KR20190078853A - 레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템 - Google Patents

레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템 Download PDF

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Abstract

레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템이 개시된다. 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 레이저 표적 투영장치는, 원점을 중심으로 회전하여 평면을 이루는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈, 상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하며, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 정합부 및 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템 {LASER PROJECTION APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF, LASER GUIDANCE SYSTEM INCLUDING THE APPARATUS}
본 발명은 레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템으로서, 외과 수술에서 고정 나사, 드릴, 가이드 등의 삽입 위치 및 자세를 환부에 투영하는 레이저 표적 투영장치 및 그 제어방법, 레이저 표적 투영장치를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템에 관한 것이다.
영상장치를 이용해서 수술 계획을 하는 경우, 실제 수술 현장에서 그 계획대로 수술을 진행하기는 어렵다. 단적인 예로 절골술에 있어서 무릎관절 아래 5cm 이하에서 절골술을 계획했다고 하면, 피부를 절개하여 드러난 실제 무릎에서 자를 이용해서 5cm를 절개하고, 이에 따라 수술을 진행해야 할 필요가 있다. 그러나, 자의 위치, 각도에 따라서 계획과는 많은 차이가 발생하게 된다.
특히, 의료진의 수작업에 의존하여 필기 도구를 사용하는 수술 천공점의 표기 방식은, 특히 천공이 필요할 경우에는 의료진은 투시 영상장치(C-armed fluoroscopy)의 2D 영상에 의존해야 하기 때문에 수술 기구가 실제적인 환자의 피부 내측 수술 환부에 수직으로 또는 경사를 두고 진입해야 할지에 대한 중요한 정보를 전혀 제공하고 있지 못한다. 따라서, 의료진의 수술 경험이나 감에 의존하는 수술을 진행해야 하는 결과를 초래하게 된다.
더욱이, 수술실에서의 수술 결과는 수술을 집도하는 의료진의 수술 경험이나 환부 영상 정보의 의학적 해석 능력에 크게 좌우될 수 밖에 없어서, 수술 경험이 부족한 의료진의 경우에는 정확한 수술 집도를 위한 지속적인 준비 교육 기간이 상당 기간 요구되어, 결과적으로 교육에 소요되는 인적, 물적 비용의 지출이 증가될 수 밖에 없다는 문제점이 있다.
이에 따라서 계획된 수술을 정확하게 진행시키기 위한 가이던스가 요구된다. 종래에는 CT(Computed Tomography; 컴퓨터 단층촬영), MR(magnetic resonance; 자기공명) 장치와 같은 설비를 이용하여 환자에 대한 영상을 획득하고, 다시 수술실에서 환자의 다리 등의 일정한 곳에 마커 등을 설치하고(마커는 좌표를 맞추기 위한 보조 도구), 해당 마커를 이용하여 수술실에서 MRI를 통해 찍은 영상을 정합(좌표 정합)하여야만 한다.
따라서, 환자의 인체에 마커를 표시하는 과정 및 마커와 영상을 정합하여야 하는 두 번의 과정을 거치게 되므로, 수술에 있어 수행 과정이 복잡하고 실시간 가이던스를 제공하지 못하는 문제가 있다. 또한, 마커와 영상의 정합이 정밀하지 못하여 고도의 정확성을 요구하는 외과 수술에 악영향을 미칠 위험이 있다.
특히, 정형외과 수술에서는 이동형 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 이용하여 뼈의 상태를 확인하고 절골, 변경 교정 등의 수술 계획을 수립하여, 수술을 진행하는 경우가 빈번하다. 현재 이를 위해서 k-wire(stainless-steel wire)을 환부에 두고, C-arm영상을 촬영하고, 뼈와 k-wire간의 위치를 가늠하여 수술 계획을 실시한다.
레이저 표적 투영장치는 C-arm영상에서 계획한 라인들을 환부에 직접 표시해 주는 장치로써, 이 장치를 사용하기 위해 필요한 C-arm과 레이저 표적 장치와의 정확한 위치 정합이 필수적이다.
본 발명의 일측면에 의하면 C-arm 영상 상에 계획되는 수술 정보에 따른 위치로 라인 레이저를 투영하기 위해 C-arm과의 위치 정합을 수행하는 레이저 표적 투영장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면 C-arm 영상 상에 계획되는 수술 정보를 환부에 표시하기 위한 라인 레이저를 발생시키기 위한 레이저 표적 투영장치의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를, 두 개의 라인 레이저의 교차점으로 환부에 직접 표시하는 레이저 수술 유도 시스템을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표적 투영장치는, 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 레이저 표적 투영장치로, 원점을 중심으로 회전하여 평면을 이루는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈, 상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하며, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 정합부 및 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 정합부는, 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산할 수 있다.
또한, 상기 정합부는, 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계로 변환하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 정합부는, 상기 C-arm 영상에서 상기 라인 레이저 모듈에 위치하는 C-arm용 마커의 외부 파라미터를 계산하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 C-arm용 마커를 기준으로 한 C-arm용 마커 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하고, 상기 C-arm용 마커 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저 모듈은, 레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저, 상기 레이저 광선을 상기 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기, 상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울, 상기 회전 라인 생성기와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제1 모터 및 상기 회전 거울과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제2 모터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저 모듈은, 캘리브레이션 패턴이 부착된 캘리브레이션 툴을 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 툴은 상기 라인 레이저 모듈과 상기 C-arm 사이에 위치할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 레이저 표적 투영장치의 제어방법은, 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 레이저 표적 투영장치의 제어방법으로, 상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하고, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 레이저 표적 투영장치에서 발생하는 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하고, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어한다.
한편, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 레이저 표적 투영장치에서 발생하는 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 것은, 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 라인 레이저의 회전 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 것일 수 있다.
또한, 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계로 변환하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 C-arm 영상에서 상기 라인 레이저 모듈에 위치하는 C-arm용 마커의 외부 파라미터를 계산하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 C-arm용 마커를 기준으로 한 C-arm용 마커 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하고, 상기 C-arm용 마커 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저 모듈은, 레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저, 상기 레이저 광선을 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기, 상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울, 상기 회전 라인 생성기와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제1 모터 및 상기 회전 거울과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제2 모터를 포함하고, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어하는 것은, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 것일 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어하는 것은, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 레이저 수술 유도 시스템은, 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm), 상기 C-arm을 통해 촬영한 영상을 디스플레이하고, 사용자로부터 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 입력 받는 디스플레이 장치 및 상기 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 적어도 두 개의 레이저 표적 투영장치를 포함하고, 상기 레이저 표적 투영장치는, 원점을 중심으로 회전하여 평면을 이루는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈 상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하며, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 정합부 및 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저 모듈을 제어하는 제어부를 포함한다.
한편, 상기 수술 정보가 상기 적어도 두 개의 레이저 표적 투영장치로부터 발생하는 라인 레이저의 교차점으로 표시될 수 있다.
또한, 상기 정합부는, 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산할 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저 모듈은, 레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저, 상기 레이저 광선을 상기 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기, 상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울, 상기 회전 라인 생성기와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제1 모터 및 상기 회전 거울과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제2 모터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어할 수 있다.
또한, 상기 라인 레이저 모듈은, 상기 라인 레이저 모듈과 상기 C-arm 사이에 위치하며, 캘리브레이션 패턴이 부착된 캘리브레이션 툴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 장치는, 상기 C-arm을 통해 촬영한 영상을 디스플레이하는 패널 및 사용자의 터치 입력을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 상기 패널에 제공하고, 가해지는 사용자의 터치 입력을 감지하는 인터페이스부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를, 두 개의 라인 레이저의 교차점으로 환부에 직접 표시함으로써, 사용자(예를 들어, 의사)가 정밀하고 용이하게 수술을 집도할 수 있도록 도와줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 유도 시스템의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 표적 투영장치의 제어 블록도이다.
도 3은 라인 레이저 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 라인 레이저 모듈에 포함되는 캘리브레이션 툴의 일 예이다.
도 5 내지 도 7은 C-arm과 레이저 표적 투영장치 간의 위치 정합을 위해 사용되는 좌표계들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 C-arm 영상을 기준으로 한 C-arm 영상 좌표계의 한 점을 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계의 한 점으로 나타내는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 정합부에서 산출하는 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표적 투영장치의 제어방법의 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 유도 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 유도 시스템(1)은 외과 수술에서 고정나사, 드릴, 가이드 등의 삽입 위치 및 자세를 유도하여 사용자(예를 들어, 의사)가 정밀하고 용이하게 수술을 집도할 수 있도록 도와줄 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 유도 시스템(1)은 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)(100), 디스플레이 장치(200) 및 레이저 표적 투영장치(300a, 300b)를 포함하여, C-arm(100)을 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를, 두 개의 라인 레이저(32a, 32b)의 교차점(P)으로 환부에 직접 표시할 수 있다.
구체적으로는, C-arm(100)은 인체를 스캔하여 수술 부위를 촬영하는 장치로, C-arm에 의해 촬영되는 영상인 C-arm 영상은 2차원의 방사선 투시영상일 수 있다. C-arm(100)은 촬영된 영상을 디스플레이 장치(200)로 전송할 수 있다.
디스플레이 장치(200)는 C-arm 영상을 출력하고, 사용자로부터 수술 정보를 입력 받을 수 있다. 이를 위해, 디스플레이 장치(200)는 C-arm 영상을 표시하는 디스플레이 패널 및 사용자의 터치 입력을 가능하게 하는 사용자 인터페이스(UI: User Interface)를 디스플레이 패널에 제공하고, 가해지는 사용자의 터치 입력을 감지하는 인터페이스부를 포함할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치(200)는 사용자가 수술 정보를 C-arm 영상 상에 직접 도식적으로 표시 및 변경할 수 있는 기능을 제공하며, 따라서, 디스플레이 패널은 터치 스크린 기능을 포함하거나, 별도의 터치 패드 장치를 포함할 수 있다. 일예로, 디스플레이 장치(200)가 도 1과 같이 터치 스크린 기능이 포함된 디스플레이 패널로 구성되면, 사용자는 디스플레이 패널에 표시되는 C-arm 영상 상에 전자펜(42)을 이용하거나 또는 손으로 직접 수술 정보를 계획할 수 있다.
레이저 표적 투영장치(300a, 300b)는 라인 레이저를 발생시켜 C-arm 영상 상에 계획되는 수술 정보에 따라 환부에 투영하는 장치로, 도 1과 같이 C-arm(100)에 결합될 수 있다. 레이저 표적 투영장치(300a, 300b)는 C-arm 영상 상에 계획되는 수술 정보에 따른 위치로 라인 레이저를 투영하기 위해, C-arm(100)과 레이저 표적 투영장치(300a, 300b) 간의 위치 정합을 수행할 수 있다. 상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 수술 유도 시스템(1)은 두 개의 라인 레이저(32a, 32b)의 교차점(P)으로 수술 정보를 환부에 표시할 수 있다. 따라서, 레이저 표적 투영장치(300a, 300b)는 적어도 두 개 마련될 수 있다. 이와 같은 레이저 표적 투영장치(300a, 300b)에 대하여 도 2 내지 도 11을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 표적 투영장치의 제어 블록도이다.
도 2를 참조하면, 레이저 표적 투영장치(300)는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈(310), C-arm(100)과 레이저 표적 투영장치(300) 간의 위치 정합을 수행하는 정합부(320) 및 정합 결과에 따라 라인 레이저 모듈(310)을 제어하는 제어부(330)를 포함할 수 있다. 이하, 레이저 표적 투영장치(300)의 각 구성요소에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
라인 레이저 모듈(310)은 라인 레이저를 발생시킬 수 있다. 이를 위한 라인 레이저 모듈(310)의 구성과 관련하여 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 라인 레이저 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 라인 레이저 모듈(310)은 그린 레이저(311), 회전 라인 생성기(312), 회전 거울(313), 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)를 포함하여 구현될 수 있으며, 이러한 구성들은 라인 레이저 모듈(310)의 외형을 규정하는 하우징에 수용될 수 있다.
그린 레이저(311)는 레이저 광선을 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서 레이저 발생을 위한 구성으로, 녹색의 레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저(311)로 한정하였으나, 레이저 광선의 색에 제한이 있는 것은 아니다.
회전 라인 생성기(312)는 레이저 광선을 원점을 중심으로 회전시켜 라인 레이저(32)로 변환할 수 있다. 즉, 회전 라인 생성기(312)는 레이저 광선을 회전시켜, 결과적으로는 평면을 이뤄 표적에 라인 형태로 투영되는 라인 레이저(32)로 변환할 수 있다. 회전 라인 생성기(312)는 제1 모터(314)에 의해 2자유도의 움직임을 제공받을 수 있다. 회전 라인 생성기(312)는 제1 모터(314)의 동작에 따라 회전하여, 레이저 광선을 원점을 중심으로 회전시켜 라인 레이저(32)로 변환할 수 있다. 이때, 라인 레이저(32)의 회전각(θ1)이 제1 모터(314)의 회전각(θ1)일 수 있으며, 후술하는 정합부(320) 및 제어부(330)에 의해 그 값이 산출될 수 있다.
회전 거울(313)은 회전 라인 생성기(312)와 마주하도록 위치하여, 라인 레이저(32)를 반사할 수 있다. 회전 거울(313)은 라인 레이저(32)의 회전 중심 축의 방향을 변환할 수 있다. 라인 레이저(32)의 회전 중심 축이 방향이 변환되면, 라인 레이저(32)가 이루는 평면이 향하는 방향(nl)이 변환될 수 있다. 회전 거울(313)은 제2 모터(315)에 의해 2자유도의 움직임을 지원받을 수 있다. 회전 거울(313)은 제2 모터(315)의 동작에 따라 회전 거울(313)의 방향(nm)이 변할 수 있다. 회전 거울(313)은 회전 거울(313)의 방향(nm)과 45°의 각도로 라인 레이저(32)를 반사할 수 있다. 결과적으로 라인 레이저(32)는 회전 거울(313)의 방향(nm)에 따라 표적으로 투영될 수 있다. 이러한 회전 거울(313)의 방향(nm)은 제2 모터(315)의 회전각(θ2)에 따라 결정될 수 있으며, 그 회전각(θ2)은 후술하는 정합부(320) 및 제어부(330)에 의해 산출될 수 있다.
제1 모터(314) 및 제2 모터(315)는 2자유도의 조향성을 가질 수 있다. 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)는 제어부(330)에 제어에 따라 동작할 수 있다. 제1 모터(314)는 회전 라인 생성기(312)와 연결되어, 회전 라인 생성기(312)에 2자유도의 움직임을 제공할 수 있다. 제2 모터(315)는 회전 거울(313)과 연결되어, 회전 거울(313)에 2자유도의 움직임을 제공할 수 있다. 이러한 제1 모터(314) 및 제2 모터(315) 각각의 회전각(θ1, θ2)은 환부로 투영되는 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)로부터 산출될 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
한편, 상술한 것처럼, 레이저 표적 투영장치(300)는 C-arm(100)과 레이저 표적 투영장치(300) 간의 위치 정합을 수행하는데, 이를 위해, 라인 레이저 모듈(310)은 캘리브레이션 툴(336)을 더 포함할 수 있으며, C-arm(100)을 기준으로 라인 레이저 모듈(310)의 위치를 확인할 수 있도록, 캘리브레이션 툴(336)의 소정의 위치에 C-arm 영상에 나타나는 C-arm용 마커가 부착될 수 있다.
도 4는 라인 레이저 모듈에 포함되는 캘리브레이션 툴의 일 예이다.
도 4를 참조하면, 캘리브레이션 툴(336)은 하면에 바둑판 형상의 캘리브레이션 패턴이 부착될 수 있다. 캘리브레이션 툴(336)은 라인 레이저 모듈(310)과 C-arm(100) 사이에 위치하도록 라인 레이저 모듈(310)에 장착될 수 있다.
정합부(320)는 C-arm(100)과 레이저 표적 투영장치(300) 간의 위치 정합을 위한 연산을 수행하며, 제1 모터(314) 및 제2 모터(315) 각각의 회전각(θ1, θ2)을 산출하기 위한 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 산출할 수 있다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 정합부(320)에서 C-arm과 레이저 표적 투영장치 간의 위치 정합을 위해 사용되는 좌표계들을 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7은 C-arm과 레이저 표적 투영장치 간의 위치 정합을 위해 사용되는 좌표계들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, {C}는 C-arm(100)을 기준으로 한 C-arm 좌표계를 나타낸다. {L1}, {L2}는 각각 제1 레이저 표적 투영장치(31a), 제2 레이저 표적 투영장치(31b)를 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계를 나타내며, 보다 상세하게는 각 레이저 표적 투영장치(300)에 포함되는 라인 레이저 모듈(310)로부터 출력되는 라인 레이저의 원점을 기준으로 한 좌표계이다.
도 6을 참조하면, {M1}, {M2}는 각각 제1 레이저 표적 투영장치(31a), 제2 레이저 표적 투영장치(31b) 에 부착된 C-arm용 마커를 기준으로 한 C-arm용 마커 좌표계를 나타낸다. 정합부(320)는 {M}과 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00001
을 도출할 수 있으며, 또한, {C}와 {M} 간의 변환 행렬
Figure pat00002
을 도출할 수 있다. 정합부(320)는
Figure pat00003
및
Figure pat00004
을 이용하여, {L}과 {C} 간의 변환 행렬
Figure pat00005
을 도출할 수 있으며, 이러한 변환 행렬을 이용하여 {L1} 또는 {L2} 의 좌표를 {C} 의 좌표로 표현할 수 있다.
도 7을 참조하면, {i}는 C-arm 영상을 기준으로 한 C-arm 영상 좌표계를 나타내며, 3축 좌표계인 {C}, {L}, {M} 와는 달리, 2축 좌표계이다. 정합부(320)는 {C} 에서의 {i} 의 좌표를 계산할 수 있다.
이하, 정합부(320)에서의 C-arm(100)과 레이저 표적 투영장치(300) 간의 위치 정합을 위한 연산에 대하여 설명하기로 한다.
정합부(320)는 {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00006
을 도출하기 위해, 먼저, {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00007
을 도출할 수 있다. 정합부(320)는 공지의 Zhang's camera calibration 방법을 사용하여 {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00008
을 도출할 수 있다. 상술한 것처럼, 레이저 표적 투영장치(300)에는 C-arm용 마커가 부착될 수 있으며, C-arm 영상에 C-arm용 마커가 나타날 수 있다. 정합부(320)는 C-arm 영상에서 Zhang's camera calibration 방법을 사용하여 C-arm용 마커의 외부 파라미터(extrinsic parameter)를 계산할 수 있다. 이때, 정합부(320)는 C-arm 영상에 투영되는 캘리브레이션 패턴을 기준으로 하여 C-arm용 마커의 외부 파라미터(extrinsic parameter)를 계산할 수 있다. 이러한 캘리브레이션 툴(336)의 규격 및 그 캘리브레이션 패턴의 설계 정보는 미리 저장될 수 있다. 정합부(320)는 C-arm용 마커의 외부 파라미터(extrinsic parameter)에 따라 {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00009
을 도출할 수 있으며, 이러한 변환 행렬
Figure pat00010
을 이용하여 {C}의 어느 한 좌표를 {M}의 좌표값으로 변환할 수 있다.
또한, 정합부(320)는 {M}과 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00011
을 도출할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 라인 레이저 모듈(310)로부터 출력되는 라인 레이저의 원점을 기준으로 한 좌표계인 {L}은 C-arm용 마커를 기준으로 한 좌표계인 {M}을 y축을 기준으로 180°회전시킨 좌표계와 동일하다. 따라서, 정합부(320)는 아래의 수학식 1과 같이 {M}과 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00012
을 도출할 수 있으며, 이러한 변환 행렬
Figure pat00013
을 이용하여 {M}의 어느 한 좌표를 {L}의 좌표값으로 변환할 수 있다.
Figure pat00014
수학식 1에서 x,y,z 는 캘리브레이션 툴(336)의 설계에 따라 결정되는데, 라인 레이저 모듈(310)로부터 출력되는 라인 레이저의 원점과 캘리브레이션 패턴의 원점 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다.
정합부(320)는 이와 같은 방식으로 도출한
Figure pat00015
및
Figure pat00016
을 이용하여, {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00017
를 도출할 수 있다. 정합부(320)는 아래의 수학식 2와 같이
Figure pat00018
및
Figure pat00019
을 이용하여, {C}과 {L1} 간의 변환 행렬
Figure pat00020
을 도출할 수 있으며, 이러한 변환 행렬
Figure pat00021
을 이용하여 {C}의 어느 한 좌표를 {L1}의 좌표값으로 변환할 수 있다. 또한, 정합부(320)는 아래의 수학식 3과 같이
Figure pat00022
및
Figure pat00023
을 이용하여, {C}과 {L2} 간의 변환 행렬
Figure pat00024
을 도출할 수 있으며, 이러한 변환 행렬
Figure pat00025
을 이용하여 {C}의 어느 한 좌표를 {L2}의 좌표값으로 변환할 수 있다.
Figure pat00026
Figure pat00027
한편, 정합부(320)는 {i}의 한 점 Pimg(x,y)를 {C}의 한 점 P(Xc,Yc,Zc)로 변환할 수 있다. 여기서, Pimg(x,y)는 사용자에 의해 C-arm 영상에 표시되는 삽입 위치일 수 있다. 정합부(320)는 {i}를 정규좌표계로 변환한 뒤, 정규좌표계에서 {C}로 변환할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 8은 C-arm 영상을 기준으로 한 C-arm 영상 좌표계의 한 점을 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계의 한 점으로 나타내는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
정합부(320)는 공지의 Zhang's methods를 이용하여 수학식 4와 같이 C-arm의 내부 파라미터(intrinsic parameter) k를 획득할 수 있으며, 수학식 5 및 6과 같이 {i}를 정규좌표계로 변환하기 위한 파라미터를 획득할 수 있다.
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
정합부(320)는 정규좌표계를 {C}로 변환할 수 있다. C-arm 영상은 C-arm(100)intensifier와 평행한 평면이며, C-arm(100)과 촬영 대상까지의 거리는 미리 확인 가능하다. 예컨대, {C} 의 원점으로부터 촬영 대상까지의 거리를 d라고 하면, P(Xc,Yc,Zc)는 아래의 수학식 7과 같이 산출될 수 있다.
Figure pat00031
정합부(320)는 {C}에서의 삽입 위치를 나타내는 좌표 P(Xc,Yc,Zc)를 산출하면, 사용자로부터 입력 받은 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산할 수 있다. 또한, 정합부(320)는 {C}에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표를 계산할 수 있다. 또한, 정합부(320)는 삽입 벡터 및 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표에 따라, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 산출할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 9는 도 2에 도시된 정합부에서 산출하는 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 정합부(320)는 {C}에서의 삽입 위치를 나타내는 좌표 P(Xc,Yc,Zc)에서, 사용자로부터 입력 받은 삽입 각도(α)에 따른 삽입 벡터(Vtarget)를 계산할 수 있다.
또한, 정합부(320)는 {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00032
을 이용하여 아래의 수 학식 8과 같이, {C}에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표(PL1, PL2)를 계산할 수 있다.
Figure pat00033
Figure pat00034
그리고, 정합부(320)는 아래의 수학식 9와 같이 {C}에서의 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 산출할 수 있다. 정합부(320)는 {C}에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표 및 삽입 위치를 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 삽입 벡터를 외적하여, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 산출할 수 있다.
Figure pat00035
Figure pat00036
수학식 9에 따른 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)는 {C}를 기준으로 한 벡터이므로, 정합부(320)는 {L}을 기준으로 한 벡터로 변환할 수 있으며, 그에 따른 라인 레이저(32)의 벡터는 아래의 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00037
제어부(330)는 수학식 10에 따른 라인 레이저(32)가 환부로 투영될 수 있도록, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)에 기초하여, 라인 레이저 모듈(310)을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(330)는 라인 레이저 모듈(310)의 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)의 조향 각도를 각각 산출하여 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)를 제어할 수 있다. 이하의 설명에서, 제1 모터(314)의 조향 각도는 제1 회전각(θ1)이라 하고, 제2 모터(315)의 조향 각도는 제2 회전각(θ2)이라 하기로 한다.
구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)는 아래의 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00038
수학식 11에서 nl은 라인 레이저(32)가 이루는 평면이 향하는 방향을 나타내고, nm은 회전 거울(313)의 방향을 나타낼 수 있다.
수학식 11에서 nl, nm 및 nl·nm을 제1 회전각(θ1) 및 제2 회전각(θ2)을 이용하여 나타내면 아래의 수학식 12와 같다.
Figure pat00039
수학식 12를 수학식 11에 적용하면, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)는 아래의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00040
따라서, 제어부(330)는 수학식 13에 기초하여, 제1 회전각(θ1) 및 제2 회전각(θ2)을 각각 산출할 수 있다. 예를 들어, 제어부(330)는 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)의 x 값과
Figure pat00041
을 비교하여, θ1-θ2를 산출하고, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)의 y, z 값에 산출한 θ1-θ2 값을 적용하여 제2 회전각(θ2)를 먼저 산출한 뒤, 제1 회전각(θ1)을 산출할 수 있다.
제어부(330)는 이와 같은 방식으로 산출한 제1 회전각(θ1) 및 제2 회전각(θ2)에 따라 각각 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)를 제어할 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참조하여, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표적 투영장치의 제어방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표적 투영장치의 제어방법의 순서도이다.
도 10을 참조하면, 레이저 표적 투영장치(300)는 C-arm 좌표계에서의 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산할 수 있다(500). 레이저 표적 투영장치(300)는 수학식 4 내지 7에 따라, {i}에서 사용자에 의해 C-arm 영상에 표시되는 삽입 위치인 Pimg(x,y)를 {C}의 한 점 P(Xc,Yc,Zc)로 변환할 수 있다. 레이저 표적 투영장치(300)는 {i}를 정규좌표계로 변환한 뒤, 정규좌표계에서 {C}로 변환할 수 있다.
또한, 레이저 표적 투영장치(300)는 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산할 수 있다(510). 레이저 표적 투영장치(300)는 {C}에서의 삽입 위치를 나타내는 좌표 P(Xc,Yc,Zc)에서, 사용자로부터 입력 받은 삽입 각도(α)에 따른 삽입 벡터(Vtarget)를 계산할 수 있다.
또한, 레이저 표적 투영장치(300)는 C-arm 좌표계에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표(PL1, PL2)를 계산할 수 있다(520). 레이저 표적 투영장치(300)는 수학식 8과 같이, {C}와 {L} 간의 변환 행렬
Figure pat00042
을 이용하여 {C}에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표(PL1, PL2)를 계산할 수 있다.
또한, 레이저 표적 투영장치(300)는 삽입 벡터에 따른 C-arm 좌표계에서의 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 계산할 수 있다(530). 레이저 표적 투영장치(300)는 수학식 9와 같이, {C}에서의 라인 레이저 모듈(310)의 원점을 나타내는 좌표 및 삽입 위치를 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 삽입 벡터를 외적하여, 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 산출할 수 있다.
또한, 레이저 표적 투영장치(300)는 C-arm 좌표계에서의 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 라인 레이저 모듈 좌표계로 변환할 수 있다(540). 레이저 표적 투영장치(300)는 수학식 10과 같이, {C}를 기준으로 한 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)를 {L}을 기준으로 한 벡터로 변환할 수 있다.
또한, 레이저 표적 투영장치(300)는 라인 레이저(32)가 이루는 평면에 수직인 벡터(NormVL)에 기초하여 라인 레이저(32)가 발생하도록 제어할 수 있다(550). 레이저 표적 투영장치(300)는 수학식 13에 기초하여, 레이저 광선을 라인 레이저(32)로 변환하는 회전 라인 생성기(312)와 연결되는 제1 모터(314)의 제1 회전각(θ1)을 산출하고, 라인 레이저(32)의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울(313)과 연결되는 제2 모터(315)의 제2 회전각(θ2)을 산출하여, 제1 모터(314) 및 제2 모터(315)를 제어할 수 있다.
이와 같은, 레이저 표적 투영장치의 제어방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 레이저 수술 유도 시스템
100: C-arm
200: 디스플레이 장치
300a, 300b: 레이저 표적 투영장치
32a, 32b: 라인 레이저

Claims (20)

  1. 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 레이저 표적 투영장치에 있어서,
    원점을 중심으로 회전하여 평면을 이루는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈;
    상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하며, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 정합부; 및
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 표적 투영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정합부는,
    상기 C-arm 좌표계에서의 상기 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 레이저 표적 투영장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정합부는,
    상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계로 변환하는 것을 더 포함하는 레이저 표적 투영장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정합부는,
    상기 C-arm 영상에서 상기 라인 레이저 모듈에 위치하는 C-arm용 마커의 외부 파라미터를 계산하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 C-arm용 마커를 기준으로 한 C-arm용 마커 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하고, 상기 C-arm용 마커 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하는 것을 더 포함하는 레이저 표적 투영장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈은,
    레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저;
    상기 레이저 광선을 상기 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기;
    상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울;
    상기 회전 라인 생성기와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제1 모터; 및
    상기 회전 거울과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제2 모터를 포함하는 레이저 표적 투영장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 레이저 표적 투영장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈은,
    캘리브레이션 패턴이 부착된 캘리브레이션 툴을 더 포함하고,
    상기 캘리브레이션 툴은 상기 라인 레이저 모듈과 상기 C-arm 사이에 위치하는 레이저 표적 투영장치.
  8. 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 촬영한 C-arm 영상에 계획되는 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 레이저 표적 투영장치의 제어방법에 있어서,
    상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고,
    상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하고,
    상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 레이저 표적 투영장치에서 발생하는 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하고,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어하는 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서의 상기 레이저 표적 투영장치에서 발생하는 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 것은,
    상기 C-arm 좌표계에서의 상기 라인 레이저의 회전 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 것인 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계로 변환하는 것을 더 포함하는 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 C-arm 영상에서 상기 라인 레이저 모듈에 위치하는 C-arm용 마커의 외부 파라미터를 계산하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 C-arm용 마커를 기준으로 한 C-arm용 마커 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하고, 상기 C-arm용 마커 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈을 기준으로 한 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하여, 상기 C-arm 좌표계와 상기 라인 레이저 모듈 좌표계 간의 변환 행렬을 도출하는 것을 더 포함하는 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈은,
    레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저;
    상기 레이저 광선을 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기;
    상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울;
    상기 회전 라인 생성기와 연결되는 제1 모터; 및
    상기 회전 거울과 연결되는 제2 모터를 포함하고,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어하는 것은,
    상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 것인 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저가 발생하도록 제어하는 것은,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 것인 레이저 표적 투영장치의 제어방법.
  14. 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm);
    상기 C-arm을 통해 촬영한 영상을 디스플레이하고, 사용자로부터 삽입 위치 및 삽입 각도의 수술 정보를 입력 받는 디스플레이 장치; 및
    상기 수술 정보를 환부에 직접 투영하는 적어도 두 개의 레이저 표적 투영장치를 포함하고,
    상기 레이저 표적 투영장치는,
    원점을 중심으로 회전하여 평면을 이루는 라인 레이저를 발생시키는 라인 레이저 모듈;
    상기 C-arm을 기준으로 한 C-arm 좌표계에서의 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 삽입 각도에 따른 삽입 벡터를 계산하며, 상기 삽입 벡터에 따라 상기 C-arm 좌표계에서 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 정합부; 및
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터에 기초하여 상기 라인 레이저 모듈을 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 수술 정보가 상기 적어도 두 개의 레이저 표적 투영장치로부터 발생하는 라인 레이저의 교차점으로 표시되는 레이저 수술 유도 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 정합부는,
    상기 C-arm 좌표계에서의 상기 원점을 나타내는 좌표를 계산하고, 상기 삽입 위치를 나타내는 좌표 및 상기 원점을 나타내는 좌표를 연결한 벡터와 상기 삽입 벡터를 외적하여 상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터를 계산하는 레이저 수술 유도 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈은,
    레이저 광선을 발생시키는 그린 레이저;
    상기 레이저 광선을 상기 원점을 중심으로 회전하는 라인 레이저로 변환하는 회전 라인 생성기;
    상기 라인 레이저의 회전 중심 축을 변환하는 회전 거울;
    상기 회전 라인 생성기와 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제1 모터; 및
    상기 회전 거울과 연결되어 상기 제어부의 제어에 따라 동작하는 제2 모터를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 라인 레이저가 이루는 평면에 수직인 벡터로부터 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 조향 각도를 각각 산출하여, 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터를 제어하는 레이저 수술 유도 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 라인 레이저 모듈은,
    상기 라인 레이저 모듈과 상기 C-arm 사이에 위치하며, 캘리브레이션 패턴이 부착된 캘리브레이션 툴을 포함하는 레이저 수술 유도 시스템.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 C-arm을 통해 촬영한 영상을 디스플레이하는 패널; 및
    사용자의 터치 입력을 가능하게 하는 사용자 인터페이스를 상기 패널에 제공하고, 가해지는 사용자의 터치 입력을 감지하는 인터페이스부를 포함하는 레이저 수술 유도 시스템.
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