 부위를 관찰할 때 다양한 범위를 관찰하는 것이 가능하다.The
도 6에서 설명한 본마커장치에 의하면, 수술 부위의 뼈의 서로 다른 부위에 3개의 본마커장치를 삽입하여 각각에 대하여 등록을 시도하는 대신, 한 개의 본마커본체부(230)를 삽입하고, 본마커본체부(230)의 피부 밖에 3개 또는 그 이상의 본마커부(240)를 특정 개구(235)에 삽입 및 고정한 후 뼈와 함께 전체를 영상화하여 네비게이션 영상을 얻는다. 이때, 마커부(246)의 중간 부분에 별도의 홈을 형성하여 네비게이션 포인터를 접촉하여 그 위치를 등록할 수도 있다. 본 장치를 사용하 는 경우 한 개의 본마커본체부(230)만을 사용하여 3개 이상의 네비게이션 등록점을 획득할 수 있다.According to the bone marker device described in FIG. 6, instead of attempting to register each of the three bone marker devices in different portions of the bone of the surgical site, one
상기 과정을 이용한 네비게이션 방법은 수술부위의 뼈에 본마커장치를 삽입 및 고정하는 단계(S110), 본마커장치를 CT 및 MRI를 이용하여 촬영하는 단계(S120), 여기서 촬영된 영상을 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계(S130), 전송된 영상에서 본마커장치가 수술부위의 뼈에 삽입된 위치를 저장하고 등록하는 단계(S140), 본마커장치의 이동 경로를 실시간으로 센싱하여 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계(S150)를 포함한다.The navigation method using the above process includes inserting and fixing the bone marker device on the bone of the surgical site (S110), photographing the bone marker device using CT and MRI (S120), and the captured image to the navigation computer. Transmitting (S130), storing and registering a position where the marker device is inserted into the bone of the surgical site in the transmitted image (S140), sensing the movement path of the marker device in real time and transmitting it to the navigation computer (S150).
실제로 환자를 수술 및 치료하는 의사는 수술부위를 등록한 후 네비게이션 컴퓨터를 모니터링 하면서 수술을 진행하게 된다. 상기와 같은 네비게이션 방법은 본마커장치 등의 수술도구에 대하여 네비게이션 포인터를 접촉하여 수술부위를 실시간으로 추적하고 네비게이션 컴퓨터로 전송하여 의사가 도든 수술과정에서 영상의 도움을 받아 수술을 진행할 수 있도록 지원한다. 특히, 신경이나 척추 등 인체의 중요 부위의 방향과 위치, 환부의 모양 등을 수술 전과 수술 진행 중에 실시간 영상으로 확인함으로써 안전하고 정확한 수술을 가능하게 한다.In practice, a doctor who operates and treats a patient registers a surgical site and then proceeds to surgery by monitoring a navigation computer. The navigation method as described above tracks the surgical site in real time by contacting the navigation pointer with respect to a surgical tool such as the bone marker device and transmits it to the navigation computer, so that the doctor can proceed with the operation with the help of the image during the surgery. . In particular, the direction and location of the important parts of the human body, such as nerves and spine, the shape of the affected part, such as by checking the real-time image before and during the operation enables safe and accurate surgery.
즉, 상기에서 설명한 본마커장치는 네비게이션 수술을 위하여 수술부위를 등록하고자 할 때 CT나 MRI로 촬영하고 등록 이후 수술지점의 변화를 관찰하기 위하여 네비게이션 포인터를 이용하였다. That is, the present marker device described above used a CT or MRI to register the surgical site for navigation surgery, and used the navigation pointer to observe the change of the surgical point after registration.
이하에서는 보다 간결하고 편리하게 네비게이션 수술을 하고자 하는 수술부위의 등록 및 위치 변화를 관찰할 수 있는 방법을 설명한다. 본 방법을 간단하게 설명하면 적외선의 송수신을 통하여 본마커장치의 위치를 파악하는 것이다. 이를 위하여 도 6 및 도 7의 마커부(246)의 외측에 구비된 코팅부(247)는 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 금속합금, 유리(Low E 유리 포함) 등의 적외선을 용이하게 반사시킬 수 있는 재질을 이용하여 코팅한다. 여기서 Low E 코팅이라 함은 유리 내부에 적외선 반사율이 높은 특수 금속막, 예를 들어 은과 같은 금속막을 코팅시킨 유리를 이용한 코팅을 의미한다.Hereinafter, a method of observing registration and positional change of a surgical site to be operated more simply and conveniently for navigation operation will be described. In brief description of the method, the position of the marker apparatus is determined by transmitting and receiving infrared rays. To this end, the
여기서 금속합금으로서, 타이타늄, 스테인리스강, 니크롬 등을 이용할 수 있다. 이외에도 적외선의 반사율이 높도록 성분비를 조정한 다양한 금속 합금이 사용될 수 있음은 물론이다.As the metal alloy, titanium, stainless steel, nichrome, or the like can be used. In addition, various metal alloys whose component ratios are adjusted to have high reflectance of infrared rays may be used.
도 8은 본 발명의 본마커장치를 이용하여 수술 부위를 관찰하는 상태를 나타낸 도면이다. 도 8을 살펴보면, 마커부(246)에 금속 등이 코팅된 본마커장치를 수술부위의 뼈에 삽입한 후, 별도로 마련된 IGS(International GPS System, 국제 위치 결정 시스템)의 위치측정장치(250)의 일 측에 적외선 송수신기(255)를 구비하고 적외선 송수신기(255)로부터 적외선을 송신하고, 본마커장치의 마커부(246)으로부터 반사된 적외선을 송수신기(255)가 감지하여 IGS(International GPS System) 상에서 위치를 기록할 수 있도록 한다. 이후 지속적인 적외선의 송수신을 통하여 마커부(246)의 위치를 감지할 수 있으므로, 환자가 움직일 때 마커부(246)의 이동 경로를 용이하게 센싱할 수 있게 된다. 이렇게 감지된 마커부(246)의 위치는 별도로 마련된 네비게이션 컴퓨터에 별도로 마련된 디스플레이 장치(265)를 통하여 모니터링이 가능하다. 8 is a view showing a state of observing the surgical site using the present marker device of the present invention. Referring to FIG. 8, the
도 8의 F는 적외선의 송신 및 수신 경로를 나타낸다. 적외선 송수신기(255)의 개수 및 위치는 사용자의 필요에 따라 조절이 가능하며, 적외선이 아닌 다른 전파를 이용할 수 있음은 물론이다.8F shows the transmission and reception paths of infrared rays. The number and position of the
이 경우, 수술지점의 위치변화를 관찰하기 위하여 네비게이션 포인터(241)를 접속시켜 직접 실시간으로 위치파악을 할 수도 있다. In this case, in order to observe the change in the position of the surgical site, the
도 9에서 나타낸 상기 본마커장치를 이용한 네비게이션 방법을 살펴보면, 환자의 수술부위의 뼈에 상기 본마커장치를 삽입 및 고정하는 단계(S210), 본마커장치가 수술부위의 뼈에 삽입된 위치를 등록하는 단계, 및 본마커장치의 이동 경로를 실시간으로 센싱하여 네비게이션 컴퓨터로 전송하는 단계(S240)를 포함하고, 등록 단계는 본마커장치의 마커부(246)가 별도의 위치측정장치(250)로부터 방사되는 적외선을 반사하는 단계(S220) 및, 위치측정장치(250)가 반사된 적외선을 수신하여 마커부(246)의 위치를 저장하는 단계(S230)를 포함하며, 위치측정장치(250)는 마커부(246)로부터 반사된 적외선을 실시간으로 수신하여 마커부(246)의 위치를 측정할 수 있도록 한다.Looking at the navigation method using the bone marker device shown in Figure 9, the step of inserting and fixing the bone marker device to the bone of the surgical site of the patient (S210), the position of the bone marker device is inserted into the bone of the surgical site registration And a step (S240) of sensing the moving path of the present marker device in real time and transmitting the same to the navigation computer, and the registering step includes the
지금까지 설명한 본 발명에 따른 본마커장치를 이용함으로써, 기준점을 뼈에 등록할 때 필요없는 부분까지 절개하여 뼈를 노출시키는 광범위한 연부조직 박리를 피할 수 있고, 짧은 시간 안에 등록이 가능하며 컴퓨터 등의 에러 등으로 재등록이 필요할 경우 쉽게 재등록이 가능하다. 또한 CT 또는 MRI의 영상 융합 없이도 수술에 꼭 필요한 단일 영상 하에 등록 및 수술이 가능하다. 본 발명에 따른 본마커장치를 이용할 경우 향후 영상 가이드 로봇 수술의 기초와 정형외과 영역의 향상된 네비게이션 수술에 도움을 줄 것이다.By using the present marker device according to the present invention described above, it is possible to avoid a wide range of soft tissue exfoliation that exposes the bone by cutting to the portion that is not necessary when registering the reference point in the bone, and can be registered in a short time, such as a computer If you need to re-register due to an error, you can easily re-register. In addition, registration and surgery can be performed under a single image necessary for surgery without CT or MRI image fusion. In the case of using the present marker device according to the present invention will help in the future navigation guided surgery of the basic and orthopedic region of the image guide robot surgery.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 분리형 본마커장치의 단면도, 1 is a cross-sectional view of a detachable bone marker device for navigation surgery according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 분리형 본마커장치의 단면도,2 is a cross-sectional view of a detachable bone marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 일체형 본마커장치의 단면도, 3 is a cross-sectional view of the integrated main marker device for navigation surgery according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 일체형 본마커장치의 단면도, 4 is a cross-sectional view of an integrated bone marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 본마커장치가 실제로 이용되는 상태를 나타낸 도면,5 is a view showing a state in which the present marker device of the present invention is actually used,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 네비게이션 수술을 위한 본마커장치의 구성도, 6 is a block diagram of the present marker device for navigation surgery according to another embodiment of the present invention,
도 7은 도 6의 본마커부의 구성도,7 is a configuration diagram of the main marker of FIG. 6;
도 8은 본 발명의 본마커장치를 이용하여 수술 부위를 관찰하는 상태를 나타낸 도면, 및8 is a view showing a state of observing the surgical site using the present marker device of the present invention, and
도 9는 본 발명의 본마커장치를 이용한 네비게이션 방법이다.9 is a navigation method using the present marker device of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 핀부재 14, 120 : 헤드부10:
15, 116 : 나사산 16 : 소정공간15, 116: thread 16: predetermined space
18, 130 : 몸통부 20, 125 : 조영제18, 130:
40 : 캐뉼러 탐침부재 70 : 센서부재40: cannula probe member 70: sensor member
135 : 중공공간 150, 150' : 탐침부135:
220 : 삽입부 230 : 본마커본체부220: insertion portion 230: bone marker body portion
235 : 개구 240 : 본마커부235: opening 240: bone marker
241 : 네비게이션 포인터 242 : 체결부241: navigation pointer 242: fastening portion
243 : 연결부 244 : 몸체부243: connection portion 244: body portion
245 : 개구 246 : 마커부245: opening 246: marker portion
247 : 코팅부 248 : 외부케이싱247: coating portion 248: outer casing
249 : 조영제 250 : 위치측정장치249: contrast agent 250: position measuring device
255 : 적외선 송수신기 260 : 네비게이션 컴퓨터255: infrared transceiver 260: navigation computer
265 : 디스플레이 장치 265: display device
C : 기준 베이스 트렉커 D : 탐침부재 F : 적외선 송/수신 경로C: Reference base tracker D: Probe member F: Infrared transmission / reception path
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