KR20190100004A - 수술정보 활용 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

컴퓨터에 의해 수행되는 수술정보 활용 방법이 제공된다. 상기 방법은 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계, 상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계, 및 상기 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

수술정보 활용 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR USING SURGICAL INFORMATION}
본 발명은 수술정보 활용 방법 및 장치에 관한 것이다.
수술과정에서, 의사의 수술을 보조하기 위한 정보를 제공할 수 있는 기술들의 개발이 요구되고 있다. 수술을 보조하기 위한 정보를 제공하기 위해서는, 수술 행위를 인식할 수 있어야 한다.
기존에는 수술 프로세스를 최적화 하기 위한 시나리오 구상을 위해서는 사전에 촬영된 의료영상을 참고하거나 매우 숙련된 의사의 자문을 받았으나, 의료영상만으로는 불필요한 프로세스의 판단이 어려웠으며 숙련된 의사의 자문은 특정 환자에 맞는 자문을 받기에 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 의료영상이나 숙련된 의사의 자문은 수술대상 환자에 대한 수술프로세스의 최적화를 위한 보조 용도로는 활용되기 어려운 점이 많았다.
이에, 3차원 의료영상(예를 들어, 3차원 수술도구 움직임 및 도구의 움직임으로 인해 발생하는 장기 내부의 변화에 대한 가상영상)을 이용하여 수술을 행하는데 있어서 불필요한 프로세스를 최소화하여 수술 프로세스를 최적화하고, 이에 기반한 수술보조 정보를 제공할 수 있는 방법에 대한 개발이 요구된다.
또한, 수술이 진행되는 과정에서 다양한 수술 정보를 기록한 데이터들이 수집될 수 있다. 이 경우, 수술이 완료된 이후에 수술 정보를 기록한 데이터들을 활용하면 다시 수술 과정을 복원할 수도 있고, 특히 개별 환자에 대한 의료영상을 획득하지 못한 상황에서도 수술 정보를 기록한 데이터들을 활용하여 개별 환자마다 3차원 의료영상을 재현해 낼 수도 있다. 따라서, 수술 정보를 기록한 데이터들을 활용할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수술정보 활용 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수술시 획득된 수술정보를 기록한 데이터들을 이용하여 환자의 가상신체모델을 구현하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수술시 획득된 수술정보를 기록한 데이터를 이용하여 실제수술 시의 전체 과정을 재현해낼 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터에 의해 수행되는 수술정보 활용 방법은, 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계, 상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계, 및 상기 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 큐시트데이터는, 최소 수술동작 단위를 기초로 상기 실제수술 과정을 시간에 따라 순서대로 나열한 데이터로서, 수술도구 정보 및 신체부위 정보 중 적어도 하나를 포함하는 상기 실제수술정보가 기록되는 데이터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계는, 상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술도구의 동작 정보와 연관된 특정 신체부위 정보를 획득하는 단계, 및 상기 특정 신체부위 정보로부터 상기 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계는, 상기 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 기초로 표준신체모델에 반영하는 단계, 및 상기 표준신체모델을 기반으로 상기 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 부합하는 상기 가상신체모델을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준신체모델에 반영하는 단계는, 상기 특정 신체부위의 공간 정보를 이용하여 상기 표준신체모델의 공간 상에 상기 특정 신체부위를 매핑하는 단계, 및 상기 표준신체모델의 공간 상에서 상기 매핑된 특정 신체부위의 형태에 부합하도록 변형하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준신체모델에 반영하는 단계는, 상기 큐시트데이터로부터 상기 수술 대상자의 특정 신체부위 정보를 획득하지 못한 경우, 상기 표준신체모델의 공간 상에서 상기 획득하지 못한 특정 신체부위의 주변에 위치하는 주변 신체부위를 기초로 상기 획득하지 못한 특정 신체부위를 보간하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 표준신체모델은, 신체의 해부학적 특징을 표준화하여 생성한 3차원 신체모델일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계는, 상기 수술 대상자의 신체 정보를 변화시켜 반복적으로 상기 가상신체모델을 생성하되, 상기 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 가장 부합하는 상기 가상신체모델을 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 실제수술 과정에 대한 영상 정보를 획득하는 단계, 및 상기 영상 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 실제수술 과정에 대응하는 수술영상데이터를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리, 및 상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계, 상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계, 및 상기 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계를 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터프로그램은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 상기 수술정보 활용 방법을 수행할 수 있도록 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된다.
본 발명에 따르면, 수술 대상자의 가상신체모델을 구현함으로써 실제수술 시의 전체 과정을 정확하게 재현해 낼 수 있으며, 또한 이를 시각적으로 재생(play back)하여 활용할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 환자마다 상이한 특징을 반영한 가상신체모델을 통해 실제 수술과 같은 효과를 줄 수 있기 때문에, 학습용 모델로서 활용적 가치가 높다.
본 발명에 따르면, 수술 대상자의 수술영상데이터를 구현함으로써 실제수술 과정을 시각적으로 재현해 낼 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇수술을 수행할 수 있는 시스템을 간략하게 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 수행하는 장치(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 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 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 "컴퓨터"는 연산처리를 수행하여 사용자에게 결과를 제공할 수 있는 다양한 장치들이 모두 포함된다. 예를 들어, 컴퓨터는 데스크 탑 PC, 노트북(Note Book) 뿐만 아니라 스마트폰(Smart phone), 태블릿 PC, 셀룰러폰(Cellular phone), 피씨에스폰(PCS phone; Personal Communication Service phone), 동기식/비동기식 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)의 이동 단말기, 팜 PC(Palm Personal Computer), 개인용 디지털 보조기(PDA; Personal Digital Assistant) 등도 해당될 수 있다. 또한, 헤드마운트 디스플레이(Head Mounted Display; HMD) 장치가 컴퓨팅 기능을 포함하는 경우, HMD장치가 컴퓨터가 될 수 있다. 또한, 컴퓨터는 클라이언트로부터 요청을 수신하여 정보처리를 수행하는 서버가 해당될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇수술을 수행할 수 있는 시스템을 간략하게 도식화한 도면이다.
도 1에 따르면, 로봇수술 시스템은 의료영상 촬영장비(10), 서버(100) 및 수술실에 구비된 제어부(30), 디스플레이(32) 및 수술로봇(34)을 포함한다. 실시 예에 따라서, 의료영상 촬영장비(10)는 개시된 실시 예에 따른 로봇수술 시스템에서 생략될 수 있다.
일 실시 예에서, 수술로봇(34)은 촬영장치(36) 및 수술도구(38)를 포함한다.
일 실시 예에서, 로봇수술은 사용자가 제어부(30)를 이용하여 수술용 로봇(34)을 제어함으로써 수행된다. 일 실시 예에서, 로봇수술은 사용자의 제어 없이 제어부(30)에 의하여 자동으로 수행될 수도 있다.
서버(100)는 적어도 하나의 프로세서와 통신부를 포함하는 컴퓨팅 장치이다.
제어부(30)는 적어도 하나의 프로세서와 통신부를 포함하는 컴퓨팅 장치를 포함한다. 일 실시 예에서, 제어부(30)는 수술용 로봇(34)을 제어하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스를 포함한다.
촬영장치(36)는 적어도 하나의 이미지 센서를 포함한다. 즉, 촬영장치(36)는 적어도 하나의 카메라 장치를 포함하여, 대상체, 즉 수술부위를 촬영하는 데 이용된다. 일 실시 예에서, 촬영장치(36)는 수술로봇(34)의 수술 암(arm)과 결합된 적어도 하나의 카메라를 포함한다.
일 실시 예에서, 촬영장치(36)에서 촬영된 영상은 디스플레이(340)에 표시된다.
일 실시 예에서, 수술로봇(34)은 수술부위의 절단, 클리핑, 고정, 잡기 동작 등을 수행할 수 있는 하나 이상의 수술도구(38)를 포함한다. 수술도구(38)는 수술로봇(34)의 수술 암과 결합되어 이용된다.
제어부(30)는 서버(100)로부터 수술에 필요한 정보를 수신하거나, 수술에 필요한 정보를 생성하여 사용자에게 제공한다. 예를 들어, 제어부(30)는 생성 또는 수신된, 수술에 필요한 정보를 디스플레이(32)에 표시한다.
예를 들어, 사용자는 디스플레이(32)를 보면서 제어부(30)를 조작하여 수술로봇(34)의 움직임을 제어함으로써 로봇수술을 수행한다.
서버(100)는 의료영상 촬영장비(10)로부터 사전에 촬영된 대상체의 의료영상데이터를 이용하여 로봇수술에 필요한 정보를 생성하고, 생성된 정보를 제어부(30)에 제공한다.
제어부(30)는 서버(100)로부터 수신된 정보를 디스플레이(32)에 표시함으로써 사용자에게 제공하거나, 서버(100)로부터 수신된 정보를 이용하여 수술로봇(34)을 제어한다.
일 실시 예에서, 의료영상 촬영장비(10)에서 사용될 수 있는 수단은 제한되지 않으며, 예를 들어 CT, X-Ray, PET, MRI 등 다른 다양한 의료영상 획득수단이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 로봇수술을 수행할 경우 수술 과정에서 촬영된 수술영상 또는 수술로봇의 제어과정에서 다양한 수술정보를 포함하는 데이터를 획득할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 수술 과정에서 획득할 수 있는 수술정보를 활용하여 실제 수술 대상자에 대한 정보 또는 실제수술 과정을 역으로 추정하여 볼 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
일반적으로 환자의 CT, PET, MRI 등과 같은 의료영상데이터나 이러한 의료영상데이터를 기초로 생성되는 가상신체모델이나 환자의 실제수술 장면을 촬영한 영상의 경우는 개인 정보를 포함하기 때문에 외부로 반출하거나 공유가 불가능하다. 이와 같이 환자의 의료영상데이터 또는 가상신체모델 등과 같은 개인 의료 정보를 포함하는 데이터를 환자로부터 직접적으로 획득하지 못하는 경우, 환자의 실제수술 과정을 재현하거나 자세한 수술과정을 시각적으로 제공하지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명에서는 의료영상데이터나 실제수술 장면을 촬영한 영상 대신에 큐시트데이터를 획득함으로써 환자의 실제수술 과정을 재현해내고 가상신체모델을 구현할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 "컴퓨터"가 본 명세서에서 개시되는 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 수행하는 것으로 설명한다. "컴퓨터"는 도 1의 서버(100) 또는 제어부(30)를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 컴퓨팅 처리를 수행할 수 있는 장치를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, 이하에서 개시되는 실시예들은 도 1에 도시된 로봇수술 시스템과 연관되어서만 적용될 수 있는 것은 아니고, 수술정보를 획득하고 이를 활용할 수 있는 모든 종류의 실시예들에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터에 의해 수행되는 수술정보 활용 방법은, 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계(S100), 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계(S110), 및 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대한 상세한 설명을 기재한다.
컴퓨터는 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득할 수 있다(S100).
일 실시예로, 의료진들은 직접 수술 대상자에 대해 실제수술을 수행할 수도 있고, 도 1에서 설명한 바와 같이 수술로봇을 이용하여 실제수술을 수행할 수도 있다. 이때, 이러한 실제수술 과정에서 행해진 수술동작이나 수술동작과 관련하여 사용된 수술도구, 수술부위 등에 관한 다양한 정보(즉, 실제수술정보)가 기록될 수 있다. 따라서, 컴퓨터는 수술 대상자의 실제수술 과정으로부터 생성되는 실제수술정보를 획득하고, 이를 바탕으로 큐시트데이터를 구성할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 실제수술 과정을 촬영한 영상 데이터 또는 실제수술 과정에서 수행된 수술동작에 대해 기록된 데이터로 실제수술정보를 획득하여 큐시트데이터를 구성할 수 있다. 또한, 다른 예로, 수술 대상자의 실제수술 영상을 외부로 반출하는 것이 가능하지 않은 경우, 실제 수술 시 수술관련 정보를 서버를 통해 통신함으로써 메시지 형식으로 기록하는 방식을 활용할 수도 있다. 의료진들은 실제수술을 수행할 때 수술 대상자의 수술과 관련된 정보를 서버를 통해 상호간에 송수신하거나, 시뮬레이터나 인공지능 장치를 이용하여 수술관련 정보를 생성하고 생성된 정보를 서버를 통해 송수신할 수 있다. 이때, 서버에서는 송수신되는 수술관련 정보를 메시지 형식으로 기록할 수 있다. 따라서, 컴퓨터는 서버에 기록된 수술관련 정보를 획득하여 큐시트데이터로 구성할 수 있다.
여기서, 큐시트데이터는 최소 수술동작 단위를 기초로 실제수술 과정을 시간에 따라 순서대로 나열한 데이터로 구성될 수 있다. 일 실시예로, 각 큐시트데이터는 최소 수술동작 단위에 대응하는 실제수술정보를 포함할 수 있으며, 실제수술정보는 수술도구 정보, 신체부위 정보 등을 포함할 수 있다. 수술도구 정보는 실제수술 시에 사용되는 수술도구에 대한 정보로서, 예컨대 수술도구의 종류, 수술도구의 개수, 수술도구의 움직임(예컨대, 전진/후퇴), 수술도구의 방향 등의 정보를 포함할 수 있다. 신체부위 정보는 수술부위 또는 수술도구의 동작과 관련한 신체부위에 대한 정보로서, 예컨대 신체부위의 종류(명칭), 신체부위의 위치 등의 정보를 포함할 수 있다. 이때, 신체부위는 신체의 일부 또는 전부일 수 있으며, 예컨대 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
컴퓨터는 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술 대상자의 신체 정보를 획득할 수 있다(S110).
일 실시예로, 컴퓨터는 먼저 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술도구의 동작 정보와 연관된 특정 신체부위 정보를 획득할 수 있다. 큐시트데이터는 수술동작에 대한 기록을 포함하고 있으며, 이는 특정 수술도구를 이용하여 특정 신체부위(예: 특정 장기, 혈관 등)에 대해 행해지는 동작 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자르는 동작을 포함하는 큐시트데이터의 경우, 자르는 수술도구의 종류 및 자르는 대상 신체부위(예: 혈관, 간, 지방 등) 등을 실제수술정보로 기록하고 있을 수 있다. 이 경우, 컴퓨터는 큐시트데이터로부터 수술도구의 동작 정보와 연관되어 있는 큐시트데이터를 검출하고, 검출된 큐시트데이터에서 수술도구의 동작과 연관된 특정 신체부위에 대한 정보를 획득할 수 있다. 다음으로, 컴퓨터는 획득된 특정 신체부위 정보로부터 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 추출할 수 있다. 즉, 수술 대상자의 신체 일부 정보를 획득할 수 있다.
단계 S110에서 수술 대상자의 신체 정보를 획득함에 있어서, 상술한 바와 같이 수술도구의 동작 정보와 관련된 큐시트데이터를 이용할 수도 있으나, 카메라 정보나 수술도구의 이동 정보를 포함하는 큐시트데이터를 이용하여 신체 정보를 획득할 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 큐시트데이터에 포함된 카메라의 뷰 정보나 카메라의 위치 정보를 기초로 특정 신체부위를 촬영한 데이터를 검출하고, 검출된 데이터에서 특정 신체부위 정보를 획득할 수 있다. 수술도구가 이동할 때는 신체부위와 접촉이 발생하지 않으므로, 수술도구의 이동 정보와 연관되어 있는 큐시트데이터에는 신체부위가 존재하지 않게 된다. 이 경우, 컴퓨터는 수술도구의 이동 정보와 연관되어 있는 큐시트데이터를 제외한 큐시트데이터로부터 수술 대상자의 신체 정보를 획득할 수도 있다.
컴퓨터는 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 수술 대상자의 가상신체모델을 생성할 수 있다(S120).
여기서, 가상신체모델이라 함은, 실제 수술 대상자의 신체에 부합하게 생성된 3차원 모델링 데이터를 말한다.
일 실시예로, 컴퓨터는 수술 대상자의 신체 정보, 즉 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 기초로 표준신체모델에 반영하고, 표준신체모델을 기반으로 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 부합하는 가상신체모델을 생성할 수 있다.
여기서, 표준신체모델은 신체의 해부학적 특징을 표준화하여 생성한 3차원 신체모델일 수 있다. 예를 들어, 각 신체부위(예: 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 등)에 대한 외형, 크기, 위치 등과 같은 해부학적 특징들을 표준화하여 각 신체부위를 3차원 모델링하여 구축된 신체모델일 수 있다.
실시예로 수술 대상자의 신체 정보를 표준신체모델에 반영함에 있어서, 컴퓨터는 특정 신체부위의 공간 정보를 이용하여 표준신체모델의 공간 상에 특정 신체부위를 매핑하고, 매핑된 표준신체모델의 공간 상에서 특정 신체부위의 형태에 부합하도록 표준신체모델의 해당 신체부위를 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 큐시트데이터의 실제수술정보로부터 획득된 특정 신체부위의 공간 정보(예컨대, 3차원 공간 상의 좌표 정보)을 표준신체모델의 3차원 공간 상의 좌표 정보와 매핑할 수 있다. 이때, 컴퓨터는 매핑된 표준신체모델의 3차원 공간 상에 위치하는 해당 신체부위를 실제수술정보로부터 획득된 특정 신체부위와 일치하는지 여부를 비교하고, 비교 결과에 따라 실제수술정보로부터 획득된 특정 신체부위의 형태와 일치하도록 표준신체모델 상의 해당 신체부위를 변형시킬 수 있다.
또한, 큐시트데이터로부터 수술 대상자의 특정 신체부위 정보를 획득하지 못한 경우, 컴퓨터는 표준신체모델의 공간 상에서 큐시트데이터로부터 획득하지 못한 특정 신체부위의 주변에 위치하는 주변 신체부위를 기초로 큐시트데이터로부터 획득하지 못한 특정 신체부위를 보간할 수 있다. 일반적으로 사람의 장기 위치 및 모양은 크게 다르지 않기 때문에(예컨대, 위, 간 등의 장기 위치는 동일함), 주변 정보를 이용하여 보간을 수행하면 전체 가상신체모델을 완성할 수 있다.
실시예로 표준신체모델을 기반으로 가상신체모델을 생성함에 있어서, 컴퓨터는 수술 대상자의 신체 정보를 변화시켜 반복적으로 표준신체모델에 적용하여 가상신체모델을 생성할 수 있으며, 이때 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 가장 부합하는 가상신체모델을 선택할 수 있다. 즉, 수술 대상자의 실제수술 시의 신체 상태와 가장 가까운 가상신체모델을 완성하기 위해서, 반복적으로 복수 회에 걸쳐 상술한 단계 S110~S120을 수행할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 수술 대상자의 초기 위치를 달리하거나 수술 대상자의 체형을 변화시켜 여러 번 반복적으로 단계 S110~S120을 수행하여 가장 오차가 적은 가상신체모델을 채택할 수 있다. 또한, 컴퓨터는 강화학습을 통해 수술 대상자의 전체 신체부위(즉, 장기)에 대해 위치 정보를 변경하거나 장기의 형태를 변형함으로써 최종적으로 수술 대상자의 실제수술 시의 신체 상태와 가장 부합하는 가상신체모델을 도출할 수 있다.
일 실시예로, 컴퓨터는 큐시트데이터에 기재된 특정 장기 지점과 이에 대응되는 표준신체모델 상의 특정 지점을 매칭할 수 있으며, 이러한 매칭 과정을 전체 큐시트데이터에 대해 수행하여 매칭 관계를 누적시킬 수 있다. 그리고 컴퓨터는 누적된 결과를 기반으로 가상신체모델을 구현할 수 있다.
예를 들어, 컴퓨터는 환자(즉, 수술 대상자)의 BMI 수치를 반영하여 표준신체모델의 기본적인 크기를 설정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 큐시트데이터는 모든 수술동작에 대해서 수술도구 정보 및 신체부위 정보를 포함하고 있다. 예컨대, 수술도구 종류, 수술도구의 위치 정보(예: 3차원 공간상의 위치), 수술도구에 의해 수행된 수술동작 등의 수술도구 정보를 포함하고 있다. 또한, 수술도구의 동작과 관련한 신체부위의 종류(예: 신체장기 이름, 신체장기의 세부적 부위 등), 신체부위의 위치 등의 신체부위 정보를 포함하고 있다. 여기서, 신체장기의 세부적 부위는 의학적으로 앞면, 뒷면, 윗면, 아랫면, 오른쪽면, 왼쪽면으로 구분되어 구성될 수 있다.
따라서, 큐시트데이터로부터 수술도구의 위치(예: 3차원 공간상의 위치)와 해당 위치에서의 신체장기 및 해당 신체장기의 세부 부위를 파악할 수 있으므로, 수술 시 환자의 모든 큐시트데이터를 수집하면 각 신체장기에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 큐시트데이터로부터 수술도구의 동작에 의해 접촉이 발생한 각 신체장기의 위치를 획득하고, 이를 3차원 공간상의 점들로 표현할 수 있다. 이때, 3차원 공간상의 점들은 구름(cloud; 클라우드) 형태로 표시되므로, 3차원 공간상에서 각 신체장기의 위치를 표현한 것을 좌표구름이라고 지칭한다. 컴퓨터는 좌표구름의 최소 또는 최대 좌표값으로부터 각 신체장기의 크기를 추정할 수 있고, 추정된 각 신체장기의 크기를 바탕으로 표준신체모델 상에서의 해당 신체장기를 확대 또는 축소시킬 수 있다. 이와 같이, 좌표구름의 각 신체장기 정보를 기초로 변형된 표준신체모델을 변형표준신체모델이라 지칭한다. 컴퓨터는 변형표준신체모델을 기반으로 큐시트데이터 상에서의 수술도구가 접촉한 신체장기의 세부 부위(예: 세부 부위의 앞면, 뒷면, 윗면, 아랫면, 오른쪽면, 왼쪽면 등)와 3차원 좌표가 일치하는지 확인할 수 있다. 일치하지 않는 것으로 확인된 경우, 컴퓨터는 변형표준신체모델을 회전하거나, 특정 부분을 확대 또는 축소 등의 변형을 통해서 큐시트데이터 상에서의 신체장기의 세부 부위와 일치하도록 조정할 수 있다. 컴퓨터는 이러한 조정을 거친 변형표준신체모델을 기반으로 신체장기의 세부 부위와 3차원 좌표가 일치하는지 재확인할 수 있다. 즉, 컴퓨터는 상술한 과정을 반복적으로 적용함으로써 환자의 실제 신체장기의 모양과 크기에 최대한 부합하게 표준신체모델을 변형할 수 있고, 이를 모든 신체장기에 적용하여 최적의 변형표준신체모델을 도출할 수 있다. 컴퓨터는 최적의 변형표준신체모델을 이용하여 최종적으로 환자의 가상신체모델을 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 컴퓨터는 가상신체모델의 구현 과정에서 학습모델을 이용할 수도 있다. 예컨대, 컴퓨터는 표준신체모델과, 기존에 가상신체모델 및 큐시트데이터를 모두 가지고 있는 환자의 데이터를 이용하여 학습을 수행할 수 있다. 또한 컴퓨터는 표준신체모델에 큐시트데이터를 적용하여 가상신체모델을 도출하는 과정을 학습할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수술 대상자의 가상신체모델을 구현함으로써 실제수술 시의 전체 과정을 정확하게 재현해 낼 수 있으며, 또한 이를 시각적으로 재생(play back)하여 활용할 수도 있다.
또한, 가상신체모델을 통해서 가상공간에서 가상수술을 수행할 수 있다. 예컨대, 1차 수술을 수행한 이후 재수술을 수행할 필요가 있을 경우, 의료진은 재수술 전에 미리 가상신체모델을 이용하여 수술 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이때 가상신체모델은 수술 대상자의 1차 수술이 완료된 이후 큐시트데이터를 기반으로 생성된 것이므로, 이를 이용하여 미리 시뮬레이션을 수행함으로써 실제 재수술을 수행하여 보는 것과 같은 효과를 줄 수 있다. 또한, 일반화된 표준신체모델을 활용하는 것에 비해서 환자마다 상이한 특징을 반영한 가상신체모델을 활용하는 것이 실제 수술과 같은 효과를 줄 수 있기 때문에, 학습용 모델로서 활용적 가치가 높다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 도시한 흐름도이다. 도 3의 방법에서 도 2의 각 단계와 중복되는 과정은 동일하거나 유사하므로, 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 컴퓨터는 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득할 수 있다(S200).
다음으로, 컴퓨터는 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술 대상자의 실제수술 과정에 대한 영상 정보를 획득할 수 있다(S210).
여기서, 영상 정보는 수술동작에 대응하여 영상과의 매칭 관계를 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 컴퓨터는 큐시트데이터로부터 수술 대상자의 실제수술 과정에 대한 영상 정보로, 특정 수술도구를 이용하여 특정 신체부위(예: 특정 장기, 혈관 등)에 대해 행해지는 동작 정보를 기술하는 형태로 획득할 수도 있고, 해당 수술동작에 대응하는 기설정된 특정 영상과의 매칭 관계를 나타내는 정보로 획득할 수도 있다.
다음으로, 컴퓨터는 영상 정보를 기초로 수술 대상자의 실제수술 과정에 대응하는 수술영상데이터를 생성할 수 있다(S220).
컴퓨터는 수술영상데이터를 통해 수술 대상자의 실제수술 과정을 시각적으로 재현해 낼 수 있다. 따라서, 의료진들은 큐시트데이터만으로 실제수술 과정을 이해하기 힘들지만, 상술한 바와 같은 수술 대상자의 가상신체모델 및 수술영상데이터를 활용함으로써 실제수술 과정 전체를 이해하기 용이하다.
일반적으로 수술 대상자의 CT, PET 등의 의료영상이나 실제수술 장면을 촬영한 영상 등은 공유가 불가능하다. 따라서, 종래에는 수술을 위한 자료를 활용하기 힘든 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따르면 의료영상이나 실제수술 장면을 촬영한 영상이 없더라도 큐시트데이터만 확보하면 역으로 환자의 가상신체모델 및 실제수술 영상데이터를 재현해 낼 수 있으므로, 보다 충분한 수술 자료를 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술정보 활용 방법을 수행하는 장치(300)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 프로세서(310)는 하나 이상의 코어(core, 미도시) 및 그래픽 처리부(미도시) 및/또는 다른 구성 요소와 신호를 송수신하는 연결 통로(예를 들어, 버스(bus) 등)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(310)는 메모리(320)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써, 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 수술정보 활용 방법을 수행한다.
예를 들어, 프로세서(310)는 메모리(320)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하고, 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술 대상자의 신체 정보를 획득하고, 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 수술 대상자의 가상신체모델을 생성할 수 있다.
또한, 프로세서(310)는 메모리(320)에 저장된 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써 수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하고, 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술 대상자의 실제수술 과정에 대한 영상 정보를 획득하고, 영상 정보를 기초로 수술 대상자의 실제수술 과정에 대응하는 수술영상데이터를 생성할 수 있다.
한편, 프로세서(310)는 프로세서(310) 내부에서 처리되는 신호(또는, 데이터)를 일시적 및/또는 영구적으로 저장하는 램(RAM: Random Access Memory, 미도시) 및 롬(ROM: Read-Only Memory, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(310)는 그래픽 처리부, 램 및 롬 중 적어도 하나를 포함하는 시스템온칩(SoC: system on chip) 형태로 구현될 수 있다.
메모리(320)에는 프로세서(310)의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다. 메모리(320)에 저장된 프로그램들은 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 수술정보 활용 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 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, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 컴퓨터에 의해 수행되는 수술정보 활용 방법에 있어서,
    수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계;
    상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 큐시트데이터는,
    최소 수술동작 단위를 기초로 상기 실제수술 과정을 시간에 따라 순서대로 나열한 데이터로서, 수술도구 정보 및 신체부위 정보 중 적어도 하나를 포함하는 상기 실제수술정보가 기록되는 데이터인 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계는,
    상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 수술도구의 동작 정보와 연관된 특정 신체부위 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 특정 신체부위 정보로부터 상기 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계는,
    상기 특정 신체부위의 종류 및 공간 정보를 기초로 표준신체모델에 반영하는 단계; 및
    상기 표준신체모델을 기반으로 상기 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 부합하는 상기 가상신체모델을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 표준신체모델에 반영하는 단계는,
    상기 특정 신체부위의 공간 정보를 이용하여 상기 표준신체모델의 공간 상에 상기 특정 신체부위를 매핑하는 단계; 및
    상기 표준신체모델의 공간 상에서 상기 매핑된 특정 신체부위의 형태에 부합하도록 변형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 표준신체모델에 반영하는 단계는,
    상기 큐시트데이터로부터 상기 수술 대상자의 특정 신체부위 정보를 획득하지 못한 경우,
    상기 표준신체모델의 공간 상에서 상기 획득하지 못한 특정 신체부위의 주변에 위치하는 주변 신체부위를 기초로 상기 획득하지 못한 특정 신체부위를 보간하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 표준신체모델은,
    신체의 해부학적 특징을 표준화하여 생성한 3차원 신체모델인 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계는,
    상기 수술 대상자의 신체 정보를 변화시켜 반복적으로 상기 가상신체모델을 생성하되, 상기 수술 대상자의 실제수술 시의 신체와 가장 부합하는 상기 가상신체모델을 선택하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 실제수술 과정에 대한 영상 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 영상 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 실제수술 과정에 대응하는 수술영상데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술정보 활용 방법.
  10. 하나 이상의 인스트럭션을 저장하는 메모리; 및
    상기 메모리에 저장된 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는 상기 하나 이상의 인스트럭션을 실행함으로써,
    수술 대상자에 대한 실제수술 과정에서 생성된 실제수술정보를 포함하는 큐시트데이터를 획득하는 단계;
    상기 큐시트데이터에 포함된 실제수술정보로부터 상기 수술 대상자의 신체 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 수술 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 수술 대상자의 가상신체모델을 생성하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제1항의 방법을 수행할 수 있도록 컴퓨터에서 독출가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터프로그램.
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