KR20230075065A

KR20230075065A - 내시경 수술 로봇 시스템 및 그것의 이미지 보정 방법

Info

Publication number: KR20230075065A
Application number: KR1020210161288A
Authority: KR
Inventors: 천병식; 권동수
Original assignee: 주식회사 로엔서지컬
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-05-31
Also published as: KR102625436B1

Abstract

일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템은, 삽입 튜브 및 삽입 튜브의 단부 영상을 촬영하는 내시경 카메라를 구비하는 내시경 장치; 상기 내시경 장치에 연결되어 상기 삽입 튜브의 피치 회전 구동 또는 롤 회전 구동을 수행하는 구동 모듈; 사용자가 상기 내시경 장치의 상기 피치 회전 구동 또는 상기 롤 회전 구동에 필요한 입력 신호를 생성하기 위해 회동 조작되는 조작 모듈; 상기 조작 모듈로부터 생성되는 입력 신호에 기초하여 상기 구동 모듈의 구동을 제어하는 제어부; 및 상기 내시경 카메라로부터 촬영되는 영상 이미지를 전달받아 출력하는 디스플레이부; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 조작 모듈로부터 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동을 입력 신호가 형성되는 경우, 상기 내시경 카메라로부터 촬영된 이미지를 상기 롤 회전 구동에 따른 회전 방향 및 회전 변위에 대응하여 회전시킬 수 있다.

Description

내시경 수술 로봇 시스템 및 그것의 이미지 보정 방법{ENDOSCOPE SURGERY ROBOT SYSTEM AND IMAGE CORRECTION METHOD THEREOF}

이하의 설명은 내시경 수술 로봇 시스템 및 그것의 이미지 보정 방법에 관한 것이다.

내시경 수술이란, 체내로 초소형 카메라가 부착된 기구를 집어넣어 특정 부위를 제거하거나 수술하는 외과적 기법을 의미한다. 내시경 수술에 의하면, 절개 부위가 작아 회복 속도가 빠르고 미용상 장점이 있으며, 최근에는 로봇을 이용한 내시경 수술 방법이 이루어지고 있다.

내시경용 수술 로봇은 사용자의 조작에 의해 내시경 장치 구동에 필요한 입력 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치와, 마스터 장치로부터 신호를 받아 직접 내시경 장치에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치로 구성된다.

일반적으로 내시경 수술 로봇용 마스터 장치는 a)삽입 튜브의 병진 구동 입력을 위해 사용자로부터 병진 조작 가능한 병진 조작부와, b)삽입 튜브의 롤 회전 구동 입력을 위해 사용자로부터 롤 축을 중심으로 관절 회동 가능한 롤 회전 조작부와, c)삽입 튜브의 피치 회전 구동 입력을 위해 사용자로부터 피치 축을 중심으로 관절 회동 가능한 피치 회전 조작부의 구성을 포함할 수 있다.

종래의 내시경 수술 로봇용 마스터 장치의 경우 사용자가 파지하는 조작 핸들이 피치 회전 조작부에 연결되고, 피치 회전 조작부는 롤 회전 조작부로부터 회동 가능하게 연결되는 구조를 가지며, 다시 말하면 마스터 장치의 조작의 기준이 되는 베이스를 기준으로, 관절 회동되는 롤 회전 조작부 및 피치 회전 조작부 중, 롤 회전 조작부가 피치 회전 조작부보다 베이스에 가까운 근위 관절 회동부의 구성을 갖는 것이 일반적이었다.

이상의 구조에 의하면, 사용자가 디스플레이를 보면서 마스터 장치를 조작하는 과정에서, 사용자가 삽입 튜브의 롤 회전 구동을 위해 롤 회전 조작부를 회동시킬 경우, 도 6에 도시되는 바와 같이 롤 회전 조작부의 회전에 따라 피치 회전 조작부도 함께 롤 회전축을 기준으로 회전하게 됨으로써, 피치 회전 조작부의 구동 축 역시 회전하게 된다.

이 경우, 디스플레이로 출력되는 영상 또는 그 좌표계가 고정되어 있을 경우, 디스플레이를 보면서 마스터 장치를 조작하는 사용자는 롤 회전 조작 이후에 피치 회전 조작을 수행할 경우, 실제 마스터 장치의 피치 회전축과 디스플레이 상에서의 피치 회전축의 방향이 상이하게 되어 직관적 조작에 불편함을 초래하는 문제점이 존재하였다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

일 실시 예의 목적은 내시경 수술 로봇 시스템 및 이를 이용한 출력 이미지를 보정하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 조작 모듈은, 사용자로부터 파지되는 조작 핸들; 상기 조작 핸들로부터 연결되고, 상기 삽입 튜브의 상기 피치 회전 구동에 따른 회전축에 대응하는 피치 회전축을 따라서 관절 회동가능한 피치 회동부; 및 상기 조작 핸들로부터 연결되고, 상기 삽입 튜브의 상기 롤 회전 구동에 따른 회전축에 대응하고 상기 피치 회전축에 수직한 롤 회전축을 따라서 관절 회동 가능한 롤 회동부; 를 포함하고, 상기 조작 모듈은, 사용자가 파지하는 상기 조작 핸들을 기준으로, 상기 피치 회동부의 관절 조인트 부분이 상기 롤 회동부의 관절 조인트 부분보다 선행하는 관절 조인트를 형성하는 관절 링크 구조를 가질 수 있다.

상기 롤 회동부는, 일측은 상기 조작 모듈의 고정된 지점으로부터 연결되는 부재에 대해 상기 롤 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되고, 타측은 상기 피치 회동부가 상기 피치 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되는 롤 회전 암; 및 상기 롤 회전 암이 상기 롤 회전축을 중심으로 회전하는 방향 및 회전 변위를 계측하는 회전 인코더; 를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 회전 인코더에서 계측되는 신호에 기초하여 상기 내시경 카메라로부터 입력받은 이미지를 상기 롤 회전 암의 회전 방향 및 회전 변위에 비례하여 회전시켜 보정하고, 회전 보정된 이미지를 상기 디스플레이부를 통해 출력할 수 있다.

상기 조작 모듈은, 상기 조작 핸들로부터 연결되고 상기 롤 회전축과 평행한 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 가이드; 및 일측은 상기 슬라이딩 가이드에 가이드되어 슬라이딩 가능하고 타측은 상기 롤 회전축의 방향에 수직한 상측으로 돌출 형성되어 상기 롤 회동부가 상기 롤 회전축을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 슬라이딩 암을 구비하는 병진 이동부; 를 더 포함할 수 있다.

사용자로부터 파지되는 조작 핸들과, 상기 조작 핸들에 연결되고 내시경 장치의 삽입 튜브의 피치 회전 구동에 따른 회전축에 대응하는 피치 회전축을 따라서 관절 회동가능한 관절 링크 구성을 갖는 피치 회동부와, 상기 조작 핸들을 기준으로 상기 피치 회동부에 후행하는 관절 링크 구조로 연결되고 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동에 따른 회전축에 대응하고 상기 피치 회전축에 수직한 롤 회전축을 따라서 관절 회동 가능한 롤 회동부를 구비하는 조작 모듈; 상기 내시경 장치의 상기 삽입 튜브의 단부를 촬영하는 내시경 카메라로부터 촬영된 이미지를 출력하는 디스플레이부; 및 상기 사용자가 조작 모듈을 회동 조작하여 형성된 입력 신호에 기초하여 상기 내시경 장치의 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동 또는 피치 회전 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법은, 상기 제어부가 상기 롤 회전축을 기준으로 상기 롤 회동부의 롤 회전 운동을 감지하는 단계; 상기 제어부가 감지된 롤 회전 운동에 기초하여 사용자가 상기 롤 회동부를 회전시킨 방향 및 회전 변위를 포함하는 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계; 상기 제어부가 계산된 상기 롤 회전 운동 정보에 기초하여 상기 내시경 카메라를 통해 촬영된 이미지를 회전하여 보정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 디스플레이부로 보정된 이미지를 전달하여 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 롤 회동부는, 일측은 상기 조작 모듈의 고정된 지점으로부터 연결되는 부재에 대해 상기 롤 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되고, 타측은 상기 피치 회동부가 상기 피치 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되는 롤 회전 암; 및 상기 롤 회전 암이 상기 롤 회전축을 중심으로 회전하는 방향 및 회전 변위를 계측하는 회전 인코더; 를 포함하고, 상기 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계는, 상기 제어부가 회전 인코더에서 계측되는 신호에 기초하여 사용자가 상기 롤 회동부의 상기 롤 회전 암을 상기 롤 회전축을 중심으로 회전시킨 회전 방향 및 회전 변위를 측정하여 상기 롤 회전 운동 정보를 계산할 수 있다.

상기 이미지를 회전하여 보정하는 단계는, 상기 제어부가 상기 내시경 카메라를 통해 촬영된 이미지를 상기 롤 회전 운동 정보에 포함된 상기 롤 회동부의 회전 방향 및 회전 변위와 동일한 회전 방향 및 동일한 각도로 회전 시킬 수 있다.

일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템 및 이를 이용한 출력 이미지를 보정하는 방법의 의하면, 사용자가 조작 핸들을 통해 롤 회동부를 회전시킴에 따라 피치 회동부의 피치 회전축이 함께 회전되는 경우, 디스플레이에 출력되는 내시경 카메라의 이미지를 롤 회동의 회전 운동에 맞추어 함께 회전시킴으로써, 디스플레이 상에 출력되는 이미지 좌표 상에서의 피치 회전 구동 방향과 실제 피치 회동부의 회동 방향이 동일하게 설정될 수 있기 때문에, 조작 모듈을 조작하는 사용자에게 직관적인 조작감을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지 및 내시경 장치의 동작 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법의 순서도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지의 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 일 실시예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 일 실시예에 따른 체결 장치의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 블록도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지 및 내시경 장치의 동작 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템(1)은 내시경용 수술 로봇은 사용자의 조작에 의해 필요한 입력 신호를 생성하여 전송하는 마스터 장치에 해당하는 조작 모듈(12)로부터 입력 신호를 받아 직접 내시경 장치(11)에 연결되어 해당 입력 신호에 상응하는 구동을 수행하는 슬레이브 장치를 통해 내시경 장치(11)의 삽입 튜브(111)의 구동을 수행할 수 있다.

예를 들어, 내시경 수술 로봇 시스템(1)은, 내시경 장치(11), 구동 모듈(13), 조작 모듈(12), 디스플레이부(14) 및 제어부(15)를 포함할 수 있다.

내시경 장치(11)는, 환자의 체내에 삽입되어 병진 구동 및 회전 구동 가능한 삽입 튜브(111) 및 삽입 튜브(111)의 단부에서의 영상 이미지를 촬영하는 내시경 카메라(112)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 내시경 장치(11)는 구동 모듈(13)에 연결될 수 있고, 구동 모듈(13)의 구동을 통해 삽입 튜브(111)의 병진 구동 및 회전 구동이 수행될 수 있다.

구동 모듈(13)은, 내시경 장치(11)에 연결되어 삽입 튜브(111)의 병진 및 회전 구동을 수행할 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(13)은 마스터 장치에 해당하는 조작 모듈(12)로부터 입력 신호를 받아 직접 내시경 장치(11)에 필요한 조작을 가하는 슬레이브 장치일 수 있다.

예를 들어, 구동 모듈(13)은, 삽입 튜브(111)의 길이 방향을 기준으로 병진 이동축(X_T)을 따라서 삽입 튜브(111)의 병진 구동(P_translation)을 수행하는 병진 구동부(131)와, 삽입 튜브(111)의 길이 방향에 평행한 롤 회전축(X_R)을 중심으로 롤 회전 구동(R_roll)을 수행하는 롤 구동부(132)와, 롤 회전축(X_R)에 수직한 피치 회전축(X_P)을 기준으로 삽입 튜브(111)를 벤딩시키는 피치 회전 구동(R_pitch)을 수행하는 피치 구동부(133)를 포함할 수 있다.

조작 모듈(12)은, 사용자로부터 조작되는 입력 장치일 수 있다. 예를 들어, 조작 모듈(12)은, 사용자가 내시경 장치(11)의 구동에 필요한 입력 신호를 생성하기 위해 조작하는 마스터 장치일 수 있다.

예를 들어, 조작 모듈(12)은, 병진 이동부(121), 롤 회동부(122), 피치 회동부(123) 및 조작 핸들(124)을 포함할 수 있다.

병진 이동부(121)는, 사용자가 조작 핸들(124)을 파지한 상태로 삽입 튜브(111)의 전/후진 방향에 대응하는 병진 이동축(X_T)을 따라서 슬라이딩 이동될 수 있고, 이에 따라 제어부(15)는 병진 이동부(121)의 병진 이동 변위에 기초하여 삽입 튜브(111)의 전/후진 구동을 수행하는 병진 구동부(131)의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 병진 이동부(121)는 병진 이동축(X_T)을 따라서 연장된 슬라이딩 가이드(1211)와, 슬라이딩 가이드(1211)에 가이드 되어 병진 이동축(X_T)을 따라서 슬라이딩되는 슬라이딩 암(1212)을 포함할 수 있다.

롤 회동부(122)는, 사용자가 조작 핸들(124)을 파지한 상태로 삽입 튜브(111)의 롤 회전 구동(R_roll)의 회전축에 대응하는 롤 회전축(X_R)을 따라서 관절 회동할 수 있고, 이에 따라 제어부(15)는 롤 회동부(122)의 회동 변위에 기초하여 삽입 튜브(111)의 롤 회전 구동(R_roll)을 수행하는 롤 구동부(132)의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 롤 회동부(122)는 슬라이딩 암(1212)에 대해 병진 이동축(X_T)과 평행하게 연장되는 롤 회전축(X_R)을 중심으로 관절 회동하는 롤 회전 암(1221)과, 롤 회전 암(1221)의 회전 운동을 계측하는 제 1 회전 인코더(1222)를 포함할 수 있다.

한편 다른 예로, 조작 모듈(12)은 병진 이동부(121)의 구성이 생략되어 구성될 수 있다. 이 경우 롤 구동부(132)의 롤 회전 암(1221)은 조작 모듈(12)의 고정된 베이스 지점으로부터 연결되는 임의의 부재에 회동 가능하게 설치될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

피치 회동부(123)는, 사용자가 조작 핸들(124)을 파지한 상태로 삽입 튜브(111)의 피치 회전 구동(R_pitch)의 회전축 회전축에 대응하는 피치 회전축(X_P)을 따라서 관절 회동할 수 있고, 이에 따라 제어부(15)는 피치 회동부(123)의 회동 변위에 기초하여 삽입 튜브(111)의 피치 회전 구동(R_pitch)을 수행하는 피치 구동부(133)의 구동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 피치 회동부(123)는, 롤 회전 암(1221)에 대해 롤 회전축(X_R)과 수직한 피치 회전축(X_P)을 중심으로 관절 회동하는 피치 회전 암(1231)과, 피치 회전 암(1231)의 회전 운동을 계측하는 제 2 회전 인코더(1232)를 포함할 수 있다.

조작 핸들(124)은, 피치 회동부(123)로부터 연결되어 사용자로부터 파지되는 부재일 수 있다. 사용자는 조작 핸들(124)을 파지한 상태로, 병진 이동부(121), 롤 회동부(122), 피치 회동부(123) 중 적어도 하나 이상을 이동 또는 회전 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 조작 핸들(124)은 내시경 장치(11) 또는 함께 사용되는 각종 수술 도구들의 구동을 제어하기 위한 입력 인터페이스를 제공할 수 있다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 조작 모듈(12)은 순차적으로 슬라이딩 암(1212), 롤 회전 암(1221), 피치 회전 암(1231) 및 조작 핸들(124)이 상호 이격되어 있는 상태로 상대적으로 내측으로 절곡되어 연결되는 관절 링크 구조를 가질 수 있다.

디스플레이부(14)는, 내시경 카메라(112)로부터 촬영되는 영상 이미지를 전달받아 출력할 수 있다. 예를 들어, 제어부(15)는 내시경 카메라(112)로부터 촬영되는 이미지를 입력받을 수 있고, 이를 디스플레이부(14)로 전달하여 해당 이미지가 출력되도록 할 수 있다.

제어부(15)는, 사용자가 조작 모듈(12)를 조작하여 생성된 입력 신호를 전달받을 수 있고, 입력 신호에 기초하여 구동 모듈(13)의 구동을 제어하여 입력 신호에 대응하는 내시경 장치(11)의 구동을 수행하도록 할 수 있다.

예를 들어, 제어부(15)는 롤 회동부(122)의 제 1 회전 인코더(1222)로부터 계측되는 신호에 기초하여 삽입 튜브(111)의 롤 회전 구동(R_roll)을 제어할 수 있고, 피치 회동부(123)의 제 2 회전 인코더(1232)로부터 계측되는 신호에 기초하여 삽입 튜브(111)의 피치 회전 구동(R_pitch)을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제어부(15)는 사용자가 조작 모듈(12)을 조작하는 과정에서, 롤 회동부(122)가 롤 회전축(X_R)을 중심으로 회전 운동할 경우, 해당 회전 운동의 방향 및 그 회전 변위에 비례하여 디스플레이부(14)에 출력되는 이미지를 함께 회전시키는 보정을 수행할 수 있다.

다시 말하면, 제어부(15)는 롤 회동부(122)의 제 1 회전 인코더(1222)로부터 계측되는 신호를 통해서 사용자가 롤 회동부(122)의 롤 회전 암(1221)을 회전한 방향 및 변위를 계산할 수 있고, 이와 동시에 내시경 카메라(112)로부터 입력받은 이미지를 롤 회전 암(1221)의 회전 방향 및 회전 변위에 맞추어 회전하도록 보정할 수 있고, 회전 보정된 이미지를 디스플레이부(14)로 전달하여 출력시킬 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법의 순서도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지의 구성을 나타내는 도면이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 조작 모듈의 구동에 따른 디스플레이부의 출력 이미지의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 사용자가 파지하는 조작 핸들(124)을 기준으로 피치 회동부(123)가 롤 회동부(122)보다 선행하는 위치에 설치된 조작 모듈(12)을 통해 내시경 장치(11)의 구동 모듈(13)의 입력 신호를 생성하는 내시경 수술 로봇 시스템(1)의 출력 이미지를 보정하는 방법을 확인할 수 있다.

한편, 도 6에서 디스플레이부(14)를 통해 출력되는 이미지는 본원 실시 예의 방법에 따라 보정이 이루어지지 않은 상태의 이미지에 해당하며, 이는 보정된 이미지가 출력되는 도 7과의 비교를 위해 첨부되었다는 점을 밝혀둔다.

일 실시 예에 따른 출력 이미지를 보정하는 방법의 설명에 있어서, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시 예의 내시경 수술 로봇 시스템(1)의 구성을 통해서 설명될 것이지만, 이는 하나의 예시에 불과하며 사용자가 파지하는 단부를 기준으로 삽입 튜브의 피치 회전 구동 입력을 위해 회동되는 피치 회전 조작부의 구성이 삽입 튜브의 롤 회전 구동 입력을 위해 회동되는 롤 회전 조작부의 구성보다 선행하는 지점에서 관절 조인트를 형성하는 마스터 장치(조작 모듈)를 포함하는 임의의 내시경 수술 로봇 시스템에도 모두 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법은, 사용자가 조작 모듈을 조작하는 과정에서 제어부(15)가 롤 회동부(122)의 롤 회전 운동을 감지하는 단계(21)와, 제어부(15)가 감지된 롤 회전 운동에 기초하여 사용자가 롤 회동부(122)를 회전시킨 방향 및 변위를 포함하는 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계(22)와, 제어부(15)가 계산된 롤 회전 운동 정보에 기초하여 내시경 카메라(112)를 통해 촬영되어 전달받은 이미지를 회전하여 보정하는 단계(23)와, 제어부(15)가 디스플레이부(14)로 보정된 이미지를 전달하여 출력하는 단계(24)를 포함할 수 있다.

롤 회전 운동을 감지하는 단계(21)에서, 제어부(15)는 롤 회동부(122)의 제 1 회전 인코더(1222)로부터 계측되는 신호를 통해서 롤 회전축(X_R)을 중심으로 하는 롤 회동부(122)의 회전 이동이 이루어진 것을 감지할 수 있다.

예를 들어, 제어부(15)는 제 1 회전 인코더(1222)로부터 인가되는 신호를 통해 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계(22)를 수행할 수 있다.

롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계(22)에서, 제어부(15)는 롤 회동부(122)의 제 1 회전 인코더(1222)로부터 계측되는 신호에 기초하여 사용자가 롤 회동부(122)의 롤 회전 암(1221)을 롤 회전축(X_R)을 중심으로 회전시킨 방향 및 회전 변위를 포함하는 롤 회전 운동 정보를 계산할 수 있다.

이미지를 회전하여 보정하는 단계(23)에서, 제어부(15)는 롤 회전 운동 정보에 포함된 롤 회전 암(1221)의 회전 방향 및 회전 변위에 기초하여 내시경 카메라(112)를 통해 촬영되는 이미지를 동일한 방향으로 회전시킬 수 있고 상기 회전 변위와 비례하는 각도로 회전시킬 수 있다.

예를 들어, 제어부(15)는 내시경 카메라(112)를 통해 촬영되는 이미지를 롤 회전 암(1221)의 회전 변위와 동일한 각도로 회전시킬 수 있다.

일 실시 예에 따른 내시경 수술 로봇 시스템(1) 및 그것의 이미지 보정 방법에 의하면, 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이 사용자가 조작 핸들(124)을 롤 회전축(X_R)을 중심으로 회전시킬 경우, 피치 회동부(123)도 함께 회전함에 따라 피치 회동부(123)의 피치 회전축(X_P) 역시 롤 회전축(X_R)을 중심으로 회전된다는 점을 알 수 있다.

여기서, 도 6에 도시되는 바와 같이 내시경 카메라(112)로부터 촬영된 이미지를 보정하지 않고 디스플레이부(14)로 출력할 경우, 출력되는 이미지 좌표 상에서의 피치 회전 구동(R_pitch) 방향과 실제 피치 회동부(123)의 회동 방향이 어긋나게 되어 디스플레이부(14)를 관찰하면서 조작 모듈(12)을 조작하는 사용자로부터 조작의 혼란을 야기할 수 있는 문제점이 존재하였다.

하지만, 도 7에 도시되는 바와 같이, 일 실시 예에 따른 출력 이미지를 보정하는 방법을 통해 롤 회동부(122)의 회전 운동에 맞추어 회전시켜 보정된 상태의 이미지를 디스플레이부(14)에 출력할 경우, 출력되는 이미지 좌표 상에서의 피치 회전 구동(R_pitch) 방향과 실제 피치 회동부(123)의 회동 방향이 동일하게 설정될 수 있기 때문에, 조작 모듈(12)을 조작하는 사용자에게 직관적인 조작이 가능하도록 할 수 있다.

이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

삽입 튜브 및 삽입 튜브의 단부 영상을 촬영하는 내시경 카메라를 구비하는 내시경 장치;
상기 내시경 장치에 연결되어 상기 삽입 튜브의 피치 회전 구동 또는 롤 회전 구동을 수행하는 구동 모듈;
사용자가 상기 내시경 장치의 상기 피치 회전 구동 또는 상기 롤 회전 구동에 필요한 입력 신호를 생성하기 위해 회동 조작되는 조작 모듈;
상기 조작 모듈로부터 생성되는 입력 신호에 기초하여 상기 구동 모듈의 구동을 제어하는 제어부; 및
상기 내시경 카메라로부터 촬영되는 영상 이미지를 전달받아 출력하는 디스플레이부;
를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 조작 모듈로부터 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동을 입력 신호가 형성되는 경우, 상기 내시경 카메라로부터 촬영된 이미지를 상기 롤 회전 구동에 따른 회전 방향 및 회전 변위에 대응하여 회전시키는 것을 특징으로 하는 내시경 수술 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 조작 모듈은,
사용자로부터 파지되는 조작 핸들;
상기 조작 핸들로부터 연결되고, 상기 삽입 튜브의 상기 피치 회전 구동에 따른 회전축에 대응하는 피치 회전축을 따라서 관절 회동가능한 피치 회동부; 및
상기 조작 핸들로부터 연결되고, 상기 삽입 튜브의 상기 롤 회전 구동에 따른 회전축에 대응하고 상기 피치 회전축에 수직한 롤 회전축을 따라서 관절 회동 가능한 롤 회동부;
를 포함하고,
상기 조작 모듈은,
사용자가 파지하는 상기 조작 핸들을 기준으로, 상기 피치 회동부의 관절 조인트 부분이 상기 롤 회동부의 관절 조인트 부분보다 선행하는 관절 조인트를 형성하는 관절 링크 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 내시경 수술 로봇 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 롤 회동부는,
일측은 상기 조작 모듈의 고정된 지점으로부터 연결되는 부재에 대해 상기 롤 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되고, 타측은 상기 피치 회동부가 상기 피치 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되는 롤 회전 암; 및
상기 롤 회전 암이 상기 롤 회전축을 중심으로 회전하는 방향 및 회전 변위를 계측하는 회전 인코더;
를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 회전 인코더에서 계측되는 신호에 기초하여 상기 내시경 카메라로부터 입력받은 이미지를 상기 롤 회전 암의 회전 방향 및 회전 변위에 비례하여 회전시켜 보정하고, 회전 보정된 이미지를 상기 디스플레이부를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 내시경 수술 로봇 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 조작 모듈은,
상기 조작 핸들로부터 연결되고 상기 롤 회전축과 평행한 방향을 따라서 연장된 슬라이딩 가이드; 및
일측은 상기 슬라이딩 가이드에 가이드되어 슬라이딩 가능하고 타측은 상기 롤 회전축의 방향에 수직한 상측으로 돌출 형성되어 상기 롤 회동부가 상기 롤 회전축을 중심으로 회동 가능하게 연결되는 슬라이딩 암을 구비하는 병진 이동부;
를 더 포함하는 내시경 수술 로봇 시스템.
사용자로부터 파지되는 조작 핸들과, 상기 조작 핸들에 연결되고 내시경 장치의 삽입 튜브의 피치 회전 구동에 따른 회전축에 대응하는 피치 회전축을 따라서 관절 회동가능한 관절 링크 구성을 갖는 피치 회동부와, 상기 조작 핸들을 기준으로 상기 피치 회동부에 후행하는 관절 링크 구조로 연결되고 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동에 따른 회전축에 대응하고 상기 피치 회전축에 수직한 롤 회전축을 따라서 관절 회동 가능한 롤 회동부를 구비하는 조작 모듈; 상기 내시경 장치의 상기 삽입 튜브의 단부를 촬영하는 내시경 카메라로부터 촬영된 이미지를 출력하는 디스플레이부; 및 상기 사용자가 조작 모듈을 회동 조작하여 형성된 입력 신호에 기초하여 상기 내시경 장치의 상기 삽입 튜브의 롤 회전 구동 또는 피치 회전 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법에 있어서,
상기 제어부가 상기 롤 회전축을 기준으로 상기 롤 회동부의 롤 회전 운동을 감지하는 단계;
상기 제어부가 감지된 롤 회전 운동에 기초하여 사용자가 상기 롤 회동부를 회전시킨 방향 및 회전 변위를 포함하는 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계;
상기 제어부가 계산된 상기 롤 회전 운동 정보에 기초하여 상기 내시경 카메라를 통해 촬영된 이미지를 회전하여 보정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 디스플레이부로 보정된 이미지를 전달하여 출력하는 단계;
를 포함하는 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 롤 회동부는,
일측은 상기 조작 모듈의 고정된 지점으로부터 연결되는 부재에 대해 상기 롤 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되고, 타측은 상기 피치 회동부가 상기 피치 회전축을 중심으로 관절 회동 가능하게 연결되는 롤 회전 암; 및
상기 롤 회전 암이 상기 롤 회전축을 중심으로 회전하는 방향 및 회전 변위를 계측하는 회전 인코더;
를 포함하고,
상기 롤 회전 운동 정보를 계산하는 단계는,
상기 제어부가 회전 인코더에서 계측되는 신호에 기초하여 사용자가 상기 롤 회동부의 상기 롤 회전 암을 상기 롤 회전축을 중심으로 회전시킨 회전 방향 및 회전 변위를 측정하여 상기 롤 회전 운동 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 이미지를 회전하여 보정하는 단계는,
상기 제어부가 상기 내시경 카메라를 통해 촬영된 이미지를 상기 롤 회전 운동 정보에 포함된 상기 롤 회동부의 회전 방향 및 회전 변위와 동일한 회전 방향 및 동일한 각도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 내시경 수술 로봇 시스템의 출력 이미지를 보정하는 방법.