KR20140112208A - 수술 로봇 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

수술 로봇의 일 실시 예는 환자에게 수술 동작을 수행하는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 수술 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇에 있어서, 상기 슬레이브 장치는 가시광선을 조사하는 제1조명, 자외선을 조사하는 제2조명 및 가시광선 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하는 촬영부 및 상기 제2조명에 의해 조사되는 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질로 코팅된 수술 도구를 포함한다.

Description

수술 로봇 및 그 제어방법{Surgical robot and method for controlling the same}
수술 로봇 및 그 제어방법이 개시된다. 더욱 상세하게는, 카메라를 통해 획득된 영상에서 배경과 수술 도구를 용이하게 분리할 수 있는 수술 로봇 및 그 제어방법이 개시된다.
최소 침습 수술(Minimal Invasive Surgery)이란 환부의 크기를 최소화하는 수술을 통칭한다. 최소 침습 수술은 인체의 일부(예: 복부)에 큰 절개창을 열고 시행하는 개복 수술과는 달리, 인체에 0.5㎝∼1.5㎝ 크기의 적어도 하나의 절개공(또는 침습구)을 형성하고, 이 절개공을 통해 내시경과 각종 수술도구들을 넣은 후 영상을 보면서 시행하는 수술 방법이다.
이러한 최소 침습 수술은 개복 수술과는 달리 수술 후 통증이 적고, 장 운동의 조기 회복 및 음식물의 조기 섭취가 가능하며 입원 기간이 짧고 정상 상태로의 복귀가 빠르며 절개 범위가 좁아 미용 효과가 우수하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점으로 인하여 최소 침습 수술은 담낭 절제술, 전립선암 수술, 탈장 교정술 등에 사용되고 있고 그 분야를 점점 더 넓혀가고 있는 추세이다.
일반적으로 최소 침습 수술에 이용되는 수술 로봇은 마스터 장치와 슬레이브 장치를 포함한다. 마스터 장치는 의사의 조작에 따른 제어신호를 생성하여 슬레이브 장치로 전송하고, 슬레이브 장치는 마스터 장치로부터 제어신호를 수신하여 수술에 필요한 조작을 환자에게 가하게 되며, 마스터 장치와 슬레이브 장치를 통합하여 구성하거나, 각각 별도의 장치로 구성하여 수술실에 배치한 상태에서 수술을 진행하고 있다.
슬레이브 장치는 적어도 하나 이상의 로봇 암을 구비하며, 각 로봇 암의 단부에는 수술 도구(surgical tool)가 장착되고, 수술 도구는 환자의 신체 내부로 진입하고, 환자의 신체 내부 수술 부위에 마스터 장치로부터 수신한 제어 신호에 따른 수술 동작을 행하게 된다. 이와 같은 수술 로봇을 이용한 최소 침습 수술 및 복강경 수술에서는 환자의 신체 내부로 진입한 수술 도구의 위치를 정확히 인식하여 동작을 제어하는 것이 중요하다.
환자의 신체 내부로 진입한 수술 도구의 위치 정보를 정확하게 추정할 수 있는 수술 로봇 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
수술 로봇의 일 실시 예는 환자에게 수술 동작을 수행하는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 수술 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇에 있어서, 상기 슬레이브 장치는 가시광선을 조사하는 제1조명, 자외선을 조사하는 제2조명 및 가시광선 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하는 촬영부 및 상기 제2조명에 의해 조사되는 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질로 코팅된 수술 도구를 포함한다.
또한, 수술 로봇의 제어 방법의 일 실시 예는 자외선 반응 물질이 코팅된 수술 도구를 상기 환자의 신체 내부로 삽입하여 수술 동작을 수행하는 단계, 상기 환자의 신체 내부에 가시광선 및 자외선을 조사하는 단계, 상기 가시광선 조사 시에 대한 제1이미지 및 자외선 조사 시에 대한 제2이미지를 획득하는 단계 및 획득한 상기 제1이미지 및 상기 제2이미지를 이용하여 상기 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 단계를 포함한다.
도 1은 수술 로봇의 외관을 도시한 도면이다.
도 2는 수술 로봇의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 3은 가시광선 아래에서 획득한 제1이미지를 나타내는 도면이다.
도 4는 자외선 아래에서 획득한 제2이미지를 나타내는 도면이다.
도 5는 수술 로봇의 제어 방법을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.
도 6은 도 5에서 단계 S540의 일 예를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 5에서 단계 S540의 다른 예를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 8은 도 5에서 단계 S540 이후에 수행되는 단계를 도시한 흐름도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 수술 로봇의 외관을 도시한 도면이고, 도 2는 수술 로봇 구성을 도시한 블럭도이다.
수술 로봇은 크게 수술대에 누워있는 환자(P)에게 수술을 행하는 슬레이브 장치(200)와 조작자(예로써, 의사)(S)의 조작을 통해 슬레이브 장치(200)를 원격 제어하는 마스터 장치(100)를 포함할 수 있다. 이때, 도 1과 같이, 조작자(S)를 보조할 보조자(A)가 환자(P) 측에 한 명 이상 위치할 수 있다.
여기에서, 조작자(S)를 보조한다는 것은 환자(P)가 위치하는 실제 공간에서 조작자(S)의 조작에 의해 이루어지는 수술 작업을 보조하는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 사용되는 수술 도구의 교체 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 수술 종류에 따라 수술 작업에 다양한 수술 도구가 사용될 수 있는데, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210) 개수는 제한적이므로, 한 번에 장착될 수 있는 수술 도구의 개수 역시 제한적이다. 이에 따라, 수술 작업이 진행되는 과정에서 수술 도구를 교체할 필요가 있는 경우, 조작자(S)는 환자(P) 측에 위치한 보조자(A)에게 수술 도구를 교체하도록 지시하고, 보조자(A)는 지시에 따라 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210)으로부터 교체 지시를 받은 수술 도구를 제거하고, 트레이(T)에 놓인 수술 도구들(220′) 중 교체 대상 수술 도구(220′)를 로봇 암(210)에 장착할 수 있다.
마스터 장치(100)와 슬레이브 장치(200)는 물리적으로 독립된 별도의 장치로 분리 구성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 하나로 통합된 일체형 장치로 구성되는 것 역시 가능할 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 마스터 장치(100)는 입력부(110) 및 표시부(120)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 수술 로봇의 동작 모드를 선택하는 명령, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210), 수술 도구(220) 및 촬영부(230) 등의 동작을 원격으로 제어하기 위한 명령 등을 조작자(S)로부터 입력받을 수 있는 구성을 의미하며, 본 실시 예에서 입력부(110)로 햅틱 디바이스, 클러치 페달, 스위치, 버튼 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 예로써 음성 인식 디바이스 등과 같은 구성도 사용될 수 있다. 이하 설명에서는 입력부(110)로 햅틱 디바이스가 사용된 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 입력부(110)로는 상술한 다양한 수단이 사용될 수 있음은 자명하다.
도 1에서는 입력부(110)가 두 개의 핸들(111, 113)을 포함하는 것으로 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 핸들을 포함할 수도 있고 또는 세 개 이상의 핸들을 포함하는 것 역시 가능할 것이다.
조작자(S)는 도 1과 같이, 양손으로 두 개의 핸들(111, 113)을 각각 움직임으로써, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 조작자(S)가 입력부(110)를 조작하면, 제어부(130)는 제어 신호 생성부(131)를 이용하여 조작된 입력부(110)의 상태 정보에 대응되는 제어 신호를 생성하고, 통신부(140)를 통해 슬레이브 장치(200)로 생성한 제어 신호를 전송할 수 있다.
마스터 장치(100)의 표시부(120)에는 촬영부(230)를 통해 수집된 환자(P) 신체 내부에 대한 실제 영상 및 환자의 수술 전 의료 영상에 대한 3차원 영상 등이 화상 이미지로 표시될 수 있다. 이를 위해, 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)로부터 전송되는 영상 데이터를 수신 및 처리하여 표시부(120)로 출력하기 위한 영상 처리부(133)를 포함할 수 있다. 여기에서, "영상 데이터"는 전술한 바와 같이, 촬영부(230)를 통해 수집된 실제 영상, 환자의 수술 전 의료 영상을 이용하여 생성한 3차원 영상 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
표시부(120)는 하나 이상의 모니터로 구성될 수 있으며, 각 모니터에 수술 시 필요한 정보들이 개별적으로 표시되도록 구현할 수 있다. 예를 들어, 표시부(120)가 세 개의 모니터로 구성된 경우, 이중 하나의 모니터에는 촬영부(230)를 통해 수집된 실제 영상, 환자의 수술 전 의료 영상을 이용하여 생성한 3차원 영상 등이 표시되고, 다른 두 개의 모니터에는 각각 슬레이브 장치(200)의 동작 상태에 관한 정보 및 환자 정보 등이 표시되도록 구현할 수 있다. 이때, 모니터의 수량은 표시를 요하는 정보의 유형이나 종류 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
여기에서, "환자 정보"는 환자의 상태를 나타내는 정보일 수 있으며, 예를 들어, 체온, 맥박, 호흡 및 혈압 등과 같은 생체 정보일 수 있다. 이러한 생체 정보를 마스터 장치(100)로 제공하기 위해 후술할 슬레이브 장치(200)는 체온 측정 모듈, 맥박 측정 모듈, 호흡 측정 모듈, 혈압 측정 모듈 등을 포함하는 생체 정보 측정 유닛을 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 마스터 장치(100)는 슬레이브 장치(200)로부터 전송되는 생체 정보를 수신 및 처리하여 표시부(120)로 출력하기 위한 신호 처리부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
슬레이브 장치(200)는 도 1과 같이, 복수의 로봇 암(210), 로봇 암(210) 단부에 장착된 각종 수술 도구들(220) 및 촬영부(230)를 포함할 수 있다.
복수의 로봇 암(210)은 도 1에 도시한 바와 같이, 몸체(201)에 결합되어 고정 및 지지될 수 있다. 이때, 한 번에 사용되는 수술 도구(220)의 개수와 로봇 암(210)의 개수는 여러 가지 요인 중 진단법, 수술법 및 수술실 내의 공간적인 제약에 따라 좌우될 수 있다.
또한, 복수의 로봇 암(210)은 각각 복수의 링크(211) 및 복수의 관절(213)을 포함할 수 있으며, 각 관절(213)은 링크(211)와 링크(211)를 연결하고, 1 자유도(Degree Of Freedom:DOF) 이상을 가질 수 있다. 여기에서, "자유도(Degree Of Freedom:DOF)"란 기구학(Kinematics) 또는 역기구학(Inverse Kinematics)에서의 자유도를 말한다. 기구의 자유도란 기구의 독립적인 운동의 수, 또는 각 링크 간의 상대 위치의 독립된 운동을 결정하는 변수의 수를 말한다. 예를 들어, x축, y축, z축으로 이루어진 3차원 공간상의 물체는, 물체의 공간적인 위치를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와, 물체의 공간적인 자세를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에서의 위치)와, 물체의 공간적인 자세를 결정하기 위한 3 자유도(각 축에 대한 회전 각도) 중에서 하나 이상의 자유도를 갖는다. 구체적으로, 물체가 각각의 축을 따라 이동 가능하고, 각각의 축을 기준으로 회전 가능하다고 한다면, 이 물체는 6 자유도를 갖는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 관절(213)에는 관절(213)의 상태와 관련된 정보를 검출할 수 있는 검출부가 마련될 수 있다. 예로써, 검출부는 관절(213)에 가해진 힘/토크 정보를 검출하는 힘/토크 검출부, 관절(213)의 위치 정보를 검출하는 위치 검출부 및 관절(213)의 속도 정보를 검출하는 속도 검출부를 포함할 수 있다. 여기에서, 속도 검출부는 위치 검출부로 사용되는 위치 센서의 종류에 따라 생략가능하다. 도 2에서는 위치 검출부로 사용되는 위치 센서만을 도시하고 있으나, 전술한 힘/토크 검출부 및 속도 검출부가 더 포함되는 것은 자명할 것이다.
위치 센서(215)로는 포텐쇼미터(Potentiometer), 엔코더(Encoder) 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 위치 센서(215)는 전술한 바와 같이, 로봇 암(210)의 각 관절에 마련되어 로봇 암(210) 각 관절의 움직임 상태에 대한 정보를 검출하여 제어부(250)로 전달한다. 위치 센서(215)로부터 로봇 암(210) 각 관절의 움직임 상태에 대한 정보를 전달받은 제어부(250)는 위치 연산부(255)를 이용하여 로봇 암(210) 단부에 장착된 수술 도구들(220)의 현재 위치 및 방향을 연산할 수 있다. 이때, 위치 연산부(255)는 입력된 정보를 로봇 암(210)의 기구학(Kinematics)에 적용함으로써, 수술 도구들(220)의 현재 위치 및 방향을 연산할 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 위치 연산부(255)의 연산 방법이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 슬레이브 장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 마스터 장치(100)로부터 전송되는 제어 신호에 따라 로봇 암(210)의 움직임을 제어하기 위한 제1구동부(241)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 조작자(S)가 마스터 장치(100)의 입력부(110)를 조작하면, 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 조작되는 입력부(110)의 상태 정보에 대응되는 제어 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송하고, 슬레이브 장치(200)의 제어부(250)는 마스터 장치(100)로부터 전송된 제어 신호에 따라 제1구동부(241)를 구동시킴으로써, 로봇 암(210)의 각 관절 움직임을 제어하여 로봇 암(210)을 동작시킬 수 있다. 이때, 조작자(S)가 입력부(110)를 조작함에 따라 로봇 암(210)이 상응하는 방향으로 회전 및 이동하는 등에 대한 실질적인 제어 과정은 본 발명의 요지와 다소 거리감이 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 슬레이브 장치(200)의 로봇 암(210)의 각 관절은 상술한 바와 같이, 마스터 장치(100)로부터 전송되는 제어 신호에 의해 움직이도록 구현할 수 있으나, 외력에 의해 움직이도록 구현하는 것도 가능하다. 즉, 수술대 근처에 위치한 보조자(A)가 수동으로 로봇 암(210)의 각 관절을 움직여 로봇 암(210)의 위치 및 자세 등을 제어하도록 구현할 수 있다.
수술 도구들(220)은 도 1에 자세하게 도시하지는 않았으나, 일 예로 로봇 암(210)의 단부에 장착되는 하우징, 하우징으로부터 일정 길이로 연장되는 샤프트 및 샤프트 끝단에 장착된 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.
일반적으로 수술 도구(220)는 크게 주 수술 도구 및 보조 수술 도구로 분류할 수 있다. 여기에서, "주 수술 도구"란 수술 부위에 대하 절개, 봉합, 응고, 세척 등과 같은 직접적인 수술 동작을 수행하는 엔드 이펙터(예: 메스, 수술용 바늘 등)를 포함하는 도구를 의미할 수 있고, "보조 수술 도구"란 수술 부위에 대해 직접적인 수술 동작을 수행하는 것이 아닌 주 수술 도구의 동작을 보조하기 위한 엔드 이펙터(예: 스킨 홀더 등)를 포함하는 도구를 의미할 수 있다.
또한, 엔드 이펙터는 수술 도구(220)에서 환자(P)의 환부에 실제로 작용하는 부분을 의미하는 것으로, 예로써, 클램프, 그래스퍼, 가위, 스태플러, 바늘 홀더, 메스, 절단 블레이드 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 수술에 필요한 공지된 도구라면 어떤 것이든 사용 가능할 것이다.
또한, 하우징에는 구동휠이 결합될 수 있고, 구동휠을 와이어 등을 통해 엔드 이펙터와 연결되어 구동휠을 회전시킴으로써, 엔드 이펙터를 동작시킬 수 있다. 이를 위해, 로봇 암(210)의 단부에는 구동휠을 회전시키기 위한 제2 구동부(243)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 조작자(S)가 마스터 장치(100)의 입력부(110)를 조작하면, 마스터 장치(100)는 조작되는 입력부(110)의 상태 정보에 대응되는 제어 신호를 생성하여 슬레이브 장치(200)로 전송하고, 슬레이브 장치(200)의 제어부(250)는 마스터 장치(100)로부터 전송된 제어 신호에 따라 제2 구동부(243)를 구동시킴으로써, 엔드 이펙터를 원하는 대로 동작시킬 수 있다. 다만, 엔드 이펙터를 동작시키기 위한 메커니즘이 반드시 전술한 것처럼 구성되어야하는 것은 아니며, 로봇 수술을 위해 엔드 이펙터에 필요한 동작을 구현할 수 있는 다양한 전기적/기계적 메커니즘이 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시 예에 따른 슬레이브 장치(200)의 수술 도구(220)는 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질로 코팅될 수 있다. 여기에서, "자외선 반응 물질"이란 일반 가시광선 아래에서는 표시되지 않지만, 자외선 아래에서는 색을 가진 빛으로 발광하는 물질을 의미할 수 있다.
일반적으로, 환자(P)의 신체 내부에는 빛이 존재하지 않는다. 이에 따라, 수술 동작을 용이하게 수행하기 위하여 환자(P) 신체 내부에 빛을 조사해야 하는데 이때, 조사되는 빛은 사람의 눈에 보이는 범위의 파장을 갖는 가시광선이다. 이와 같이, 가시광선을 조사하면 환자(P) 신체 내부의 장기와 조직 및 환자(P) 신체 내부로 삽입된 수술 도구(220)가 사람의 눈에 모두 보이게 된다.
한편, 환자(P) 신체 내부에 자외선을 조사하면, 자외선은 사람의 눈에 보이지 않는 범위의 파장을 갖는 빛이므로, 환자(P) 신체 내부가 보이지 않는다. 그러나, 이때 본 실시 예에 따른 수술 도구(220)는, 수술 도구(220)에 코팅된 자외선 반응 물질이 조사된 자외선에 반응하여 가시광선 영역의 파장을 갖는 빛을 반사함으로써, 사람의 눈에 보일 수 있게 된다. 즉, 환자(P) 신체 내부에 자외선을 조사하면, 환자(P) 신체 내부의 장기 및 주변 조직은 보이지 않지만, 수술 도구(220)는 발광하여 보이게 되는 것이다.
이는, 후술할 카메라(231)를 통해 환자(P) 신체 내부의 영상을 획득할 때, 환자(P) 신체 내부의 장기 및 주변 조직은 표시되지 않고, 수술 도구(220)만 표시되는 영상을 따로 얻기 위함이다.
일반적으로, 환자(P) 신체 내부로 삽입되어 동작하는 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향은 다음의 두 가지 방법을 통해 연산된 정보를 정합하여 추정할 수 있다. 첫 번째 방법은, 수술 도구(220)가 장착되는 로봇 암(210)의 관절에 위치 센서(215)를 부착하고, 위치 센서(215)를 통해 검출된 로봇 암(210) 관절의 상태 정보를 기구학(Kinematics)에 적용하여 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향을 연산하는 것이고, 두 번째 방법은, 카메라를 통해 획득한 영상에서 수술 도구(220)를 배경과 분리한 후, 분리된 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하는 것이다.
이때, 두 번째 방법에서 영상에서 수술 도구(220)와 배경의 분리를 용이하게 하기 위하여 보통 마커를 수술 도구(220)에 부착하게 되는데, 마커는 수술 도구(220)의 외관 형상에 영향을 줄 수 있고 또한, 일부분에만 부착되므로 혈액, 체액, 연조직 등과 같은 이물질 및 다른 수술 도구(220)에 의해 가려져 인식이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 본 실시 예에서는 수술 도구(220)의 외관에도 영향을 주지 않고, 수술 도구(220) 전체적으로 형성할 수 있는 자외선 반응 물질을 이용한 것이다. 본 실시 예에서, 자외선 반응 물질은 수술 도구(220)의 전체 또는 일부에 코팅될 수 있다.
이때, 수술 도구(220)의 전체에 자외선 반응 물질이 코팅되는 경우는, 전술한 수술 도구(220)의 샤프트 및 엔드 이펙터 전체에 코팅되는 경우를 의미할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 엔드 이펙터 전체에 코팅되는 경우를 의미할 수도 있다. 또한, 수술 도구(220)의 일부에 자외선 반응 물질이 코팅되는 경우는, 수술 도구(220)의 샤프트 일부 또는 엔드 이펙터 일부 또는 샤프트와 엔드 이펙터의 일부에 형성되는 경우를 의미할 수 있으며, 이때, 자외선 반응 물질은 특정 형상을 갖도록 코팅될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 자외선 반응 물질이 수술 도구(220)의 일부에 코팅되는 경우, 코팅되는 영역은 다수 개가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 예에 따른 수술 로봇의 슬레이브 장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 가시광선을 조사하는 제1조명(233), 자외선을 조사하는 제2조명(235) 및 이미지를 촬영하는 카메라(231)를 포함하는 촬영부(230)를 포함할 수 있다. 이때, 제1조명(233)과 제2조명(235) 및 카메라(231)는 일체형 장치로 구성되거나 또는 물리적으로 분리된 별도의 장치로 구성될 수 있다. 또한, 종래 수술 로봇의 내시경에 자외선을 조사하는 광원을 추가하여 구현하거나 또는, 종래 수술 로봇에서 내시경과는 별도의 장치로 마련하는 것 역시 가능하다 할 것이다.
가시광선을 조사하는 제1조명(233)은 백색 조명일 수 있으며, 예를 들어, 할로겐 램프(halogen lamp), 제논 램프(xenon lamp) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED) 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 자외선을 조사하는 제2조명(235)은 자외선 조명일 수 있으며, 예를 들어, 자외선 발광 다이오드(Ultraviolet Light Emitting Diode:UV LED) 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
카메라(231)는 입체 영상을 촬영하기 위해 좌안 카메라 및 우안 카메라를 포함하는 한 쌍의 카메라로 이루어진 스테레오 카메라일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 예에서 카메라(231)는 가시광선 이미지를 촬영하는 카메라일 수 있다. 여기에서, "가시광선 이미지"란 사람의 눈에 보이는 파장의 범위를 갖는 가시광선 영역에서 보이는 이미지를 의미할 수 있으며, 본 실시 예에서는 가시광선 아래에서 획득한 이미지와 자외선 아래에서 획득한 이미지를 모두 포함할 수 있다. 이후 설명에서는 "가시광선 아래에서 획득한 이미지"를 "제1이미지"로, "자외선 아래에서 획득한 이미지"를 "제2이미지"로 명명할 것이다.
또한, 카메라(231)로는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 예에 따른 슬레이브 장치(200)는 도 2에 도시한 바와 같이, 전술한 카메라(231), 제1조명(233) 및 제2조명(235) 각각을 구동시키기 위한 제3 구동부(245), 제4 구동부(247) 및 제5 구동부(249)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 슬레이브 장치(200)의 제어부(250)는 마스터 장치(100)로부터 전송된 제어 신호에 따라 제3 구동부(245), 제4 구동부(247) 및 제5 구동부(249)를 각각 구동시켜 카메라(231), 제1조명(233) 및 제2조명(235)을 동작시킬 수 있다.
이때, 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 제1조명(233)과 제2조명(235)이 교대로 번갈아가며 빛을 조사하도록 제1조명(233)과 제2조명(235)의 온/오프(on/off)를 제어할 수 있으며, 이때, 제1조명(233)이 빛을 조사하는 시간이 제2조명(235)이 빛을 조사하는 시간보다 길도록 구현될 수 있다.
구체적으로, 가시광선을 조사하는 시간이 자외선을 조사하는 시간보다 길도록 제1조명(233)과 제2조명(235)의 온/오프(on/off)를 제어하는 것이다. 이는, 수술 작업을 수행하는 조작자(S) 및 보조자(A)가 자외선을 조사하는 것을 눈치채지 못하도록 하기 위함이다. 즉, 수술 작업을 수행하는 조작자(S)와 보조자(A)는 환자(P) 신체 내부의 상태를 명확하게 확인할 수 있어야하는데 이는 가시광선이 조사되는 경우에만 가능하다. 자외선이 조사되는 경우에는 수술 도구(220)에 코팅된 발광하는 자외선 반응 물질만 보일 뿐, 환자(P) 신체 내부의 장기와 주변 조직 등은 눈에 보이지 않기 때문에, 자외선이 조사되는 시간이 길어지면 조작자(S)와 보조자(A)는 발광하는 수술 도구(220)만 볼 수 있으며, 환자(P)의 신체 내부 상태를 확인할 수 없게 되어, 수술 작업에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 제2조명(235)이 빛을 조사하는 시간을 조작자(S)와 보조자(A)가 인지하지 못할 정도 예로써, 0.1초 이하가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 상술한 바와 같이, 제1조명(233)과 제2조명(235)이 교대로 번갈아가며 빛을 조사하도록 제어하는 것이 아닌, 제2조명(235)은 지속적으로 빛을 조사하고, 제1조명(233)은 일정 주기마다 빛을 조사하도록 제어하는 것도 가능하다.
구체적으로, 환자(P) 신체 내부에 가시광선과 자외선을 동시에 조사하다가 가시광선을 조사하는 제1조명(233)을 잠시 오프(off)시킨 후, 일정 시간 후에 다시 온(on)시키는 것이다. 이때, 제1조명(233)의 오프(off) 시간은 온(on) 시간보다 짧도록 구현될 수 있다. 이는, 전술한 바와 마찬가지로, 자외선이 조사되는 것을 조작자(S)와 보조자(A)가 인지하지 못하도록 하기 위함으로써, 오프(off) 시간은 예를 들어, 0.1초 이하가 될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1조명(233)과 제2조명(235)이 각각 교대로 가시광선과 자외선을 조사하도록 동작하는 경우 또는 제2조명(235)은 지속적으로 자외선을 조사하고, 제1조명(233)을 일정 주기마다 가시광선을 조사하도록 동작하는 경우, 조작자(S)와 보조자(A)는 자외선만 조사되는 시간은 인식하지 못하지만, 카메라(231)는 제1조명(233)만 동작하는 경우, 제2조명(235)만 동작하는 경우 또는 제1조명(233)과 제2조명(235)이 동시에 동작하는 경우에 대한 이미지를 모두 획득할 수 있다. 이때, 제1조명(233)과 제2조명(235)이 동시에 가시광선 및 자외선을 조사하는 경우는 제1조명(233)만 조사되는 경우와 동일한 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 제1조명(233)만 동작하는 경우 및 제1조명(233)및 제2조명(235)이 동시에 동작하는 경우 촬영된 이미지에는 도 3과 같이, 환자(P) 신체 내부의 장기(303)와 주변 조직(301) 및 환자(P) 신체 내부로 삽입된 수술 도구(220)가 모두 나타날 수 있다. 한편, 제2조명(235)만 동작하는 경우 촬영된 이미지에는 도 4와 같이, 조사되는 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질이 코팅된 부분만 나타날 수 있다.
도 4에서는 수술 도구(220)의 엔드 이펙터(221) 전체에 자외선 반응 물질이 코팅된 경우를 도시하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 엔드 이펙터(221)의 일부분에만 자외선 반응 물질이 코팅될 수도 있고, 엔드 이펙터(221)와 샤프트(223) 전체 또는 일부에 자외선 반응 물질이 코팅될 수도 있는데, 이러한 경우에는 도 4와는 다른 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 자외선 조사 시에는 자외선 반응 물질이 코팅된 부분만 나타나는 이미지를 획득할 수 있다.
이와 같이, 수술 도구(220)의 엔드 이펙터(221)에만 자외선 반응 물질을 코팅한 경우, 자외선 조사 시 획득한 이미지에는 자외선 반응 물질이 코팅된 엔드 이펙터(221) 부분만 나타나므로, 해당 이미지에서는 배경으로부터 엔드 이펙터(221)를 용이하게 분리할 수 있다.
즉, 본 실시 예에서는 환자(P) 신체 내부로 삽입된 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향을 추정하기 위하여, 카메라(231)를 통해 수집된 제1이미지 및 제2이미지에서 각각 배경과 수술 도구(220)를 분리해낸 후, 배경으로부터 분리된 수술 도구(220)의 모양 및 크기와 카메라(231)의 방향 정보를 고려하여 수술 도구(220)의 위치와 방향을 연산할 수 있다. 이때, 배경과 수술 도구(220)를 분리하는 것은 사전에 기설정된 수술 도구(220)의 형상을 이용하여 수행될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
그러나, 제1 이미지는 도 3과 같이, 수술 도구(220) 뿐 아니라 장기(303) 및 주변 조직(301)을 모두 포함하므로, 장기(303) 및 주변 조직(301)으로 이루어진 배경으로부터 수술 도구(220)를 분리할 때, 부정확하게 분리되는 오류가 발생할 수 있다. 이에 따라, 본 실시 예에서는 전술한 바와 같이, 자외선 반응 물질이 코팅된 수술 도구(220)에 자외선을 조사함에 따라, 도 4와 같이 수술 도구(220)만 표시되는 제2 이미지를 획득하고, 이와 같이 획득한 제2이미지를 이용함으로써 배경으로부터 수술 도구(220)를 정확하게 분리할 수 있게 된다.
한편, 본 실시 예에서 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 전술한 제2이미지(도 4 참조)만을 이용하여 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향을 연산하는 것도 가능하지만, 다음과 같은 방법으로 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향을 연산하는 것 역시 가능하다.
즉, 카메라(231)를 통해 획득된 두 개의 이미지 즉, 제1이미지(도 3 참조) 및 제2이미지(도 4 참조) 중 제1이미지에 기초하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하되, 전술한 이유(배경으로부터 수술 도구가 정확하게 분리되지 않는 오류 발생)에 따라 제2이미지를 주기적으로 활용하여 제1이미지로 추정 시 발생하는 오차를 보정하는 방법이다. 다시 말해서, 가시광선 아래에서 획득한 이미지에 기초하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하되, 배경과 수술 도구(220) 분리 시 발생하는 오류는 자외선 아래에서 획득한 이미지를 주기적으로 활용하여 보정하는 것이다.
또한, 마스터 장치(100)의 제어부(130)는 카메라(231)를 통해 획득된 제1이미지 즉, 가시광선 아래에서 획득된 이미지를 영상 처리부(133)를 통해 영상 처리하여 표시부(120)에 디스플레이할 수 있다. 이때, 제2조명(235)만 온(on) 상태가 되어 자외선만이 조사되는 경우, 제어부(130)는 제2조명(235)이 온(on) 상태가 되기 직전 획득한 제1이미지를 표시부(120)에 디스플레이할 수 있다. 이는 제1조명(233)이 온(on) 상태가 될 때까지 지속될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 이는, 자외선만이 조사되는 도중, 사용자(예로써, 조작자(S), 보조자(A))는 환자(P) 신체 내부를 관찰할 수 있도록 하기 위함이다.
도 5는 수술 로봇의 제어 방법을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.
우선, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 자외선 반응 물질이 코팅된 수술 도구(220)를 환자(P)의 신체 내부로 삽입하여 수술 동작을 수행한다(S510). 여기에서, "자외선 반응 물질"이란 일반 가시광선 아래에서는 표시되지 않지만, 자외선 아래에서는 색을 가진 빛으로 발광하는 물질을 의미할 수 있다.
본 실시 예에서, 자외선 반응 물질은 수술 도구(220)의 전체 또는 일부에 코팅될 수 있다. 이때, 수술 도구(220)의 전체에 자외선 반응 물질이 코팅되는 경우는, 전술한 수술 도구(220)의 샤프트 및 엔드 이펙터 전체에 코팅되는 경우를 의미할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 엔드 이펙터 전체에 코팅되는 경우를 의미할 수도 있다. 또한, 수술 도구(220)의 일부에 자외선 반응 물질이 코팅되는 경우는, 수술 도구(220)의 샤프트 일부 또는 엔드 이펙터 일부 또는 샤프트와 엔드 이펙터의 일부에 형성되는 경우를 의미할 수 있으며, 이때, 자외선 반응 물질은 특정 형상을 갖도록 코팅될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 자외선 반응 물질이 수술 도구(220)의 일부에 코팅되는 경우, 코팅되는 영역은 다수 개가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
다음, 환자(P)의 신체 내부에 가시광선 및 자외선을 조사한다(S520).
이때, 가시광선과 자외선은 교대로 번갈아가며 조사될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 경우 가시광선이 조사되는 시간은 자외선이 조사되는 시간보다 길 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
이는, 수술 작업을 수행하는 조작자(S) 및 보조자(A)가 자외선을 조사하는 것을 눈치채지 못하도록 하기 위함이다. 즉, 수술 작업을 수행하는 조작자(S)와 보조자(A)는 환자(P) 신체 내부의 상태를 명확하게 확인할 수 있어야하는데 이는 가시광선이 조사되는 경우에만 가능하다. 자외선이 조사되는 경우에는 수술 도구(220)에 코팅된 발광하는 자외선 반응 물질만 보일 뿐, 환자(P) 신체 내부의 장기와 주변 조직 등은 눈에 보이지 않기 때문에, 자외선이 조사되는 시간이 길어지면 조작자(S)와 보조자(A)는 발광하는 수술 도구(220)만 볼 수 있으며, 환자(P)의 신체 내부 상태를 확인할 수 없게 되어, 수술 작업에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 자외선을 조사하는 시간을 조작자(S)와 보조자(A)가 인지하지 못할 정도 예로써, 0.1초 이하가 되도록 제어할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 가시광선과 자외선을 교대로 조사하지 않고, 자외선은 지속적으로 조사하는 상태에서 가시광선은 일정 주기로 조사하도록 하는 것도 가능하다.
구체적으로, 환자(P) 신체 내부에 가시광선과 자외선을 동시에 조사하다가 가시광선을 조사하는 제1조명(233)을 잠시 오프(off)시킨 후, 일정 시간 후에 다시 온(on)시키는 것이다. 이때, 제1조명(233)의 오프(off) 시간은 온(on) 시간보다 짧도록 구현될 수 있다. 이는, 전술한 바와 마찬가지로, 자외선이 조사되는 것을 조작자(S)와 보조자(A)가 눈치채지 못하도록 하기 위함으로써, 오프(off) 시간은 0.1초 이하가 될 수 있다.
다음, 가시광선 조사 시의 제1이미지 및 자외선 조사 시의 제2이미지를 획득한다(S530).
이때, 제1이미지 및 제2이미지는 슬레이브 장치(200)의 카메라(231)를 통해 획득될 수 있다. 여기에서, 카메라(231)는 입체 영상을 촬영하기 위해 좌안 카메라 및 우안 카메라를 포함하는 한 쌍의 카메라로 이루어진 스테레오 카메라일 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 예에서 카메라(231)는 가시광선 이미지를 촬영하는 카메라일 수 있다. 여기에서, "가시광선 이미지"란 사람의 눈에 보이는 파장의 범위를 갖는 가시광선 영역에서 보이는 이미지를 의미할 수 있으며, 본 실시 예에서는 가시광선 아래에서 획득한 이미지와 자외선 아래에서 획득한 이미지를 모두 포함할 수 있다.
또한, 카메라(231)로는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 단계에 따라 획득된 제1이미지 및 제2이미지는 각각, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같다. 즉, 환자(P) 신체 내부에 가시광선을 조사하였을 때 획득한 제1이미지에는 도 3과 같이 환자(P) 신체 내부의 장기(303), 주변 조직(301) 및 수술 도구(220)가 모두 표시될 수 있고, 환자(P) 신체 내부에 자외선을 조사하였을 때 획득한 제2이미지에는 도 4와 같이 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질이 코팅된 수술 도구(220)만이 표시될 수 있다.
이와 같이, 본 실시 예에서 수술 도구(220)에 자외선을 코팅하고, 환자(P) 신체 내부에 자외선을 조사하여 수술 도구(220)만을 표시하는 제2이미지를 획득하는 이유는 후속 단계에서 배경으로부터 수술 도구(220)를 용이하게 분리하고 또한, 정확하게 분리할 수 있도록 하기 위함이다.
다음, 획득된 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 수술 도구의 위치 및 방향을 연산한다(S540). 본 단계(S540)는 구체적으로 다음과 같은 단계로 수행될 수 있다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1이미지 및 제2이미지를 획득한 후(S530), 가시광선 아래에서 획득된 제1이미지(도 3 참조)를 영상 처리하여 표시부(120)에 디스플레이하고(S541), 다음으로 제1이미지에서 배경과 수술 도구(220)를 분리하고(S542), 수술 도구(220)가 분리된 제1이미지와 수술 도구(220)만 표시된 제2이미지(도 4 참조)를 비교한다(S543).
이후, 제1이미지에서와 제2이미지에서의 수술 도구(220)의 형태 및 위치 등이 서로 일치하는지를 판단한 다음(S544), 일치하면 제1이미지에서 분리된 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하고(S545), 일치하지 않으면 제1이미지의 분리된 수술 도구(220)에 대한 형태 및 위치를 제2이미지의 수술 도구(220)와 일치하도록 보정한 다음(S546), 보정된 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산한다(S547).
즉, 제1이미지에 기초하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하되, 제1이미지에서 배경과 수술 도구(220)를 분리할 때 발생할 수 있는 오류를 수술 도구만 표시되는 제2이미지를 이용하여 보정하는 것이다.
한편, 단계 S540은 도 7에 도시한 바와 같이 수행될 수도 있다. 구체적으로, 제1이미지 및 제2이미지를 획득한 후(S530), 가시광선 아래에서 획득된 제1이미지(도 3 참조)는 영상 처리하여 마스터 장치(100)의 표시부(120)에 디스플레이하고(S548), 자외선 아래에서 획득된 수술 도구(220)만 표시된 제2이미지(도 4 참조)는 영상 처리하여 배경으로부터 수술 도구(220)를 분리한 후, 분리된 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하는(S549) 방법이다. 즉, 수술 도구만 표시되는 제2이미지만을 이용하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산하는 것이다.
상술한 두 가지 방법은 실시 예에 불과하며, 본 발명에서 제1이미지와 제2이미지를 이용하여 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1이미지 및 제2이미지에서 각각 수술 도구를 배경으로부터 분리하는 것은 기설정된 수술 도구의 형태를 이용하여 수행될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
다음, 도 8을 참조하면, 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 연산한 다음(S540), 슬레이브 장치(200)로부터 수술 도구(220)의 위치 및 방향에 대한 정보를 수신하고(S550), 슬레이브 장치(200)로부터 수신된 수술 도구(220)의 위치 및 방향에 대한 정보와 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 연산된 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 종합하여 최종적으로 수술 도구(220)의 현재 위치 및 방향을 추정한다(S560).
여기에서, 슬레이브 장치(200)로부터 수신되는 수술 도구(220)의 위치 및 방향에 대한 정보는 수술 도구(220)가 장착된 로봇 암(210)의 각 관절에 마련된 위치 센서(215)를 통해 검출된 관절의 움직임 상태를 슬레이브 장치(200)의 위치 연산부(255)가 기구학(Kinematics)에 적용함으로써 산출될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 수술 도구(220)가 장착된 로봇 암(210)의 관절 움직임 상태를 검출하여 기구학(Kinematics)적으로 연산한 수술 도구(220)의 위치 및 방향과, 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 연산한 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 종합하여 추정함으로써, 한 가지 방법만 이용하여 수술 도구(220)의 위치 및 방향을 추정하는 것보다 정확하게 위치 및 방향을 추정할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가잔 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 마스터 장치
110 : 입력부
111, 113 : 핸들
120 : 표시부
130 : 제어부
140, 260 : 통신부
200 : 슬레이브 장치
210 : 로봇 암
211 : 링크
213 : 관절
215 : 위치 센서
220 : 수술 도구
221 : 엔드 이펙터
223 : 샤프트
230 : 촬영부
231 : 카메라
233 : 제1조명
235 : 제2조명
241 : 제1 구동부
243 : 제2 구동부
245 : 제3 구동부
247 : 제4 구동부
249 : 제5 구동부
250 : 제어부
255 : 위치 연산부

Claims (25)

  1. 환자에게 수술 동작을 수행하는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 수술 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는,
    가시광선을 조사하는 제1조명, 자외선을 조사하는 제2조명 및 가시광선 이미지를 촬영하는 카메라를 포함하는 촬영부; 및
    상기 제2조명에 의해 조사되는 자외선에 반응하여 발광하는 자외선 반응 물질로 코팅된 수술 도구
    를 포함하는 수술 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1조명은 백색 조명인 수술 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 백색 조명은 할로겐 램프(halogen lamp), 제논 램프(xenon lamp) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode:LED)를 포함하는 수술 로봇.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2조명은 자외선 조명인 수술 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자외선 조명은 자외선 발광 다이오드(Ultraviolet Light Emitting Diode:UV LED) 및 자외선 램프를 포함하는 수술 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 카메라 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라를 포함하는 수술 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 장치는 상기 제1조명 및 제2조명의 온/오프(on/off)를 제어하는 제어부를 포함하는 수술 로봇.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1조명과 상기 제2조명이 교대로 빛을 조사하도록 상기 제1조명과 제2조명의 온/오프를 제어하고,
    상기 제1조명의 조사 시간은 상기 제2조명의 조사 시간보다 긴 수술 로봇.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2조명은 지속적으로 빛을 조사하고, 상기 제1조명은 일정 주기마다 빛을 조사하도록 상기 제1조명과 제2조명의 온/오프를 제어하고,
    상기 제1조명은 온(on) 시간이 오프(off) 시간보다 긴 수술 로봇.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가시광선 이미지는 상기 가시광선 조사 시 획득된 제1이미지와 상기 자외선 조사 시 획득된 제2이미지를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 카메라로부터 상기 제1이미지 및 제2이미지를 수신하고, 수신된 상기 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 수술 로봇.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치는,
    상기 수술 도구가 장착된 로봇 암의 각 관절에 마련되어 상기 관절의 상태 정보를 검출하는 위치 센서; 및
    상기 위치 센서를 통해 검출된 관절의 상태 정보를 이용하여 상기 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 위치 연산부
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 슬레이브 장치로부터 상기 연산된 수술 도구의 위치 및 방향에 대한 정보를 수신하고, 수신된 상기 정보와 상기 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 연산된 수술 도구의 위치 및 방향을 종합하여 최종적으로 수술 도구의 현재 위치 및 방향을 추정하는 수술 로봇.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 카메라로부터 상기 제1이미지 및 제2이미지를 수신하고, 수신된 상기 제1이미지를 영상 처리하여 배경으로부터 수술 도구를 분리한 후, 수술 도구가 분리된 제1이미지와 상기 제2이미지를 비교하여 수술 도구의 형태 및 위치가 서로 일치하는지를 판단한 다음, 일치하는 경우에는 제1이미지 내의 분리된 수술 도구에 대한 위치 및 방향을 연산하고, 일치하지 않는 경우에는 제1이미지 내의 수술 도구를 제2이미지의 수술 도구의 형태 및 위치와 일치하도록 보정한 후, 보정된 제1이미지 내의 수술 도구에 대한 위치 및 방향을 연산하는 수술 로봇.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 마스터 장치는 상기 제1이미지를 디스플레이하는 표시부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1이미지를 영상 처리하여 상기 표시부로 출력하는 수술 로봇.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2조명만 온(on) 상태인 동안에는 상기 제2조명이 온(on) 상태가 되기 직전 획득된 제1이미지를 상기 표시부로 출력하는 수술 로봇.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 반응 물질은 상기 수술 도구의 일부에 코팅되고, 코팅된 상기 자외선 반응 물질은 특정 형상을 갖는 수술 로봇.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 반응 물질은 상기 수술 도구의 일부에 코팅되고, 상기 자외선 반응 물질이 코팅된 영역은 다수 영역인 수술 로봇.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 반응 물질은 상기 수술 도구의 전체에 코팅된 수술 로봇.
  18. 환자에게 수술 동작을 수행하는 슬레이브 장치 및 상기 슬레이브 장치의 수술 동작을 제어하는 마스터 장치를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법에 있어서,
    자외선 반응 물질이 코팅된 수술 도구를 환자의 신체 내부로 삽입하여 수술 동작을 수행하는 단계;
    상기 환자의 신체 내부에 가시광선 및 자외선을 조사하는 단계;
    상기 가시광선 조사 시에 대한 제1이미지 및 자외선 조사 시에 대한 제2이미지를 획득하는 단계; 및
    획득한 상기 제1이미지 및 상기 제2이미지를 이용하여 상기 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 단계
    를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 가시광선 및 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 가시광선 및 자외선이 교대로 조사되도록 수행되고,
    상기 가시광선이 조사되는 시간은 상기 자외선이 조사되는 시간보다 긴 수술 로봇의 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 가시광선 및 자외선을 조사하는 단계는,
    상기 자외선은 지속적으로 조사되고, 상기 가시광선은 일정 주기로 조사되도록 수행되고,
    상기 가시광선이 조사되는 시간은 조사되지 않는 시간보다 긴 수술 로봇의 제어 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1이미지는 수술 도구, 장기 및 주변 조직을 포함하고, 상기 제2이미지는 수술 도구만을 포함하며,
    상기 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 단계는,
    상기 제1이미지에서 배경으로부터 수술 도구를 분리하는 단계;
    수술 도구가 분리된 제1이미지와 상기 제2이미지를 비교하여 수술 도구의 형태 및 위치가 서로 일치하는지를 판단하는 단계; 및
    일치하는 경우에는 제1이미지 내의 분리된 수술 도구에 대한 위치 및 방향을 연산하고, 일치하지 않는 경우에는 제1이미지 내의 수술 도구를 제2이미지의 수술 도구의 형태 및 위치와 일치하도록 보정한 후, 보정된 제1이미지 내의 수술 도구에 대한 위치 및 방향을 연산하는 단계
    를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1이미지에서 배경으로부터 수술 도구를 분리하는 단계는 기설정된 수술 도구의 형상을 이용하여 수행되는 수술 로봇의 제어 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 단계 이후에,
    상기 슬레이브 장치로부터 수술 도구의 위치 및 방향에 대한 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 슬레이브 장치로부터 수신된 수술 도구의 위치 및 방향에 대한 정보와 상기 제1이미지 및 제2이미지를 이용하여 연산된 수술 도구의 위치 및 방향을 종합하여 최종적으로 수술 도구의 현재 위치 및 방향을 추정하는 단계
    를 더 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 슬레이브 장치로부터 수신되는 수술 도구의 위치 및 방향에 대한 정보는 상기 슬레이브 장치에서 상기 수술 도구가 장착된 로봇 암의 관절 동작 상태를 검출하여 연산된 것인 수술 로봇의 제어 방법.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 획득한 상기 제1이미지 및 상기 제2이미지를 이용하여 상기 수술 도구의 위치 및 방향을 연산하는 단계는,
    상기 제1이미지를 영상 처리하여 상기 마스터 장치로 표시부에 디스플레이하는 단계를 포함하는 수술 로봇의 제어 방법.
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