KR20190078751A - 정위 수술 지원 시스템 및 이를 이용한 정위 수술 지원 방법 - Google Patents

정위 수술 지원 시스템 및 이를 이용한 정위 수술 지원 방법 Download PDF

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KR20190078751A
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박종훈
박용식
김흥기
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주식회사 뉴로메카
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템은, 수술 대상 기관이 고정되는 스테이지, 상기 스테이지의 상부에 위치하도록 설치되는 어플리케이터 구동 유닛 및 상기 어플리케이터 구동 유닛을 XYZ 방향으로 이동 가능하게 지지하는 3축 구동부를 포함하며, 상기 어플리케이터 구동 유닛은, 상기 3축 구동부에 대해 제1 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 회전암 및 상기 회전암에 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 적어도 하나의 어플리케이터가 정해진 범위 내에서 직선 운동 가능하게 장착되는 어플리케이터 장착부를 포함한다.

Description

정위 수술 지원 시스템 및 이를 이용한 정위 수술 지원 방법{stereotactic surgery assistance system and stereotactic surgery assistance method}
본 발명은 정위 수술 지원 시스템 및 이를 이용한 정위 수술 지원 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정위 수술을 보다 안정적이면서도 정확하게 수행할 수 있도록 하는 정위 수술 지원 시스템 및 정위 수술 방법에 관한 것이다.
정위 수술은 단층 촬영 영상이나 자기 공명 영상을 통해 수술 부위의 삼차원 좌표를 연산하고, 해당 지점으로 수술용 어플리케이터를 진입시켜 수술을 진행하는 수술 방법으로 주로 뇌와 척수 수술에 사용된다.
특히, 뇌정위 수술에 사용되는 뇌정위 수술 장치는 반드시 소형 동물을 대상으로 뇌정위 수술을 수행하여 정확도를 보증하여야 한다.
한국등록특허 제10-1205891호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정위 수술을 보다 안정적이면서도 정확하게 수행할 수 있도록 하는 정위 수술 지원 시스템 및 정위 수술 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템은, 수술 대상 기관이 고정되는 스테이지, 상기 스테이지의 상부에 위치하도록 설치되는 어플리케이터 구동 유닛 및 상기 어플리케이터 구동 유닛을 XYZ 방향으로 이동 가능하게 지지하는 3축 구동부를 포함하며, 상기 어플리케이터 구동 유닛은, 상기 3축 구동부에 대해 제1 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 회전암 및 상기 회전암에 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 적어도 하나의 어플리케이터가 정해진 범위 내에서 직선 운동 가능하게 장착되는 어플리케이터 장착부를 포함한다.
상기 어플리케이터 장착부는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 교차하는 지점에 위치할 수 있다.
상기 어플리케이터 장착부는 2개 이상의 어플리케이터를 장착할 수 있으며, 상기 회전암의 회전 각도에 따라 2개 이상의 어플리케이터 중 상기 수술 대상 기관을 향하는 어플리케이터가 결정될 수 있다.
상기 어플리케이터는, 상기 수술 대상 기관에 액상의 약제를 주입하는 주사기 모듈, 상기 수술 대상 기관에 전기적 자극을 인가하는 전극 모듈 및 상기 수술 대상 기관에 구멍을 뚫는 드릴 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 어플리케이터 장착부에 장착된 상기 어플리케이터를 이동시켜 포인팅된 2개 이상의 지점의 좌표를 연산하고, 연산된 좌표를 기반으로 상기 수술 대상 기관의 표준 모델링 정보를 상기 수술 대상 기관의 크기로 보정하는 연산부를 더 포함할 수 있다.
상기 보정된 모델링 정보를 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력 받는 입력부를 더 포함하고, 상기 연산부는 입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입되는 삽입 경로를 연산할 수 있다.
상기 3축 구동부, 상기 회전암 및 상기 어플리케이터 장착부를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 삽입 경로를 따라 상기 어플리케이터가 삽입되도록 상기 3축 구동부, 상기 회전암 및 상기 어플리케이터 장착부를 각각 제어할 수 있다.
상기 연산부는 상기 삽입 경로를 연산함에 있어서, 상기 삽입 경로가 상기 보정된 모델링 정보에 포함된 적어도 하나의 회피 영역을 회피하도록 연산할 수 있다.
상기 보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력 받는 입력부를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 3축 구동부 및 상기 어플리케이터 구동 유닛의 작동 범위를 기초로 입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입 가능한지 여부를 판단할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법은, 정위 수술 지원 장치에 장착된 어플리케이터를 수술 대상 기관의 2개 이상의 지점에 위치시키는 단계, 상기 어플리케이터가 위치한 2개 이상의 지점의 좌표를 연산하는 단계, 연산된 좌표를 기반으로 상기 수술 대상 기관의 표준 모델링 정보를 상기 수술 대상 기관의 크기로 보정하는 단계 및 보정된 모델링 정보를 표시하는 단계를 포함한다.
보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력하는 단계 및 입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입되는 삽입 경로를 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 삽입 경로를 따라 상기 어플리케이터가 삽입되도록 상기 정위 수술 지원 장치를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 삽입 경로를 연산하는 단계에서, 상기 보정된 모델링 정보에 포함된 적어도 하나의 회피 영역을 회피하도록 상기 삽입 경로를 연산할 수 있다.
입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입 가능한지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 어플리케이터가 삽입될 수 없는 영역을 연산하는 단계 및 표시된 상기 보정된 모델링 정보 상에 상기 어플리케이터가 삽입될 수 없는 영역을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
정위 수술을 보다 안정적이면서도 정확하게 수행할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 어플리케이터 구동 유닛을 도시한 사시도이다.
도 3은 어플리케이터 구동 유닛 중, 회전암, 제1축 회전 구동부 및 제2축 회전 구동부의 조립 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 어플리케이터 구동 유닛 중, 2개의 어플리케이터, 어플리케이터 장착부 및 어플리케이터 직선 구동부의 조립 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 드릴 모듈이 하방을 향하도록 세팅된 어플리케이터 구동 유닛을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법을 도시한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템 및 이를 이용한 정위 수술 지원 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템(1)은 정위 수술 지원 장치(10)와 단말기(20)를 포함한다.
단말기(20)는 정위 수술 지원 장치(10)와 통신 가능한 장치로서, 정위 수술 지원 장치(10)로 사용자의 제어 명령, 정위 수술에 필요한 세팅값 등을 입력하는 장치이다.
도 1에는 정위 수술 지원 장치(10)와 단말기(20)가 직접 무선 통신되는 예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 정위 수술 지원 장치(10)와 단말기(20)는 유선 통신 가능하게 구성되거나, 중간 매체 등을 통해 유무선이 혼합된 방식으로 통신될 수도 있다. 단말기(20)로는 컴퓨터, 태블릿, 휴대폰 등의 범용의 입력 장치가 사용되거나, 정위 수술 지원 장치(10)를 제어하는 전용의 단말기가 사용될 수 있다.
도 1에 도시되 바와 같이, 단말기(20)는 터치 방식으로 입력 가능한 터치 스크린을 포함한 표시부(21)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 표시부(21)는 터치 스크린이 아닌 일반 디스플레이 패널이 적용될 수 있다.
정위 수술 지원 장치(10)는, 베이스(110), 스테이지(120), 3축 구동부(150) 및 어플리케이터 구동 유닛(160)를 포함한다.
베이스(110)는 스테이지(120), 3축 구동부(150), 어플리케이터 구동 유닛(160) 등을 지지하는 구조물로서, 내부에는 후술할 제어부(181, 도 6 참고), 연산부(182, 도 6 참고), 저장부(183, 도 6 참고), 통신부(184, 도 6 참고) 등이 구비된다.
베이스(110)의 상부면의 일측에는 스테이지(120)가 설치된다.
스테이지(120)는 수술 대상 기관(예를 들어, 뇌 등) 또는 수술 대상(예를 들어, 쥐 등)이 안착된다.
스테이지(120)에는 수술 대상 기관 또는 수술 대상을 스테이지(120)에 고정하는 고정 치구(121, 122)가 설치된다. 예를 들어, 정위 수술 지원 장치(10)가 쥐의 뇌에 뇌정위 수술을 하기 위한 것인 경우, 고정 치구(121, 122)는 쥐의 머리 양측과 쥐의 입을 고정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 베이스(110)의 상부면의 타측에는 3축 구동부(150)를 지지하는 지지 플레이트(132)가 베이스(110)의 상부면과 이격되도록 설치된다.
지지 플레이트(132)는 3축 구동부(150)가 원활하게 XYZ 방향으로 이동할 수 있도록, 3축 구동부(150)를 베이스(110)로부터 이격된 상태로 지지한다. 이를 위해 지지 플레이트(132)는 베이스(110)로부터 상방으로 연장되는 복수의 지지폴(131)에 의해 지지되어 베이스(110)의 상부면으로부터 일정 높이를 갖도록 설치될 수 있다.
또한, 지지 플레이트(132)는 3축 구동부(150)가 원활하게 XYZ 방향으로 이동할 수 있도록, 스테이지(120) 측으로 개방된 3축 구동부 작동 공간(133)을 형성할 수 있다.
3축 구동부(150)는 제1 슬라이더(151), 제2 슬라이더(153), 제3 슬라이더(154) 등을 포함한다.
제1 슬라이더(151)는 지지 플레이트(132) 상에 Y 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 제1 슬라이더(151)는 제1 슬라이더 구동부(152)에 의해 Y 방향을 따라 이동할 수 있다.
제2 슬라이더(153)는 제1 슬라이더(151)에 X 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 제2 슬라이더(153)는 제2 슬라이더 구동부(156)에 의해 Y 방향을 따라 이동할 수 있다.
제3 슬라이더(154)는 제2 슬라이더(153)에 Z 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 제3 슬라이더(154)는 제3 슬라이더 구동부(155)에 의해 Z 방향을 따라 이동할 수 있다.
제3 슬라이더(154)에는 어플리케이터 구동 유닛(160)이 지지된다. 따라서, 제1 슬라이더(151), 제2 슬라이더(153) 및 제3 슬라이더(154)가 각각 XYZ 방향으로 이동함에 따라 어플리케이터 구동 유닛(160)이 XYZ 방향으로 이동하게 된다.
도 1에 도시된 3축 구동부(150)는 어플리케이터 구동 유닛(160)을 XYZ 방향으로 이동시키는 구조의 일례일 뿐이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 어플리케이터 구동 유닛(160)을 XYZ 방향으로 이동시킬 수 있다면 실시예에 따라 3축 구동부의 구조는 변경될 수 있다.
어플리케이터 구동 유닛(160)에 대해서는 도 1 내지 도 4를 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 어플리케이터 구동 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 어플리케이터 구동 유닛 중, 회전암, 제1 축 회전 구동부 및 제2 축 회전 구동부의 조립 상태를 도시한 사시도이며, 도 4는 어플리케이터 구동 유닛 중, 2개의 어플리케이터, 어플리케이터 장착부 및 어플리케이터 직선 구동부의 조립 상태를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 어플리케이터 구동 유닛(160)은 회전암(162), 제1 축 회전 구동부(161), 제2 축 회전 구동부(163), 어플리케이터 장착부(164, 165, 166)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 축 회전 구동부(161)는 제3 슬라이더(154)에 설치되어, 제3 슬라이더(154)와 함께 이동한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 회전암(162)의 일측(162a)은 제1 축 회전 구동부(161)의 출력축에 결합되어, 제1 축 회전 구동부(161)의 구동에 의해 제1 방향(u)을 중심으로 회전한다. 본 실시예에서 제1 방향(u)은 Y 방향과 평행하다.
회전암(162)의 타측(162b)에는 제2 축 회전 구동부(163)가 설치된다. 회전암(162)은 전체적으로 'L' 자 형상을 갖도록 형성되어, 제2 축 회전 구동부(163)의 출력축(163a)이 제1 방향(u)에 수직한 제2 방향(v)을 중심으로 회전하도록 설치된다. 제1 축 회전 구동부(161)가 회전암(162)을 제1 방향(u)을 중심으로 회전시킴에 따라 제2 방향(v)의 절대적인 방향은 계속 변화하지만, 제1 방향(u)에 대해서는 수직 상태를 유지한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 어플리케이터 장착부(164, 165, 166)는 어플리케이터 지그(164), 어플리케이터 직선 구동부(165) 및 직선 운동 가이드(166)를 포함한다.
어플리케이터 지그(164)의 일측(164a)은 제2 축 회전 구동부(163)의 출력축(163a)에 결합되어, 제2 축 회전 구동부(163)의 구동에 의해 제2 방향(v)을 중심으로 회전한다.
어플리케이터 지그(164)의 타측(164d)은 직선 운동 가이드(166)를 따라 이동 가능하게 결합된다. 직선 운동 가이드(166)는 w 방향(도 4 참고)을 따라 연장되고, 어플리케이터 지그(164)의 타측(164d)은 어플리케이터 직선 구동부(165)와 연결되어, 어플리케이터 직선 구동부(165)의 동작에 따라 어플리케이터 지그(164)는 w 방향을 따라 직선 운동을 하게 된다.
어플리케이터 직선 구동부(165)는 어플리케이터(171, 172)가 수술 대상 기관으로 삽입되는 깊이를 제어하므로, 마이크로 단위 이하의 수준으로 미세 제어가 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.
어플리케이터 지그(164)의 일단(도 4를 기준으로 하단)에는 제1 어플리케이터(171)를 고정하는 제1 치구(164b)가 형성되고, 어플리케이터 지그(164)의 타단(도 4를 기준으로 상단)에는 제2 어플리케이터(172)를 고정하는 제2 치구(164c)가 형성된다.
어플리케이터 지그(164)는 제1 축 회전 구동부(161)의 회전축(u)과 제2 축 회전 구동부(163)의 회전축(v)이 교차하는 지점에 위치할 수 있다.
도 4에 도시된 제1 어플리케이터(171)는 전극 모듈로서, 수술 대상 기관에 전극을 가하는 어플리케이터이다. 도 4에 도시된 제2 어플리케이터(172)는 드릴 모듈로서, 수술 대상 기관에 구멍을 뚫는 어플리케이터이다.
도 4 등에는 어플리케이터 지그(164)에 전극 모듈(171)과 드릴 모듈(172)이 장착된 예를 도시하였으나, 전극 모듈(171) 또는 드릴 모듈(172) 대신에 수술 대상 기관에 액상의 약제를 주입하는 주사기 모듈(미도시) 등의 다른 기능을 수행하는 어플리케이터가 장착될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 정위 수술 지원 장치(10)는 어플리케이터(171, 172)가 6축(X, Y, Z, u, v, w) 자유도를 갖도록 구동되므로, 수술 대상 기관으로 어플리케이터(171, 172)가 삽입되는 위치 및 삽입 경로를 다양하게 제어할 수 있다.
한편, 도 5는 드릴 모듈이 하방을 향하도록 세팅된 어플리케이터 구동 유닛을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 정위 수술 지원 장치(10)는 복수의 어플리케이터를 장착하여 사용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 어플리케이터(171)가 하방(스테이지(120))을 향하도록 하여, 제1 어플리케이터(171)를 정위 수술에 사용한 후에, 제1 축 회전 구동부(161)를 구동하여 회전암(162)을 180도 회전하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 어플리케이터(172)가 하방을 향하게 되어, 제2 어플리케이터(172)를 정위 수술에 사용할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 정위 수술 지원 장치(10)는 2가지의 어플리케이터를 정위 수술에 사용하는 경우, 어플리케이터를 사용할 때마다 교체할 필요 없이, 제1 축 회전 구동부(161)를 구동하여 회전암(162)을 회전시키는 것만으로 다른 어플리케이터를 수술에 사용할 수 있으므로, 수술 편의성이 향상되고 수술 시간을 단축시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 정위 수술 지원 시스템(1)을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템의 블록도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법을 도시한 순서도이며, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 시스템(1)의 정위 수술 지원 장치(10)는 제어부(181), 연산부(182), 저장부(183) 및 통신부(184)를 포함하고, 단말기(20)는 표시부(21), 입력부(22) 및 통신부(23)를 포함한다.
제어부(181)는 제1 슬라이더 구동부(152), 제2 슬라이더 구동부(156), 제3 슬라이더 구동부(155), 제1 축 회전 구동부(161), 제2 축 회전 구동부(163) 및 어플리케이터 직선 구동부(165)를 각각 제어한다.
연산부(182) 및 저장부(183)에 대한 구체적인 내용은 정위 수술 지원 방법에서 구체적으로 설명한다.
정위 수술 지원 장치(10)와 단말기(20)의 통신부(23, 184)는 상호 간에 데이터를 전송하는 구성이다.
단말기(20)의 표시부(21)는 사용자에게 시각적으로 정보를 제공하는 디스플레이 패널 등을 포함할 수 있고, 입력부(22)는 사용자가 제어 명령 등을 입력할 수 있는 수단(예를 들어, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 스크린 등)을 포함한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 방법은, 기준점을 포인팅 하는 단계(S11), 기준점의 좌표를 연산하는 단계(S12), 수술 대상 기관의 크기를 연산하는 단계(S13), 표준 모델링을 보정하는 단계(S14), 보정된 모델링 정보를 표시하는 단계(S15), 삽입 불가능 영역을 표시하는 단계(S16), 어플리케이션의 삽입 지점을 입력하는 단계(S17), 삽입 경로를 연산하는 단계(S18) 및 어플리케이터가 삽입되도록 제어하는 단계(S19)를 포함한다.
기준점을 포인팅 하는 단계(S11)에서, 사용자는 정위 수술 지원 장치(10)에 장착된 어플리케이터(171, 172) 중 어느 하나(예를 들어, 드릴 모듈(172))를 수술 대상 기관의 2개 이상의 기준점(P1, P2; 도 7 참고)에 위치시켜 기준점을 포인팅한다.
기준점은 미리 정해진 위치로서, 사용자가 육안으로 쉽게 해당 지점을 확인할 수 있는 지점으로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 쥐의 뇌를 대상으로 정위 수술을 진행하는 경우, 기준점은 Bregma(P1)와 Lambda(P2)로 설정될 수 있다.
기준점을 포인팅할 때는, 도 5에 도시된 바와 같이, 어플리케이터(172)의 자세가, w 방향이 Z 방향과 평행한 상태에서 포인팅되도록 할 수 있다. 이는 정위 수술 지원 장치(10)의 제어 편의성과 기준점의 좌표 연산의 편의성 및 정확성을 위함이다. 실시예에 따라 기준점을 포인팅할 때의 어플리케이터(172)의 자세는 다른 자세를 갖도록 미리 세팅될 수도 있다.
실시예에 따라 기준점의 개수는 3개 이상이 될 수도 있다.
기준점의 좌표를 연산하는 단계(S12)에서는, 연산부(182)가 S11 단계에서 포인팅된 어플리케이터(172)의 포지션을 기초로 기준점(P1, P2)의 좌표를 연산한다.
연산부(182)는 어플리케이터(172)가 기준점(P1, P2)을 포인팅한 상태에서의 제1 슬라이더 구동부(152), 제2 슬라이더 구동부(156), 제3 슬라이더 구동부(155), 제1 축 회전 구동부(161), 제2 축 회전 구동부(163) 및 어플리케이터 직선 구동부(165)의 엔코더로부터 정보를 수집하여 각 기준점(P1, P2)의 좌표를 연산할 수 있다.
수술 대상 기관의 크기를 연산하는 단계(S13)에서는, 연산부(182)가 S12 단계에서 연산된 기준점(P1, P2)의 좌표 간 거리를 연산할 수 있다. 즉, 기준점이 2개(P1, P2)이 경우에는 기준점(P1, P2) 사이의 거리가 수술 대상 기관의 크기 정보가 될 수 있다.
실시예에 따라 기준점이 3개 이상인 경우에는 각 기준점 사이의 거리 또는 각 기준점에 의해 형성되는 다각형의 면적 또는 입체의 부피 등이 수술 대상 기관의 크기 정보가 될 수 있다.
표준 모델링을 보정하는 단계(S14)에서는, 연산부(182)가 저장부(183)에 미리 저장된 수술 대상 기관의 표준 모델링 정보를 로딩하고, 표준 모델링 정보가 S13 단계에서 연산된 수술 대상 기관의 크기와 대응하도록 표준 모델링을 보정한다.
저장부(183)에 저장된 표준 모델링 정보는 수술 대상 기관의 것과 동일한 종의 다양한 개체의 수술 대상 기관으로부터 획득한 평균적인 3차원 모델링 정보일 수 있다.
기준점이 2개(P1, P2)이 경우에는 표준 모델링 정보의 기준점(P1, P2) 사이의 거리와 수술 대상 기관의 기준점(P1, P2) 사이의 비율 관계에 기초하여 표준 모델링 정보를 확대 또는 수축하여, 표준 모델링 정보의 크기가 수술 대상 기관과 유사하도록 표준 모델링 정보를 보정할 수 있다.
보정된 모델링 정보를 표시하는 단계(S15)에서는 단말기(20)의 표시부(21)를 통해 보정된 모델링 정보를 시각적으로 표시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, S15 단계에서 보정된 모델링 정보는 3차원 이미지(V1), XZ 평면과 평행한 종단면 이미지(V2), YZ 평면과 평행한 종단면 이미지(V3) 등을 표시부(21)에 표현될 수 있다. 종단면 이미지(V2, V3)들은 눈금 길이가 표현된 그리드 상에 표현될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 단말기(20)는 표시부(21)의 상부에 각 이미지(V1, V2, V3)들을 작게 표시하고, 각 이미지(V1, V2, V3) 중 사용자가 선택한 이미지(V3)를 하부에 확대하여 표시하는 GUI(graphic user interface)를 제공할 수 있다.
삽입 불가능 영역을 표시하는 단계(S16)에서는, 연산부(182)가 3축 구동부(150)와 어플리케이터 구동 유닛(160)의 가동 범위에 따른 보정된 모델링 정보에 대한 어플리케이터(171, 172)의 삽입이 불가능한 영역을 연산하고, 도 9에 도시된 바와 같이, 해당 영역(Z)을 사용자가 선택한 이미지(V3) 상에 중첩하여 표현할 수 있다.
사용자는 표시부(21)에 시작적으로 표현된 삽입이 불가능한 영역(Z)을 고려하여, 어플리케이션의 삽입 위치(T)를 결정할 수 있다. 만일 사용자가 목표로 하는 어플리케이션의 삽입 위치(T)가 삽입이 불가능한 영역(Z) 내에 위치하는 경우에는 수술 대상 기관의 위치 및/또는 자세를 수정한 이후, 다시 S11 단계를 진행하는 것을 반복하여 사용자가 목표로 하는 어플리케이션의 삽입 위치(T)가 삽입이 불가능한 영역(Z) 내에 위치하지 않도록 한 이후, S17 단계를 진행할 수 있다.
어플리케이션의 삽입 지점을 입력하는 단계(S17)에서는, 사용자가 단말기(20)의 입력부(22)를 통해 어플리케이션의 삽입 위치(T)를 입력한다. 삽입 위치(T)는 어플리케이션의 말단이 삽입되는 최종 지점을 의미한다.
사용자는 단말기(20)의 표시부(21)에 표시된 종단면 이미지(V2, V3) 및/또는 3차원 이미지(V1)를 보면서 이미지 상에 삽입 위치(T)를 지정할 수 있다. 입력부(22)가 터치 스크린을 포함하는 경우, 사용자는 단말기(20) 상에 표시된 종단면 이미지(V2, V3) 및/또는 3차원 이미지(V1) 상에 삽입 위치(T)를 터치하는 방식으로 간편하게 삽입 위치(T)를 입력할 수 있다.
본 실시예에서는 삽입 불가능 영역을 표시하는 단계(S16) 이후에 어플리케이션의 삽입 지점을 입력하는 단계(S17)가 진행되는 예를 설명하였으나, 실시예에 따라, 삽입 불가능 영역을 표시하는 단계(S16)가 생략되거나, 어플리케이션의 삽입 지점을 입력하는 단계(S17) 이후에 연산부(182)가 삽입 위치(T)로 어플리케이터가 삽입 가능하지 여부를 판단하여 사용자에게 판단 결과를 출력하는 단계가 수행될 수 있다.
삽입 경로를 연산하는 단계(S18)에서는, 연산부(182)가 S17 단계에서 입력된 삽입 위치(T)의 좌표와 3축 구동부(150) 및 어플리케이터 구동 유닛(160)의 가동 범위 등을 기초로 어플리케이터(171, 172)의 삽입 경로(L, 도 9 참고)를 연산한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 연산된 삽입 경로(L)는 종단면 이미지(V2, V3) 및/또는 3차원 이미지(V1) 상에 표현될 수 있다.
연산부(182)는 삽입 경로(L)를 연산할 때에, 회피 영역(D1 ~ D4, 도 9 참고)을 회피하여 삽입 위치(T)로 도달하는 삽입 경로(L)를 연산한다.
회피 영역(D1 ~ D4)은 표준 모델링 정보와 함께 미리 저장부(183)에 저장될 수 있으며, 표준 모델링을 보정하는 단계(S14)에서 표준 모델링 정보를 수술 대상 기관의 크기와 대응하도록 보정할 때에 표준 모델링 정보의 회피 영역(D1 ~ D4)도 함께 보정될 수 있다.
회피 영역(D1 ~ D4)은 수술 대상 기관 내에서 세포 밀도가 높은 영역이나 혈관이 밀집되어 분포하는 영역 등으로 어플리케이터가 통과하기에 부적절할 영역이다. 회피 영역(D1 ~ D4)은 영역마다 크기가 다르게 설정될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 종단면 이미지(V2, V3) 및/또는 3차원 이미지(V1) 상에 표시될 수 있다.
만일, 회피 영역(D1 ~ D4)을 모두 회피하며 사용자가 선택한 삽입 위치(T)로 진입할 수 있는 삽입 경로(L)가 연산되지 않는 경우, 표시부(21)에 삽입 경로(L)를 연산할 수 없다는 알림 메시지를 출력할 수 있다.
어플리케이터가 삽입되도록 제어하는 단계(S19)에서는, S18 단계에서 연산된 삽입 경로(L)를 따라 어플리케이터(171, 172)가 진입하도록, 제어부(181)가 제1 슬라이더 구동부(152), 제2 슬라이더 구동부(156), 제3 슬라이더 구동부(155), 제1 축 회전 구동부(161), 제2 축 회전 구동부(163) 및 어플리케이터 직선 구동부(165)를 각각 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정위 수술 지원 장치(10) 및 정위 수술 지원 방법에 따르면, 정위 수술 지원 장치(10)의 스테이지(120) 상에 안착된 수술 대상 기관의 크기를 반영한 모델링 정보가 단말기(20) 상에 표현되고, 사용자가 단말기(20) 상에 표현된 모델링 정보에 삽입 위치(T)를 지정하면, 회피 영역(D1 ~ D4)들을 회피한 삽입 경로(L)를 연산하여 사용자에게 수술 대상 기관의 모델링 정보와 함께 보여주고, 삽입 경로(L)를 따라 어플리케이션이 삽입되도록 정위 수술 지원 장치(10)를 제어한다.
따라서, 사용자(수술자)가 경험과 육안으로 확인되는 정보에 의존하여 진행하던 정위 수술을, 보다 안정적이면서도 정확하게 수행할 수 있도록 한다.
또한, 동물을 대상으로 한 실험을 위한 정위 수술에 적용되어, 보다 정확한 실험 데이터를 획득하게 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 정위 수술 지원 시스템 10: 정위 수술 지원 장치
20: 단말기 21: 표시부
110: 베이스 120: 스테이지
121, 122: 고정 치구 131: 지지폴
132: 지지 플레이트 150: 3축 구동부
151: 제1 슬라이더 152: 제1 슬라이더 구동부
153: 제2 슬라이더 154: 제3 슬라이더
155: 제3 슬라이더 구동부 156: 제2 슬라이더 구동부
160: 어플리케이터 구동 유닛 161: 제1 축 회전 구동부
162: 회전암 163: 제2 축 회전 구동부
164: 어플리케이터 지그 165: 어플리케이터 직선 구동부
166: 직선 운동 가이드 171, 172: 어플리케이터
D1, D2, D3, D4: 회피 영역 L: 삽입 라인
P1, P2: 기준점 T: 삽입 위치
Z: 삽입 불가능 영역

Claims (16)

  1. 수술 대상 기관이 고정되는 스테이지;
    상기 스테이지의 상부에 위치하도록 설치되는 어플리케이터 구동 유닛; 및
    상기 어플리케이터 구동 유닛을 XYZ 방향으로 이동 가능하게 지지하는 3축 구동부;를 포함하며,
    상기 어플리케이터 구동 유닛은,
    상기 3축 구동부에 대해 제1 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 회전암 및
    상기 회전암에 상기 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되고, 적어도 하나의 어플리케이터가 정해진 범위 내에서 직선 운동 가능하게 장착되는 어플리케이터 장착부를 포함하는, 정위 수술 지원 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어플리케이터 장착부는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 교차하는 지점에 위치하는, 정위 수술 지원 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어플리케이터 장착부는 2개 이상의 어플리케이터를 장착할 수 있으며,
    상기 회전암의 회전 각도에 따라 2개 이상의 어플리케이터 중 상기 수술 대상 기관을 향하는 어플리케이터가 결정되는, 정위 수술 지원 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어플리케이터는,
    상기 수술 대상 기관에 액상의 약제를 주입하는 주사기 모듈, 상기 수술 대상 기관에 전기적 자극을 인가하는 전극 모듈 및 상기 수술 대상 기관에 구멍을 뚫는 드릴 모듈 중 적어도 하나를 포함하는, 정위 수술 지원 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어플리케이터 장착부에 상기 어플리케이터를 이동시켜 포인팅된 2개 이상의 지점의 좌표를 연산하고, 연산된 좌표를 기반으로 상기 수술 대상 기관의 표준 모델링 정보를 상기 수술 대상 기관의 크기로 보정하는 연산부를 더 포함하는, 정위 수술 지원 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보정된 모델링 정보를 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는, 정위 수술 지원 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력 받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 연산부는 입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입되는 삽입 경로를 연산하는, 정위 수술 지원 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 3축 구동부, 상기 회전암 및 상기 어플리케이터 장착부를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 삽입 경로를 따라 상기 어플리케이터가 삽입되도록 상기 3축 구동부, 상기 회전암 및 상기 어플리케이터 장착부를 각각 제어하는, 정위 수술 지원 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 삽입 경로를 연산함에 있어서, 상기 삽입 경로가 상기 보정된 모델링 정보에 포함된 적어도 하나의 회피 영역을 회피하도록 연산하는, 정위 수술 지원 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력 받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 연산부는 상기 3축 구동부 및 상기 어플리케이터 구동 유닛의 작동 범위를 기초로 입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입 가능한지 여부를 판단하는, 정위 수술 지원 시스템.
  11. 정위 수술 지원 장치에 장착된 어플리케이터를 수술 대상 기관의 2개 이상의 지점에 위치시키는 단계;
    상기 어플리케이터가 위치한 2개 이상의 지점의 좌표를 연산하는 단계;
    연산된 좌표를 기반으로 상기 수술 대상 기관의 표준 모델링 정보를 상기 수술 대상 기관의 크기로 보정하는 단계; 및
    보정된 모델링 정보를 표시하는 단계를 포함하는 정위 수술 지원 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    보정된 모델링 정보를 기초로 상기 어플리케이터가 삽입될 위치를 입력하는 단계 및
    입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입되는 삽입 경로를 연산하는 단계를 더 포함하는, 정위 수술 지원 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 삽입 경로를 따라 상기 어플리케이터가 삽입되도록 상기 정위 수술 지원 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는, 정위 수술 지원 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 삽입 경로를 연산하는 단계에서,
    상기 보정된 모델링 정보에 포함된 적어도 하나의 회피 영역을 회피하도록 상기 삽입 경로를 연산하는, 정위 수술 지원 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    입력된 상기 어플리케이터가 삽입될 위치로 상기 어플리케이터가 삽입 가능한지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는, 정위 수술 지원 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 어플리케이터가 삽입될 수 없는 영역을 연산하는 단계 및
    표시된 상기 보정된 모델링 정보 상에 상기 어플리케이터가 삽입될 수 없는 영역을 표시하는 단계를 더 포함하는, 정위 수술 지원 방법.
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