KR20200135106A - Master device for manipulating active steering catheter and catheter system capability controlling bidirection of active steering catheter and master device - Google Patents

Master device for manipulating active steering catheter and catheter system capability controlling bidirection of active steering catheter and master device Download PDF

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KR20200135106A
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Abstract

The present invention relates to a master device and a catheter system and, more particularly, to a master device for operating an active steering catheter and a catheter system capable of bidirectional control of the active steering catheter and the master device. The catheter system according to an embodiment of the present invention comprises: an active steering catheter comprising a catheter capable of insertion and bending motion and outputting catheter information including information on a force acting on a tip of the catheter and direction information on the tip of the catheter; a master device including an operation handle capable of three-dimensional direction expression and outputting master information including three-dimensional direction information of the operation handle; a mapping system for outputting a three-dimensional target model and a three-dimensional catheter model on a display screen and outputting screen information of the display screen; and a control unit for controlling the master device and the active steering catheter based on the catheter information, the master information, and the screen information so that the three-dimensional direction indicated by the operation handle of the master device coincides with the direction of the tip of the catheter output through the display screen of the mapping system.

Description

능동 조향 카테터를 조작하기 위한 마스터 장치 및 능동 조향 카테터와 마스터 장치의 양방향 제어가 가능한 카테터 시스템{MASTER DEVICE FOR MANIPULATING ACTIVE STEERING CATHETER AND CATHETER SYSTEM CAPABILITY CONTROLLING BIDIRECTION OF ACTIVE STEERING CATHETER AND MASTER DEVICE}A master device for manipulating an active steering catheter and a catheter system capable of bidirectional control of the active steering catheter and master device {MASTER DEVICE FOR MANIPULATING ACTIVE STEERING CATHETER AND CATHETER SYSTEM CAPABILITY CONTROLLING BIDIRECTION OF ACTIVE STEERING CATHETER AND MASTER DEVICE}

본 발명은 마스터 장치 및 카테터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 능동 조향 카테터를 조작하기 위한 마스터 장치와 상기 능동 조향 카테터와 상기 마스터 장치의 양방향 제어가 가능한 카테터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a master device and a catheter system, and more particularly, to a master device for operating an active steering catheter, and a catheter system capable of bidirectional control of the active steering catheter and the master device.

전극도자 절제술(radiofrequency catheter ablation)은 부정맥의 원인이 되는 심장 조직을 절제 또는 괴사시켜서 부정맥을 치료하는 시술이다. 이를 위해 선단부에 전극을 포함하는 가늘고 긴 관 형태의 수술도구(카테터)를 대퇴동맥이나 대퇴정맥을 통해서 심장 내부까지 삽입한다. 시술 중 심장 내부에 위치한 카테터의 선단부 위치를 실시간으로 확인하기 위해서 2차원(2D) X-선(X-ray) 촬영장치를 사용한다.Radiofrequency catheter ablation is a procedure to treat arrhythmia by removing or necrosis of the heart tissue that causes arrhythmia. To this end, a surgical tool (catheter) in the form of an elongated tube including an electrode is inserted into the heart through the femoral artery or femoral vein. During the procedure, a two-dimensional (2D) X-ray imaging device is used to check the position of the distal end of the catheter located inside the heart in real time.

종래에 X-ray의 사용을 줄이고 카테터 선단부의 위치와 심전도를 직관적으로 확인하기 위해서, 3차원 매핑 시스템(3D mapping system)이 개발되었다. 상기 3차원 매핑 시스템은 먼저, 선단부에 심전도를 측정할 수 있는 전극을 포함하는 매핑용 카테터를 이용해서 3차원 심전도 지도를 생성한다. 매핑용 카테터와 절제용 카테터는 모두 3차원 위치 센서를 포함하며, 측정된 위치 정보를 통해서 생성된 각 카테터의 3차원 모델이 심전도 지도와 함께 실시간으로 화면에 표시된다. 상기 절제용 카테터에는 선단부에 작용하는 힘을 측정하는 센서가 있어, 힘 정보가 화면에 함께 표시된다.Conventionally, in order to reduce the use of X-rays and to intuitively check the position of the catheter tip and the electrocardiogram, a 3D mapping system has been developed. First, the 3D mapping system generates a 3D ECG map using a mapping catheter including an electrode capable of measuring an ECG at a tip portion. Both the mapping catheter and the ablation catheter include a 3D position sensor, and a 3D model of each catheter generated through the measured position information is displayed on the screen in real time along with an ECG map. The ablation catheter has a sensor that measures the force acting on the distal end, and force information is displayed together on the screen.

시술자의 방사선 피폭을 줄이고, 시술 성능 향상을 위해서, 로봇 카테터 시스템이 개발되고 있다. 상기 로봇 카테터 시스템은 선단부의 능동 조향이 가능한 카테터와 상기 카테터를 삽입 및 회전 운동시키는 슬레이브 로봇, 상기 카테터를 조작하기 위한 입력 장치로 구성된다. 시술자는 상기 3차원 매핑 시스템이 표시하는 실시간 화면을 보며 상기 입력 장치를 이용해서 상기 카테터의 움직임을 제어한다.In order to reduce the radiation exposure of the operator and improve the procedure performance, robotic catheter systems are being developed. The robotic catheter system includes a catheter capable of active steering of a distal end, a slave robot that inserts and rotates the catheter, and an input device for manipulating the catheter. The operator views the real-time screen displayed by the 3D mapping system and controls the movement of the catheter using the input device.

도 1은 종래의 매핑 시스템에서 2차원(2D)으로 출력되는 3차원(3D)의 심장 및 카테터 모델을 보여주는 도면으로서, 도 1의 (a)는 정면도(front view)이고, 도 1의 (b)는 측면도(side view)이다.FIG. 1 is a diagram showing a three-dimensional (3D) heart and catheter model that is output in two-dimensional (2D) in a conventional mapping system. FIG. 1A is a front view, and FIG. b) is a side view.

도 1의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 종래의 매핑 시스템에서는 3차원 모델이 2차원으로 화면에 디스플레이되기 때문에, 시술자는 2차원 화면에 나타난 정보만으로는 깊이 방향 정보를 쉽게 얻을 수 없다. 따라서, 시술자는, 도 1의 (a)에 나타난 화면만으로 카테터가 z축 방향에 대해서 어디에 위치해 있는지 확인할 수 없다. 시술자는 깊이 방향 정보를 얻기 위해서 매번 3차원 모델을 회전시키며 관찰해야 하는 문제가 있다.As shown in (a) and (b) of Fig. 1, in the conventional mapping system, since the 3D model is displayed on the screen in 2D, the operator can easily obtain depth direction information only from the information displayed on the 2D screen. none. Therefore, the operator cannot check where the catheter is located in the z-axis direction only with the screen shown in FIG. 1A. There is a problem that the practitioner must rotate and observe the 3D model every time to obtain depth direction information.

또한, 시술자는 관찰하고자 하는 심전도의 위치에 따라 해당 부위가 잘 보이도록 3차원 모델을 반복적으로 회전시키며 시술을 진행한다. 종래의 마스터 장치(들)와 같이, 카테터의 상대적 굽힘 각도를 명령하는 경우, 화면이 회전됨에 따라 카테터의 구동 명령과 화면으로 보이는 카테터의 동작 방향의 관계가 계속해서 변하는 문제가 있다. In addition, the operator repeatedly rotates the 3D model so that the corresponding part can be seen clearly according to the position of the electrocardiogram to be observed, and the procedure is performed. As with the conventional master device(s), in the case of commanding the relative bending angle of the catheter, there is a problem that the relationship between the driving command of the catheter and the operating direction of the catheter shown on the screen continuously changes as the screen rotates.

예를 들어, 도 1의 (a) 내지 (b)에서, 카테터에 위치한 국부좌표계 (

Figure pat00001
)를 기준으로, 카테터 선단부를
Figure pat00002
방향으로 굽어지도록 명령할 경우, 도 1의 (a)의 화면에서는 카테터 선단부가 전역좌표계(
Figure pat00003
)를 기준으로
Figure pat00004
방향으로 움직인다. 하지만, 도 1의 (b)의 화면에서는 카테터 선단부가
Figure pat00005
방향으로 움직이는 것으로 관찰된다. 카테터의 구동 명령 방향과 화면상의 동작 방향의 관계는 카테터 선단부가 움직이거나 화면이 회전되어 전역좌표계(O)와 카테터의 국부좌표계(OC)의 관계가 변함에 따라 계속해서 달라진다. 이러한 변화는 카테터 조작의 직관성을 떨어뜨림으로써 시술 안전성과 효율을 저해할 수 있다.For example, in Figure 1 (a) to (b), the local coordinate system located in the catheter (
Figure pat00001
), the catheter tip
Figure pat00002
When ordering to bend in the direction, the catheter tip is in the global coordinate system (
Figure pat00003
) Based on
Figure pat00004
Move in the direction However, in the screen of Figure 1 (b), the catheter tip
Figure pat00005
It is observed to move in the direction. The relationship between the driving command direction of the catheter and the operation direction on the screen continuously changes as the relationship between the global coordinate system (O) and the local coordinate system (O C ) of the catheter changes due to the movement of the catheter tip or rotation of the screen. These changes may impair the safety and efficiency of the procedure by lowering the intuitiveness of catheter manipulation.

한편, 비특허문헌 3은, 카테터의 병진 운동,롤(roll) 운동,선단부의 굽힘 운동을 입력할 수 있는 햅틱 인터페이스를 개시하고 있다. 비특허문헌 4는 카테터의 병진운동,선단부의 2 자유도 굽힘 운동을 입력할 수 있는 햅틱 인터페이스를 개시하고 있다. 대표적인 상용 카테터 로봇 시스템인 한센 메디컬(Hansen medical)의 센세이 로보틱 시스템(Sensei robotic system)의 경우,3 자유도 병진 운동 입력이 가능한 상용 햅틱 인터페이스를 사용하여 카테터 선단부의 동작을 제어하고 있다.On the other hand, Non-Patent Document 3 discloses a haptic interface capable of inputting a translational motion, a roll motion, and a bending motion of the distal end of a catheter. Non-Patent Literature 4 discloses a haptic interface capable of inputting a translational motion of a catheter and a bending motion of two degrees of freedom at the tip end. In the case of the Sensei robotic system of Hansen Medical, a representative commercial catheter robot system, the movement of the catheter tip is controlled using a commercial haptic interface that can input a 3-degree of freedom translational motion.

KRKR 2017-00006632017-0000663 AA KRKR 10-113326810-1133268 B1B1 KRKR 2017-01321012017-0132101 AA USUS 96036679603667 B2B2 USUS 83904388390438 B2B2

Khan, Ejaz M, et al "First experience with a novel robotic remote catheter system: Amigo™ mapping trial" Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology 372 (2013): 121-129. Khan, Ejaz M, et al "First experience with a novel robotic remote catheter system: Amigo™ mapping trial" Journal of Interventional Cardiac Electrophysiology 372 (2013): 121-129. Ernst, Sabine, et al "Initial experience with remote catheter ablation using a novel magnetic navigation system: magnetic remote catheter ablation" Circulation 10912 (2004): 1472-1475. Ernst, Sabine, et al "Initial experience with remote catheter ablation using a novel magnetic navigation system: magnetic remote catheter ablation" Circulation 10912 (2004): 1472-1475. Park, Jun Woo, et al "Development of a force-reflecting robotic platform for cardiac catheter navigation" Artificial organs 3411 (2010): 1034-1039. Park, Jun Woo, et al "Development of a force-reflecting robotic platform for cardiac catheter navigation" Artificial organs 3411 (2010): 1034-1039. Rosa, Benoit, et al "Intuitive teleoperation of active catheters for endovascular surgery" Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015 IEEE/RSJ International Conference on IEEE, 2015. Rosa, Benoit, et al "Intuitive teleoperation of active catheters for endovascular surgery" Intelligent Robots and Systems (IROS), 2015 IEEE/RSJ International Conference on IEEE, 2015.

본 발명은, 시술자가 능동 조향 카테터의 깊이 방향 정보를 얻기 위해서, 매번 매핑 시스템의 디스플레이 화면을 회전시키며 관찰해야 하는 문제를 해결할 수 있는, 마스터 장치 및 카테터 시스템을 제공한다.The present invention provides a master device and a catheter system capable of solving a problem that a practitioner must observe while rotating a display screen of a mapping system every time in order to obtain depth direction information of an active steering catheter.

또한, 2차원 화면이 회전됨에 따라 카테터의 구동 명령과 화면으로 보이는 카테터의 동작 방향의 관계가 계속해서 변하는 문제를 해결할 수 있는 마스터 장치 및 카테터 시스템을 제공한다.In addition, it provides a master device and catheter system capable of solving the problem that the relationship between the driving command of the catheter and the operating direction of the catheter shown on the screen continuously changes as the 2D screen is rotated.

또한, 매핑 시스템의 화면으로 보이는 카테터 선단부의 방향과 마스터 장치의 조작 핸들의 방향을 일치시켜서 조작 직관성을 향상시킬 수 있는 마스터 장치 및 카테터 시스템을 제공한다. In addition, it provides a master device and catheter system capable of improving operation intuitiveness by matching the direction of the catheter tip viewed on the screen of the mapping system with the direction of the operation handle of the master device.

또한, 카테터 선단부가 외부의 다른 물체와 접촉 시, 조작자가 마스터 장치를 통해서 능동 조향 카테터에 가하는 힘을 조절할 수 있는 마스터 장치 및 카테터 시스템을 제공한다.In addition, a master device and a catheter system capable of controlling a force applied by an operator to an active steering catheter through a master device when the catheter tip contacts other external objects are provided.

본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템은, 삽입 및 굽힘 운동이 가능한 카테터를 포함하고, 상기 카테터의 카테터 선단부에 작용하는 힘의 정보와 상기 카테터 선단부의 방향 정보를 포함하는 카테터 정보를 출력하는 능동 조향 카테터; 3차원 방향 표현이 가능한 조작 핸들을 포함하고, 상기 조작 핸들의 3차원 방향 정보를 포함하는 마스터 정보를 출력하는 마스터 장치; 3차원 타겟 모델과 3차원 카테터 모델을 디스플레이 화면에 출력하고, 상기 디스플레이 화면의 화면 정보를 출력하는 매핑 시스템; 및 상기 카테터 정보, 상기 마스터 정보 및 상기 화면 정보에 기초하여 상기 마스터 장치의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향과, 상기 매핑 시스템의 디스플레이 화면을 통해 출력되는 카테터 선단부의 방향이 일치하도록 상기 마스터 장치와 상기 능동 조향 카테터를 제어하는 제어부;를 포함한다. 이러한 카테터 시스템에 의하면, 마스터 장치와 능동 조향 카테터를 양방향 제어할 수 있는 이점이 있다.The catheter system according to the embodiment of the present invention includes a catheter capable of insertion and bending movement, and outputs catheter information including information of a force acting on the catheter tip of the catheter and direction information of the catheter tip. Catheter; A master device including an operation handle capable of expressing a three-dimensional direction, and outputting master information including three-dimensional direction information of the operation handle; A mapping system that outputs a 3D target model and a 3D catheter model on a display screen, and outputs screen information of the display screen; And the three-dimensional direction indicated by the operation handle of the master device and the direction of the catheter tip output through the display screen of the mapping system based on the catheter information, the master information, and the screen information. It includes; a control unit for controlling the active steering catheter. According to such a catheter system, there is an advantage of being able to control a master device and an active steering catheter in both directions.

본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치 및 카테터 시스템을 사용하면, 조작 핸들의 3차원 방향과 매핑 시스템의 디스플레이 화면을 통해 출력되는 카테터 선단부의 방향이 일치하기 때문에, 시술자가 조작 핸들로부터 능동 조향 카테터의 카테터 선단부의 3차원 방향을 직관적으로 인식할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 시술자가 카테터 선단부의 3차원 방향을 확인하기 위해서 매핑 시스템을 통해 출력되는 2차원 화면을 매번 다른 방향으로 회전할 필요가 없어진다.When the master device and the catheter system according to the embodiment of the present invention are used, the three-dimensional direction of the operation handle and the direction of the catheter tip output through the display screen of the mapping system are identical, so that the operator There is an advantage of being able to intuitively recognize the three-dimensional direction of the catheter tip. Therefore, it is not necessary for the operator to rotate the 2D screen output through the mapping system in different directions each time in order to check the 3D direction of the catheter tip.

또한, 매핑 시스템을 통해 화면상으로 보이는 카테터 선단부의 방향이 달라지더라도, 마스터 장치의 조작 핸들의 조작 방향과 화면상으로 보이는 카테터 선단부의 동작 방향이 같아지게 된다. 이는 조작 직관성을 향상시켜 시술 안전성과 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, even if the direction of the catheter distal end viewed on the screen is changed through the mapping system, the operation direction of the operation handle of the master device and the operation direction of the catheter distal end viewed on the screen become the same. This has the advantage of improving the operation intuitiveness and increasing the safety and efficiency of the procedure.

또한, 매핑 시스템의 화면으로 보이는 카테터 선단부의 방향과 마스터 장치의 조작 핸들의 방향을 일치시켜서 조작 직관성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage in that operation intuitiveness can be improved by matching the direction of the front end of the catheter shown on the screen of the mapping system with the direction of the operation handle of the master device.

또한, 카테터 선단부가 외부의 다른 물체와 접촉 시, 조작자가 마스터 장치를 통해서 능동 조향 카테터에 가하는 힘을 조절할 수 있는 이점이 있다.In addition, when the catheter tip contacts other external objects, there is an advantage that the operator can control the force exerted on the active steering catheter through the master device.

도 1은 종래의 매핑 시스템에서 2차원(2D)으로 출력되는 3차원(3D)의 심장 및 카테터 모델을 보여주는 도면으로서, 도 1의 (a)는 정면도(front view)이고, 도 1의 (b)는 측면도(side view)이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)의 기구학적 구조를 도식적으로 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 도 2에 도시된 능동 조향 카테터(300)의 일 예의 자유도를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 카테터 선단부(310)와, 카테터 자세를 측정하는 장치(350), 매핑시스템이 표시하는 화면의 방향을 결정하는 가상 카메라(750)의 좌표계들의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11은 카테터 선단부(310)가 비접촉 상태인 경우의 제어 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12 내지 도 13은 카테터 선단부(310)가 접촉 상태인 경우 제어 방식을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14의 (a)는 도 2에 도시된 매핑 시스템(700)을 통해 출력되는 2차원 화면의 일 예를 도시한 것이고, 도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 상태에서 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150) 부분을 확대한 것이다.
도 15의 (a)는 도 14의 (a)에 도시된 매핑 시스템(700)을 통해 출력되는 2차원 화면을 임의의 방향으로 회전했을 때의 2차원 화면을 도시한 것이고, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)의 상황에서 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 움직임 변화를 보여주기 위한 도면이다.
FIG. 1 is a diagram showing a three-dimensional (3D) heart and catheter model that is output in two-dimensional (2D) in a conventional mapping system. FIG. 1A is a front view, and FIG. b) is a side view.
2 is a schematic block diagram of a catheter system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically showing the kinematic structure of the master device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.
4 to 6 are views for explaining an example of the master device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining an example degree of freedom of the active steering catheter 300 shown in FIG. 2.
8 is a flowchart illustrating a method of controlling the master device 100 and the active steering catheter 300 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.
9 is a view for explaining the relationship between the catheter tip 310, the device 350 for measuring the catheter posture, and the coordinate systems of the virtual camera 750 that determines the direction of the screen displayed by the mapping system.
10 to 11 are diagrams for explaining a control method when the catheter tip 310 is in a non-contact state.
12 to 13 are views for explaining a control method when the catheter tip 310 is in contact.
14(a) shows an example of a 2D screen output through the mapping system 700 shown in FIG. 2, and FIG. 14(b) is a master device in the state of FIG. 14(a). It is an enlarged part of the operation handle 150 of (100).
FIG. 15A shows a 2D screen when the 2D screen output through the mapping system 700 shown in FIG. 14A is rotated in an arbitrary direction, and FIG. 15B ) Is a diagram showing a change in movement of the operation handle 150 of the master device 100 in the situation of FIG. 15A.

이하 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the following description and the accompanying drawings, detailed descriptions of known functions or configurations that may obscure the subject matter of the present invention will be omitted. In addition, it should be noted that the same components are indicated by the same reference numerals as possible throughout the drawings.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below are not to be construed as being limited to their usual or dictionary meanings, and the inventors are appropriately defined as terms for describing their own invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 형태와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 형태에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, and thus various alternatives to these at the time of application It should be understood that there may be equivalents and variations.

첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size. The invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. Further, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations of these described in the specification, but one or more other features, numbers, or steps. It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명의 실시 형태는 상술한 문제를 해결하기 위한 능동 조향이 가능한 능동 조향 카테터를 조작하기 위한 마스터 장치와 이의 제어 방법에 관한 것이다. 매핑 시스템의 2차원 화면에 출력되는 카테터 선단부의 방향과 마스터 장치의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향을 일치시키면, 상술한 종래의 문제들을 해결할 수 있다. Embodiments of the present invention relate to a master device for operating an active steering catheter capable of active steering for solving the above-described problem, and a control method thereof. If the direction of the catheter tip output on the 2D screen of the mapping system matches the 3D direction indicated by the operation handle of the master device, the above-described conventional problems can be solved.

이하에서는, 3차원의 어느 방향이든 표현할 수 있는 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치의 구성을 살펴보고, 마스터 장치와 능동 조향 카테터의 양방향 제어 방법을 설명한다. 또한, 본 발명의 실시 형태에서는 상기 능동 조향 카테터의 자세를 측정하는 장치의 좌표계를 이용하여 시술자(또는 조작자)가 매핑 시스템의 화면으로 인지하게 되는 카테터 선단부의 방향 벡터를 구하고, 상기 방향 벡터를 상기 마스터 장치가 추종하도록 제어하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a configuration of a master device according to an embodiment of the present invention capable of expressing any direction in three dimensions will be described, and a method for controlling a master device and an active steering catheter in both directions will be described. In addition, in an embodiment of the present invention, using the coordinate system of the device for measuring the posture of the active steering catheter, the operator (or operator) obtains a direction vector of the catheter tip perceived by the screen of the mapping system, and the direction vector A method of controlling the master device to follow will be described.

본 발명의 실시 형태에 따른 능동 조향 카테터를 조작하기 위한 마스터 장치와 이의 제어 방법을 설명함에 앞서 상기 마스터 장치를 포함한 전체 카테터 시스템을 도 2를 참조하여 설명한다.Prior to describing a master device for operating an active steering catheter and a method for controlling the same according to an embodiment of the present invention, the entire catheter system including the master device will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템의 개략적인 블록도이다.2 is a schematic block diagram of a catheter system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템은, 마스터 장치(100), 능동 조향 카테터(300), 제어부(500) 및 매핑 시스템(700)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a catheter system according to an embodiment of the present invention may include a master device 100, an active steering catheter 300, a control unit 500, and a mapping system 700.

본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템은, 매핑 시스템(700)의 화면으로 보이는 카테터 선단부의 방향과 마스터 장치(100)의 조작 핸들의 방향을 일치시켜서 조작 직관성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 카테터 시스템은, 카테터 선단부가 외부의 다른 물체와 접촉 시, 조작자가 마스터 장치(100)를 통해서 능동 조향 카테터(300)에 가하는 힘을 조절할 수 있게 할 수 있다.In the catheter system according to the embodiment of the present invention, the direction of the catheter tip viewed on the screen of the mapping system 700 and the direction of the operation handle of the master device 100 can be matched to improve operation intuitiveness. In addition, the catheter system according to the embodiment of the present invention may enable the operator to adjust the force applied to the active steering catheter 300 through the master device 100 when the catheter tip contacts other external objects.

마스터 장치(100)는 능동 조향 카테터(300)를 제어 또는 조작하기 위한 장치이다. 시술자는 마스터 장치(100)를 사용하여 능동 조향 카테터(300)를 원격으로 조작할 수 있다. 예를 들어, 시술자는 마스터 장치(100)를 조작하여 능동 조향 카테터(300)의 삽입 및/또는 회전 운동, 카테터 선단부(310)의 굽힘 운동을 제어할 수 있다. The master device 100 is a device for controlling or manipulating the active steering catheter 300. The operator may remotely manipulate the active steering catheter 300 using the master device 100. For example, the operator may control the insertion and/or rotational motion of the active steering catheter 300 and the bending motion of the catheter tip 310 by manipulating the master device 100.

마스터 장치(100)는 시술자의 조작에 의해 마스터 정보를 출력한다. 출력되는 마스터 정보는 제어부(500)로 입력된다. 마스터 정보는 마스터 장치(100)를 구성하는 구성 요소들 중 적어도 하나 이상의 구성 요소에서 출력되는 정보 또는 신호를 의미할 수 있다. 예를 들어, 마스터 정보는 마스터 장치(100)의 조작 핸들의 3차원 방향 정보, 상기 조작 핸들로 가해진 힘 정보, 및 상기 조작 핸들로의 접촉 정보를 포함할 수 있다. The master device 100 outputs master information by manipulation of a practitioner. The output master information is input to the control unit 500. The master information may refer to information or signals output from at least one or more of the elements constituting the master device 100. For example, the master information may include three-dimensional direction information of an operation handle of the master device 100, information on a force applied to the operation handle, and contact information to the operation handle.

여기서, 상기 조작 핸들의 3차원 방향 정보는 마스터 장치(100)에 포함된 하나 또는 다수의 엔코더로부터 출력되는 엔코더 센싱 신호일 수 있다. 상기 조작 핸들로 가해진 힘 정보는 조작 핸들에 장착된 힘 센서로부터 출력되는 센싱 신호일 수 있다. 상기 조작 핸들로의 접촉 정보는 조작 핸들에 장착된 터치 센서로부터 출력되는 센싱 신호일 수 있다.Here, the 3D direction information of the manipulation handle may be an encoder sensing signal output from one or more encoders included in the master device 100. The force information applied to the manipulation handle may be a sensing signal output from a force sensor mounted on the manipulation handle. The contact information to the manipulation handle may be a sensing signal output from a touch sensor mounted on the manipulation handle.

마스터 장치(100)는 3차원의 움직임 또는 3차원의 방향 표현이 가능한 조작 핸들을 포함한다. 조작 핸들은 시술자의 조작에 의해 그 위치 또는 방향이 변경될 수 있다. 또한, 조작 핸들은 마스터 구동 제어신호에 의해서 시술자의 조작과 무관하게 그 위치 또는 방향이 변경될 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)로부터의 상기 마스터 구동 제어신호를 제공받아, 마스터 장치(100)의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향이 매핑 시스템(700)의 2차원 화면에 출력되는 카테터 선단부의 방향과 일치되도록 조작 핸들의 3차원 방향이 제어될 수 있다.The master device 100 includes a manipulation handle capable of expressing a three-dimensional movement or a three-dimensional direction. The position or direction of the operation handle may be changed by the operator's operation. In addition, the position or direction of the operation handle may be changed regardless of the operator's operation by the master driving control signal. For example, by receiving the master drive control signal from the control unit 500, the three-dimensional direction indicated by the operation handle of the master device 100 corresponds to the direction of the catheter tip output on the two-dimensional screen of the mapping system 700 The three-dimensional orientation of the operating handle can be controlled to match.

능동 조향 카테터(300)는 환자의 신체 내부의 혈관이나 심장과 같은 장기를 진행하기 위해서, 가늘고 긴 관 형태를 가질 수 있다. The active steering catheter 300 may have an elongated tube shape in order to progress organs such as blood vessels or heart inside a patient's body.

능동 조향 카테터(300)는 카테터 선단부를 포함하고, 상기 카테터 선단부는 삽입 운동 및 굽힘 운동이 가능하다. The active steering catheter 300 includes a catheter tip portion, and the catheter tip portion is capable of insertion and bending movements.

능동 조향 카테터(300)는 제어부(500)로부터 제공된 카테터 구동 제어신호에 기초하여 삽입 및 굽힘 운동이 가능하다. The active steering catheter 300 can perform insertion and bending movements based on a catheter driving control signal provided from the controller 500.

능동 조향 카테터(300)는 힘 센서와 위치 센서를 포함할 수 있다. 힘 센서와 위치 센서는 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부에 배치될 수 있다. 힘 센서는 카테터 선단부에 작용하는 힘의 정보를 출력한다. 힘 센서로부터 출력되는 힘의 정보를 이용하여 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부가 외부의 다른 물체에 접촉되었는지 여부를 센싱할 수 있다. 위치 센서는 카테터 선단부의 위치와 방향 정보를 출력한다. 위치 센서는 예를 들어 3축 위치와 3축의 방향을 측정하는 센서일 수 있으며, 위치 센서로부터 출력되는 위치와 방향 정보를 이용하여 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부의 3차원 위치와 방향을 센싱할 수 있다. 힘 센서와 위치 센서로부터 출력되는 센싱 신호들(이하, '카테터 정보'라 함)은 제어부(500)로 입력되고, 제어부(500)는 입력된 카테터 정보를 기초로 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부의 외부 물체와의 접촉 여부와 3차원 위치 및 방향 정보를 획득할 수 있다. The active steering catheter 300 may include a force sensor and a position sensor. The force sensor and the position sensor may be disposed at the catheter tip of the active steering catheter 300. The force sensor outputs information on the force acting on the tip of the catheter. Using the force information output from the force sensor, it is possible to sense whether the catheter tip of the active steering catheter 300 is in contact with another external object. The position sensor outputs position and direction information of the catheter tip. The position sensor may be, for example, a sensor that measures the three-axis position and the three-axis direction, and senses the three-dimensional position and direction of the catheter tip of the active steering catheter 300 using position and direction information output from the position sensor. can do. Sensing signals (hereinafter referred to as'catheter information') output from the force sensor and the position sensor are input to the controller 500, and the controller 500 is the catheter of the active steering catheter 300 based on the input catheter information. It is possible to obtain information on whether the tip is in contact with an external object, and information on the 3D position and direction.

제어부(500)는 능동 조향 카테터(300)로부터의 카테터 정보, 마스터 장치(100)로부터의 마스터 정보 및 매핑 시스템(700)으로부터의 화면 정보에 기초하여 마스터 장치(100)의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향과, 매핑 시스템(700)의 디스플레이 화면을 통해 출력되는 카테터 선단부의 방향이 일치하도록 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)를 제어할 수 있다.The control unit 500 is based on catheter information from the active steering catheter 300, master information from the master device 100, and screen information from the mapping system 700, the three-dimensional operation handle of the master device 100 The master device 100 and the active steering catheter 300 may be controlled so that the direction and the direction of the catheter tip output through the display screen of the mapping system 700 coincide.

제어부(500)는 마스터 장치(100)로부터의 마스터 정보에 기초하여 능동 조향 카테터(300)를 제어하기 위한 카테터 구동 제어신호를 생성할 수 있다. 생성된 카테터 구동 제어신호는 능동 조향 카테터(300)로 제공되고, 제공된 카테터 구동 제어신호에 기초하여 능동 조향 카테터(300)는 구동될 수 있다. The controller 500 may generate a catheter drive control signal for controlling the active steering catheter 300 based on the master information from the master device 100. The generated catheter driving control signal is provided to the active steering catheter 300, and the active steering catheter 300 may be driven based on the provided catheter driving control signal.

제어부(500)는 능동 조향 카테터(300)로부터의 카테터 정보를 제공받아 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부의 외부 물체와의 접촉 여부와 3차원 위치와 방향 정보를 얻을 수 있다. 또는, 제어부(500)는 능동 조향 카테터(300)로부터의 카테터 정보를 매핑 시스템(700)으로 전달할 수 있다. The controller 500 may receive catheter information from the active steering catheter 300 to obtain information on whether the active steering catheter 300 contacts an external object at the catheter tip, and 3D position and direction information. Alternatively, the controller 500 may transmit catheter information from the active steering catheter 300 to the mapping system 700.

제어부(500)는 매핑 시스템(700)으로 매핑 정보를 제공할 수 있다. 상기 매핑 정보는, 매핑 시스템(700)에서 3차원 타겟 모델을 생성하는데 요구되는 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이, 매핑 시스템(700)이 심장을 타겟으로 할 경우, 3차원 심장 모델을 생성하는데 필요한 심장의 크기와 위치 정보 등을 포함할 수 있다. 심장의 크기와 위치 정보 등은 기타 별도의 측정 장치(미도시)를 통해 획득될 수 있다. The controller 500 may provide mapping information to the mapping system 700. The mapping information may include one or more pieces of information required to generate a 3D target model in the mapping system 700. For example, as shown in (a) to (b) of FIG. 1, when the mapping system 700 targets the heart, it includes information on the size and location of the heart required to generate a 3D heart model. can do. Information on the size and location of the heart may be obtained through other separate measuring devices (not shown).

제어부(500)는 매핑 시스템(700)으로부터의 화면 정보에 기초하여 마스터 구동 제어신호를 생성할 수 있다. 생성된 마스터 구동 제어신호는 마스터 장치(100)로 제공되어 마스터 장치(100)를 구동시킬 수 있다.The controller 500 may generate a master driving control signal based on screen information from the mapping system 700. The generated master drive control signal is provided to the master device 100 to drive the master device 100.

제어부(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나로 구성될 수도 있고, 복수로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제어부(500)는 마스터 장치측 제어부와 능동 조향 카테터측 제어부로 구성될 수 있고, 마스터 장치측 제어부와 능동 조향 카테터측 제어부는 유/무선 통신을 통해 서로 데이터를 주고 받을 수 있다. 여기서, 마스터 장치측 제어부는 마스터 장치(100)에 일체로 구성될 수 있고, 능동 조향 카테터측 제어부는 능동 조향 카테터(300)에 일체로 구성될 수도 있다.As shown in FIG. 2, the control unit 500 may be configured as one or may be configured as a plurality. For example, the control unit 500 may be composed of a master device-side control unit and an active steering catheter-side control unit, and the master device-side control unit and the active steering catheter-side control unit may exchange data with each other through wired/wireless communication. Here, the master device-side controller may be integrally configured with the master device 100, and the active steering catheter-side controller may be integrally configured with the active steering catheter 300.

매핑 시스템(700)은 제어부(500)로부터의 매핑 정보에 기초하여 3차원 타겟 모델을 생성하고, 제어부(500)로부터의 카테터 정보에 기초하여 3차원 카테터 모델을 생성할 수 있다. The mapping system 700 may generate a 3D target model based on mapping information from the controller 500 and may generate a 3D catheter model based on catheter information from the controller 500.

매핑 시스템(700)은 생성된 3차원 모델과 3차원 카테터 모델을, 도 1의 (a) 내지 (b)와 같이, 실시간으로 디스플레이 장치의 화면에 표시할 수 있다. 여기서, 상기 디스플레이 장치가 상기 3차원 모델을 표시하는 위치와 방향은 매핑 시스템(700)의 가상 카메라의 위치와 방향에 의해 결정된다. 상기 가상 카메라가 바라보는 위치와 방향은 시술자의 조작에 의해 변경될 수 있으며, 최초 화면 출력 시에는 디폴트(default)로 설정된 값으로 정의된다.The mapping system 700 may display the generated 3D model and the 3D catheter model on the screen of the display device in real time as shown in FIGS. 1A to 1B. Here, the position and direction at which the display device displays the 3D model is determined by the position and direction of the virtual camera of the mapping system 700. The position and direction that the virtual camera looks at may be changed by the operator's manipulation, and is defined as a value set as a default upon initial screen output.

매핑 시스템(700)은 상기 디스플레이 장치의 화면에 표시된 2차원 화면을 다른 2차원 화면으로 변경하여 화면에 표시할 수 있고, 현재 디스플레이 장치의 화면에 표시되고 있는 2차원 화면의 정보를 포함하는 화면 정보를 생성할 수 있다. 생성된 화면 정보는 제어부(500)로 제공될 수 있다. 여기서, 화면 정보는 상기 가상 카메라가 3차원 모델을 바라보는 방향의 정보일 수 있다. The mapping system 700 may change the 2D screen displayed on the screen of the display device to another 2D screen and display it on the screen, and screen information including information on the 2D screen currently displayed on the screen of the display device Can be created. The generated screen information may be provided to the controller 500. Here, the screen information may be information on a direction in which the virtual camera looks at the 3D model.

마스터 장치(100)의 기구학적 구성Kinematic configuration of the master device 100

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)의 기구학적 구조를 도식적으로 보여주는 도면이다.3 is a diagram schematically showing the kinematic structure of the master device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.

도 3에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)는 복수의 자유도로서, 3 자유도를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)는 베이스(Base)의 일 면에 연결되며, 복수의 관절부(Joint 1, Joint 2, Joint 3)과 복수의 링크(Link 0, Link 1, Link 2, Link 3)를 포함할 수 있다. The master device 100 according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 3 is a plurality of degrees of freedom and may have three degrees of freedom. Specifically, referring to FIG. 3, the master device 100 according to the embodiment of the present invention is connected to one side of a base, and a plurality of joints (Joint 1, Joint 2, Joint 3) and a plurality of links (Link 0, Link 1, Link 2, Link 3) can be included.

베이스(Base)는 지면과 소정 각도를 이루는 일 면을 포함한다. 제0 링크(Link 0)의 일 단이 베이스의 일 면에 연결되고 타단은 제1 관절부(Joint 1)에 연결된다. 제1 링크(Link 1)의 일 단이 제1 관절부(Joint 1)에 연결되고 타단은 제2 관절부(Joint 2)에 연결된다. 제2 링크(Link 2)의 일 단이 제2 관절부(Joint 2)에 연결되고 타단은 제3 관절부(Joint 3)에 연결된다. 제3 링크(Link 3)의 일 단이 제3 관절부(Joint 3)에 연결된다. 제3 링크(Link 3)는 조작 핸들(150)에 해당하는 타 단부를 포함할 수 있다.The base includes a surface forming a predetermined angle with the ground. One end of the 0th link (Link 0) is connected to one side of the base and the other end is connected to the first joint (Joint 1). One end of the first link (Link 1) is connected to the first joint (Joint 1) and the other end is connected to the second joint (Joint 2). One end of the second link (Link 2) is connected to the second joint (Joint 2) and the other end is connected to the third joint (Joint 3). One end of the third link (Link 3) is connected to the third joint (Joint 3). The third link Link 3 may include the other end corresponding to the operation handle 150.

제3 링크(Link 3)의 타 단부가 조작 핸들(150)에 해당하며, 시술자는 상기 조작 핸들(150)을 잡고, 능동 조향 카테터를 간접적으로 조작할 수 있다. 여기서, 제2 관절부(Joint 2)와 제3 관절부(Joint 3)만으로도 상기 조작 핸들(150)에 해당하는 제3 링크의 모든 3차원의 모든 방향을 표현할 수 있지만, 특정 자세(pose)에서 제2 링크(Link 2) 또는 제3 관절부(Joint 3)가 상기 조작 핸들을 잡고있는 시술자의 팔과 충돌할 수 있다. 따라서, 제1 관절부(Joint 1)와 제1 링크(Link 1)을 추가하여 시술자의 팔과 충돌하지 않으면서도 상기 조작 핸들(150)이 3차원의 모든 방향을 표현할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.The other end of the third link (Link 3) corresponds to the operation handle 150, the operator can hold the operation handle 150, and indirectly manipulate the active steering catheter. Here, the second joint part (Joint 2) and the third joint part (Joint 3) alone can express all three-dimensional directions of the third link corresponding to the operation handle 150, but the second joint in a specific pose The link (Link 2) or the third joint (Joint 3) may collide with the operator's arm holding the operation handle. Therefore, it is desirable to design the manipulation handle 150 to express all three-dimensional directions without colliding with the arm of the operator by adding the first joint 1 and the first link 1.

마스터 장치(100)의 상세 구성Detailed configuration of the master device 100

도 4 내지 도 6은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)의 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.4 to 6 are views for explaining an example of the master device 100 according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)는 3 자유도를 가져 모든 3차원 방향을 표현할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)는 3개의 회전축(A1, A2, A3)을 기준으로 회전할 수 있다. 제1 회전축(A1)은 베이스(101)의 일 면에 수직한 고정축일 수 있고, 제2 회전축(A2)과 제3 회전축(A3)은 제1 회전축(A1)에 평행하지 않은 이동축으로서 서로 교차한다. 제2 회전축(A2)과 제3 회전축(A3)도 서로 평행하지 않은 이동축으로서 서로 교차한다. 예를 들어, 제1 회전축(A1), 제2 회전축(A2) 및 제3 회전축(A3)은 서로 직교할 수 있다. As shown in FIGS. 4 to 6, the master device 100 according to the embodiment of the present invention has three degrees of freedom and can express all three-dimensional directions. The master device 100 according to the embodiment of the present invention may rotate based on three rotation axes A1, A2, and A3. The first rotation axis A1 may be a fixed axis perpendicular to one surface of the base 101, and the second rotation axis A2 and the third rotation axis A3 are moving axes that are not parallel to the first rotation axis A1. Cross. The second rotation axis A2 and the third rotation axis A3 also cross each other as moving axes that are not parallel to each other. For example, the first rotation axis A1, the second rotation axis A2, and the third rotation axis A3 may be orthogonal to each other.

각 회전축(A1, A2, A3)에는 적어도 하나 이상의 구동 풀리(113, 123, 133)가 장착될 수 있다. 각 구동 풀리(113, 123, 133)는 적어도 하나 이상의 구동 모터(111, 121, 131)와 연결될 수 있다. 여기서, 해당 구동 모터(111, 121, 131)와 연결되는 구동 풀리(113, 123, 133)는 와이어(또는 벨트)를 통해서 연결될 수 있다. At least one or more driving pulleys 113, 123, and 133 may be mounted on each of the rotation shafts A1, A2, and A3. Each of the driving pulleys 113, 123, 133 may be connected to at least one or more driving motors 111, 121, 131. Here, the drive pulleys 113, 123, 133 connected to the corresponding drive motors 111, 121, 131 may be connected through a wire (or belt).

복수의 구동 모터(111, 121, 131)는 제1 구동 모터(111), 제2 구동 모터(121) 및 제3 구동 모터(131)을 포함할 수 있고, 복수의 구동 풀리(113, 123, 133)는 제1 구동 풀리(113), 제2 구동 풀리(123) 및 제3 구동 풀리(133)을 포함할 수 있다.The plurality of drive motors 111, 121, 131 may include a first drive motor 111, a second drive motor 121, and a third drive motor 131, and the plurality of drive pulleys 113, 123, The 133 may include a first driving pulley 113, a second driving pulley 123, and a third driving pulley 133.

제1 구동 풀리(113)은 제1 회전축(A1)을 기준으로 회전 가능하며, 제1 구동 모터(111)는 제1 구동 풀리(113)의 회전에 따라 연동한다. 제1 구동 모터(111)의 모터 회전각도는 제1 엔코더(미도시)에 의해 검출될 수 있다. 제1 엔코더(미도시)는 제1 구동 모터(111)에 인접하여 배치되거나 제1 구동 모터(111)와 일체로 구성될 수도 있다.The first driving pulley 113 is rotatable based on the first rotation shaft A1, and the first driving motor 111 is interlocked according to the rotation of the first driving pulley 113. The motor rotation angle of the first driving motor 111 may be detected by a first encoder (not shown). The first encoder (not shown) may be disposed adjacent to the first driving motor 111 or may be integrally configured with the first driving motor 111.

제2 구동 풀리(123)은 제2 회전축(A2)을 기준으로 회전 가능하며, 제2 구동 모터(121)는 제2 구동 풀리(123)의 회전에 따라 연동한다. 제2 구동 모터(121)의 모터 회전각도는 제2 엔코더(미도시)에 의해 검출될 수 있다. 제2 엔코더(미도시)는 제2 구동 모터(121)에 인접하여 배치되거나 제2 구동 모터(121)와 일체로 구성될 수도 있다.The second driving pulley 123 is rotatable based on the second rotation shaft A2, and the second driving motor 121 is interlocked according to the rotation of the second driving pulley 123. The motor rotation angle of the second drive motor 121 may be detected by a second encoder (not shown). The second encoder (not shown) may be disposed adjacent to the second drive motor 121 or may be integrally configured with the second drive motor 121.

제3 구동 풀리(133)은 제3 회전축(A3)을 따라 회전 가능하며, 제3 구동 모터(131)는 제3 구동 풀리(133)의 회전에 따라 연동한다. 제3 구동 모터(131)의 모터 회전각도는 제3 엔코더(미도시)에 의해 검출될 수 있다. 제3 엔코더(미도시)는 제3 구동 모터(131)에 인접하여 배치되거나 제3 구동 모터(131)와 일체로 구성될 수도 있다.The third driving pulley 133 is rotatable along the third rotation shaft A3, and the third driving motor 131 interlocks according to the rotation of the third driving pulley 133. The motor rotation angle of the third driving motor 131 may be detected by a third encoder (not shown). The third encoder (not shown) may be disposed adjacent to the third driving motor 131 or may be integrally configured with the third driving motor 131.

베이스(101)의 일 면은 지면과 소정 각도를 이룰 수 있다. 예를 들어, 베이스(101)의 일 면은 지면과 수직할 수 있다.One surface of the base 101 may form a predetermined angle with the ground. For example, one surface of the base 101 may be perpendicular to the ground.

본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)는, 복수의 관절부(160, 170, 180)과 복수의 링크(167, 178, 185)를 포함할 수 있다. The master device 100 according to the embodiment of the present invention may include a plurality of joint portions 160, 170, 180 and a plurality of links 167, 178, 185.

복수의 관절부(160, 170, 180)은 제1 관절부(160), 제2 관절부(170) 및 제3 관절부(180)을 포함할 수 있다. 각 관절부(160, 170, 180)에는 각 회전축에 따른 회전을 제한하기 위한 브레이크(brake)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 관절부(160, 170, 180)에 포함된 상기 브레이크는 도 2에 도시된 제어부(500)로부터의 마스터 구동 제어신호에 기초하여 온(On) 또는 오프(Off)될 수 있다. The plurality of joint portions 160, 170, 180 may include a first joint portion 160, a second joint portion 170, and a third joint portion 180. Each of the joints 160, 170, 180 may include a brake for limiting rotation according to each rotation axis. Here, the brake included in each of the joints 160, 170, and 180 may be turned on or off based on a master driving control signal from the controller 500 shown in FIG. 2.

제1 관절부(160)은 제1 회전축(A1)을 기준으로 회전 가능한 회전 관절부며, 1 자유도를 갖는다. 제2 관절부(170)은 제2 회전축(A2)을 기준으로 회전 가능한 회전 관절부며, 1 자유도를 갖는다. 제3 관절부(180)은 제3 회전축(A3)을 기준으로 회전 가능한 회전 관절부며, 1 자유도를 갖는다. The first joint 160 is a rotational joint that is rotatable with respect to the first rotational axis A1 and has one degree of freedom. The second joint part 170 is a rotating joint part rotatable with respect to the second rotation axis A2 and has one degree of freedom. The third joint part 180 is a rotating joint part rotatable with respect to the third rotation axis A3 and has one degree of freedom.

복수의 링크(167, 178, 185)는 제1 링크(167), 제2 링크(178) 및 제3 링크(185)를 포함할 수 있다.The plurality of links 167, 178, 185 may include a first link 167, a second link 178, and a third link 185.

제1 링크(167)은 제1 관절부(160)과 제2 관절부(170) 사이에 연결되고, 적어도 하나의 굴곡부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(167)는 'L'자 형상을 가질 수 있다. 제1 링크(167)에 제2 구동 모터(121)와 제2 엔코더가 장착될 수 있다.The first link 167 is connected between the first joint portion 160 and the second joint portion 170 and may have at least one bent portion. For example, the first link 167 may have an'L' shape. A second drive motor 121 and a second encoder may be mounted on the first link 167.

제2 링크(178)는 제2 관절부(170)과 제3 관절부(180) 사이에 연결되고, 적어도 하나의 굴곡부를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 링크(178)은 'L'자 형상을 가질 수 있다. 제2 링크(178)에 제3 구동 모터(131)와 제3 엔코더가 장착될 수 있다. The second link 178 is connected between the second joint part 170 and the third joint part 180 and may have at least one bent part. For example, the second link 178 may have an'L' shape. A third driving motor 131 and a third encoder may be mounted on the second link 178.

제3 링크(185)는 제3 관절부(180)과 조작 핸들(150) 사이에 연결되고, 소정의 길이를 갖는 직선 형상을 가질 수 있다. The third link 185 is connected between the third joint portion 180 and the operation handle 150 and may have a linear shape having a predetermined length.

조작 핸들(150)은 제3 링크(185)에 연결되며, 소정 길이를 갖는 직선 형상을 가질 수 있다. 조작 핸들(150)은 시술자의 손에 잡힐 수 있는 크기와 형상을 가질 수 있다. 조작 핸들(150)은 제3 링크(185)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 제3 링크(185)에 연결될 수 있다. 여기서, 조작 핸들(150)과 제3 링크(185)는 일체로 구성되어 하나의 링크를 구성할 수도 있다.The manipulation handle 150 is connected to the third link 185 and may have a linear shape having a predetermined length. The manipulation handle 150 may have a size and shape that can be held by the operator's hand. The manipulation handle 150 may be connected to the third link 185 in a direction orthogonal to the length direction of the third link 185. Here, the operation handle 150 and the third link 185 may be integrally configured to form one link.

조작 핸들(150)의 적어도 일 부분은 3개의 회전축(A1, A2, A3)이 교차하는 점에 배치되어 3차원의 모든 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 조작 핸들(150)의 일 단부가 제1 내지 제3 회전축(A1, A2, A3)이 교차하는 교차점에 배치될 수 있다. At least a portion of the operation handle 150 is disposed at a point where the three rotation axes A1, A2, and A3 intersect, so that it can rotate in all three-dimensional directions. For example, one end of the operation handle 150 may be disposed at an intersection where the first to third rotation axes A1, A2, and A3 intersect.

조작 핸들(150)의 방향은 복수의 구동 모터(111, 121, 131) 각각의 모터 회전각도를 계산할 수 있는 복수의 엔코더(미도시)를 통해 측정되는 각 관절부의 회전각도로부터 검출 가능하다. The direction of the operation handle 150 can be detected from the rotation angle of each joint portion measured through a plurality of encoders (not shown) capable of calculating the rotation angle of each motor of the plurality of drive motors 111, 121, 131.

조작 핸들(150)에는 3축의 힘을 측정할 수 있는 3축 힘 센서(140)가 장착되어 시술자가 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)에 가하는 힘의 크기를 검출할 수 있다. 상기 힘 센서(140)는 조작 핸들(150)에 연결되는 마스터 장치(100)의 다수의 링크 중 어느 하나에 장착될 수 있다.A three-axis force sensor 140 capable of measuring three-axis force is mounted on the operation handle 150 to detect the magnitude of the force applied by the operator to the operation handle 150 of the master device 100. The force sensor 140 may be mounted on any one of a plurality of links of the master device 100 connected to the manipulation handle 150.

또한, 조작 핸들(150)에는 터치 센서(미도시)가 배치될 수 있다. 터치 센서(미도시)는 정전용량 터치 센서일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 터치 센서(미도시)를 통해 조작 핸들(150)에 시술자의 손의 접촉되었는지 여부를 감지할 수 있다. In addition, a touch sensor (not shown) may be disposed on the manipulation handle 150. The touch sensor (not shown) may be a capacitive touch sensor, but is not limited thereto. It is possible to detect whether the operator's hand is in contact with the manipulation handle 150 through a touch sensor (not shown).

능동 조향 카테터(300)의 구성Configuration of active steering catheter 300

도 7은 도 2에 도시된 능동 조향 카테터(300)의 일 예의 자유도를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining an example degree of freedom of the active steering catheter 300 shown in FIG. 2.

도 7을 참조하면, 능동 조향 카테터(300)는 삽입 방향으로의 1 자유도(I), 굽힘 방향으로의 2 자유도(B1, B2)로 움직일 수 있다. Referring to FIG. 7, the active steering catheter 300 can move with one degree of freedom (I) in the insertion direction and two degrees of freedom (B1, B2) in the bending direction.

능동 조향 카테터(300)는 카테터 선단부(310)를 포함한다. 카테터 선단부(310)는 2 자유도의 굽힘 방향으로 굽혀질 수 있다. 카테터 선단부(310)는 슬레이브 로봇(미도시)에 의해 제어될 수 있다. The active steering catheter 300 includes a catheter tip 310. The catheter tip 310 may be bent in a bending direction of 2 degrees of freedom. The catheter tip 310 may be controlled by a slave robot (not shown).

능동 조향 카테터(300)는 카테터 선단부(310)에 작용하는 힘의 크기를 측정할 수 있는 힘 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 힘 센서(미도시)를 통해 출력되는 센싱 신호로부터 카테터 선단부(310)가 외부 물체(예를 들어, 심장의 내벽 등)에 접촉되었는지 여부를 감지할 수 있다. The active steering catheter 300 may include a force sensor (not shown) capable of measuring the magnitude of a force acting on the catheter tip 310. From a sensing signal output through a force sensor (not shown), it is possible to detect whether the catheter tip 310 is in contact with an external object (eg, an inner wall of the heart).

능동 조향 카테터(300)는 위치 센서(미도시)를 포함한다. 위치 센서(미도시)는 카테터 선단부(310)의 3차원 위치와 방향을 센싱할 수 있다. Active steering catheter 300 includes a position sensor (not shown). The position sensor (not shown) may sense the three-dimensional position and direction of the catheter tip 310.

힘 센서(미도시)와 위치 센서(미도시) 각각에서는 소정의 전기 신호가 출력된다. 이렇게 출력되는 전기 신호(들)를 카테터 정보라 한다. 상기 카테터 정보는 도 2에 도시된 제어부(500)로 제공될 수 있다. Each of the force sensor (not shown) and the position sensor (not shown) outputs a predetermined electrical signal. The electrical signal(s) output in this way is called catheter information. The catheter information may be provided to the control unit 500 shown in FIG. 2.

마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)의 양방향 제어 방법Bidirectional control method of master device 100 and active steering catheter 300

도 8은 도 2에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of controlling the master device 100 and the active steering catheter 300 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.

도 8을 참조하면, 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)는 크게 3가지 케이스로 나누어 다르게 제어될 수 있으며, 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)의 양방향 제어는 도 2에 도시된 제어부(500)에서 수행될 수 있다. Referring to FIG. 8, the master device 100 and the active steering catheter 300 can be divided into three cases and controlled differently, and the two-way control of the master device 100 and the active steering catheter 300 is shown in FIG. 2. It may be performed by the illustrated control unit 500.

본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)의 양방향 제어 방법은, 정보 업데이트 단계(810)을 포함할 수 있다. 정보 업데이트 단계(810)는 마스터 장치(100), 능동 조향 카테터(300) 및 매핑 시스템(700)으로부터 소정의 정보를 수신하는 단계로서, 마스터 장치(100)로부터 마스터 정보를, 능동 조향 카테터(300)로부터 카테터 정보를, 매핑 시스템(700)으로부터 화면 정보를 수신하는 단계일 수 있다. 또한, 외부 측정 장치로부터 3차원 타겟 정보를 수신할 수도 있다. 3차원 타겟 정보는 매핑 시스템(700)에서 3차원 타겟 모델의 기초로 이용될 수 있다.The method for controlling both the master device 100 and the active steering catheter 300 according to the embodiment of the present invention may include an information update step 810. The information update step 810 is a step of receiving predetermined information from the master device 100, the active steering catheter 300, and the mapping system 700, and receives master information from the master device 100 and the active steering catheter 300. It may be a step of receiving catheter information from) and screen information from the mapping system 700. In addition, 3D target information may be received from an external measuring device. The 3D target information may be used as a basis for a 3D target model in the mapping system 700.

여기서, 마스터 정보는, 마스터 장치(100)의 하나 또는 다수의 엔코더로부터 출력되는 센싱 신호, 마스터 장치(100)의 힘 센서로부터의 센싱 신호, 및 마스터 장치(100)의 터치 센서로부터의 센싱 신호 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 카테터 정보는, 능동 조향 카테터(300)의 힘 센서로부터의 센싱 신호 및 위치 센서로부터의 센싱 신호 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 화면 정보는, 매핑 시스템(700)의 가상 카메라가 3차원 카테터 모델을 바라본 방향 정보를 포함할 수 있다.Here, the master information is one of a sensing signal output from one or more encoders of the master device 100, a sensing signal from a force sensor of the master device 100, and a sensing signal from a touch sensor of the master device 100 It may include at least one or more. The catheter information may include at least one of a sensing signal from a force sensor of the active steering catheter 300 and a sensing signal from a position sensor. In addition, the screen information may include direction information in which the virtual camera of the mapping system 700 looks at the 3D catheter model.

정보 업데이트 단계(810) 이후에, 시술자가 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)을 잡은 상태인지를 판별한다(830). 시술자가 조작 핸들(150)을 잡았는지 여부는 마스터 정보로부터 감지할 수 있다. 예를 들어, 마스터 장치(100)의 힘 센서로부터의 센싱 신호, 또는 마스터 장치(100)의 터치 센서로부터의 센싱 신호에 기초하여 시술자가 조작 핸들(150)을 잡았는지를 판별할 수 있다. 만약, 시술자가 조작 핸들(150)을 잡은 것으로 판별되면, 다음의 850 단계를 수행하고, 그렇지 않으면 제3 케이스(Case 3)의 제어 방법에 따른다.After the information update step 810, it is determined whether the operator is in a state of holding the operation handle 150 of the master device 100 (830). Whether the operator holds the manipulation handle 150 can be detected from the master information. For example, based on a sensing signal from a force sensor of the master device 100 or a sensing signal from a touch sensor of the master device 100, it may be determined whether the operator holds the manipulation handle 150. If it is determined that the operator holds the manipulation handle 150, the next step 850 is performed, otherwise, the control method of the third case (Case 3) is followed.

시술자가 조작 핸들(150)을 잡은 것으로 판별된 이후에, 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부(310)로의 접촉 여부를 판별한다(850). 카테터 선단부(310)가 외부 물체에 접촉되었는지 여부는 카테터 정보로부터 감지할 수 있다. 예를 들어, 능동 조향 카테터(300)의 힘 센서로부터의 센싱 신호에 기초하여 카테터 선단부(310)가 외부 물체에 접촉되었는지를 판별할 수 있다. 만약, 카테터 선단부(310)가 외부 물체에 접촉되지 않은 것으로 판별되면, 마스터 장치(100)의 브레이크를 오프(off)하고(870), 제1 케이스(Case 1)의 제어 방법에 따른다. 여기서, 브레이크는 오프(off)하지 않고 제1 케이스(Case 1)의 제어 방법을 따를 수도 있다. 한편, 카테터 선단부(310)가 외부 물체에 접촉된 것으로 판별되면, 마스터 장치(100)의 브레이크를 온(on)하고(890), 제2 케이스(Case 2)의 제어 방법에 따른다. 여기서, 브레이크는 온(on)하지 않고 제2 케이스(Case 2)의 제어 방법을 따를 수도 있다.After it is determined that the operator is holding the manipulation handle 150, it is determined whether the active steering catheter 300 contacts the catheter tip 310 (850). Whether the catheter tip 310 is in contact with an external object can be detected from catheter information. For example, based on a sensing signal from a force sensor of the active steering catheter 300, it may be determined whether the catheter tip 310 is in contact with an external object. If it is determined that the catheter tip 310 is not in contact with an external object, the brake of the master device 100 is turned off (870), and the control method of the first case (Case 1) is followed. Here, the brake may not be turned off and may follow the control method of the first case (Case 1). On the other hand, when it is determined that the catheter tip 310 is in contact with an external object, the brake of the master device 100 is turned on (890), and the control method of the second case (Case 2) is followed. Here, the brake may not be turned on and may follow the control method of the second case (Case 2).

도 8에 도시된 제1 케이스(Case 1)는, 조작자가 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)을 잡고 있고, 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부(310)에 실제 접촉이 없는 상태(비 접촉 상태)에서의 제어 방식이다. In the first case (Case 1) shown in FIG. 8, the operator is holding the operation handle 150 of the master device 100, and there is no actual contact with the catheter tip 310 of the active steering catheter 300 ( It is a control method in the non-contact state).

제1 케이스에서는 조작자가 조작 핸들(150)을 자유로이 회전시킬 수 있도록 마스터 장치(100)를 제어한다. 이러한 제1 케이스에 있어서, 제어부(500)는 중력 보상 제어를 수행하여 마스터 장치(100)의 자세를 유지시키고 조작 저항감을 줄일 수 있도록 제어할 수 있다. 제어부(500)는, 마스터 장치(100)로부터 제공받은 3차원 방향 정보에 기초하여, 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)이 가리키는 3차원 방향과 매핑 시스템(700)의 디스플레이 화면에서 카테터 선단부(310)가 가리키는 방향이 일치되도록, 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부(310)의 방향을 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(500)는, 마스터 장치(100)로부터 제공받은 힘 정보에 기초하여, 카테터 선단부(310)의 삽입 방향의 속도를 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)에 입력되는 힘에 비례한 속도로 움직이도록 제어할 수도 있다. In the first case, the master device 100 is controlled so that the operator can freely rotate the operation handle 150. In this first case, the control unit 500 may perform a gravity compensation control to maintain the posture of the master device 100 and control it to reduce a sense of manipulation resistance. The control unit 500 includes the three-dimensional direction indicated by the operation handle 150 of the master device 100 and the catheter tip on the display screen of the mapping system 700 based on the three-dimensional direction information provided from the master device 100. The direction of the catheter tip 310 of the active steering catheter 300 may be controlled so that the direction 310 points to coincide. Here, the control unit 500 is proportional to the force input to the operation handle 150 of the master device 100 based on the force information provided from the master device 100, the speed of the insertion direction of the catheter tip 310 You can also control it to move at one speed.

카테터 선단부(310)가 비접촉 상태인 경우의 제어 방식을 이하에서 상세히 설명한다.A control method when the catheter tip 310 is in a non-contact state will be described in detail below.

카테터 선단부(310)가 비접촉 상태인 경우의 제어 방식Control method when the catheter tip 310 is in a non-contact state

- 카테터 굽힘방향 자유도-Degree of freedom in the bending direction of the catheter

조작자가 바라보았을 때 매핑 시스템(700)의 화면에서 보이는 카테터 선단부(310)가 가리키는 방향과 조작 핸들의 방향이 같도록 능동 조향 카테터(300)의 굽힘방향을 제어한다.The bending direction of the active steering catheter 300 is controlled so that the direction indicated by the catheter tip 310 shown on the screen of the mapping system 700 is the same as the direction of the operation handle when viewed by the operator.

도 9를 참조하면, 카테터 선단부(310)의 방향을 나타내는 벡터 e는 능동 조향 카테터(300)의 자세를 측정하는 카테터 자세 측정 장치(350)의 좌표계(

Figure pat00006
)를 기준으로 측정된다.Referring to FIG. 9, a vector e representing the direction of the catheter tip 310 is a coordinate system of the catheter posture measuring device 350 that measures the posture of the active steering catheter 300 (
Figure pat00006
It is measured based on ).

도 10에 도시된 매핑 시스템(700)의 화면에 나타나는 카테터 선단부(310)의 방향 벡터 e'은, 매핑 시스템(700) 상에서 정의된 가상 카메라(750)의 좌표계(

Figure pat00007
)에서 바라본 벡터이다.The direction vector e'of the catheter tip 310 displayed on the screen of the mapping system 700 shown in FIG. 10 is the coordinate system of the virtual camera 750 defined on the mapping system 700 (
Figure pat00007
It is a vector viewed from ).

따라서, 아래 <수학식 1>과 같이, 매핑 시스템(700)의 화면에서 보이는 카테터 선단부(310)의 방향 벡터(e')는 좌표계

Figure pat00008
Figure pat00009
간의 회전 행렬(R)을 이용해서 얻을 수 있다.Therefore, as shown in Equation 1 below, the direction vector e'of the catheter tip 310 seen on the screen of the mapping system 700 is the coordinate system
Figure pat00008
Wow
Figure pat00009
It can be obtained by using the rotation matrix (R) of the liver.

Figure pat00010
Figure pat00010

도 10에 도시된 바와 같이, 조작자가 마스터 장치(100)를 바라보았을 때 인식되는 조작 핸들(150)의 방향 벡터 m과 벡터 e'이 일치하도록 능동 조향 카테터(300)의 굽힘방향 자유도를 제어한다.As shown in FIG. 10, the degree of freedom in the bending direction of the active steering catheter 300 is controlled so that the direction vector m and the vector e'of the operation handle 150 recognized when the operator looks at the master device 100 match. .

- 카테터 삽입방향 자유도-Degree of freedom in the direction of catheter insertion

도 11을 참조하면, 능동 조향 카테터(300)의 삽입방향 속도

Figure pat00011
는 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)에 가해지는 힘
Figure pat00012
중에서 조작 핸들(150)의 축 방향에 평행한 성분
Figure pat00013
에 비례한 속도로 움직이도록 속도 제어한다.11, the speed in the insertion direction of the active steering catheter 300
Figure pat00011
Is the force applied to the operation handle 150 of the master device 100
Figure pat00012
Components parallel to the axial direction of the operation handle 150
Figure pat00013
The speed is controlled to move at a speed proportional to

따라서, 능동 조향 카테터(300)의 삽입방향 속도제어의 기준이 되는 참조 입력(reference input) 속도(

Figure pat00014
)는 아래 <수학식 2>와 같이 정의된다.Therefore, a reference input speed (a reference input) that is a reference for speed control in the insertion direction of the active steering catheter 300
Figure pat00014
) Is defined as in Equation 2 below.

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서,

Figure pat00016
는 비례 게인으로서 조작자의 편의에 따라 조정 가능한 값이다.here,
Figure pat00016
Is a proportional gain and is a value that can be adjusted according to the operator's convenience.

조작 핸들(150)의 축 방향 힘(

Figure pat00017
, Scalar value)은, 아래 <수학식 3>과 같이, 조작 핸들(150)의 힘 센서(140)에서 측정되는 힘 벡터 (
Figure pat00018
)를 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 축 방향인 m 벡터에 투영하여 구할 수 있다.The axial force of the operation handle 150 (
Figure pat00017
, Scalar value) is a force vector measured by the force sensor 140 of the manipulation handle 150 as shown in Equation 3 below (
Figure pat00018
) Can be obtained by projecting the m vector in the axial direction of the operation handle 150 of the master device 100.

Figure pat00019
Figure pat00019

한편, 도 8에 도시된 제2 케이스(Case 2)는, 조작자가 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)을 잡고 있고, 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부(310)에 접촉이 발생한 상태에서의 제어 방식이다. 카테터 선단부(310)의 접촉 여부는 카테터 선단부(310)에 위치한 힘 센서로부터 측정된 힘(Fe)과 접촉 여부를 결정하는 특정 기준값(Fct)을 비교하여 결정될 수 있다. 힘 센서로부터 측정된 힘의 크기(

Figure pat00020
)가 Fct보다 크거나 같으면 접촉 상태, 힘의 크기(
Figure pat00021
)가 Fct보다 작으면 비접촉 상태로 정의할 수 있다. 접촉 여부의 기준이 되는 특정 기준값(
Figure pat00022
)은 비접촉 상태에서 힘 센서에서 측정되는 노이즈 값 보다 큰 값으로 설정될 수 있고, 혹은 다른 값으로 조절될 수도 있다.On the other hand, in the second case (Case 2) shown in FIG. 8, the operator is holding the operation handle 150 of the master device 100, a state in which contact occurs with the catheter tip 310 of the active steering catheter 300 This is the control method in Whether the catheter distal end 310 is in contact may be determined by comparing a force F e measured from a force sensor located at the catheter distal end 310 with a specific reference value F ct for determining contact. The magnitude of the force measured from the force sensor (
Figure pat00020
) Is greater than or equal to F ct , the contact state, the magnitude of the force (
Figure pat00021
If) is less than F ct , it can be defined as a non-contact state. A specific reference value (
Figure pat00022
) May be set to a value larger than the noise value measured by the force sensor in the non-contact state, or may be adjusted to a different value.

이러한 제2 케이스에 있어서, 제어부(500)는 마스터 장치(100)의 움직임을 제한하기 위해서 마스터 장치(100)의 각 관절부(160, 170, 180)의 브레이크를 온(on)하는 제어를 수행할 수 있다. 각 관절부(160, 170, 180)의 브레이크가 온되어 마스터 장치(100)의 움직임이 제한된 상태에서 조작 핸들(150)로는 조작자의 힘이 가해질 수 있다. 이 경우, 제어부(500)는 조작 핸들(150)로 가해지는 힘을 조작 핸들(150)에 장착된 힘 센서를 통해 감지하여, 능동 조향 카테터(300)가 접촉 대상에 가하는 힘이 조작자가 조작 핸들(150)에 가한 힘과 대응(또는 일치)되도록 능동 조향 카테터(300)를 제어할 수 있다. In this second case, the control unit 500 performs control of turning on the brake of each joint unit 160, 170, 180 of the master device 100 in order to limit the movement of the master device 100. I can. In a state in which the brake of each of the joints 160, 170, and 180 is turned on so that the movement of the master device 100 is restricted, a force of the operator may be applied to the manipulation handle 150. In this case, the control unit 500 senses the force applied to the operation handle 150 through a force sensor mounted on the operation handle 150, and the force applied by the active steering catheter 300 to the contact object is determined by the operator. It is possible to control the active steering catheter 300 to correspond to (or match) the force applied to the 150.

카테터 선단부(310)가 접촉 상태인 경우의 제어 방식을 이하에서 상세히 설명한다.A control method when the catheter tip 310 is in contact will be described in detail below.

카테터 선단부가 접촉 상태인 경우 제어 방식Control method when the tip of the catheter is in contact

도 12를 참조하면, 카테터 선단부(310)가 심벽과 같은 어떠한 대상에 접촉하였을 때, 조작자는 카테터 선단부(310)가 대상에 가하는 힘(

Figure pat00023
)를 인지하고 조절할 수 있어야 한다.Referring to FIG. 12, when the catheter tip 310 comes into contact with an object such as a heart wall, the operator is the force applied by the catheter tip 310 to the target (
Figure pat00023
) And be able to control it.

따라서, 조작자가 손에서 느끼는 힘 벡터(

Figure pat00024
)와 능동 조향 카테터(300)가 대상에 가하는 힘(
Figure pat00025
)이 일치하도록 능동 조향 카테터(300)를 제어하는 것이 필요하다.Therefore, the force vector that the operator feels in the hand (
Figure pat00024
) And the force applied by the active steering catheter 300 to the target (
Figure pat00025
) It is necessary to control the active steering catheter 300 to match.

카테터 선단부(310)에 접촉이 발생한 순간, 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)은 움직이지 않도록 고정된다. 예를 들어, 조작 핸들(150)은 임의의 강도로 고정될 수 있다. 조작 핸들(150)이 회전하지 않도록 하기 위해, 브레이크를 사용할 수도 있으며, 또는 접촉을 인지한 순간의 자세로 마스터 장치(100)를 위치 제어할 수도 있다. 위치 제어를 통해 마스터 장치(100)를 고정할 경우, 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 방향 제어에서 참조입력(

Figure pat00026
)은 아래 <수학식 4>와 같이 정의된다.At the moment of contact with the catheter tip 310, the operation handle 150 of the master device 100 is fixed so as not to move. For example, the operation handle 150 can be fixed to any strength. In order to prevent the operation handle 150 from rotating, a brake may be used, or the master device 100 may be positioned in a position at the moment when the contact is recognized. When fixing the master device 100 through position control, a reference input (in the direction control of the operation handle 150 of the master device 100)
Figure pat00026
) Is defined as in Equation 4 below.

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서,

Figure pat00028
는 접촉이 인지된 시간이다.here,
Figure pat00028
Is the time the contact was recognized.

조작 핸들(150)이 고정된 상태에서 조작자가 카테터 선단부(310)로 힘을 가하고자하는 방향으로 조작 핸들(150)에 힘을 가하면, 조작자가 손에서 느끼는 힘(

Figure pat00029
)와 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)에 가해지는 힘(
Figure pat00030
)은 아래 <수학식 5>와 같이, 작용반작용의 관계가 된다.When the operator applies force to the operation handle 150 in the direction in which the operator wants to apply force to the catheter tip 310 while the operation handle 150 is fixed, the force that the operator feels in the hand (
Figure pat00029
) And the force applied to the operation handle 150 of the master device 100 (
Figure pat00030
) Becomes the relationship of reaction and reaction, as shown in Equation 5 below.

Figure pat00031
Figure pat00031

마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)에 가해지는 힘은 힘 센서(140)를 통해 측정되어 능동 조향 카테터(300)로 전달되고, 능동 조향 카테터(300)의 각 자유도는 능동 조향 카테터(300)가 접촉 대상에 가하는 힘(

Figure pat00032
)이 상기
Figure pat00033
와 일치하도록 힘 제어된다. 여기서, 능동 조향 카테터(300)의 카테터 선단부(310)가 접촉 대상에 가하는 힘이 사전에 정의된 값이 되도록 능동 조향 카테터(300)를 제어할 수도 있다.The force applied to the manipulation handle 150 of the master device 100 is measured through the force sensor 140 and transmitted to the active steering catheter 300, and each degree of freedom of the active steering catheter 300 is determined by the active steering catheter 300. The force (
Figure pat00032
) Is reminded
Figure pat00033
The force is controlled to match. Here, the active steering catheter 300 may be controlled so that the force applied by the catheter tip 310 of the active steering catheter 300 to the contact object becomes a predefined value.

따라서, 능동 조향 카테터(300)의 힘 제어에 대한 참조입력(

Figure pat00034
)는, 아래 <수학식 6>과 같이, 조작자가 손에서 느끼는 힘과 동일한 크기를 지니게 된다.Therefore, a reference input for force control of the active steering catheter 300 (
Figure pat00034
), as shown in Equation 6 below, has the same magnitude as the force felt by the operator's hand.

Figure pat00035
Figure pat00035

결과적으로, 조작자는 능동 조향 카테터(300)가 대상에 가하는 힘과 동일 또는 비례하는 힘을 손에서 느끼게 되고 조절할 수 있게 된다.As a result, the operator feels a force equal to or proportional to the force exerted by the active steering catheter 300 on the object and can adjust it.

한편, 도 13을 참조하면, 조작자가 카테터 선단부(310)를 접촉 대상에서 떨어뜨리고 싶을 경우에는, 접촉 물체와 멀어지는 방향으로 힘을 가하면 된다. 이때 능동 조향 카테터(300)는 접촉 물체와 멀어지는 방향으로 힘 제어되어 물체와의 접촉이 떨어지게 된다. 카테터 선단부(310)에 접촉이 사라진 후에는 능동 조향 카테터(300)의 비접촉 상태에서의 제어 방식으로 제어된다.On the other hand, referring to FIG. 13, when the operator wants to separate the catheter tip 310 from the contact object, a force may be applied in a direction away from the contact object. At this time, the active steering catheter 300 is force-controlled in a direction away from the contact object, so that the contact with the object falls. After the contact with the catheter tip 310 disappears, the active steering catheter 300 is controlled by a control method in a non-contact state.

한편, 도 8에 도시된 제3 케이스(Case 3)는, 조작자가 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)을 잡고 있지 않은 상태에서의 제어 방식이다. 이러한 제3 케이스에 있어서, 능동 조향 카테터(300)는 자유운동이 가능한 상태이다. 조작자가 매핑 시스템(700)을 통해 출력되는 화면의 뷰(view)를 바꾸거나, 별도의 외력에 의해 카테터 선단부(310)의 방향이 달라지면, 매핑 시스템(700)의 화면 상에서 카테터 선단부가 가리키는 방향과 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 방향이 달라지게 된다. 따라서, 이때마다 제어부(500)는 매핑 시스템(700)의 화면에 나타난 카테터 선단부(310)의 방향과 실제 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 3차원 방향이 일치하도록 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)을 제어할 수 있다. On the other hand, the third case (Case 3) illustrated in FIG. 8 is a control method in a state in which the operator does not hold the operation handle 150 of the master device 100. In this third case, the active steering catheter 300 is capable of free movement. When the operator changes the view of the screen output through the mapping system 700 or the direction of the catheter tip 310 is changed by a separate external force, the direction indicated by the catheter tip on the screen of the mapping system 700 The direction of the operation handle 150 of the master device 100 is changed. Therefore, at this time, the control unit 500 is the master device 100 so that the direction of the catheter tip 310 shown on the screen of the mapping system 700 and the three-dimensional direction of the actual operation handle 150 of the master device 100 match. The operation handle 150 of the can be controlled.

도 14의 (a)는 도 2에 도시된 매핑 시스템(700)을 통해 출력되는 2차원 화면의 일 예를 도시한 것이고, 도 14의 (b)는 도 14의 (a)의 상태에서 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150) 부분을 확대한 것이다. 14(a) shows an example of a 2D screen output through the mapping system 700 shown in FIG. 2, and FIG. 14(b) is a master device in the state of FIG. 14(a). It is an enlarged part of the operation handle 150 of (100).

도 15의 (a)는 도 14의 (a)에 도시된 매핑 시스템(700)을 통해 출력되는 2차원 화면을 임의의 +z 방향으로 회전했을 때의 2차원 화면을 도시한 것이고, 도 15의 (b)는 도 15의 (a)의 상황에서 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)의 움직임 변화를 보여주기 위한 도면이다.FIG. 15A shows a 2D screen when the 2D screen output through the mapping system 700 shown in FIG. 14A is rotated in an arbitrary +z direction. (b) is a diagram showing a change in movement of the operation handle 150 of the master device 100 in the situation of (a) of FIG. 15.

도 14의 (a)와 도 15의 (a)의 매핑 시스템(700)를 통해 출력되는 2차원 화면은 매핑 시스템(700)의 가상 카메라 좌표계(

Figure pat00036
)의
Figure pat00037
방향으로 3차원 모델을 바라본 상태가 출력된다. 따라서, 조작자가 바라보는 방향과, 도 14의 (b)와 도 15의 (b)에 도시된 마스터 장치(100)의 지역좌표계(
Figure pat00038
)의
Figure pat00039
을 일치시키고, 매핑 시스템(700)를 통해 출력되는 2차원 화면에서 카테터 선단부(310)가 가리키는 방향 벡터(e')와 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)이 가리키는 3차원 방향 벡터(m)가 일치하도록, 마스터 장치(100)와 능동 조향 카테터(300)를 양방향 제어하면, 조작자가 도 14의 (a)에서 도 15의 (a)로 3차원 모델을 회전시키더라도, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 조작 핸들(150)의 조작 방향과 매핑 시스템(700)를 통해 화면상으로 보이는 카테터 선단부(310)의 구동 방향을 항상 일치시킬 수 있다.The 2D screens output through the mapping system 700 of FIGS. 14A and 15A are the virtual camera coordinate system of the mapping system 700 (
Figure pat00036
)of
Figure pat00037
The state of looking at the 3D model in the direction is displayed. Accordingly, the direction the operator looks at and the local coordinate system of the master device 100 shown in FIGS. 14B and 15B
Figure pat00038
)of
Figure pat00039
And the direction vector e'indicated by the catheter tip 310 on the two-dimensional screen output through the mapping system 700 and the 3D direction vector indicated by the operation handle 150 of the master device 100 (m If the master device 100 and the active steering catheter 300 are controlled in both directions so that) match, even if the operator rotates the 3D model from FIG. 14(a) to FIG. 15(a), the ( As shown in b), the operating direction of the operation handle 150 and the driving direction of the catheter tip 310 shown on the screen through the mapping system 700 can always be matched.

조작 핸들(150)의 3차원 방향과 실제 카테터 선단부(310)의 3차원 방향이 일치하므로, 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)이 카테터 선단부(310)의 방향을 3차원으로 보여주게 된다. 따라서, 조작자는 마스터 장치(100)의 조작 핸들(150)로부터 카테터 선단부(310)의 3차원 정보를 인식할 수 있기 때문에, 조작자는 매핑 시스템(700)을 통해 2차원 화면을 돌려가며 카테터 선단부(310)의 깊이 방향 정보를 확인할 필요가 없어진다.Since the three-dimensional direction of the operation handle 150 and the three-dimensional direction of the actual catheter tip 310 are identical, the operation handle 150 of the master device 100 shows the direction of the catheter tip 310 in three dimensions. . Therefore, since the operator can recognize the 3D information of the catheter tip 310 from the manipulation handle 150 of the master device 100, the operator rotates the 2D screen through the mapping system 700 and the catheter tip ( There is no need to check the depth direction information of 310).

앞서 상술한 제1 내지 제3 케이스 각각이 수행된 후에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 다시 정보 업데이트 단계(810)를 수행하고, 앞서 상술한 단계들이 반복될 수 있다After each of the first to third cases described above is performed, as shown in FIG. 8, the information update step 810 is performed again, and the steps described above may be repeated.

이상 상술한 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치 및 카테터 시스템으로 조작하는 대상은 능동 조향이 가능한 카테터이며, 제안하는 제어 방식을 구현하기 위해서는 카테터 선단부의 3차원 방향(orientation)을 측정할 수 있어야 한다. 본 발명의 실시 형태로 기술한 3차원 매핑시스템을 이용하여 수행되는 로봇 심장 중재시술은 이 조건에 부합하며, 따라서 본 기술을 적용할 수 있다. The object operated by the master device and the catheter system according to the embodiment of the present invention described above is a catheter capable of active steering, and in order to implement the proposed control method, the three-dimensional orientation of the catheter tip must be measured. . The robotic cardiac interventional procedure performed using the three-dimensional mapping system described in the embodiment of the present invention meets this condition, and thus the present technology can be applied.

본 발명의 실시 형태에서 해결하고자하는 문제는 매핑 시스템의 디스플레이 화면을 통해 보이는 카테터의 구동 명령 방향과 실제 동작 방향이 달라져서 생기는 조작 직관성 저해 문제이다. 이러한 문제는 카테터의 경우 뿐만 아니라, 특정 로봇의 3차원 방향을 마스터 장치를 이용해서 제어해야 하고 해당 로봇의 자세를 2차원 화면을 통해서 관찰해야 하는 모든 경우에 발생한다. 이러한 경우에도 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치와 카테터 시스템으로 문제를 해결할 수 있다. 본 발명을 적용하기 위해 필요한 정보는 로봇을 촬영하는 장치의 3차원 방향에 대한 정보이다. 이 조건에 해당되는 예는, 실시간으로 x선 투시영상을 보며 조작해야하는 혈관 삽입용 로봇 카테터, 복강경 영상을 보며 수술도구의 방향을 제어해야하는 복강경 수술로봇 시스템 등이 있다.A problem to be solved in the embodiment of the present invention is a problem that hinders operation intuition caused by differences in the direction of the driving command and the actual operation direction of the catheter seen through the display screen of the mapping system. This problem occurs not only in the case of a catheter, but also in all cases in which the three-dimensional direction of a specific robot must be controlled using a master device and the posture of the corresponding robot must be observed through a two-dimensional screen. Even in this case, the problem can be solved with the master device and the catheter system according to the embodiment of the present invention. Information required to apply the present invention is information on a three-dimensional direction of a device for photographing a robot. Examples of this condition include a robot catheter for insertion of blood vessels that must be manipulated while viewing an x-ray perspective image in real time, a laparoscopic surgical robot system that must control the orientation of a surgical tool while viewing a laparoscopic image.

국민건강보험공단의 2016년 주요수술통계연보에 따르면 심장 카테터 삽입술의 수술 건수는 2011년부터 2016년까지 연평균 34% 씩 증가하고 있다. 이는 국민건강보험공단에서 지정한 33개 주요수술의 6년간 연평균 증감률이 16%인 것과 비교하여 높은 수치이다. 이는 심장 카테터 삽입술 시장이 다른 수술과 비교하여 더 빠른 속도로 커지고 있음을 의미한다. 따라서 심장용 카테터 로봇에 적용될 본 기술의 시장성이 앞으로 계속 증가할 것으로 예측된다.According to the National Health Insurance Corporation's 2016 Major Surgical Statistical Yearbook, the number of cardiac catheterization surgeries has increased by an annual average of 34% from 2011 to 2016. This is a high number compared to the 16% annual increase/decrease rate for the 33 major surgeries designated by the National Health Insurance Service. This means that the cardiac catheterization market is growing at a faster rate compared to other surgeries. Therefore, the marketability of this technology applied to cardiac catheter robots is expected to continue to increase in the future.

본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치와 카테터 시스템을 능동 조향 카테터 조작에 적용하게 되면, 항상 매핑 시스템의 디스플레이 화면에서 보이는 카테터 선단부의 방향과 마스터 장치의 조작 핸들의 방향이 항상 일치하게 된다. 따라서 마스터 장치의 조작 핸들로부터 카테터 선단부의 3차원 방향을 직관적으로 인식할 수 있으므로 2차원 화면의 한계점을 보완할 수 있다. 또한, 매핑 시스템의 화면상으로 보이는 카테터 선단부의 방향이 달라지더라도 항상 마스터 장치의 조작 핸들과 카테터 선단부의 동작 방향이 같아지게 된다. 이는 조작 직관성을 향상시켜, 시술의 안전성과 효율을 높일 수 있다.When the master device and the catheter system according to the embodiment of the present invention are applied to the active steering catheter operation, the direction of the catheter tip portion shown on the display screen of the mapping system always matches the direction of the operation handle of the master device. Therefore, since the three-dimensional direction of the catheter tip can be intuitively recognized from the operation handle of the master device, the limitations of the two-dimensional screen can be supplemented. In addition, even if the direction of the catheter distal end viewed on the screen of the mapping system is changed, the operation handle of the master device and the operation direction of the catheter distal end are always the same. This improves operation intuitiveness, and can increase the safety and efficiency of the procedure.

반면, 특허문헌 1 내지 5 및 비특허문헌 1 내지 4에는 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치의 조작 핸들이 3차원의 모든 방향을 표현할 수 있고, 조작자에게 제공되는 화면으로 보이는 카테터 선단부의 방향과 마스터의 조작부가 가리키는 방향을 일치시키며 제어하는 기술이 전혀 개시되어 있지 않다. On the other hand, in Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 1 to 4, the operation handle of the master device according to the embodiment of the present invention can express all three-dimensional directions, and the direction of the catheter tip viewed as a screen provided to the operator and There is no technology disclosed at all to match the direction of the master's control unit and control it.

또한, 특허문헌 1 내지 5 및 비특허문헌 1 내지 4의 경우, 기존의 능동 조향 카테터를 제어하기 위한 마스터 장치들은 기저부가 고정되어 있고, 카테터 선단부에 상대 각도 명령을 전달하는 방식으로 카테터를 제어한다. 이 경우, 카테터 선단부의 자세가 변하거나 카테터를 표시하는 화면의 방향이 변할 경우, 마스터 장치의 조작 방향(구동 명령 방향)과 화면으로 보이는 카테터의 동작 방향이 달라지는 문제가 발생한다. 하지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스터 장치는 기저부가 고정되어 있지 않아 3차원의 모든 방향을 표현할 수 있으며, 마스터 장지의 조작 핸들과 능동 조향 카테터의 카테터 선단부의 방향이 언제나 일치하기 때문에, 해당 문제가 해결되는 특유의 효과가 있다.In addition, in the case of Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 1 to 4, the master devices for controlling the existing active steering catheter have a fixed base and control the catheter by transmitting a relative angle command to the tip of the catheter. . In this case, when the posture of the catheter tip is changed or the direction of the screen displaying the catheter is changed, the operation direction of the master device (drive command direction) and the operation direction of the catheter displayed on the screen are different. However, the master device according to the embodiment of the present invention can express all three-dimensional directions because the base is not fixed, and the direction of the catheter tip of the active steering catheter always coincides with the operation handle of the master device. There is a unique effect that is solved.

이상과 같이 실시 형태들이 비록 한정된 실시 형태와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 형태들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

Claims (11)

삽입 및 굽힘 운동이 가능한 카테터를 포함하고, 상기 카테터의 카테터 선단부에 작용하는 힘의 정보와 상기 카테터 선단부의 방향 정보를 포함하는 카테터 정보를 출력하는 능동 조향 카테터;
3차원 방향 표현이 가능한 조작 핸들을 포함하고, 상기 조작 핸들의 3차원 방향 정보를 포함하는 마스터 정보를 출력하는 마스터 장치;
3차원 타겟 모델과 3차원 카테터 모델을 디스플레이 화면에 출력하고, 상기 디스플레이 화면의 화면 정보를 출력하는 매핑 시스템; 및
상기 카테터 정보, 상기 마스터 정보 및 상기 화면 정보에 기초하여 상기 마스터 장치의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향과, 상기 매핑 시스템의 디스플레이 화면을 통해 출력되는 카테터 선단부의 방향이 일치하도록 상기 마스터 장치와 상기 능동 조향 카테터를 제어하는 제어부;
를 포함하는, 카테터 시스템.
An active steering catheter comprising a catheter capable of insertion and bending movements, and outputting catheter information including information of a force acting on the catheter tip of the catheter and direction information of the catheter tip;
A master device including an operation handle capable of expressing a three-dimensional direction, and outputting master information including three-dimensional direction information of the operation handle;
A mapping system that outputs a 3D target model and a 3D catheter model on a display screen, and outputs screen information of the display screen; And
Based on the catheter information, the master information, and the screen information, the master device and the active device correspond to the three-dimensional direction indicated by the operation handle of the master device and the direction of the catheter tip output through the display screen of the mapping system. A control unit for controlling the steering catheter;
Containing, catheter system.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 장치는 상기 조작 핸들로 가해지는 힘 정보를 센싱하는 힘 센서를 포함하고,
상기 힘 센서는 상기 마스터 장치의 다수의 링크 중 하나에 장착되는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The master device includes a force sensor for sensing force information applied to the operation handle,
The catheter system, wherein the force sensor is mounted on one of a plurality of links of the master device.
제 2 항에 있어서,
상기 카테터 선단부가 접촉 상태이면, 상기 제어부는 상기 조작 핸들이 임의의 강도로 고정되도록 제어하고, 상기 카테터 선단부가 접촉 대상에 가하는 힘이 상기 조작자가 상기 조작 핸들에 가하는 힘과 일치하거나 비례하도록 상기 능동 조향 카테터를 제어하는, 카테터 시스템.
The method of claim 2,
When the catheter tip is in contact, the control unit controls the manipulation handle to be fixed at an arbitrary strength, and the force applied by the catheter tip to the contact object coincides with or is proportional to the force applied by the operator to the manipulation handle. A catheter system that controls the steering catheter.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 마스터 정보에 기초하여 조작자가 상기 조작 핸들을 잡은 상태인지를 판별하고, 상기 카테터 정보에 기초하여 상기 카테터 선단부의 접촉 상태를 판별하는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The control unit determines whether the operator is in a state of holding the operation handle based on the master information, and determines a contact state of the catheter tip based on the catheter information.
제 4 항에 있어서,
상기 조작자가 상기 조작 핸들을 잡은 상태이고, 상기 카테터 선단부가 비접촉 상태이면, 상기 제어부는 상기 마스터 장치의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향이 상기 매핑 시스템의 상기 2차원 화면에서의 카테터 선단부가 가리키는 방향과 일치되도록 상기 능동 조향 카테터의 카테터 선단부의 방향을 제어하는, 카테터 시스템.
The method of claim 4,
When the operator holds the manipulation handle and the catheter tip is in a non-contact state, the control unit determines that the three-dimensional direction indicated by the manipulation handle of the master device corresponds to the direction indicated by the catheter tip on the two-dimensional screen of the mapping system. The catheter system for controlling the orientation of the catheter tip of the active steering catheter to match.
제 4 항에 있어서,
상기 조작자가 상기 조작 핸들을 잡은 상태이고, 상기 카테터 선단부가 접촉 상태이면, 상기 제어부는 상기 조작 핸들이 임의의 강도로 고정되도록 제어하고, 상기 능동 조향 카테터의 카테터 선단부가 접촉 대상에 가하는 힘이 사전에 정의된 값이 되도록 상기 능동 조향 카테터를 제어하는, 카테터 시스템.
The method of claim 4,
When the operator holds the manipulation handle and the catheter tip is in contact, the control unit controls the manipulation handle to be fixed at an arbitrary strength, and the force exerted by the catheter tip of the active steering catheter to the contact object is in advance. Controlling the active steering catheter to be a value defined in the catheter system.
제 4 항에 있어서,
상기 조작자가 상기 조작 핸들을 잡지 않은 상태이면, 상기 제어부는 상기 매핑 시스템의 디스플레이 화면에 나타나는 카테터 선단부의 방향과 상기 마스터 장치의 조작 핸들이 가리키는 3차원 방향이 일치하도록 상기 마스터 장치의 조작 핸들의 3차원 방향을 제어하는, 카테터 시스템.
The method of claim 4,
When the operator does not hold the operation handle, the control unit 3 of the operation handle of the master device so that the direction of the catheter tip appearing on the display screen of the mapping system matches the three-dimensional direction indicated by the operation handle of the master device. The catheter system, which controls the dimensional orientation.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 마스터 장치측 제어부와 상기 능동 조향 카테터측 제어부를 포함하고,
상기 마스터 장치측 제어부와 상기 능동 조향 카테터측 제어부는 유선 또는 무선 통신하는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The control unit includes the master device side control unit and the active steering catheter side control unit,
The master device-side control unit and the active steering catheter-side control unit perform wired or wireless communication.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 장치는상기 조작 핸들의 3차원 방향 정보를 센싱하는 엔코더를 포함하고,
상기 엔코더는 상기 마스터 장치의 다수의 관절부 각각의 회전에 의한 구동 모터의 모터 회전각도를 계산하는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The master device includes an encoder that senses three-dimensional direction information of the operation handle,
The encoder calculates a motor rotation angle of a drive motor by rotation of each of a plurality of joints of the master device.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 조향 카테터는 상기 카테터 선단부로 가해지는 힘 정보를 센싱하는 힘 센서와 상기 카테터 선단부의 위치와 방향을 센싱하는 위치 센서를 포함하고,
상기 힘 센서와 상기 위치 센서는 상기 카테터 선단부에 장착되는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The active steering catheter includes a force sensor for sensing force information applied to the catheter tip and a position sensor for sensing the position and direction of the catheter tip,
The force sensor and the position sensor are mounted on the distal end of the catheter.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 마스터 장치의 중력 보상 제어를 수행하여 상기 마스터 장치의 자세를 유지시키고 조작 저항감을 줄이는, 카테터 시스템.
The method of claim 1,
The control unit performs gravity compensation control of the master device to maintain the posture of the master device and reduce a sense of manipulation resistance, a catheter system.
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