KR20230158151A

KR20230158151A - 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20230158151A
Application number: KR1020220057114A
Authority: KR
Inventors: 노영준; 김영광; 조은하; 오태석; 정필수
Original assignee: 주식회사 고영테크놀러지
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-20
Also published as: WO2023219370A1

Abstract

본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 외부 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 획득하고, 엑스선 장치를 이용하여, 상기 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득하고, 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스와 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지 및 상기 3차원 의료 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키고, 상기 매칭 결과에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 대상체의 위치 좌표를 결정하고, 상기 엑스선 장치를 이용하여, 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득하고, 상기 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 수술 도구의 위치 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.

Description

대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING LOCATION OF SUBJECT OR SURGICAL TOOL}

본 개시는 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

대상체(예: 환자)의 환부의 3차원 공간 상 위치를 확인하기 위하여, CT(Computed Tomography) 이미지 또는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 이미지와 같은 3차원 의료 이미지가 미리 촬영될 수 있다. 이후, 의사는 미리 촬영된 3차원 의료 이미지를 참고하여, 대상체에 대한 수술을 진행한다. 대상체의 환부를 정확하게 확인하기 위하여, 엑스선(X-ray) 이미지가 추가로 활용될 수도 있다.

CT 이미지 또는 MRI 이미지와 같은 3차원 의료 이미지와 엑스선 이미지와 같은 2차원 의료 이미지를 함께 사용하는 경우, 각각의 좌표계를 정합시켜야 대상체 내에서 환부가 가지는 정확한 위치를 결정할 수 있다. 그러나 의사가 미리 촬영된 3차원 의료 이미지를 참고하여 수술을 진행하는 경우에 있어서, 수술 도구가 환부에 정확히 위치하였는지 여부는 의사의 재량적 판단에 의존하고 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따른 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하기 위한 시스템은, 상기 대상체에 엑스선을 조사하도록 구성된 복수의 엑스선 소스 및 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하도록 구성된 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 장치; 상기 시스템에 관한 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 저장하도록 구성된 메모리; 및 프로세서를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 상기 프로세서는, 외부 장치로부터 상기 대상체의 3차원 의료 이미지를 획득하고, 상기 엑스선 장치를 이용하여, 상기 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득하고, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지 및 상기 3차원 의료 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키고, 상기 매칭 결과에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 대상체의 위치 좌표를 결정하고, 상기 엑스선 장치를 이용하여, 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득하고, 상기 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 수술 도구의 위치 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 3차원 의료 이미지를 2차원 평면 상에 투영함으로써, 복수의 투영 이미지를 획득하고, 상기 복수의 투영 이미지를 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비시키고, 상기 복수의 투영 이미지 중 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정하고, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 상기 결정한 투영 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 상기 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 평면 상에 배치될 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 간격을 두고 일 직선 상에 배치되며, 상기 복수의 엑스선 소스 각각은 상기 대상체로 엑스선을 조사하는 각도가 서로 다를 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 복수의 엑스선 소스는, 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스일 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 엑스선 장치는, 상기 복수의 엑스선 소스에 고전압을 공급하도록 구성된 하나의 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 엑스선 장치는 미리 지정된 위치에 부착된 마커를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 마커의 위치를 트래킹하도록 구성된 트래킹 센서를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 마커 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 상기 프로세서는, 상기 트래킹 센서로부터 상기 제1 좌표계 상의 상기 마커의 위치 좌표를 획득하고, 상기 마커의 위치 좌표에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 획득하고, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 상기 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 엑스선 장치는, 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기와 연결된 연결 부재; 상기 복수의 엑스선 소스가 배치되고 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제1 회전부; 및 상기 연결 부재와 연결되고 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제2 회전부를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서는, 상기 마커는 상기 엑스선 장치의 상기 연결 부재의 지정된 위치에 부착되며, 상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 마커는, 상기 엑스선 장치의 상기 제1 회전부의 지정된 위치에 부착되며, 상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따른 대상체에 엑스선을 조사하도록 구성된 복수의 엑스선 소스 및 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하도록 구성된 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 장치, 메모리 및 프로세서를 포함하는 시스템의 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법은, 외부 장치로부터 상기 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신하는 동작; 상기 엑스선 장치를 이용하여, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득하는 동작; 상기 메모리에 저장된 상기 시스템에 관한 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지 및 상기 3차원 의료 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키는 동작; 상기 매칭 결과에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 대상체의 위치 좌표를 결정하는 동작; 상기 엑스선 장치를 이용하여, 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득하는 동작; 및 상기 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 수술 도구의 위치 좌표를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 매칭시키는 동작은, 상기 3차원 의료 이미지를 2차원 평면 상에 투영함으로써, 복수의 투영 이미지를 획득하는 동작; 상기 복수의 투영 이미지를 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비시키는 동작; 상기 복수의 투영 이미지 중 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정하는 동작; 및 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 상기 결정한 투영 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 상기 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭하는 동작을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 간격을 두고 일 직선 상에 배치되며, 상기 복수의 엑스선 소스 각각은 상기 대상체로 엑스선을 조사하는 각도가 서로 다를 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 복수의 엑스선 소스는, 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스일 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 엑스선 장치는, 상기 복수의 엑스선 소스에 고전압을 공급하도록 구성된 하나의 전원 공급부를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 엑스선 장치는 미리 지장된 위치에 부착된 마커를 더 포함하고, 상기 시스템은 상기 마커의 위치를 트래킹하도록 구성된 트래킹 센서를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 마커 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 상기 방법은, 상기 트래킹 센서로부터 상기 제1 좌표계 상의 상기 마커의 위치 좌표를 획득하는 동작; 상기 마커의 위치 좌표에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 획득하는 동작; 및 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 상기 메모리에 저장하는 동작을 더 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 엑스선 장치는, 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기와 연결된 연결 부재; 상기 복수의 엑스선 소스가 배치되고 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제1 회전부; 및 상기 연결 부재와 연결되고 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제2 회전부를 더 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따른 상기 마커는 상기 엑스선 장치의 상기 연결 부재의 지정된 위치에 부착되며, 상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따른 시스템은, 대상체의 3차원 의료 이미지와 대상체의 2차원 엑스선 이미지의 좌표계를 서로 정합함으로써, 3차원 공간 좌표계 상에서 대상체의 위치를 정확하게 확인할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따른 시스템은 수술 도구의 엑스선 이미지를 촬영함으로써, 3차원 공간 좌표계 상에서 해당 수술 도구의 정확한 위치를 확인할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 복수의 엑스선 소스는 디지털 방식의 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스이므로, 촬영 시간이 단축되고 대상체의 엑스선 노출 시간이 단축되며 소모 전력을 줄일 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 장치를 도시한 도면이다.
도 2b는 엑스선 장치의 복수의 엑스선 소스 및 엑스선 검출기를 도식화한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 프로세서의 동작 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 프로세서의 동작 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 수술 도구의 엑스선 이미지이다.
도 7은 제1 좌표계 상의 수술 도구의 위치를 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 프로세서의 동작 흐름도이다.
도 9 내지 11은 제1 좌표 변환 관계를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 14는 본 개시의 일 실시예에 따른 제2 좌표 변환 관계를 획득하는 방법을 도시한 도면이다.

본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 특징을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.

본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.

본 개시에서 사용되는 용어 "부"는, 소프트웨어, 또는 FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세서, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 더 분리될 수 있다.

본 개시에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되며, 이 표현은 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.

본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 문서에 도시된 흐름도에서 프로세스 단계들, 방법 단계들, 알고리즘들 등이 순차적인 순서로 설명되었지만, 그러한 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들은 임의의 적합한 순서로 작동하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 본 개시의 다양한 실시예들에서 설명되는 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들의 단계들이 본 개시에서 기술된 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 일부 단계들이 비동시적으로 수행되는 것으로서 설명되더라도, 다른 실시예에서는 이러한 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도면에서의 묘사에 의한 프로세스의 예시는 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변화들 및 수정들을 제외하는 것을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 본 개시의 다양한 실시예들 중 하나 이상에 필수적임을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스가 바람직하다는 것을 의미하지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템(10)의 블록도이다. 도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 엑스선 장치(110)를 도시한 도면이고, 도 2b는 엑스선 장치(110)의 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)를 도식화한 도면이다. 도 3a 및 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 시스템(10)을 도시한 도면이다.

대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하기 위한 시스템(10)은, 엑스선 장치(110), 프로세서(120), 트래킹 센서(130) 및/또는 메모리(140)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(10)은 디스플레이(150)를 더 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 중 일부가 생략 또는 치환되더라도 본 문서에 개시된 다양한 실시예를 구현함에는 지장이 없을 것이다.

엑스선 장치(110)는 대상체(S)를 엑스선으로 투시하여 대상체의 내부에 대한 이미지를 획득함으로써, 대상체를 분석하기 위한 장치일 수 있다. 도 2a와 같이, 엑스선 장치(110)는 엑스선 소스(111)(X-ray sources) 및/또는 엑스선 검출기(113)(X-ray detector)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 엑스선 장치(110)는 마커(115) 및/또는 전원 공급부(117)를 더 포함할 수 있다. 마커(115)는 후술할 트래킹 센서(130)에 의해 트래킹될 수 있다.

엑스선 장치(110)의 엑스선 소스(111)는 엑스선을 방출할 수 있는 광원으로서, 프로세서(120)의 제어 하에 대상체에 엑스선을 조사할 수 있다. 대상체는 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113) 사이에 위치할 수 있다. 일 실시예에서, 엑스선 장치(110)는 복수의 엑스선 소스(111)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엑스선 장치(110)는 3개의 엑스선 소스(111)를 포함할 수도 있고, 2개의 엑스선 소스(111)를 포함할 수도 있고, 4개 이상의 엑스선 소스(111)를 포함할 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 3개의 엑스선 소스(111)를 포함하는 것으로 설명하겠으나, 엑스선 소스(111)의 개수는 이러한 설명에 제한되는 것은 아니다. 복수의 엑스선 소스(111)는, 예를 들어 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 이용한 엑스선 소스(111)일 수 있다. 복수의 엑스선 소스(111)는, 예를 들어 탄소나노튜브를 이용한 냉음극 구조의 디지털 엑스선 튜브(digital X-ray tube)로 구성될 수 있다.

엑스선 장치(110)의 엑스선 검출기(113)는 엑스선의 양(또는 엑스선의 세기)을 검출하는 검출 장치일 수 있다. 엑스선 검출기(113)는 엑스선 소스(111)로부터 대상체에 조사된 엑스선 중 대상체를 투과한 엑스선의 양을 검출할 수 있다. 대상체의 내부 밀도가 균일하지 않은 경우, 엑스선이 조사된 방향에 따라 대상체가 엑스선을 흡수하는 양이 달라질 수 있다. 엑스선 검출기(113)는 다양한 각도에서 조사된 엑스선이 대상체를 통과하면서 감소되는 엑스선 양을 측정할 수 있고, 프로세서(120)는 엑스선 검출기(113)가 측정한 값에 기초하여, 대상체의 내부를 투영한 2차원의 엑스선 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 엑스선 검출기(113)가 측정한 엑스선을 가시광선으로 변환하고, 이를 다시 디지털 신호로 변환하여 이미지화할 수 있다. 엑스선 검출기(113)는 판(plate) 형태일 수도 있고, 엑스선을 검출할 수 있는 다양한 형태로 구현될 수도 있다.

복수의 엑스선 소스(111)는 하나의 평면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 엑스선 소스(111)는 엑스선 검출기(113)의 표면과 평행한 하나의 평면(평면 P-P') 상에 모두 배치될 수 있다. 복수의 엑스선 소스(111)는 동일한 간격을 두고 일 직선상에 배치될 수도 있고, 서로 다른 간격을 두고 일 직선상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 엑스선 소스(111) 간의 간격은 50 내지 200nm 이내에서 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 엑스선 소스(111) 간의 간격은 150nm일 수 있다. 복수의 엑스선 소스(111) 모두에서 조사된 엑스선 빔(X-ray beam)의 시야각(field of view) 내에, 대상체가 위치할 수 있도록, 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 조사하는 각도를 서로 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 2b와 같이, 좌측에 위치한 제1 엑스선 소스(111)는 해당 평면(평면 P-P')의 법선을 기준으로 우측으로 15도 기울어진 각도로 엑스선을 조사하도록 설정되고, 중앙에 위치한 제2 엑스선 소스(111)는 해당 평면(평면 P-P')의 법선과 평행하게 엑스선을 조사하도록 설정되며, 우측에 위치한 제3 엑스선 소스(111)는 해당 평면(평면 P-P')의 법선을 기준으로 좌측으로 15도 기울어진 각도로 엑스선을 조사하도록 설정될 수 있다. 상기의 경우, 대상체(S)는 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 시야각이 중첩하는 영역(A)에 위치할 수 있다. 상술한 각도는 예시적인 것이며, 복수의 엑스선 소스(111)가 대상체에 엑스선을 조사할 수 있는 다양한 각도로 변경될 수 있음은 자명하다. 복수의 엑스선 소스(111)가 상술한 배치를 갖는 경우, 예를 들어 복수의 엑스선 소스(111)가 회전하는 평면에 배치되지 않더라도, 서로 다른 방향에서 촬상된 대상체에 대한 복수의 엑스선 이미지를 획득할 수 있다.

복수의 엑스선 소스(111) 각각은 일정한 시간 간격(예: 수 ms)을 두고 선택적이고 순차적으로 구동이 가능하다. 예를 들어, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111) 중 제1 엑스선 소스(111)를 먼저 구동하였다가 정지하고, 미리 설정된 시간 경과 후(예: 5ms 경과 후), 제2 엑스선 소스(111)를 구동하였다가 정지하며, 다시 설정된 시간 경과 후, 제3 엑스선 소스(111)를 구동하였다가 정지할 수 있다. 즉, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111)를 동시에 구동하는 것이 아닌, 짧은 시간 내에 선택적이고 순차적으로 구동하도록 제어함으로써, 대상체의 엑스선 노출량을 감소시킬 수 있다.

다양한 실시예에 따른 엑스선 장치(110)는 연결 부재(112), 제1 회전부(114a), 제2 회전부(114b) 및/또는 스테이지(116)를 더 포함할 수 있다. 연결 부재(112)는 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)를 연결하는 구성일 수 있다. 예를 들어, 연결 부재(112)는 C 형상의 로봇 암(robot arm)일 수 있다. 제1 회전부(114a)는 복수의 엑스선 소스(111)가 배치되고 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 회전부(114a)는 z축을 중심으로 yaw 회전이 가능한 구성일 수 있다. 제1 회전부(114a)를 yaw 회전시킴으로써 복수의 엑스선 소스(111)를 yaw 회전시킬 수 있고, 이에 따라 대상체의 세로 방향 엑스선 이미지 또는 가로 방향 엑스선 이미지를 획득할 수 있다.

엑스선 장치(110)의 제2 회전부(114b)는 연결 부재(112)와 연결되고 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 회전부(114b)는 x축을 중심으로 roll 회전이 가능한 구성일 수 있다. 즉, 제2 회전부(114b)를 roll 회전 시킴으로써, 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)를 함께 회전시킬 수 있다. 사용자(예: 의사)는 대상체에 대한 정확한 엑스선 이미지를 획득하기 위하여, 제1 회전부(114a) 및 제2 회전부(114b)의 위치를 조정할 수 있다.

엑스선 장치(110)의 스테이지(116)는 대상체(S)가 위치할 수 있다. 스테이지(116)는 x축 방향으로 이동할 수 있다. 스테이지(116) 상에 대상체(S)가 위치한 이후, 스테이지(116)는 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113) 사이로 이동할 수 있다. 예를 들어, 도 3b와 같이 대상체(S)는 스테이지(116) 상에 위치하고, 대상체(S)의 수술 부위가 복수의 엑스선 소스(111)의 시야각(T_FOV) 내에 위치할 수 있다. 엑스선 장치(110)의 전원 공급부(117)는 엑스선 장치(110)의 각 구성 요소를 동작 시키는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 전원 공급부(117)는 복수의 엑스선 소스(111)가 엑스선을 출력하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.

트래킹 센서(130)는 대상체의 위치 및/또는 자세를 트래킹하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들어, 트래킹 센서(130)는 타겟(예: 엑스선 장치(110))에 부착된 마커(115)의 위치 및/또는 자세를 측정함으로써, 마커(115)가 부착된 타겟을 트래킹할 수 있다. 마커(115)는 트래킹 센서(130)에서 센싱이 가능하도록 에너지 또는 신호를 발생시킬 수 있다. 마커(115)는 엑스선 장치(110)의 미리 지정된 위치에 부착될 수 있다. 마커(115)는 엑스선 장치(110)의 각 구성들의 다양한 위치에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 마커(115)는 도 2a에 도시된 것과 같이 엑스선 장치(110)의 연결 부재(112)의 지정된 위치에 부착될 수도 있고, 도 3a에 도시된 것과 같이 엑스선 장치(110)의 제1 회전부(114a)의 지정된 위치에 부착될 수 있다. 여기서, 지정된 위치는 트래킹 센서(130)의 시야각 내에 위치한다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 것과 같이, 마커(115)는 트래킹 센서(130)의 시야각(T_FOV) 내에 위치한다.

트래킹 센서(130)를 이용한 트래킹 방법은 특별히 제한되지 않으나, 일반적으로 광학적 기술에 기반을 둔 옵티컬 트래킹(optical tracking) 방법 또는 전자기파 기술에 기반을 둔 전자기파 트래킹(electromagnetic tracking) 방법이 사용될 수 있다. 또한, 다양한 트래킹 방법들이 복합적으로 사용될 수도 있다.

트래킹 센서(130)가 측정하는 위치는, 예컨대, 직교 좌표계의 x, y, z축 상에서의 좌표와 같은 3차원 공간 좌표로서 정의될 수 있다. 또한, 트래킹 센서(130)가 측정하는 자세는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)와 같은 회전 정보로서 정의될 수 있다. 물체의 정확한 트래킹을 위해서, 이와 같이 정의되는 물체의 위치 및 자세의 6 자유도(6 Degree of Freedom)가 측정될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 트래킹 센서(130)는 엑스선 장치(110)의 지정된 위치에 부착된 마커(115)의 위치를 측정함으로써, 엑스선 장치(110)의 위치를 확인할 수 있다.

프로세서(120)는 시스템(10)에 포함된 각 구성 요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 수행할 수 있는 구성일 수 있다. 프로세서(120)는, 예를 들어, 엑스선 장치(110)의 구성 요소들, 트래킹 센서(130), 메모리(140) 및/또는 디스플레이(150)와 작동적으로 연결될 수 있다. 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)의 다른 구성 요소로부터 수신된 명령 또는 데이터를 메모리(140)에 로드(load)하고, 메모리(140)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 저장할 수 있다.

메모리(140)는 프로세서(120)의 동작에 대한 명령들을 저장할 수 있다. 메모리(140)는 복수의 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 사이의 제1 좌표 변환 관계, 및 복수의 엑스선 소스(111)와 마커(115) 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 좌표 변환 관계 및 제2 좌표 변환 관계는 행렬 벡터일 수 있다. 메모리(140)는 시스템(10)에 관한 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113) 각각의 위치 좌표를 저장할 수 있다.

디스플레이(150)는 프로세서(120)의 제어에 기반하여 다양한 화면을 표시할 수 있다. 디스플레이(150)는, 예를 들어, 3차원 의료 이미지 또는 2차원 엑스선 이미지를 표시할 수 있다.

프로세서(120)는 트래킹 센서(130)를 통해 시스템(10)에 관한 제1 좌표계 상의 마커(115)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 여기서 제1 좌표계는 시스템(10)에서 사용하는 3차원 공간 좌표계일 수 있다. 프로세서(120)는 마커(115)의 위치 좌표에 기초하여, 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111) 및 마커(115) 사이의 제2 좌표 변환 관계 및 마커(115)의 위치 좌표에 기초하여, 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 이후 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113) 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표에 기초하여, 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 여기서, 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표 및 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표는 시스템(10)의 제1 좌표계 상에 정의되는 위치 좌표이다. 프로세서(120)는 획득한 복수의 엑스선 소스 및 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 메모리(140)에 저장할 수 있다.

프로세서(120)는 외부 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 획득할 수 있다. 사용자는 수술 전 MRI 장치 또는 CT 장치를 이용하여 대상체의 3차원 의료 이미지(예: MRI 이미지 또는 CT 이미지)를 미리 획득하고, 프로세서(120)는 MRI 장치 또는 CT 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 유선 또는 무선 통신으로 연결된 MRI 장치 또는 CT 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 서버 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신할 수도 있다. 상기의 경우, 사용자는 대상체의 3차원 의료 이미지를 서버 장치에 업로드하고, 이후 시스템(10)으로 대상체의 3차원 의료 이미지를 전송할 수도 있다.

프로세서(120)는 엑스선 장치(110)를 이용하여, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)의 복수의 엑스선 소스(111)를 순차적으로 구동시켜서 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111)를 이용하여 복수의 제1 엑스선 이미지를 각각 획득할 수 있으며, 상기의 경우, 복수의 제1 엑스선 이미지는 서로 다른 방향에서 대상체를 촬영한 엑스선 이미지일 수 있다.

프로세서(120)는 대상체의 3차원 의료 이미지와 복수의 제1 엑스선 이미지에 기초하여, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 제1 좌표계에 매칭시킬 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 각각의 위치 좌표, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지 및 3차원 의료 이미지에 기초하여, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 제1 좌표계에 매칭시킬 수 있다. 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계란, 해당 3차원 의료 이미지에서 3차원으로 표현된 대상체 각 점의 위치를 지시하는 데에 사용되는 좌표계를 의미할 수 있다. 대상체의 3차원 의료 이미지는, 해당 대상체의 위치를 제2 좌표계 상에서 지시할 수 있다. 3차원 의료 이미지와 엑스선 이미지를 이용하여, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 시스템(10)의 제1 좌표계에 매칭하는 구체적인 방법은 후술하기로 한다. 프로세서(120)는 매칭 결과에 기초하여, 제1 좌표계 상에서 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 즉, 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)의 위치 관계가 소정의 캘리브레이션(calibration) 과정을 통해 제1 좌표계 상에서 정의될 수 있고, 그러한 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)로부터 획득한 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지에 기초하여 대상체의 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계가 제1 좌표계에 정합될 수 있다. 이에 따라, 대상체의 엑스선 이미지만으로도 3차원 공간 좌표인 제1 좌표계 상에서의 대상체의 위치를 정확히 결정할 수 있다.

프로세서(120)는 상기 매칭 결과를 이용하여, 수술 도구의 위치 좌표도 결정할 수 있다. 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)를 이용하여, 수술 중 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)의 복수의 엑스선 소스(111)를 순차적으로 구동시켜서 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 제1 좌표계 상의 수술 도구의 위치를 결정할 수 있다. 상기의 경우, 엑스선 이미지는 제1 좌표계에 정합되었으므로, 엑스선 이미지 상에 표시된 수술 도구의 전극의 위치를 이용하여 제1 좌표계 상의 수술 도구의 전극의 위치를 결정할 수 있다.

도 1에서는 엑스선 장치(110), 프로세서(120), 트래킹 센서(130), 메모리(140) 및 디스플레이(150)가 각각 별도로 구성되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120), 메모리(140) 및 디스플레이(150)는 엑스선 장치(110)와 통합되어 하나의 장치로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120), 트래킹 센서(130), 메모리(140) 및 디스플레이(150)는 엑스선 장치(110)와 별개로 하나의 전자 장치로 구현될 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120), 메모리(140) 및 디스플레이(150)는 엑스선 장치(110)와는 별개의 전자 장치로 구현되고, 트래킹 센서(130)도 별도의 촬상 장치로 구현되어서, 서로 통신 연결될 수도 있다.

도 4는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)의 동작 흐름도이다. 동작흐름도 400을 참조하면, 동작 410에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 외부 장치로부터 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신할 수 있다. 대상체의 3차원 의료 이미지는 수술 전 미리 획득한 대상체의 MRI 이미지 또는 CT 이미지일 수 있다. 외부 장치는, 예를 들어, MRI 장치, CT 장치 또는 서버 장치일 수 있다.

동작 420에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)를 이용하여, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111)를 순차적, 선택적으로 구동함으로써, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 복수의 제1 엑스선 이미지는 서로 다른 방향에서 촬상된 대상체에 대한 엑스선 이미지일 수 있다.

동작 430에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 제1 좌표계에 매칭할 수 있다. 프로세서(120)는 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 각각의 위치 좌표, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지 및 3차원 의료 이미지에 기초하여, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 제1 좌표계 상에 매칭시킬 수 있다. 3차원 의료 이미지와 엑스선 이미지를 이용하여, 좌표계를 매칭하는 방법은 다양하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 수술 전 미리 획득된 3차원 의료 이미지가 2차원 평면 상에 투영되는 투영 이미지를 가상으로 획득할 수 있다. 이 투영 이미지는 DRR(Digitally Reconstructed Radiograph) 이미지일 수 있다. 프로세서(120)는 생성된 가상의 투영 이미지와 실제 엑스선 이미지를 대비함으로써 좌표계 매칭을 수행할 수 있다.

구체적으로, 프로세서(120)는 3차원 의료 이미지가 서로 다른 방향에서 투영된 복수의 투영 이미지를 획득하고, 복수의 투영 이미지를 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비할 수 있다. 프로세서(120)는 복수의 투영 이미지 중 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정할 수 있다. 즉, 프로세서(120)는 실제 대상체의 엑스선 이미지와 가장 유사한 투영 이미지를 찾을 수 있다. 이후, 프로세서(120)는 엑스선 이미지와 가장 유사도가 높은 투영 이미지를 찾으면, 해당 투영 이미지를 생성할 때의 투영 각도 등에 기초하여, 엑스선 이미지 상의 대상체가 3차원 공간 상에 어느 위치에 어느 자세로 배치되는지를 추정할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(120)는 엑스선 이미지 상에서 특징이 될만한 지점을 선정하여 대략의 위치를 산출하고, 해당 위치 주변에서의 가상의 투영 이미지를 기반으로 하여, 실제 엑스선 이미지와 가장 유사한 투영 이미지를 찾아갈 수도 있다. 상기의 경우, 매칭되는 투영 이미지를 찾는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상술한 엑스선 이미지와 3차원 의료 이미지 간의 매칭 과정은 한 장의 엑스선 이미지 만으로 가능할 수도 있지만, 2 장 이상의 복수의 엑스선 이미지를 이용하여, 좌표계 매칭 과정을 수행한다면, 보다 정밀한 매칭 결과를 획득할 수 있다.

동작 440에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 매칭 결과에 기초하여, 제1 좌표계 상의 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 상술한 3차원 의료 이미지와 복수의 제1 엑스선 이미지를 이용한 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 시스템(10)의 제1 좌표계로 정합하는 과정을 통해, 제1 좌표계 상의 대상체의 위치 및/또는 자세를 결정할 수 있다. 즉, 사용자는 3차원 의료 이미지에 나타난 대상체의 제1 좌표계 상의 위치를 정확히 확인할 수 있다.

동작 450에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)를 이용하여 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111)를 순차적, 선택적으로 구동함으로써, 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득할 수 있다.

동작 460에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 제1 좌표계 상의 수술 도구의 위치를 결정할 수 있다. 도 4의 동작 450에서 수행한 매칭 동작을 통해, 엑스선 이미지 상의 특정 위치가 제1 좌표계 상에 어느 위치에 해당하는지 결정할 수 있게 되었으므로, 복수의 제2 엑스선 이미지에 나타난 수술 도구의 전극의 위치에 대응되는 제1 좌표계 상의 수술 도구의 위치를 결정할 수 있다. 사용자(예: 의사)는 수술 중 엑스선 이미지를 촬영함으로써, 제1 좌표계 상의 수술 도구의 위치를 확인할 수 있기 때문에, 정확한 수술을 진행할 수 있다.

도 5는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)의 동작 흐름도이다. 동작 흐름도 500을 참조하면, 동작 510에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 트래킹 센서(130)로부터 제1 좌표계 상의 마커(115)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 트래킹 센서(130)는 엑스선 장치(110)의 미리 지정된 위치에 부착된 마커(115)의 위치를 측정함으로써, 제1 좌표계 상의 마커(115)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 여기서 제1 좌표계는 시스템(10)에서 사용하는 3차원 공간 좌표계일 수 있다.

다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는, 동작 520에서, 획득한 마커(115)의 위치 좌표에 기초하여, 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113) 각각의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 여기서 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표는, 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 위치 좌표를 의미할 수 있다. 메모리(140)는 복수의 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 복수의 엑스선 소스(111)와 마커(115) 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장하고 있다. 좌표 변환 관계들은 행렬 벡터로 표현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 마커(115)의 위치 좌표 및 제2 좌표 변환 관계에 기초하여, 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표를 획득할 수 있고, 획득한 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표 및 제1 좌표 변환 관계에 기초하여, 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 제1 좌표 변환 관계와 제2 좌표 변환 관계를 획득하는 구체적인 방법은 후술하기로 한다.

다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는, 동작 530에서, 제1 좌표계 상의 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표를 메모리(140)에 저장할 수 있다. 저장된 복수의 엑스선 소스(111) 및 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표는 대상체의 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 시스템(10)의 제1 좌표계에 매칭하는 과정에서 사용될 수 있다.

도 6은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 수술 도구(610)의 엑스선 이미지(600)고, 도 7은 제1 좌표계를 갖는 3차원 이미지(700) 상의 수술 도구의 위치를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 사용자는 수술 중 수술 도구(610)가 대상체의 환부에 정확히 삽입되었는지 확인하기 위하여, 엑스선 장치(110)를 이용하여 수술 도구(610)에 관한 2차원의 엑스선 이미지(600)를 촬영할 수 있다. 전극(611)을 포함하는 수술 도구(610)는 엑스선 이미지(600) 상에 표시된다. 이후 프로세서(120)는, 2차원의 엑스선 이미지(600) 상의 수술 도구(610)의 위치가 3차원의 제1 좌표계 상의 어느 위치에 대응되는지 결정할 수 있다. 구체적으로, 도 4의 동작 430에서 수행한 매칭 동작을 통해, 대상체의 엑스선 이미지와 3차원 의료 이미지를 이용하여, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 대상체의 제1 좌표계에 매칭하였으므로, 프로세서(120)는 엑스선 이미지(600) 상의 수술 도구(610)의 위치에 대응하는 제1 좌표계 상의 위치를 결정할 수 있다. 도 7은 3차원 이미지(700) 상에서 수술 도구 및 그 전극(711)의 위치를 도시한다. 예를 들어 엑스선 이미지(600)의 수술 도구(610)의 전극(611)의 위치에 대응하는, 제1 좌표계의 수술 도구의 전극(711)의 위치가 3차원 이미지(700) 상에서 결정될 수 있다. 따라서, 수술 도구(610)에 대한 엑스선 이미지(600)만을 이용하여 3차원의 제1 좌표계를 갖는 3차원 이미지(700) 상의 수술 도구의 전극(711)의 정확한 위치를 파악할 수 있다.

도 8은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)의 동작 흐름도이다. 구체적으로 동작 흐름도 800은 도 4의 동작 430에 관한 구체적인 동작 흐름도이다.

동작 810에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는, 3차원 의료 이미지를 2차원 평면 상에 투영함으로써, 복수의 투영 이미지를 획득할 수 있다. 복수의 투영 이미지는 3차원 의료 이미지가 2차원 평면 상에 투영되는 것을 가정하였을 때 획득되는 2차원 이미지일 수 있다. 이 투영 이미지는 DRR 이미지일 수 있다.

동작 820에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 복수의 투영 이미지를 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비시킬 수 있다.

동작 830에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 복수의 투영 이미지 중 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정할 수 있다. 프로세서(120)는 복수의 투영 이미지 중 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정할 수 있다. 프로세서(120)는 엑스선 이미지와 가장 유사도가 높은 투영 이미지를 찾으면, 해당 투영 이미지를 생성할 때의 투영 각도 등에 기초하여, 엑스선 이미지 상의 대상체가 3차원 공간 상에 어느 위치에 어느 자세로 배치되는지를 추정할 수 있다.

동작 840에서, 다양한 실시예에 따른 프로세서(120)는 복수의 제1 엑스선 이미지와 결정한 투영 이미지를 비교함으로써, 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 제1 좌표계에 매칭시킬 수 있다. 즉, 프로세서(120)는 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 시스템(10)의 제1 좌표계에 매칭함으로써, 제1 좌표계 상의 대상체의 위치를 결정할 수 있다. 나아가, 엑스선 이미지와 상기 결정한 투영 이미지를 정합함으로써, 엑스선 이미지에 표시된 특정 위치에 대응하는 제1 좌표계 상의 위치도 결정할 수 있다.

도 9 내지 11은 제1 좌표 변환 관계를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 9는 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 사이의 좌표 관계를 획득하는 방법을 도시한 도면이고, 도 10은 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 사이의 좌표 관계를 획득하는데 사용되는 캘리브레이션 도구를 도시한 평면도이며, 도 11은 엑스선 검출기(113) 좌표계를 기준으로 하는 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 제1 좌표 변환 관계를 획득하기 위하여 캘리브레이션 도구를 사용할 수 있다. 캘리브레이션 도구는 제1 보정판(910) 및 제2 보정판(920)을 포함할 수 있다. 캘리브레이션 도구는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 보정판(910) 및 제2 보정판(920) 지정된 간격만큼 떨어진 상태로 2층으로 배치된 구조를 가질 수 있으며, 엑스선 검출기(113) 위에 배치될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 보정판(910) 및 제2 보정판(920)은 2층으로 평행하게 배치될 수 있고, 면적은 서로 동일할 수 있다. 제1 보정판(910) 및 제2 보정판(920) 각각은 격자로 배치된 복수의 볼(911, 921)을 포함할 수 있다. 복수의 볼(911, 921)은 엑스선 이미지에 표시되는 금속 볼일 수 있다. 캘리브레이션 도구는, 예를 들어, 캘리브래이션 지그(zig)로 불릴 수 있다.

제1 보정판(910)에 배치된 복수의 제1 볼(911)과, 제2 보정판(920)에 배치된 복수의 제2 볼(921)은, 서로 개수가 상이하며 배치 위치가 상이하다. 예를 들어, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 볼(911)은 5*5 형태로 제1 보정판(910)에 배치되며, 복수의 제1 볼(911) 사이의 간격은 d1이고, 가장 바깥쪽에 배치된 제1 볼(911)에서부터 제1 보정판(910)의 모서리까지 거리는 d2일 수 있다. 복수의 제2 볼(921)은 4*4 형태로 제2 보정판(920)에 배치되며, 복수의 제2 볼(921) 사이의 간격은 d1이고, 가장 바깥쪽에 배치된 제2 볼(921)에서부터 제2 보정판(920)의 모서리까지 거리는 d3일 수 있다. 또한, 제1 보정판(910)과 제2 보정판(920) 사이의 거리는 h일 수 있다. 상술한, d1, d2, d3 및 h는 사용자가 설정한 값이다.

복수의 엑스선 소스(111)를 이용하여 캘리브레이션 도구에 대한 복수의 엑스선 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 3개의 엑스선 소스(111)를 사용하는 경우, 캘리브레이션 도구에 대한 3개의 엑스선 이미지를 획득할 수 있다.

이후, 프로세서(120)는 삼각 측량법을 이용하여, 엑스선 소스(111)와 엑스선 검출기(113) 사이의 좌표 관계를 획득할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(120)는 엑스선 검출기(113)를 중심으로 하는 복수의 엑스선 소스(111)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 삼각 측량법을 이용하여, 엑스선 검출기(113)와 복수의 엑스선 소스(111) 사이의 좌표 관계를 계산하는 방법은, 일반적인 삼각 측량법을 이용하는 것이므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 엑스선 검출기(113) 중심을 기준으로 하는 검출기 중심 좌표계를 기준으로, 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 엑스선 검출기(113)의 한 꼭지점을 중심으로 하는 검출기 코너 좌표계를 기준으로, 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 상술한 바와 같이, 캘리브레이션 도구를 이용하여 엑스선 검출기(113)와 복수의 엑스선 소스(111) 각각에 대한 좌표 관계를 획득할 수 있다. 따라서, 프로세서(120)는 복수의 엑스선 소스(111) 각각의 위치 좌표를 알고 있다면, 상술한 좌표 관계를 이용하여, 엑스선 검출기(113)의 위치 좌표를 계산할 수 있으며, 그 반대도 가능하다. 상술한 엑스선 검출기(113)와 복수의 엑스선 소스(111) 각각에 대한 좌표 관계는, 행렬 벡터 또는 텍스트 형식으로 표현될 수 있다.

도 12 내지 14는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 제2 좌표 변환 관계를 획득하는 방법을 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 12는 제2 좌표 변환 관계를 획득하는데 사용되는 피봇 기구(pivoting tool)(1200)을 도시한 도면이고, 도 13은 복수의 엑스선 소스(111)를 이용하여 보정 팬텀을 촬영하여 획득한 복수의 엑스선 이미지이며, 도 14는 제1 엑스선 소스(111)를 기준으로 하는 마커(115)의 위치 좌표를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 피봇 기구(1200)는 피봇 팬텀(pivoting phantom) 또는 보정 팬텀(calibration phantom)으로 불릴 수 있다. 피봇 기구(1200)는 지정된 위치에 형성된 복수의 피봇 볼을 포함할 수 있다. 피봇 볼은 엑스선 이미지에 검출되도록 금속으로 형성된 볼일 수 있으며, 피봇 포인트(pivoting point)로 불릴 수도 있다. 상기 복수의 피봇 볼은, 예를 들어, 피봇 기구의 상면에 4개, 제1 측면에 4개 및 제2 측면에 4개 형성되어 총 12개일 수 있으나, 복수의 피봇 볼의 개수 및 위치는 이에 제한되는 것은 아니다.

사용자는 피봇 기구(1200)를 엑스선 검출기(113) 위에 위치시킬 수 있다. 이후, 사용자는 복수의 엑스선 소스(111)를 이용하여 피봇 기구(1200)에 대한 복수의 엑스선 이미지(1310, 1320, 1330)를 획득할 수 있다. 복수의 엑스선 소스(111) 각각은 서로 다른 위치에서 다른 각도로 엑스선을 조사하기 때문에, 복수의 엑스선 이미지(1310, 1320, 1330) 각각에 표시된 피봇 볼의 위치는 서로 상이하다.

프로세서(120)는, 예를 들어, 제1 엑스선 소스(111a)에 의해 획득된 엑스선 이미지(1310) 상의 복수의 피봇 볼의 위치 좌표를 추출할 수 있다. 프로세서(120)는, 예를 들어, 삼각 측량법을 이용하여 제1 엑스선 소스(111)를 중심으로 하는 복수의 피봇 볼의 위치 좌표를 추출할 수 있다. 마찬가지의 방법으로 프로세서(120)는 제2 엑스선 소스(111b) 및 제3 엑스선 소스(111c)에 의해 획득된 엑스선 이미지 상(1320, 1330)의 복수의 피봇 볼의 위치 좌표를 추출할 수 있다.

이후, 사용자는 복수의 피봇 볼에 마커 프로브(marker probe)를 위치시킬 수 있다. 예를 들어, 복수의 피봇 볼 중 어느 하나에 마커 프로브를 위치시킬 수 있다. 이 마커 프로브는 트래킹 센서(130)에서 센싱이 가능하도록 에너지 또는 신호를 발생시키는 마커일 수 있기 때문에 트래킹 센서(130)에 의해 센싱될 수 있다. 마커 프로브는 휴대 가능하고 소형으로 구현된 마커일 수 있다.

프로세서(120)는 트레킹 센서(130)를 통해 제1 좌표계 상의 마커 프로브의 위치 좌표 및 엑스선 장치(110)의 지정된 위치에 부착된 마커(115)의 위치 좌표를 획득할 수 있다. 이를 통해, 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)의 지정된 위치에 부착된 마커(115)와 마커 프로브 사이의 위치 관계를 획득할 수 있다. 나아가, 마커(115) 프로브의 위치 좌표는 마커(115) 프로브가 위치한 피봇 볼의 위치 좌표와 동일하므로, 프로세서(120)는 엑스선 장치(110)의 지정된 위치에 부착된 마커(115)와 제1 엑스선 소스(111) 사이의 위치 관계를 획득할 수 있다. 즉, 프로세서(120)는 제1 엑스선 소스(111)와 마커(115) 사이의 좌표 변환 관계를 획득할 수 있다. 상술한 방법을 동일하게 제2 엑스선 소스(111) 및 제3 엑스선 소스(111)에 적용함으로써, 프로세서(120)는, 복수의 엑스선 소스(111) 및 마커(115) 사이의 제1 좌표 변환 관계를 획득할 수 있다.

프로세서(120)는 획득한 제1 좌표 변환 관계 및 제2 좌표 변환 관계를 메모리(140)에 저장할 수 있다. 도 9 내지 14에서 설명한 캘리브레이션 방법은 시스템(10)을 새롭게 설정한 직후에 1회 수행될 수 있으며, 엑스선 장치(110)의 배치 위치가 변경될 때마다 수행될 수 있다. 메모리(140)에 저장된 제1 좌표 변환 관계 및 제2 좌표 변환 관계는, 대상체의 3차원 의료 이미지와 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 정합하는데 사용될 수 있다.

상기 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 개시가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

Claims

대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하기 위한 시스템에 있어서,
상기 대상체에 엑스선을 조사하도록 구성된 복수의 엑스선 소스 및 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하도록 구성된 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 장치;
상기 시스템에 관한 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 저장하도록 구성된 메모리; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
외부 장치로부터 상기 대상체의 3차원 의료 이미지를 획득하고,
상기 엑스선 장치를 이용하여, 상기 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득하고,
상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지 및 상기 3차원 의료 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키고,
상기 매칭 결과에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 대상체의 위치 좌표를 결정하고,
상기 엑스선 장치를 이용하여, 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득하고,
상기 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 수술 도구의 위치 좌표를 결정하도록 구성된, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 3차원 의료 이미지를 2차원 평면 상에 투영함으로써, 복수의 투영 이미지를 획득하고,
상기 복수의 투영 이미지를 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비시키고,
상기 복수의 투영 이미지 중 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정하고,
상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 상기 결정한 투영 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 상기 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키도록 구성된, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 평면 상에 배치되는, 시스템.
제3항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 간격을 두고 일 직선 상에 배치되며,
상기 복수의 엑스선 소스 각각은 상기 대상체로 엑스선을 조사하는 각도가 서로 다른, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는, 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스인, 시스템.
제5항에 있어서,
상기 엑스선 장치는,
상기 복수의 엑스선 소스에 고전압을 공급하도록 구성된 하나의 전원 공급부를 더 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엑스선 장치는 미리 지장된 위치에 부착된 마커를 더 포함하고,
상기 시스템은 상기 마커의 위치를 트래킹하도록 구성된 트래킹 센서를 더 포함하고,
상기 메모리는 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 마커 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장하고,
상기 프로세서는,
상기 트래킹 센서로부터 상기 제1 좌표계 상의 상기 마커의 위치 좌표를 획득하고,
상기 마커의 위치 좌표에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 획득하고,
상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 상기 메모리에 저장하도록 구성되는, 시스템.
제7항에 있어서,
상기 엑스선 장치는,
상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기와 연결된 연결 부재;
상기 복수의 엑스선 소스가 배치되고 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제1 회전부; 및
상기 연결 부재와 연결되고 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제2 회전부를 더 포함하는, 시스템.
제8항에 있어서,
상기 마커는 상기 엑스선 장치의 상기 연결 부재의 지정된 위치에 부착되며,
상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치하는, 시스템.
제8항에 있어서,
상기 마커는, 상기 엑스선 장치의 상기 제1 회전부의 지정된 위치에 부착되며,
상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치하는, 시스템.
대상체에 엑스선을 조사하도록 구성된 복수의 엑스선 소스 및 상기 대상체를 투과한 엑스선을 검출하도록 구성된 엑스선 검출기를 포함하는 엑스선 장치, 메모리 및 프로세서를 포함하는 시스템의 대상체 또는 수술 도구의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
외부 장치로부터 상기 대상체의 3차원 의료 이미지를 수신하는 동작;
상기 엑스선 장치를 이용하여, 대상체의 복수의 제1 엑스선 이미지를 획득하는 동작;
상기 메모리에 저장된 상기 시스템에 관한 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표, 상기 복수의 제1 엑스선 이미지 및 상기 3차원 의료 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭시키는 동작;
상기 매칭 결과에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 대상체의 위치 좌표를 결정하는 동작;
상기 엑스선 장치를 이용하여, 전극을 포함하는 수술 도구에 대한 복수의 제2 엑스선 이미지를 획득하는 동작; 및
상기 복수의 제2 엑스선 이미지에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 수술 도구의 위치 좌표를 결정하는 동작을 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 매칭시키는 동작은,
상기 3차원 의료 이미지를 2차원 평면 상에 투영함으로써, 복수의 투영 이미지를 획득하는 동작;
상기 복수의 투영 이미지를 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 대비시키는 동작;
상기 복수의 투영 이미지 중 상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 가장 유사도 높은 투영 이미지를 결정하는 동작; 및
상기 복수의 제1 엑스선 이미지와 상기 결정한 투영 이미지에 기초하여, 상기 3차원 의료 이미지의 상기 제2 좌표계를 상기 제1 좌표계에 매칭하는 동작을 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 평면 상에 배치되는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는 동일한 간격을 두고 일 직선 상에 배치되며,
상기 복수의 엑스선 소스 각각은 상기 대상체로 엑스선을 조사하는 각도가 서로 다른, 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 엑스선 소스는, 탄소나노튜브를 이용한 엑스선 소스인, 방법.
제15항에 있어서,
상기 엑스선 장치는,
상기 복수의 엑스선 소스에 고전압을 공급하도록 구성된 하나의 전원 공급부를 더 포함하는, 방법.
제11항에 있어서,
상기 엑스선 장치는 미리 지장된 위치에 부착된 마커를 더 포함하고,
상기 시스템은 상기 마커의 위치를 트래킹하도록 구성된 트래킹 센서를 더 포함하고,
상기 메모리는 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 엑스선 검출기 사이의 제1 좌표 변환 관계 및 상기 복수의 엑스선 소스와 상기 마커 사이의 제2 좌표 변환 관계를 저장하고,
상기 방법은,
상기 트래킹 센서로부터 상기 제1 좌표계 상의 상기 마커의 위치 좌표를 획득하는 동작;
상기 마커의 위치 좌표에 기초하여, 상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 획득하는 동작; 및
상기 제1 좌표계 상의 상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기 각각의 위치 좌표를 상기 메모리에 저장하는 동작을 더 포함하는, 방법.
제17항에 있어서,
상기 엑스선 장치는,
상기 복수의 엑스선 소스 및 상기 엑스선 검출기와 연결된 연결 부재;
상기 복수의 엑스선 소스가 배치되고 제1 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제1 회전부; 및
상기 연결 부재와 연결되고 제2 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 제2 회전부를 더 포함하는, 방법.
제18항에 있어서,
상기 마커는 상기 엑스선 장치의 상기 연결 부재의 지정된 위치에 부착되며,
상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치하는, 방법.
제18항에 있어서,
상기 마커는, 상기 엑스선 장치의 상기 제1 회전부의 지정된 위치에 부착되며,
상기 지정된 위치는 상기 트래킹 센서의 시야각 내에 위치하는, 방법.