KR20190056637A - 정위 장치, 정위 시스템, 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법 - Google Patents

정위 장치, 정위 시스템, 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법 Download PDF

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Abstract

대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 중 2개 이상의 측면판에 배치되는 3개 이상의 피두셜 마커를 포함한다. 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표가 프로브에 의해 검출가능하도록, 피두셜 마커와 프로브 중 어느 하나가 나머지 다른 하나를 수용가능하도록 구성된다.

Description

정위 장치, 정위 시스템, 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법{STEREOTACTIC APPARATUS, STEREOTACTIC SYSTEM, AND REGISTRATION METHOD USING STEREOTACTIC SYSTEM}
본 개시는 정위 장치, 정위 시스템 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법에 관한 것이다. 본 발명은 중소기업청의 WC300 프로젝트 기술개발지원의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: S2482672, 연구과제명: 정합정밀도 1mm 이하 수술용 내비게이션 융합 두경부 수술로봇 시스템 개발].
정위 수술은, 환자와 같은 대상체 내의 특정 부위(예를 들면, 뇌의 병변(lesion) 부위)의 위치를 3차원 좌표계를 이용하여 결정하고, 이렇게 결정된 부위의 위치에 수술을 수행하는 일련의 과정을 말한다. 정위 수술은 기존의 수술 방식에 비해 대상체에 있어서 병변 부위를 제외한 부위에 대한 침습을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 정위 수술 절차에서 특정 부위의 3차원 좌표를 결정하고 수술 과정을 가이드하기 위해서, 그 부위의 영상은, 방사선(X-ray) 촬영 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT; Computed Tomography) 장치, 또는 자기 공명 영상(MRI; Magnetic Resonance Imaging) 장치 등과 같은 영상 진단 장치에 대상체를 고정한 상태에서 촬상된다.
수술실과 같은 로컬 영역 내에서 수술 도구가 영상 진단 단계에서 진단된 병변 부위를 정확하게 시술할 수 있도록 하기 위해서는, 영상 진단 장치에 의해 촬상된 영상 내의 영상 공간 좌표는 수술실과 같은 로컬 영역 내의 로컬 공간 좌표에 정합될 필요가 있다. 영상 공간 좌표가 로컬 공간 좌표에 정확하게 정합되지 않는 경우에, 영상 진단 단계에서의 병변 부위와 수술 단계에서의 병변 부위 사이에는 오차가 발생할 수 있다. 이러한 오차로 인해, 정확한 병변 부위에 대한 수술이 불가능해진다. 특히, 뇌 수술과 같이 매우 높은 정밀도를 요하는 경우에 이러한 오차는 환자에게 치명적인 뇌 손상을 일으킬 수 있다.
본 개시는, 상술한 종래 기술의 결함을 해결하기 위한 것으로, 피두셜 마커를 통해 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합하도록 구성되는 정위 장치, 정위 시스템 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법을 제공한다.
본 개시의 일 측면에 따른 정위 장치는, 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 중 2개 이상의 측면판에 배치되는 3개 이상의 피두셜 마커를 포함할 수 있다. 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표가 프로브에 의해 검출가능하도록, 피두셜 마커와 프로브 중 어느 하나가 나머지 다른 하나를 수용가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커는 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점을 가질 수 있다. 프로브는 프로브의 위치와 자세에 의해 검출가능한 프로브 피봇점을 가질 수 있다. 마커 피봇점과 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표가 검출가능하다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커에는 마커 피봇점과 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치되도록 프로브의 일단을 가이드하는 오목부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 프로브는 오목부에 접촉한 상태에서 오목부 내에서 회동가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 오목부의 개구 단면적은 피두셜 마커의 외측으로부터 내측으로 가면서 좁아질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커는 금속을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커는 자성체를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커 각각에는, 수소를 포함하는 액체를 수용하는 챔버와, 챔버로부터 이격되고 프로브 피봇점과 마커 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치되도록 프로브의 일단을 가이드하는 오목부가 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 오목부는 챔버로부터 피두셜 마커가 배치된 측면판에 대하여 수직한 방향으로 이격될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커는, 오목부와 챔버의 일부를 구성하는 제1 캐비티가 형성된 제1 하우징과, 제1 하우징에 결합가능하고, 챔버의 나머지 일부를 구성하는 제2 캐비티가 형성된 제2 하우징을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정위 장치는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 중 적어도 2개의 측면판 각각에 배치되는 인디케이터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 인디케이터는 복수개의 측면판 중 서로 마주보는 측면판 각각에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커는 복수개의 측면판 중 인디케이터가 배치되고 서로 마주보는 측면판에 각각 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 인디케이터는, 제1 로드(rod)와, 제1 로드에 평행하게 배치되는 제2 로드와, 제1 로드의 일단과 제2 로드의 타단에 연결되고 제1 로드 및 제2 로드에 대해 경사지게 배치되는 제3 로드를 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 정위 장치는, 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 중 적어도 2개의 측면판 각각에 배치되는 인디케이터와, 영상에 표시되도록, 인디케이터가 배치되는 측면판 중 적어도 하나의 측면판에 배치되는 1개 이상의 피두셜 마커를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 정위 시스템은, 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 각각에 적어도 하나가 배치되는 2개 이상의 피두셜 마커를 포함하는 정위 장치와, 피두셜 마커에 수용가능한 프로브로서, 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점과 프로브의 위치와 자세에 의해 검출가능한 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때, 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표를 검출하도록 구성되는 프로브와, 영상에 표시되는 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 프로브에 의해 검출되는 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들에 정합시키는 처리 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정위 시스템은 대상체를 촬상하여 영상을 형성하는 영상 진단 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정위 장치는 프로브의 위치 및 자세를 검출하는 옵티컬 트래킹 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 프로브는 일단에서 반구 형상을 가지도록 형성된 첨단부를 포함할 수 있다. 프로브 피봇점은 반구 형상의 첨단부의 곡률 중심으로 설정될 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 정합 방법은 전술한 정위 시스템을 이용하여 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합하는 방법이다. 정합 방법은, 정위 장치가 착용된 대상체를 촬상하여 영상을 획득하는 단계와, 획득된 영상에 표시된 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 검출하는 단계와, 마커 피봇점과 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때 프로브에 의해 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들을 검출하는 단계와, 영상 공간 좌표들을 로컬 공간 좌표들에 정합하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들을 검출하는 단계는, 프로브를 피두셜 마커에 수용시키는 단계와, 프로브의 위치와 자세를 검출하는 단계와, 프로브의 위치와 자세에 기초하여 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 정합 시스템은, 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 각각에 적어도 하나가 배치되고 미리 결정된 패턴이 형성되는 2개 이상의 피두셜 마커를 포함하는 정위 장치와, 피두셜 마커에 형성된 패턴의 적어도 일부를 결상하여 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표를 검출하도록 구성되는 옵티컬 트래킹 장치와, 영상에 표시되는 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 옵티컬 트래킹 장치에 의해 검출되는 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들에 정합시키는 처리 장치를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 정위 장치, 정위 시스템 및 정위 시스템을 이용하는 정합 방법은, 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표가 프로브에 의해 검출가능하도록 구성됨으로써, 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정확하고 용이하게 정합시킬 수 있다. 이러한 정확한 정합에 의해, 정위 수술의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 장치를 보인 사시도이다.
도 2는 제1 측면판에 배치되는 인디케이터의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 제1 측면판에 배치되는 인디케이터의 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 제1 측면판에 배치되는 인디케이터의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 제1 측면판에 배치되는 인디케이터의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 인디케이터와, 피두셜 마커와, 프로브를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시된 피두셜 마커를 보인 사시도이다.
도 8은 프로브가 피두셜 마커로부터 이격되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
도 9는 프로브가 피두셜 마커에 수용되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 정위 장치를 보인 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 피두셜 마커를 보인 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 피두셜 마커를 보인 분해사시도이다.
도 13은 프로브가 피두셜 마커에 수용되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 시스템을 보인 블록도이다.
도 15는 도 14에 도시된 정위 시스템의 사용 예를 보인 개략도이다.
도 16은 도 15에 도시된 프로브를 보인 사시도이다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 정합 방법을 보인 흐름도이다.
도 18은 도 17에 도시된 로컬 공간 좌표 검출 단계를 보인 흐름도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되며, 이 표현은 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 장치를 보인 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 장치(100)는 정위 프레임(120)과 피두셜 마커(140)(fiducial marker)를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 장치(100)는 대상체를 고정하기 위한 고정 장치(110) 및/또는 대상체의 상대적인 위치관계 설정을 위한 인디케이터(130)를 더 포함할 수 있다.
고정 장치(110)는 대상체를 움직이지 않게 고정하도록 구성될 수 있다. 고정 장치(110)는 영상 진단용 침대 또는 수술용 침대와 같은 베이스에 고정되어, 영상 진단이나 수술시 계속하여 대상체를 고정할 수 있다. 따라서, 영상 진단이나 수술하는 동안 대상체의 좌표계가 베이스를 기준으로 정해질 수 있다.
고정 장치(110)는 고정 프레임(111)과, 복수개의 고정 막대(112)와, 복수개의 고정 핀(113)을 포함할 수 있다. 고정 프레임(111)은 고정 장치(110)를 베이스에 고정하고, 정위 프레임(120)을 고정 장치(110)에 결합시키는 역할을 한다. 고정 프레임(111)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 모서리가 라운드된 형태를 갖는 전체적으로 사각형이며, 일 측면의 일부가 개방되어 전체적으로 C자 또는 U자 형상을 가질 수 있다. 고정 막대(112)는 직사각형의 각 모서리에서 고정 프레임(111)에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 고정 막대(112)는 대상체의 크기와 형상에 따라 높이 조절이 가능하도록 구성되고, 볼트와 같은 체결 수단에 의해 고정 프레임(111)에 결합될 수 있다. 복수개의 고정 핀(113)은 복수개의 고정 막대(112) 각각의 상단에 교체 가능하도록 설치될 수 있다. 고정 핀(113)은 선단의 일부가 대상체에 침습하여 대상체를 고정할 수 있다. 고정 핀(113)은 대상체의 크기나 형상에 따라 길이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 고정 핀(113)은 다양한 길이와 직경을 가지도록 복수개의 유형이 구비되어, 대상체의 크기나 형상에 따라 적절하게 선택되어 고정 막대(112)에 설치될 수도 있다.
정위 프레임(120)은, 복수개의 측면판과 복수개의 연결 부재를 포함하여, 이들 측면판과 연결 부재들이 결합된 상태에서, 그 내측에 대상체를 수용하도록 구성될 수 있다. 정위 프레임(120)은 고정 프레임(111)이 배치되는 면이 개방되어 있는 개략적인 직육면체 형상을 가질 수 있다. 정위 프레임(120)은 분리 가능하도록 고정 장치(110)의 고정 프레임(111)에 결합될 수 있다. 대상체는 고정 프레임(111)을 통과하여 정위 프레임(120)의 내부에 위치할 수 있다.
정위 프레임(120)은 영상 진단 단계에서 계속하여 고정 장치(110)에 결합되어 있고 영상 진단 후 고정 장치(110)로부터 분리될 수 있다. 또한, 정위 프레임(120)은 수술 단계에서 고정 장치(110)에 결합되고 수술 시작 직전에 고정 장치(110)로부터 분리될 수 있다. 즉, 수술이 진행되는 동안에는 정위 프레임(120)은 고정 장치(110)로부터 분리되어 있다.
이 실시예에 있어서, 복수개의 측면판은 제1 내지 제5 측면판(121a, 121b, 121c, 121d, 121e)으로 이루어질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 각각은 개략적으로 사각형의 판상으로 이루어질 수 있다. 정위 장치(100)가 영상 진단 단계에서 CT 촬영용으로 이용되는 경우에, 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e)은 CT 영상에 표시되지 않도록 비금속 재질(예를 들어, 플라스틱 재질)로 이루어질 수 있다. 정위 프레임(120)의 측면판들 중에서 제1 내지 제4 측면판(121a 내지 121d) 각각의 일변은 고정 프레임(111)에 결합될 수 있다. 한편, 제5 측면판(121e)은, 제1 내지 제 4 측면판(121a 내지 121d)을 기준으로 고정 프레임(111)에 대향하여 배치되어, 제1 내지 제 4 측면판(121a 내지 121d) 각각의 반대쪽 일변에 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 복수개의 연결 부재는 제1 내지 제8 연결 부재(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f, 122g, 122h)로 이루어질 수 있다. 제1 내지 제8 연결 부재(122a 내지 122h)는 볼트와 같은 체결 수단에 의해 인접하는 2개의 측면판을 결합시킬 수 있다. 정위 장치(100)가 영상 진단 단계에서 CT 촬영용으로 이용되는 경우에, 제1 내지 제8 연결 부재(122a 내지 122h)와 체결 수단은 CT 영상에 표시되지 않도록 비금속 재질(예를 들어, 플라스틱 재질)로 이루어질 수 있다.
제1 내지 제4 연결 부재(122a 내지 122d)는 제1 내지 제4 측면판(121a 내지 121d) 중 인접하는 2개의 측면판 사이에서 이 측면판들을 서로 결합시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 부재(122a)는 제1 측면판(121a)과 제2 측면판(121b)을 연결하고, 제2 연결 부재(122b)는 제2 측면판(121b)과 제3 측면판(121c)을 연결하고, 제3 연결 부재(122c)는 제3 측면판(121c)과 제4 측면판(121d)을 연결하고, 제4 연결 부재(122d)는 제4 측면판(121d)과 제1 측면판(121a)을 연결할 수 있다.
제5 내지 제8 연결 부재(122e 내지 122h)는 제5 측면판(121e)의 각 변에서 제5 측면판(121e)과 제1 내지 제4 측면판(121a 내지 121d) 각각을 서로 결합시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제5 연결 부재(122e)는 제1 측면판(121a)과 제5 측면판(121e)을 연결하고, 제6 연결 부재(122f)는 제2 측면판(121b)과 제5 측면판(121e)을 연결하고, 제7 연결 부재(122g)는 제3 측면판(121c)과 제5 측면판(121e)을 연결하고, 제8 연결 부재(122h)는 제4 측면판(121d)과 제5 측면판(121e)을 연결할 수 있다.
정위 프레임(120)의 복수개의 측면판 중 적어도 2개의 측면판들 각각에는, 인디케이터(130)가 배치될 수 있다. 도 1에서는, 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 각각에 인디케이터(130)가 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지는 않으며, 측면판(121a 내지 121e)들 중 2개 이상의 측면판들에 인디케이터(130)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 인디케이터(130)는 제1 내지 제5 측면판(121a 121e) 중 서로 마주보는 2개의 측면판 각각에 배치될 수 있다. 인디케이터(130)는 다수의 단층 영상에 표시되어 대상체의 상대적인 위치관계를 나타내는 역할을 한다. 본 실시예에 있어서, 인디케이터(130)는 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 각각에 배치되지만, 이하에서는 제1 측면판(121a)에 배치되는 인디케이터(130)를 중심으로 그 구성을 상세히 설명한다.
도 2는 제1 측면판에 설치된 인디케이터를 도시한다.
인디케이터(130)는, 제1 로드(131)(rod)와, 제2 로드(132)와, 제3 로드(133)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 로드(131, 132, 133)는 CT 영상이나 MRI 영상에 표시될 수 있는 촬상 가능 물질로 이루어지거나 촬상 가능 물질을 수용하도록 관형상을 가질 수 있다. 예를 들어, CT용 인디케이터의 촬상 가능 물질은 금속을 포함할 수 있고, MRI용 인디케이터의 촬상 가능 물질은 수소를 포함하는 액체(예를 들어, 물)를 포함할 수 있다. 제2 로드(132)는 제1 측면판(121a)에서 제1 로드(131)에 대하여 평행하게 배치될 수 있다. 제3 로드(133)는 제1 로드(131)의 일단과 제2 로드(132)의 타단에 연결되고 제1 로드(131) 및 제2 로드(132)에 대해 경사지게 배치될 수 있다. 예를 들어, 이와 같이 연결된 제1 내지 제3 로드(131, 132, 133))는, 전체적으로 N자 또는 Z자 형상으로 배열될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 제1 측면판에 설치된 인디케이터의 다양한 실시예들을 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 인디케이터(130a)는 제1 로드(131)와, 제2 로드(132)와, 제3 로드(133)와, 제4 로드(134)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 로드(131, 132, 133)은 도 2에 도시된 실시예에 따른 인디케이터(130)와 동일하게 구성될 수 있다. 제 4 로드(134)는 제1 로드(131)의 타단과 제2 로드(132)의 타단에 연결되고, 제1 및 제2 로드(131, 132)에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 제1 로드(131)와, 제2 로드(132)와, 제4 로드(134)는 C자 형태로 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 인디케이터(130b)는 제1 로드(131)와, 제2 로드(132)와, 제3 로드(133)와, 제4 로드(134)와, 제5 로드(135)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 로드(131, 132, 133, 134)는 도 3에 도시된 실시예에 따른 인디케이터(130a)와 동일하게 구성될 수 있다. 제5 로드(135)는 제1 로드(131)의 일단과 제2 로드(132)의 일단에 연결되고, 제1 및 제2 로드(131, 132)에 대하여 수직으로 배치될 수 있다. 제1 로드(131)와, 제2 로드(132)와, 제4 로드(134)와, 제5 로드(135)는 정사각형 형태로 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 또 다른 실시예에 따른 인디케이터(130c)는 제1 로드(131)와, 제2 로드(132)와, 제3 로드(133)와, 제6 로드(136)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 로드(131, 132, 133)은 도 2에 도시된 실시예에 따른 인디케이터(130)와 동일하게 구성될 수 있다. 제 6 로드(136)는 제1 로드(131)와 제2 로드(132)의 각각에 평행하도록 제1 로드(131)와 제2 로드(132)의 중간 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제6 로드(136)는 제3 로드(133)와 교차하도록 배치될 수 있다.
피두셜 마커(140)는, 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 복수개의 측면판 중 적어도 2개 이상의 측면판에 배치될 수 있고 총 3개 이상이 배치될 수 있다. 피두셜 마커(140)는 영상에 표시되므로, 영상 공간 내에서 영상 공간 좌표가 식별될 수 있다. 여기서, 영상 공간은 대상체와 피두셜 마커(140)가 촬상되어 표시되는 영상 내의 3차원 영역이나 공간을 의미하고, 영상 공간 좌표는 영상 공간상의 좌표를 의미할 수 있다. 로컬 공간은 대상체에 대한 수술이 수행되는 수술실과 같은 실제의 물리적인 공간이나 3차원 영역을 의미하고, 로컬 공간 좌표는 로컬 공간상의 좌표를 의미할 수 있다. 또한, 정위 프레임(120)의 일 측면판에는 2개 이상의 피두셜 마커(140)가 배치될 수 있다. 피두셜 마커(140)는 정위 프레임(120)의 일 측면판에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 또한, 피두셜 마커(140)는, 정위 프레임(120)의 일 측면판에서 인디케이터(130)와 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 피두셜 마커(140)는 영상 진단 단계에서 CT 영상에 표시될 수 있도록 금속 재질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 피두셜 마커(140)는 자성체를 포함할 수 있다. 이 경우, 프로브(321)가 피두셜 마커(140)에 인접하면, 자성체로 이루어지는 피두셜 마커(140)와 금속 재질로 이루어지는 프로브(321)의 사이의 인력에 의해 프로브(321)와 피두셜 마커(140)가 서로에 대해 용이하게 수용될 수 있다.
피두셜 마커(140)에 의해 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합하는 실시예에 있어서, 적어도 하나의 피두셜 마커(140)가 정위 프레임(120)의 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 각각에 배치될 수 있다. 일 예로서, 1개의 피두셜 마커(140)가 하나의 측면판에 배치되고, 1개의 피두셜 마커(140)는 하나의 측면판에 마주보는 다른 하나의 측면판에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 1개의 피두셜 마커(140)가 하나의 측면판에 배치되고, 1개의 피두셜 마커(140)가 하나의 측면판에 인접하는 다른 하나의 측면판에 배치되고, 1개의 피두셜 마커(140)는 하나의 측면판 및 다른 하나의 측면판에 인접하는 또 다른 하나의 측면판에 배치될 수 있다. 이하에서는 제1 측면판(121a)에 배치되는 하나의 피두셜 마커(140)를 중심으로 그 구성을 상세히 설명한다.
인디케이터(130)와 피두셜 마커(140)에 의해 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합하는 실시예에 있어서, 피두셜 마커(140)는 인디케이터(130)가 배치되는 측면판에 적어도 1개가 배치될 수 있다. 피두셜 마커(140)는 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 중 인디케이터(130)가 배치되고 서로 마주보는 2개의 측면판 각각에 배치될 수 있다. 일 예로서, 적어도 1개의 피두셜 마커(140)가 인디케이터가(130)가 배치되는 하나의 측면판에 배치되고, 적어도 1개의 피두셜 마커(140)는 하나의 측면판에 마주보고 인디케이터(130)가 배치되는 다른 하나의 측면판에 배치될 수 있다.
도 6은 인디케이터와, 피두셜 마커와, 프로브를 도시한 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 인디케이터(130)가 N자 형상을 가지는 경우에, 정위 장치(100)가 대상체에 장착된 상태에서, CT 또는 MRI 영상을 촬영하면, 중앙에 위치하는 제1 기준선(L1)을 기준으로 좌우방향으로 다수의 단층 영상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1 기준선(L1)을 따른 단층 영상에 있어서, 제1 기준선(L1)이 제1 로드(131)와 교차하는 제1 교차점(P1)과, 제1 기준선(L1)이 제2 로드(132)와 교차하는 제2 교차점(P2)과, 제1 기준선(L1)이 제3 로드(133)와 교차하는 제3 교차점(P3)이 표시될 수 있다. 제1 기준선(L1)의 우측에 위치하는 제2 기준선(L2)을 따른 단층 영상에 있어서, 제2 기준선(L2)이 제1 로드(131)와 교차하는 제4 교차점(P4)과, 제2 기준선(L2)이 제2 로드(132)와 교차하는 제5 교차점(P5)과, 제2 기준선(L2)이 제3 로드(133)와 교차하는 제6 교차점(P6)이 표시될 수 있다. 제1 기준선(L1)의 좌측에 위치하는 제3 기준선(L3)을 따른 단층 영상에 있어서, 제3 기준선(L3)이 제1 로드(131)와 교차하는 제7 교차점(P7)과, 제3 기준선(L3)이 제2 로드(132)와 교차하는 제8 교차점(P8)과, 제3 기준선(L3)이 제3 로드(133)와 교차하는 제9 교차점(P9)이 표시될 수 있다. 이 경우에, 제1 기준선(L1)을 따른 제1 교차점(P1)과 제3 교차점(P3) 사이의 거리(d1)는 제2 기준선(L2)을 따른 제4 교차점(P4)과 제6 교차점(P6) 사이의 거리(d2) 또는 제3 기준선(L3)을 따른 제7 교차점(P7)과 제9 교차점(P9) 사이의 거리(d3)와 다르다. 이와 같이, 제1 내지 제3 기준선(L1 내지 L3)에 평행한 다수의 기준선을 따른 단층 영상에 표시되는 각 교차점의 위치관계를 기초로 단층 영상들의 상대적인 위치관계가 결정될 수 있다. 인디케이터(130)와 대상체가 표시된 다수의 단층 영상은 인디케이터(130)와 대상체의 상대적인 위치관계에 기초하여 정렬됨으로써 대상체의 3차원 영상으로 변환될 수 있다.
또한, 피두셜 마커(140)가 단층 영상 또는 3차원 영상에 함께 표시되므로, 피두셜 마커(140)의 영상 공간 좌표가 얻어질 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 프로브(321)를 피두셜 마커(140)에 수용시킴으로써 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표가 얻어질 수 있다. 그리고, 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합시킴으로써, 대상체의 병변 부위에 대한 로컬 공간상의 위치가 확정될 수 있다. 그 결과, 정위 수술의 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커(140)는 후술하는 옵티컬 트래킹 장치(322)(optical tracking device)(도 13 참조)에 의해 그 위치가 식별가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 피두셜 마커(140)에는 일정한 패턴이 형성되고, 옵티컬 트래킹 장치(322)가 피두셜 마커(140)에 형성된 패턴의 일부 또는 전부를 결상(capture)하여 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표를 식별할 수 있다. 피두셜 마커(140)의 영상 공간 좌표가 옵티컬 트래킹 장치(322)에 의해 식별된 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표에 정합될 수 있다.
도 7은 제1 측면판에 배치되는 피두셜 마커를 보인 사시도이다. 도 8은 프로브가 피두셜 마커로부터 이격되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
일 실시예에 있어서, 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표가 프로브(321)에 의해 검출가능하도록 피두셜 마커(140)가 프로브(321)를 수용가능하도록 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 피두셜 마커(140)는 피두셜 마커(140)의 영상 공간 좌표 및 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점(MP)을 가질 수 있다. 마커 피봇점(MP)은 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표를 나타내기 위해 사전에 정해지는 지점일 수 있다. 예를 들어, 마커 피봇점(MP)은 피두셜 마커(140)의 중심점 또는 중심 좌표로 설정될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 프로브(321)는 프로브(321)의 위치와 자세에 의해 검출 가능한 프로브 피봇점(PP)을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로브 피봇점(PP)은 후술하는 프로브(321)의 첨단부(321a)의 곡률 중심점 또는 곡률 중심 좌표로 설정될 수 있다. 마커 피봇점(MP)과 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치될 때, 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표가 검출가능하다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 피두셜 마커(140)의 형상은 구 또는 이와 유사한 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 피두셜 마커(140)에는, 마커 피봇점(MP)과 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치되도록 프로브(321)의 일단을 가이드하는 오목부(141)가 형성될 수 있다. 프로브(321)가 오목부(141)에 의해 가이드될 수 있으므로, 사용자는 마커 피봇점(MP)과 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 용이하게 배치시킬 수 있다. 프로브(321)는 오목부(141)에 접촉한 상태에서 오목부(141) 내에서 회동 또는 피봇가능하도록 구성될 수 있다. 오목부(141)와 프로브(321)가 마커 피봇점(MP)과 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치되도록 구성되므로, 사용자는 프로브(321)의 자세에 관계 없이 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표를 용이하게 검출할 수 있다.
도 9는 프로브가 피두셜 마커에 수용되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 오목부(141)는 오목부(141)의 개구 단면적이 피두셜 마커(140)의 외측으로부터 내측으로 가면서 좁아지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 오목부(141)는 원뿔 형상, 반구 형상, 다각뿔 형상을 가질 수 있다. 따라서, 프로브(321)의 일단이 오목부(141)의 경사진 모서리 또는 굴곡진 면을 따라 피두셜 마커(140)의 내측으로 안내될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 프로브(321)가 피두셜 마커(140)의 오목부(141)에 완전히 수용된 상태에서, 피두셜 마커(140)의 마커 피봇점(MP)과 프로브(321)의 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 프로브(321)가 피두셜 마커(140)의 오목부(141) 내에서 제1 측면판(121a)에 대하여 소정의 각도로 피봇(pivot)하더라도, 피두셜 마커(140)의 피봇점(MP)과 프로브(321)의 피봇점(PP)과 서로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 프로브(321)를 오목부(141)에 수용시킨 상태에서 프로브(321)의 피봇점(PP)을 검출함으로써, 피두셜 마커(140)의 피봇점(MP)이 용이하고 정확하게 검출될 수 있다. 따라서, 사용자는 프로브(321)가 수용되는 자세와 상관없이 프로브(321)의 첨단부(321a)를 피두셜 마커(140)의 오목부(141)에 수용시킴으로써, 피두셜 마커(140)의 로컬 공간 좌표가 용이하고 정확하게 검출될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 프로브(321)가 피두셜 마커(140)의 오목부(141)에 완전히 수용된 상태에서, 피두셜 마커(140)의 피봇점(MP)이 프로브(321)의 첨단부(321a)의 표면의 한 지점에 위치할 수 있다. 따라서, 프로브(321)가 피두셜 마커(140)의 오목부(141) 내에서 제1 측면판(121a)에 대하여 소정의 각도로 피봇(pivot)하더라도, 프로브(321)의 첨단부(321a)의 표면의 한 지점은 계속적으로 피두셜 마커(140)의 마커 피봇점(MP)기준 위치에 위치할 수 있다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 정위 장치를 보인 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 정위 장치(200)는 정위 프레임(120)과 피두셜 마커(240)를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시의 다른 실시예에 따른 정위 장치(200)는 대상체를 고정하기 위한 고정 장치(110) 및/또는 대상체의 상대적인 위치관계 설정을 위한 인디케이터(130)를 더 포함할 수 있다. 도 10에 도시된 정위 장치(200)를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 실시예에 따른 정위 장치(100)와 동일한 참조번호를 갖는 구성요소는 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 도 10에 도시된 피두셜 마커의 상세 구성을 보인 사시도이다. 도 12는 도 11에 도시된 피두셜 마커의 상세 구성을 보인 분해사시도이다. 또한, 도 13은 프로브가 피두셜 마커에 수용되어 있는 상태를 보인 개략도이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 피두셜 마커(240)에는 챔버(241)와 오목부(242)가 형성될 수 있다. 챔버(241)는 구 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액체를 수용할 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 피두셜 마커(240)가 MRI 영상에 표시될 수 있도록, 챔버(241)에는 수소를 포함하는 액체(예를 들어, 물)가 수용될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 챔버(241)는 챔버(241)의 일부를 구성하는 제1 캐비티(241a)와 챔버(241)의 나머지 일부를 구성하는 제2 캐비티(241b)를 포함할 수 있다. 제1 캐비티(241a)와 제2 캐비티(241b)는 각각 반구 형상으로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 캐비티(241a)와 제2 캐비티(241b)가 결합되어 챔버(241)가 완전한 구 형상의 용기로 될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 피두셜 마커(240)는 제1 하우징(243)과, 제2 하우징(244)과, 시일 링(245)을 포함할 수 있다. 제1 캐비티(241a)와 오목부(242)가 제1 하우징(243)에 형성되고, 제2 캐비티(241b)가 제2 하우징(244)에 형성될 수 있다. 제2 하우징(244)은 제1 하우징(243)에 분리가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 하우징(243)은 제2 하우징(244)에 나사결합될 수 있다. 따라서, 피두셜 마커(240)의 장시간 사용으로 인해 챔버(241) 내의 액체가 증발하는 경우에, 챔버(241) 내에 액체를 용이하게 재주입할 수 있다. 시일 링(245)은 제1 하우징(243)과 제2 하우징(244) 사이에 배치되어 제1 하우징(243)과 제2 하우징(244) 사이를 밀봉하는 역할을 한다. 피두셜 마커(240)는 제1 내지 제5 측면판(121a 내지 121e) 중의 적어도 하나에 결합될 수 있다. 예를 들어, 제2 하우징(244)이 분리 가능하도록 나사결합에 의해 각 측면판에 결합될 수 있다. 따라서, 피두셜 마커(240)의 장시간 사용으로 인해 챔버(241) 내의 액체가 증발하는 경우에, 새로운 피두셜 마커(240)로 용이하게 교체할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 오목부(242)는 챔버(241)로부터 이격되고 프로브 피봇점(PP)과 마커 피봇점(MP)이 서로 동일한 위치에 배치되도록 프로브(321)의 일단을 가이드하도록 구성될 수 있다. 여기서, 피두셜 마커(240)의 마커 피봇점(MP)은 구 형상인 챔버(241)의 중심 좌표를 의미할 수 있다. 오목부(242)는 오목부(242)의 개구 단면적이 피두셜 마커(240)의 외측으로부터 내측으로 가면서 좁아지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 오목부(242)는 원뿔 형상, 반구 형상, 다각뿔 형상을 가질 수 있다. 따라서, 프로브(321)의 일단이 오목부(242)의 경사진 모서리 또는 굴곡진 면을 따라 피두셜 마커(240)의 내측으로 안내될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 프로브(321)가 피두셜 마커(240)의 오목부(242)에 완전히 수용된 상태에서, 피두셜 마커(240)의 피봇점(MP)과 프로브(321)의 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 프로브(321)가 오목부(242)에 수용된 상태에서, 피두셜 마커(240)의 로컬 공간 좌표는 마커 피봇점(MP)으로부터 미리 정해진 거리(d)만큼 이격되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 오목부(242)는 챔버(241)로부터 피두셜 마커(240)가 배치된 제1 측면판(121a)에 대하여 수직한 방향으로 이격될 수 있다. 프로브(321)가 오목부(242)에 수용된 상태에서, 프로브(321)의 자세와 위치는 옵티컬 트래킹에 의해 검출될 수 있고, 프로브(321)의 프로브 피봇점(PP)의 위치는 프로브(321)의 자세, 위치, 및 기하학적 구조를 고려하여 검출될 수 있다. 이와 같이, 프로브(321)의 프로브 피봇점(PP)의 위치가 결정되면, 그 위치로부터 거리(d)만큼 이격된 피두셜 마커(240)의 로컬 공간 좌표가 결정될 수 있다.
변형된 실시예에 있어서, 도 9에 도시된 바와 반대로, 피두셜 마커(140)의 오목부(141)가 프로브(321)의 일단에 구비되고, 프로브(321)의 첨단부(321a)가 피두셜 마커(140)에 구비될 수도 있다. 또한, 피두셜 마커(240)의 오목부(242)가 프로브(321)의 일단에 구비되고, 프로브(321)의 첨단부(321a)가 피두셜 마커(240)에 구비될 수도 있다.
도 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 시스템을 보인 블록도이다. 도 15는 도 14에 도시된 정위 시스템의 사용 예를 보인 개략도이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 정위 시스템(300)은 정위 장치(100 또는 200)와, 처리 장치(310)와, 프로브(321)를 포함할 수 있다. 이 실시예에 따른 정위 장치(100 또는 200)는 도 1 내지 도 13에 도시된 실시예들에 따른 정위 장치(100 또는 200)와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
처리 장치(310)는 영상에 표시되는 피두셜 마커(140 또는 240)의 영상 공간 좌표들을 프로브(321)에 의해 검출되는 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표들에 정합시키도록 구성될 수 있다. 처리 장치(310)는 프로브(321) 및 영상 진단 장치(330)와 유선 또는 무선을 통해 전기적인 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
프로브(321)는 피두셜 마커(140 또는 240)에 수용가능한 프로브(321)를 포함할 수 있다. 프로브(321)는 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점(MP)과 프로브(321)의 위치와 자세에 의해 검출가능한 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 배치될 때 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표를 검출하도록 구성될 수 있다.
도 16은 도 15에 도시된 프로브의 상세 구성을 도시하는 사시도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 프로브(321)는 반구 형상 또는 라운드된 첨단부(321a)와 첨단부(321a)의 반대쪽에 배치되는 옵티컬 트래킹 마커(321b)를 포함할 수 있다. 옵티컬 트래킹 마커(321b)는 옵티컬 트래킹 장치(322)에 의해 검출될 수 있도록 복수개의 구 형상이나 패턴을 포함할 수 있다. 옵티컬 트래킹 장치(322)는 옵티컬 트래킹 마커(321b)의 위치와 자세를 결상(capture)하는 결상 장치와 결상 장치로부터 얻어진 데이터로부터 첨단부(321a)의 위치를 결정하는 처리 장치로 이루어질 수 있다. 다른 실시예로서, 옵티컬 트래킹 장치(322)는 별도의 처리 장치를 구비하지 않고 상술한 정위 시스템(300)의 처리 장치(310)와 전기적으로 연결되어 처리 장치(310)에 의해 첨단부(321a)의 위치를 결정하도록 구성될 수도 있다.
도 9 및 도 13에 도시된 바와 같이, 프로브(321)의 첨단부(321a)가 피두셜 마커(140 또는 240)의 오목부(141 또는 242)에 수용되면, 옵티컬 트래킹 장치(322)가 프로브(321)의 자세 및 첨단부(321a)의 위치를 검출하고, 처리 장치(310)는 프로브(321)의 자세, 첨단부(321a)의 위치, 프로브(321)와 첨단부(321a)의 기하학적 구조를 고려하여 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표를 검출할 수 있다. 또한, 처리 장치(310)는 피두셜 마커(140 또는 240)의 영상 공간 좌표를 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표계에 정합시킨다. 사용자가 프로브(321)의 첨단부(321a)를 오목부(141 또는 242)내에 수용시키면, 첨단부(321a)가 오목부(141 또는 242)를 따라 안내되어, 마커 피봇점(MP)과 프로브 피봇점(PP)이 서로 동일한 위치에 정확하게 배치될 수 있다. 따라서, 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정확하게 정합시킴으로써, 정위 수술의 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 정위 시스템(300)은 대상체를 촬상하여 영상을 형성하는 영상 진단 장치(330)를 더 포함할 수 있다. 대상체와 피두셜 마커(140 또는 240)는, 정위 장치(100 또는 200)가 대상체에 장착된 상태에서, 영상 진단 장치(330)를 통해 촬상되어 영상에 표시될 수 있다. 영상 진단 장치(330)는 X-ray 촬영 장치, CT 장치, 또는 MRI 장치 등을 포함할 수 있다.
도 17은 본 개시의 일 실시예에 따른 정합 방법을 보인 흐름도이다.
도 17에 도시된 흐름도에서 프로세스 단계들, 방법 단계들, 알고리즘들 등이 순차적인 순서로 설명되었지만, 그러한 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들은 임의의 적합한 순서로 작동하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 본 개시의 다양한 실시예들에서 설명되는 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들의 단계들이 본 개시에서 기술된 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 일부 단계들이 비동시적으로 수행되는 것으로서 설명되더라도, 다른 실시예에서는 이러한 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도면에서의 묘사에 의한 프로세스의 예시는 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변화들 및 수정들을 제외하는 것을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 본 개시의 다양한 실시예들 중 하나 이상에 필수적임을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스가 바람직하다는 것을 의미하지 않는다.
도 17에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시예에 따른 정합 방법(400)은, 영상 획득 단계(S410)와, 영상 공간 좌표 검출 단계(S420)와, 로컬 공간 좌표 검출 단계(S430)와, 영상 공간 좌표와 로컬 공간 좌표의 정합 단계(S440)를 포함할 수 있다.
영상 획득 단계(S410) 이전에, 도 1 내지 도 13에 도시된 실시예에 따른 정위 장치(100 또는 200)가 대상체에 착용되고, 대상체 및 정위 장치(100 또는 200)는 베이스에 고정될 수 있다. 영상 획득 단계(S410)에 있어서, 정위 장치(100 또는 200)가 착용된 대상체가 영상 진단 장치(330)를 통해 촬상되어 영상이 얻어질 수 있다. 대상체에 인디케이터(120)와 피두셜 마커(140 또는 240)를 구비하는 정위 장치(100 또는 200)가 대상체에 착용되어 있으므로, 영상 획득 단계(S410)에서 얻어지는 영상에는 인디케이터(120)와 피두셜 마커(140 또는 240)가 함께 표시될 수 있다. 영상 획득 단계(S410)에서 얻어지는 영상은 X-ray 영상, CT 영상 또는 MRI 영상 등을 포함할 수 있다.
영상 공간 좌표 검출 단계(S420)에 있어서, 획득된 영상 내의 영상 공간상에서 피두셜 마커(140 또는 240)의 마커 피봇점(MP)에 대응하는 영상 공간 좌표가 검출될 수 있다. 예를 들어, 피두셜 마커(140 또는 240)가 영상에 표시될 수 있으므로, 영상 진단 장치(330)는 영상 공간상에서 피두셜 마커(140 또는 240)의 위치를 영상 공간 좌표로 식별하여 검출할 수 있다.
도 18은 도 17에 도시한 로컬 공간 좌표 검출 단계를 보인 흐름도이다.
로컬 공간 좌표 검출 단계(S430)에 있어서, 로컬 공간상에서 피두셜 마커(140 또는 240)의 피봇점(MP)에 대응하는 로컬 공간 좌표가 검출될 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 로컬 공간 좌표 검출 단계(S430)는 프로브를 피두셜 마커에 수용시키는 단계(S431)와, 프로브의 위치 및 자세를 검출하는 단계(S432)와, 로컬 공간 좌표 결정 단계(S433)를 포함할 수 있다. 프로브(321)의 첨단부(321a)가 피두셜 마커(140 또는 240)의 오목부(141 또는 242)에 수용되면, 옵티컬 트래킹 장치(322)가 프로브(321)의 자세 및 첨단부(321a)의 위치를 검출하고, 처리 장치(310)는 처리 장치(310)는 프로브(321)의 자세, 첨단부(321a)의 위치, 프로브(321)와 첨단부(321a)의 기하학적 구조를 고려하여 피두셜 마커(140 또는 240)의 로컬 공간 좌표를 검출할 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100, 200: 정위 장치, 110: 고정 장치, 111: 고정 프레임, 112: 고정 막대, 113: 고정 핀, 120: 정위 프레임, 121a 내지 121e: 제1 내지 제5 측면판, 122a 내지 121h: 제1 내지 제8 연결 부재, 130, 130a 내지 130c: 인디케이터, 131: 제1 로드, 132: 제2 로드, 133: 제3 로드, 134: 제4 로드, 135: 제5 로드, 140, 240: 피두셜 마커, 141: 오목부, 241: 챔버, 241a: 제1 캐비티, 241b: 제2 캐비티, 242: 오목부, 243: 제1 하우징, 244: 제2 하우징, 245: 시일 링, 300: 정위 시스템, 310: 처리 장치, 321: 프로브, 321a: 첨단부, 322: 옵티컬 트래킹 장치, 330: 영상 진단 장치, 400: 정합 방법

Claims (22)

  1. 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과,
    상기 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 상기 복수개의 측면판 중 2개 이상의 측면판에 배치되는 3개 이상의 피두셜 마커
    를 포함하고,
    상기 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표가 프로브에 의해 검출가능하도록, 상기 피두셜 마커와 상기 프로브 중 어느 하나가 나머지 다른 하나를 수용가능하도록 구성되는, 정위 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피두셜 마커는 상기 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점을 가지고,
    상기 프로브는 상기 프로브의 위치와 자세에 의해 검출가능한 프로브 피봇점을 가지고,
    상기 마커 피봇점과 상기 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때 상기 피두셜 마커의 상기 로컬 공간 좌표가 검출가능한, 정위 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피두셜 마커에는 상기 마커 피봇점과 상기 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치되도록 상기 프로브의 일단을 가이드하는 오목부가 형성되는, 정위 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로브는 상기 오목부에 접촉한 상태에서 상기 오목부 내에서 회동가능하도록 구성되는, 정위 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오목부의 개구 단면적은 상기 피두셜 마커의 외측으로부터 내측으로 가면서 좁아지는, 정위 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피두셜 마커는 금속을 포함하는, 정위 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피두셜 마커는 자성체를 포함하는, 정위 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 피두셜 마커 각각에는,
    수소를 포함하는 액체를 수용하는 챔버와,
    상기 챔버로부터 이격되고 상기 프로브 피봇점과 상기 마커 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치되도록 상기 프로브의 일단을 가이드하는 오목부가 형성되는, 정위 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 챔버로부터 상기 피두셜 마커가 배치된 상기 측면판에 대하여 수직한 방향으로 이격되는, 정위 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 피두셜 마커는,
    상기 오목부와 상기 챔버의 일부를 구성하는 제1 캐비티가 형성된 제1 하우징과,
    상기 제1 하우징에 결합가능하고, 상기 챔버의 나머지 일부를 구성하는 제2 캐비티가 형성된 제2 하우징
    을 포함하는, 정위 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 영상에 표시되도록, 상기 복수개의 측면판 중 적어도 2개의 측면판 각각에 배치되는 인디케이터를 더 포함하는, 정위 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 인디케이터는 상기 복수개의 측면판 중 서로 마주보는 측면판 각각에 배치되는, 정위 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 피두셜 마커는 상기 복수개의 측면판 중 상기 인디케이터가 배치되고 서로 마주보는 측면판에 각각 배치되는, 정위 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 인디케이터는,
    제1 로드(rod)와,
    상기 제1 로드에 평행하게 배치되는 제2 로드와,
    상기 제1 로드의 일단과 상기 제2 로드의 타단에 연결되고 상기 제1 로드 및 상기 제2 로드에 대해 경사지게 배치되는 제3 로드를 포함하는, 정위 장치.
  15. 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과,
    상기 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 상기 복수개의 측면판 중 적어도 2개의 측면판 각각에 배치되는 인디케이터와,
    상기 영상에 표시되도록, 상기 인디케이터가 배치되는 측면판 중 적어도 하나의 측면판에 배치되는 1개 이상의 피두셜 마커
    를 포함하는 정위 장치.
  16. 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 상기 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 상기 복수개의 측면판 각각에 적어도 하나가 배치되는 2개 이상의 피두셜 마커를 포함하는 정위 장치와,
    상기 피두셜 마커에 수용가능한 프로브로서, 상기 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표에 대응하는 마커 피봇점과 상기 프로브의 위치와 자세에 의해 검출가능한 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때, 상기 피두셜 마커의 상기 로컬 공간 좌표를 검출하도록 구성되는 상기 프로브와,
    상기 영상에 표시되는 상기 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 상기 프로브에 의해 검출되는 상기 피두셜 마커의 상기 로컬 공간 좌표들에 정합시키는 처리 장치
    를 포함하는 정위 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 대상체를 촬상하여 상기 영상을 형성하는 영상 진단 장치를 더 포함하는, 정위 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 프로브의 위치 및 자세를 검출하는 옵티컬 트래킹 장치를 더 포함하는, 정위 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 프로브는 일단에서 반구 형상을 가지도록 형성된 첨단부를 포함하고,
    상기 프로브 피봇점은 상기 반구 형상의 첨단부의 곡률 중심으로 설정되는, 정위 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 정위 시스템을 이용하여 영상 공간 좌표를 로컬 공간 좌표에 정합하는 정합 방법이며,
    상기 정위 장치가 착용된 상기 대상체를 촬상하여 영상을 획득하는 단계와,
    상기 획득된 영상에 표시된 상기 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 검출하는 단계와,
    상기 마커 피봇점과 상기 프로브 피봇점이 서로 동일한 위치에 배치될 때 상기 프로브에 의해 상기 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들을 검출하는 단계와,
    상기 영상 공간 좌표들을 상기 로컬 공간 좌표들에 정합하는 단계
    를 포함하는, 정합 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표들을 검출하는 단계는,
    상기 프로브를 상기 피두셜 마커에 수용시키는 단계와,
    상기 프로브의 위치와 자세를 검출하는 단계와,
    상기 프로브의 위치와 자세에 기초하여 상기 피두셜 마커의 상기 로컬 공간 좌표를 결정하는 단계
    를 포함하는, 정합 방법.
  22. 대상체를 수용하도록 구성되고 복수개의 측면판을 가지는 정위 프레임과, 상기 대상체와 함께 촬상되는 영상에 표시되도록, 상기 복수개의 측면판 각각에 적어도 하나가 배치되고 미리 결정된 패턴이 형성되는 2개 이상의 피두셜 마커를 포함하는 정위 장치와,
    상기 피두셜 마커에 형성된 상기 패턴의 적어도 일부를 결상하여 상기 피두셜 마커의 로컬 공간 좌표를 검출하도록 구성되는 옵티컬 트래킹 장치와,
    상기 영상에 표시되는 상기 피두셜 마커의 영상 공간 좌표들을 상기 옵티컬 트래킹 장치에 의해 검출되는 상기 피두셜 마커의 상기 로컬 공간 좌표들에 정합시키는 처리 장치
    를 포함하는 정위 시스템.
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