KR20240049859A - Hysteresis compensation apparatus of flexible tube - Google Patents

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KR20240049859A KR1020220128324A KR20220128324A KR20240049859A KR 20240049859 A KR20240049859 A KR 20240049859A KR 1020220128324 A KR1020220128324 A KR 1020220128324A KR 20220128324 A KR20220128324 A KR 20220128324A KR 20240049859 A KR20240049859 A KR 20240049859A
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이동호
김준환
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Abstract

본 발명은 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버튜브의 채널 내에 배치된 수술도구의 히스테리시스를 보상 제어하기 위한 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치에 관한 것이다. 이를 위해 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 와이어 텐션 정보를 입력받는 입력부, 상기 유연 수술도구의 이미지 정보 및 텐션 정보를 기초로 상기 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 상기 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 스위칭을 위한 제어모드 변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 상기 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하거나 또는 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치가 개시된다.The present invention relates to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube, and more particularly, to a hysteresis compensation control device for a flexible tube for compensating and controlling the hysteresis of a surgical tool disposed in a channel of an overtube. For this purpose, an input unit receives image information and wire tension information of the flexible surgical tool required for mode switching, determines the current state of the surgical tool based on the image information and tension information of the flexible surgical tool, and determines the current state of the surgical tool. A mode switching determination unit that generates a control mode change signal for control mode switching, a flexible tube based on image information in flexible tube control based on tension information according to the control mode change signal of the mode switching determination unit. A mode switching unit that switches the control mode to control or switches the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information, based on the tension error value calculated by the learning model. A hysteresis compensation control device for a flexible tube is disclosed, which includes a compensation control unit that compensates and controls a flexible tube having hysteresis characteristics.

Description

가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치{Hysteresis compensation apparatus of flexible tube}Hysteresis compensation apparatus of flexible tube}

본 발명은 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오버튜브의 채널 내에 배치된 수술도구의 히스테리시스를 보상 제어하기 위한 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hysteresis compensation control device and method for a flexible tube, and more particularly, to a hysteresis compensation control device for a flexible tube for compensating and controlling the hysteresis of a surgical tool disposed in a channel of an overtube.

도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(10)는 복수의 유연 수술도구(21,22)를 포함한다. 복수의 유연 수술도구(21,22)는 오버튜브의 몸체에 마련된 각각의 채널(11,12) 내에 삽입 배치된다. 일예로서 제1 수술도구(21)는 제1,2 견인 와이어(도면 미도시)에 의해 견인됨으로써 위치와 방향을 제어할 수 있다.As shown in Figure 1, the flexible overtube 10 includes a plurality of flexible surgical tools 21 and 22. A plurality of flexible surgical tools 21 and 22 are inserted and arranged into each channel 11 and 12 provided in the body of the overtube. As an example, the position and direction of the first surgical tool 21 can be controlled by being pulled by first and second traction wires (not shown).

유연 수술도구는 도 2에 도시된 바와 같이 히스테리시스 구간을 갖는다. 즉, 동일한 견인력 주어져도 유연 오버튜브 또는 수술도구의 형상에 따라 히스테리시스 구간이 발생된다. 이러한 히스테리시스 발생 구간에서의 오버튜브 또는 수술도구의 제어는 정밀하지 못한 단점을 갖는다.The flexible surgical tool has a hysteresis section as shown in FIG. 2. In other words, even if the same traction force is given, a hysteresis section occurs depending on the shape of the flexible overtube or surgical tool. Control of the overtube or surgical tool in this hysteresis occurrence section has the disadvantage of not being precise.

US 2019/0290109US 2019/0290109 KR 10-2340169KR 10-2340169

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 히스테리시스 구간내에서도 유연 수술도구를 정밀하게 제어할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was created to solve the problems described above, and its purpose is to provide an invention that can precisely control a flexible surgical tool even within a hysteresis section.

그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

전술한 본 발명의 목적은, 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 텐션 정보를 입력받는 입력부, 수술도구의 이미지 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부, 학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.The purpose of the present invention described above is to determine the current state of the surgical tool based on the input unit that receives image information and tension information of the flexible surgical tool required for mode switching, and the image information of the surgical tool, and to determine the current state of the surgical tool according to the current state of the surgical tool. A mode switching decision unit that generates a control mode change signal, a mode that switches the control mode from flexible overtube control based on image information to flexible overtube control based on tension information according to the control mode change signal from the mode switching decision unit. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control device for a flexible overtube, which includes a switching unit and a compensation control unit that compensates and controls a flexible surgical tool with hysteresis characteristics based on the tension error value calculated by the learning model. .

또한, 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보는 유연 오버튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 견인 와이어에 의해 견인되는 수술도구의 팁 영역을 촬영한 이미지 정보이다.In addition, the image information that determines the current state of the surgical tool is image information taken of the tip area of the surgical tool that is inserted into the channel of the body of the flexible overtube and pulled by the traction wire.

또한, 입력부는 오버튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 수술도구를 촬영하는 수술도구 이미지 촬영부, 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정하는 텐션 측정부를 포함하며, 수술도구 이미지 촬영부에서 촬영한 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 모드 스위칭 판단부로 전송함으로써 수술도구의 현재 상태를 판단한다.In addition, the input unit is inserted into the channel of the body of the overtube and includes a surgical tool image capture unit for photographing the surgical tool, a tension measurement unit for measuring the traction force of the traction wire of the surgical tool, and a surgical tool image capture unit photographed by the surgical tool image capture unit. The current state of the surgical tool is determined by transmitting image information of the tip area to the mode switching determination unit.

또한, 모드 스위칭 판단부는 수술도구의 팁 영역의 이미지 정보를 바탕으로 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어모드로 제어 가능한지 여부를 판단한다.Additionally, the mode switching determination unit determines whether control is possible in the flexible overtube control mode based on image information based on image information of the tip area of the surgical tool.

또한, 수술도구의 이미지 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 이미지 오차값을 산출하는 이미지 정보 학습부, 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 텐션 오차값을 산출하는 텐션 정보 학습부를 더 포함한다.In addition, the image information learning unit learns according to a preset learning model based on the image information of the surgical tool and calculates the image error value through learning, and learns according to a preset learning model based on the tension information of the surgical tool, It further includes a tension information learning unit that calculates the tension error value through learning.

한편, 본 발명의 목적은 유연 수술도구의 이미지 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단함으로써 제1 제어모드 변경신호를 생성하거나 또는 유연 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단함으로써 제2 제어모드 변경 신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부, 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 이미지 모드 스위칭부, 이미지 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 유연 오버튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 텐션 모드 스위칭부, 텐션 정보 또는 이미지 정보를 기초로 생성된 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.Meanwhile, the purpose of the present invention is to generate a first control mode change signal by determining the current state of the surgical tool based on the image information of the flexible surgical tool or to perform predefined tension control modeling based on the tension information of the flexible surgical tool. a mode switching determination unit that generates a second control mode change signal by determining whether the mode is applicable; an image mode switching unit that switches the control mode from flexible overtube control based on tension information to flexible overtube control based on image information; A tension mode switching unit that switches the control mode from flexible overtube control based on image information to flexible overtube control based on tension information, and hysteresis characteristics using compensation error values generated based on tension information or image information. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control device for a flexible overtube, which includes a compensation control unit for compensation control of a flexible surgical tool having.

또한, 제1 제어모드 변경신호는 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보에 포함된 수술도구의 팁 영역이 보이지 않거나 또는 다른 수술도구에 의해 가려져 있는 경우에 생성된다.Additionally, the first control mode change signal is generated when the tip area of the surgical tool included in the image information for determining the current state of the surgical tool is not visible or is obscured by another surgical tool.

또한, 텐션 모드 스위칭부는 제1 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭한다.Additionally, the tension mode switching unit switches the control mode according to the first control mode change signal.

또한, 제2 제어모드 변경신호는 수술도구의 하중에 변화가 있거나 또는 수술도구의 복수의 텐션 측정값 중 어느 하나의 측정값이 제로여서 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우에 생성된다.Additionally, the second control mode change signal is generated when there is a change in the load of the surgical tool or when one of the plurality of tension measurement values of the surgical tool is zero and does not correspond to tension control modeling.

또한, 이미지 모드 스위칭부는 제2 제어모드 변경신호에 따라 제어모드를 스위칭한다.Additionally, the image mode switching unit switches the control mode according to the second control mode change signal.

한편, 본 발명의 목적은 유연 수술도구의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계, 수술도구의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보를 기초로 수술도구가 보이는지를 판단하는 단계, 수술도구가 보이지 않는다고 판단되면, 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계, 유연 수술도구의 텐션 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.Meanwhile, the purpose of the present invention is to compensate and control a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool, and determine whether the surgical tool is visible based on image information that determines the current state of the surgical tool. , if it is determined that the surgical tool is not visible, switching the control mode from compensation control based on image information to compensation control based on tension information; Compensating control of the flexible surgical tool with hysteresis characteristics based on the tension information of the flexible surgical tool. This can be achieved by providing a hysteresis compensation control method of a flexible overtube, comprising the steps:

또한, 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어모드가 변경된 후에, Additionally, after the control mode is changed from compensation control based on image information to compensation control based on tension information,

유연 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단하는 단계, 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단되면, 텐션 정보에 기초한 보상 제어에서 이미지 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭하는 단계, 유연 수술도구의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어하는 단계를 포함한다A step of determining whether the flexible surgical tool corresponds to predefined tension control modeling based on tension information. If it is determined that it does not correspond to predefined tension control modeling, control is changed from compensation control based on tension information to compensation control based on image information. It includes switching modes and compensatingly controlling a flexible surgical tool having hysteresis characteristics based on image information of the flexible surgical tool.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 히스테리시스 구간내에서도 유연 수술도구를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, there is an effect of precisely controlling a flexible surgical tool even within a hysteresis section.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유연 수술도구의 히스테리시스 특성 또는 곡선을 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 대략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭하는 것을 순차적으로 설명한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭 한 후에 다시 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭하는 것을 순차적으로 설명한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 대략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭 한 후에 다시 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드를 변경 스위칭하는 것을 순차적으로 설명한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 히스테리시스 보상 모델의 학습에 따른 대략적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 히스테리시스 보상 제어에 따른 대략적인 구성을 나타낸 도면이다.
The following drawings attached to this specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention. Therefore, the present invention is limited to the matters described in such drawings. It should not be interpreted in a limited way.
1 is a diagram showing a flexible overtube according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a diagram showing the hysteresis characteristics or curve of a flexible surgical tool according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram showing the approximate configuration of a hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to a first embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram sequentially explaining the control mode switching from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control according to the first embodiment of the present invention;
Figure 5 shows the control mode changed from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based hysteresis compensation control after switching the control mode from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control according to the first embodiment of the present invention. This is a diagram sequentially explaining the change and switching,
Figure 6 is a diagram showing the approximate configuration of a hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to a second embodiment of the present invention;
Figure 7 shows a control mode change from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control after switching the control mode from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based hysteresis compensation control according to the second embodiment of the present invention. This is a diagram sequentially explaining the change and switching,
Figure 8 is a diagram showing the approximate configuration according to learning of the hysteresis compensation model according to the third embodiment of the present invention;
Figure 9 is a diagram showing the approximate configuration of hysteresis compensation control according to the third embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다. 또한, 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and it cannot be said that all of the configurations described in this embodiment are essential as a solution to the present invention. In addition, descriptions of matters that are obvious to those skilled in the art and skilled in the art may be omitted, and descriptions of such omitted components (methods) and functions may be sufficiently referenced without departing from the technical spirit of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 가요성 튜브에서 발생되는 히스테리시스를 보상 제어하는 장치이다. 이때, 가요성 튜브는 와이어로 구동 또는 견인되는 튜브로서, 일예로서 유연 오버튜브나 유연 오버튜브의 채널 내에 삽입되는 유연 수술도구 또는 유연 로봇 수술도구를 예시로 들 수 있다. 이하에서는 가요성 튜브의 일예로서 유연 오버튜브(10) 또는 유연 수술도구(21,22)를 예로들어 설명하기로 한다.A hysteresis compensation control device for a flexible tube according to an embodiment of the present invention is a device that compensates and controls hysteresis occurring in a flexible tube. At this time, the flexible tube is a tube that is driven or pulled by a wire, and examples include a flexible overtube or a flexible surgical tool or flexible robotic surgical tool inserted into a channel of the flexible overtube. Hereinafter, the flexible overtube 10 or the flexible surgical tool 21 and 22 will be described as an example of a flexible tube.

유연 오버튜브(10)는 유연한 튜브 몸체와 유연한 튜브의 채널 내에 유연 수술도구가 삽입된다. 유연 오버튜브(10)는 인체의 몸 내부로 삽입되며, 유연 튜브와 수술도구를 견인 와이어를 통해 위치(position)와 방향(orientation)을 제어함으로써 인체를 수술하는 장치이다. In the flexible overtube 10, a flexible surgical tool is inserted into the flexible tube body and the channel of the flexible tube. The flexible overtube 10 is inserted into the human body and is a device that performs surgery on the human body by controlling the position and orientation of the flexible tube and surgical tools through a traction wire.

도 1에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브(10, 또는 튜브)는 유연한 몸체를 가지는 오버튜브 몸체(10a), 오버튜브 몸체(10a)의 내측으로 기 설정된 지름을 가지면서 형성된, 제1,2,3 채널(11,12,13), 각 채널에 삽입되는 수술도구 및 카메라부를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 채널(11)에는 제1 수술도구(21)가 삽입되며, 제2 채널(12)에는 제2 수술도구(22)가 삽입되고, 제3 채널(13)에는 카메라부(23)가 삽입될 수 있다. 다만, 채널의 개수 및 수술도구의 개수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 전단부에는 각 채널 내에 삽입된 카메라부(23) 및 수술도구가 돌출되어 있다. 따라서 카메라부(23)는 전방을 촬영할 수 있고, 각 수술도구는 조직을 집거나 절제하는 수술을 견인 와이어(또는 구동 와이어)의 조작에 따라 제어할 수 있다. 오버튜브 몸체(10a)의 후단부에는 견인 와이어(도면 미도시)를 조작할 수 있는 조작부(또는 제어부, 도면 미도시)가 배치된다. 견인 와이어는 조작부에서 오버튜브 몸체 또는 수술도구의 전단부까지 연결되어 있다. 따라서 사용자의 조작부 조작에 의해 견인 와이어의 위치와 방향을 제어할 수 있다. 이때, 일예로서 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치와 방향을 제어하기 위해서 제1 견인 와이어(10b)와 제2 견인 와이어(10c)를 조작부에 의해 조정함으로써 견인력에 따라 위치와 방향을 바꿀 수 있다. 그리고 유연 오버튜브 몸체(10a)의 위치 및 방향 제어와 동일하게 각 수술도구의 위치 및 방향 제어도 동일한 원리로 설명될 수 있다.As shown in FIG. 1, the flexible overtube 10 (or tube) includes an overtube body 10a having a flexible body, first and second tubes formed with a predetermined diameter inside the overtube body 10a. It includes 3 channels (11, 12, 13), surgical tools and a camera unit inserted into each channel. As shown in Figure 1, the first surgical tool 21 is inserted into the first channel 11, the second surgical tool 22 is inserted into the second channel 12, and the third channel 13 is inserted. The camera unit 23 may be inserted. However, the number of channels and surgical tools may be changed as needed. A camera unit 23 and a surgical tool inserted into each channel protrude from the front end of the overtube body 10a. Accordingly, the camera unit 23 can capture images of the front, and each surgical tool can control surgery to pinch or excise tissue according to the manipulation of the traction wire (or drive wire). An operating unit (or control unit, not shown) that can manipulate a traction wire (not shown) is disposed at the rear end of the overtube body 10a. The traction wire is connected from the operating unit to the overtube body or the front end of the surgical tool. Therefore, the position and direction of the traction wire can be controlled by the user's operation of the control panel. At this time, as an example, in order to control the position and direction of the flexible overtube body 10a, the first traction wire 10b and the second traction wire 10c are adjusted by the operating unit, so that the position and direction can be changed according to the traction force. . And, just as the position and direction control of the flexible overtube body 10a, the position and direction control of each surgical tool can be explained using the same principle.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 유연 오버튜브 몸체(10a) 또는 유연 수술도구(21,22)는 견인 와이어의 견인력에 따라 선형적인 슬로프(slope) 구간을 가져서 수술도구의 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 다만, 견인 와이어를 이용하여 수술도구를 제어할 때 도 2에 도시된 바와 같이 동일한 견인력을 제공함에도 불구하고 그 견인력에 상응하도록 위치와 방향을 일정하게 제어할 수 없는 구간도 존재한다. 이 구간을 히스테리시스 영역이라 할 수 있으며, 이러한 히스테리시스 영역에서는 견인력이 동일하다 하더라도 수술도구의 위치와 방향 제어가 달라질 수 있다. 이러한 히스테리시스가 발생하는 이유는 일예로서 유연 수술도구 또는 유연 오버튜브가 체내에 삽입될 때 그 형상이나 꼬임이 달라져서 와이어와 와이어 시스간에 마찰력이 발생되어 일어날 수도 있고, 견인 와이어의 사용으로 인한 와이어 신장(elongation)이 원인일 수도 있다. 또한, 와이어의 슬랙(slack)에 의해 와이어를 견인하도록 제어 명령이 입력됨에도 불구하고 출력에 변화가 없는 일명 데드존(dead zone)이 발생되어 일어날 수도 있다. 또한, 유연 오버튜브 내의 시스 또는 와이어로 인한 일정하지 않은(un-uniform) 튜브 특성으로 발생될 수도 있다.Meanwhile, as shown in Figure 2, the flexible overtube body 10a or the flexible surgical tools 21 and 22 have a linear slope section according to the traction force of the traction wire to control the position and direction of the surgical tool. You can. However, when controlling a surgical tool using a traction wire, even though the same traction force is provided as shown in FIG. 2, there are sections where the position and direction cannot be consistently controlled to correspond to the traction force. This section can be called a hysteresis area, and in this hysteresis area, the position and direction control of the surgical tool may vary even if the traction force is the same. The reason why this hysteresis occurs is, for example, when a flexible surgical tool or flexible overtube is inserted into the body, its shape or twist may change, which may cause friction between the wire and the wire sheath, or wire elongation due to the use of a traction wire ( elongation may be the cause. Additionally, slack in the wire may cause a so-called dead zone in which there is no change in output even though a control command is input to tow the wire. Additionally, it may be caused by un-uniform tube characteristics due to sheaths or wires within the flexible overtube.

따라서 본 발명에서는 이러한 히스테리시스 특성을 갖는 유연 수술도구를 보상 제어함으로써 정밀하게 수술도구를 제어할 수 있다.Therefore, in the present invention, the surgical tool can be precisely controlled by compensating and controlling the flexible surgical tool having such hysteresis characteristics.

(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 구성 및 기능 : 제 1 실시예)(Configuration and function of hysteresis compensation control device of flexible overtube: first embodiment)

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 입력부(110), 모드 스위칭 판단부(120), 모드 스위칭부(130), 학습부(140), 보상 제어부(150)를 포함한다.As shown in Figure 3, the hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to the first embodiment of the present invention includes an input unit 110, a mode switching determination unit 120, a mode switching unit 130, and a learning unit 140. ), and includes a compensation control unit 150.

입력부(110)는 히스테리시스 제어를 위한 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 텐션 정보를 입력받는다. 이를 위해 입력부(110)는 수술도구 이미지 촬영부(111), 텐션 측정부(112), 텐션 변화량 산출부(113), 텐션 입력값 비교 판단부(114)를 포함한다.The input unit 110 receives image information and tension information of the flexible surgical tool required for mode switching for hysteresis control. For this purpose, the input unit 110 includes a surgical tool image capture unit 111, a tension measurement unit 112, a tension change calculation unit 113, and a tension input value comparison determination unit 114.

수술도구 이미지 촬영부(111)는 제3 채널(13)에 삽입되며, 제3 채널(13)에 삽입되어 히스테리시스 보상 제어 대상체인 제1 수술도구(21)의 엔드 이펙터 또는 수술도구의 팁(21a) 영역을 촬영한 촬영 이미지를 생성한다. 이때, 제어 대상체가 제2 수술도구(22)인 경우에는 제2 수술도구(22)를 촬영할 수도 있으며, 필요에 따라서는 제1,2 수술도구(21,22) 모두를 촬영할 수도 있다. 한편, 수술도구 이미지 촬영부(111)는 고정될 수도 있고 또는 필요에 따라 움직임 제어가 가능한 구조로 채널 내에 삽입 고정될 수도 있다. 이때, 수술을 위해 실제 체내에 삽입된 카메라의 촬영 조건은 학습부(140)에서 이미 학습으로 활용된 수술도구의 촬영 위치, 촬영 각도 또는 촬영 영역과 정확히 일치하는 것이 바람직하다. The surgical tool image capturing unit 111 is inserted into the third channel 13, and the end effector of the first surgical tool 21 or the tip 21a of the surgical tool is inserted into the third channel 13 and is the subject of hysteresis compensation control. ) Create a captured image of the area. At this time, if the control object is the second surgical tool 22, the second surgical tool 22 may be photographed, and, if necessary, both the first and second surgical tools 21 and 22 may be photographed. Meanwhile, the surgical tool image capture unit 111 may be fixed or inserted and fixed into the channel in a structure that allows movement control as needed. At this time, it is desirable that the shooting conditions of the camera actually inserted into the body for surgery exactly match the shooting position, shooting angle, or shooting area of the surgical tool already used for learning in the learning unit 140.

텐션 측정부(112)는 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정한다. 견인력을 측정하기 위해 일예로서 견인 와이어의 장력을 측정하는 장력 측정센서를 배치하거나 또는 조작부에 배치된 견인 와이어를 구동시키는 모터의 부하를 측정할 수도 있다. The tension measuring unit 112 measures the traction force of the traction wire of the surgical tool. To measure the traction force, for example, a tension measuring sensor may be placed to measure the tension of the traction wire, or the load of the motor that drives the traction wire placed on the operating unit may be measured.

도 5에 도시된 바와 같이 이미지 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어로 제어 모드가 스위칭 된 후에 다시 이미지 정보에 기초한 수술도구 히스테리시스 보상 제어로 모드가 스위칭 될 때 추가적으로 텐션 변화량 산출부(113) 및 텐션 입력값 비교 판단부(114)를 포함한다.As shown in Figure 5, after the control mode is switched from the surgical tool hysteresis compensation control based on image information to the surgical tool hysteresis compensation control based on tension information, the mode is additionally switched back to the surgical tool hysteresis compensation control based on image information. It includes a tension change calculation unit 113 and a tension input value comparison determination unit 114.

텐션 변화량 산출부(113)는 히스테리시스 보상 제어 대상체인 제1 수술도구(21)에 하중이 없다가 갑자기 하중이 가해지는 경우나 반대로 제1 수술도구(21)에 하중이 가해지다가 하중이 없어지는 경우 등 와이어 텐션 값이 변화되는 변화량을 산출한다. 어느 하나의 수술도구를 견인 와이어로 제어하기 위해서는 앞서 설명한 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 견인 와이어를 각각 조작해야 하며, 이에 따라 제1,2 견인 와이어의 와이어 장력 또는 견인력 측정센서가 필요하다. The tension change calculation unit 113 operates when there is no load on the first surgical tool 21, which is the object of hysteresis compensation control, and then a load is suddenly applied, or when a load is applied to the first surgical tool 21 and then the load disappears. Calculate the amount of change in the wire tension value. In order to control one surgical tool with a traction wire, each of the two traction wires must be manipulated as shown in FIG. 1 described above, and accordingly, wire tension or traction force measuring sensors for the first and second traction wires are required.

다만, 설명의 편의를 위하여 각각 1개의 견인 와이어로 설명하였을 뿐 실질적으로 1 자유도를 움직이기 위해서는 견인 와이어가 2개 필요하며, 2 자유도의 경우에는 총 4개의 견인 와이어가 필요하다. 또한, 견인 와이어 1개 당 구동 모터 1개가 필요하거나 또는 견인 와이어 2개 당 구동 모터 1개로 구동시킬 수도 있다.However, for convenience of explanation, each traction wire is described as one traction wire. In reality, 2 traction wires are needed to move 1 degree of freedom, and in the case of 2 degrees of freedom, a total of 4 traction wires are needed. Additionally, one drive motor is required per traction wire, or it can be driven with one drive motor per 2 traction wires.

텐션 변화량 산출부(113)는 각각의 측정센서에서 측정한 텐션값의 변화량을 산출한다. 텐션값의 변화량을 비교하여 무부하에서 부하로 바뀌거나 부하에서 무부하로 바뀌는 경우를 알 수 있고, 이러한 2가지 경우에는 텐션 정보를 기반으로 한 히스테리시스 보상 제어가 어려워 제어모드를 스위칭해야 한다. 즉, 이러한 경우 텐션 정보 기반 제어에서 이미지 정보 기반 제어로 변경해야 한다.The tension change calculation unit 113 calculates the change in tension value measured by each measurement sensor. By comparing the amount of change in tension value, you can know when it changes from no load to load or from load to no load. In these two cases, hysteresis compensation control based on tension information is difficult, so the control mode must be switched. That is, in this case, it is necessary to change from tension information-based control to image information-based control.

텐션 입력값 비교 판단부(114)는 상술한 제1,2 와이어의 장력 또는 견인력 측정값(또는 텐션값) 중 어느 하나의 입력값이 '0'인 경우를 찾는다. 제1,2 와이어의 각각의 텐션값 중 어느 하나의 입력값이 '0'이면 텐션 정보를 기반으로 한 히스테리시스 보상 제어가 어려워 제어모드를 스위칭해야 한다. 즉, 이러한 경우 텐션 정보 기반 제어에서 이미지 정보 기반 제어로 변경해야 한다. 이하에서는 히스테리시스 보상 제어 대상체를 제1 수술도구(21)로 가정하여 설명한다. 다만, 제2 수술도구(22)의 히스테리리스 보상 제어도 동일한 원리로 설명될 수 있다.The tension input value comparison determination unit 114 finds a case where one of the tension or traction measurement values (or tension values) of the above-described first and second wires is '0'. If one of the tension values of the first and second wires is '0', hysteresis compensation control based on tension information is difficult and the control mode must be switched. That is, in this case, it is necessary to change from tension information-based control to image information-based control. Hereinafter, the description will be made assuming that the hysteresis compensation control object is the first surgical tool 21. However, hysteresis compensation control of the second surgical tool 22 can also be explained using the same principle.

본 발명의 일실시예에 따른 모드 스위칭 판단부(120)는 유연 제1 수술도구(21)의 이미지 정보를 기초로 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단함으로써 제1 제어모드 변경신호(이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 모드 스위칭을 할 수 있도록 생성된 신호)를 생성한다. The mode switching determination unit 120 according to an embodiment of the present invention determines the current state of the first surgical tool 21 based on the image information of the flexible first surgical tool 21, thereby generating a first control mode change signal ( A signal generated to enable mode switching from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control) is generated.

모드 스위칭 판단부(120)는 유연 제1 수술도구(21)의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단함으로써 제2 제어모드 변경 신호(텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 모드 스위칭을 할 수 있도록 생성된 신호)를 생성한다.The mode switching determination unit 120 determines whether it corresponds to predefined tension control modeling based on the tension information of the flexible first surgical tool 21, thereby transmitting a second control mode change signal (from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based A signal generated to enable mode switching through hysteresis compensation control) is generated.

제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보는 제1 수술도구(21)의 팁(21a) 영역을 촬영한 이미지 정보이다. Image information for determining the current state of the first surgical tool 21 is image information obtained by photographing the tip 21a area of the first surgical tool 21.

모드 스위칭 판단부(120)는 이미지 분석 및 판단부(121) 및 텐션 모델링 분석 및 판단부(122)를 포함한다. The mode switching determination unit 120 includes an image analysis and determination unit 121 and a tension modeling analysis and determination unit 122.

이미지 분석 및 판단부(121)는 수술도구 이미지 촬영부(111)로부터 제1 수술도구(21)의 팁 영역의 촬영 이미지를 전송받는다. 전송받은 촬영 이미지를 통해 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단할 수 있다. 즉, 촬영 이미지를 분석함으로써 촬영 이미지에 포함된 제1 수술도구(21)의 팁 영역이 보이지 않거나 또는 제2 수술도구(22)에 의해 제1 수술도구(21)가 가려져 있는 경우에는 이미지 정보를 기반으로 한 보상 제어를 할 수 없으므로 이미지 분석 및 판단부(121)는 제1 제어모드 변경신호를 생성한다. 제1 제어모드 변경신호의 생성에 따라 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어 모드가 변경 스위칭된다. The image analysis and determination unit 121 receives a captured image of the tip area of the first surgical tool 21 from the surgical tool image capturing unit 111. The current state of the first surgical tool 21 can be determined through the received captured image. That is, by analyzing the captured image, if the tip area of the first surgical tool 21 included in the captured image is not visible or the first surgical tool 21 is obscured by the second surgical tool 22, image information is provided. Since based compensation control cannot be performed, the image analysis and determination unit 121 generates a first control mode change signal. According to the generation of the first control mode change signal, the control mode is switched from image information-based hysteresis compensation control to tension information-based hysteresis compensation control.

텐션 모델링 분석 및 판단부(122)는 텐션 변화량 산출부(113) 또는 텐션 입력값 비교 판단부(114)의 입력 값에 따라 텐션 제어 모델링에 해당하는지 여부를 판단하고, 판단에 따라 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단하면 더 이상 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어를 할 수 없기 때문에 제어 모드를 스위칭하기 위한 제2 제어모드 변경신호를 생성한다. 즉, 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어에서 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어로 제어모드가 스위칭 된다. 이때, 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우의 일예로서 제1 수술도구(21)의 하중에 변화가 있거나(하중이 없다가 하중이 가해지는 경우, 하중이 가해지다가 하중이 없어지는 경우) 또는 제1 수술도구(21)를 견인하는 제1,2 견인 와이어의 각각의 텐션 측정값 중 어느 하나의 측정값이 '0'인 경우이다. 상술한 일예는 후술하는 텐션 정보 학습부(142)의 딥러닝 학습시에 가정된 예측 모델이 아닌 경우로서 이러한 경우에는 텐션 정보 기반으로 히스테리시스 보상 제어를 할 수 없다. 따라서 제어모드의 스위칭이 필요한다.The tension modeling analysis and determination unit 122 determines whether it corresponds to tension control modeling according to the input value of the tension change amount calculation unit 113 or the tension input value comparison determination unit 114, and performs tension control modeling according to the determination. If it is determined that it is not applicable, hysteresis compensation control based on tension information can no longer be performed, so a second control mode change signal is generated to switch the control mode. That is, the control mode is switched from tension information-based hysteresis compensation control to image information-based hysteresis compensation control. At this time, as an example of a case that does not correspond to tension control modeling, there is a change in the load of the first surgical tool 21 (when there is no load and then a load is applied, when a load is applied and then the load disappears) or the first This is a case where one of the tension measurement values of the first and second traction wires for pulling the surgical tool 21 is '0'. The above-mentioned example is a case where the prediction model is not assumed during deep learning learning by the tension information learning unit 142, which will be described later, and in this case, hysteresis compensation control cannot be performed based on tension information. Therefore, switching of control modes is necessary.

본 발명의 일실시예에 따른 모드 스위칭부(130)는 이미지 모드 스위칭부(131)와 텐션 모드 스위칭부(132)를 포함한다.The mode switching unit 130 according to an embodiment of the present invention includes an image mode switching unit 131 and a tension mode switching unit 132.

이미지 모드 스위칭부(131)는 이미지 분석 및 판단부(121)의 제1 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어로 제어모드를 스위칭한다. The image mode switching unit 131 performs the first surgery based on tension information in the compensation control of the first surgical tool 21 based on image information according to the first control mode change signal from the image analysis and determination unit 121. Tool 21 switches the control mode to compensation control.

텐션 모드 스위칭부(132)는 텐션 모델링 분석 및 판단부(122)의 제2 제어모드 변경신호에 따라 이미지 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 제1 수술도구(21) 보상 제어로 제어모드를 스위칭한다.The tension mode switching unit 132 controls the compensation control of the first surgical tool 21 based on image information according to the second control mode change signal from the tension modeling analysis and determination unit 122 to the first compensation control based on tension information. Switch the control mode to compensation control for the surgical tool (21).

본 발명의 일실시예에 따른 학습부(140)는 이미지 정보 또는 텐션 정보를 바탕으로 딥러닝 또는 머신 러닝을 수행하고, 학습을 통해 이미지 오차값 또는 텐션 오차값을 각각 산출한다. 이를 위해 학습부(140)는 이미지 정보 학습부(141) 및 텐션 정보 학습부(142)를 포함한다. The learning unit 140 according to an embodiment of the present invention performs deep learning or machine learning based on image information or tension information, and calculates an image error value or a tension error value through learning, respectively. For this purpose, the learning unit 140 includes an image information learning unit 141 and a tension information learning unit 142.

이미지 정보 학습부(141)는 제1 수술도구(21)의 팁(21a) 영역의 촬영된 이미지를 바탕으로 머신 러닝 또는 딥 러닝을 수행한다. 따라서 학습에 필요한 이미지를 획득하기 위한 카메라(23)의 촬영 조건과 실제 체내에 삽입되었을 때의 카메라(23)의 촬영 조건이 서로 일치하는 것이 바람직하다. 이미지 정보 학습부(141)는 기 정의된 학습모델에 따른 학습에 의해 체내에 삽입되어 현재 촬영된 제1 수술도구(21)의 이미지에 상응하는 이미지 보상 제어값 또는 이미지 보상 오차값을 산출한다. 이미지 보상 오차값은 보상 제어부(150)로 전송된다. 물론, 이때 생성되는 이미지 보상 오차값은 실제 제1 수술도구를 구동시키기 위한 견인 와이어 구동모터의 구동과 관련된 정보일 수 있다.The image information learning unit 141 performs machine learning or deep learning based on the captured image of the tip 21a area of the first surgical tool 21. Therefore, it is desirable that the shooting conditions of the camera 23 for acquiring images necessary for learning and the shooting conditions of the camera 23 when actually inserted into the body match each other. The image information learning unit 141 calculates an image compensation control value or an image compensation error value corresponding to the image of the first surgical tool 21 currently captured and inserted into the body through learning according to a predefined learning model. The image compensation error value is transmitted to the compensation control unit 150. Of course, the image compensation error value generated at this time may be information related to the driving of the traction wire drive motor for actually driving the first surgical tool.

텐션 정보 학습부(142)는 제1 수술도구(21)의 견인 와이어의 텐션 정보를 바탕으로 머신 러닝 또는 딥 러닝을 수행한다. 텐션 정보 학습부(142)는 기 정의된 학습모델에 따른 학습에 의해 체내에 삽입된 제1 수술도구(21)의 텐션 측정값에 상응하는 텐션 보상 제어값 또는 텐션 보상 오차값을 산출한다. 텐션 보상 오차값은 보상 제어부(150)로 전송된다.The tension information learning unit 142 performs machine learning or deep learning based on the tension information of the traction wire of the first surgical tool 21. The tension information learning unit 142 calculates a tension compensation control value or a tension compensation error value corresponding to the tension measurement value of the first surgical tool 21 inserted into the body by learning according to a predefined learning model. The tension compensation error value is transmitted to the compensation control unit 150.

보상 제어부(150)는 이미지 보상 오차값 또는 텐션 보상 오차값에 의해 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다. 이를 위해 보상 제어부(150)는 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151) 및 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)를 포함한다.The compensation control unit 150 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image compensation error value or the tension compensation error value. For this purpose, the compensation control unit 150 includes an image information-based hysteresis compensation control unit 151 and a tension information-based hysteresis compensation control unit 152.

이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 이미지 보상 오차값을 이용하여 제1 수술도구(21)를 히스테리시스 보상 제어한다. 즉, 현재 촬영한 제1 수술도구의 이미지 정보를 바탕으로 학습에 의해 산출한 이미지 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 보상 제어한다.The image information-based hysteresis compensation control unit 151 controls the first surgical tool 21 with hysteresis compensation using the image compensation error value. In other words, hysteresis compensation is controlled using the image compensation error value calculated through learning based on the image information of the currently captured first surgical tool.

텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 텐션 보상 오차값을 이용하여 제1 수술도구(21)를 히스테리시스 보상 제어한다. 즉, 현재 측정한 제1 수술도구의 텐션 정보를 바탕으로 학습에 의해 산출한 텐션 보상 오차값을 이용하여 히스테리시스 보상 제어한다.The tension information-based hysteresis compensation control unit 152 controls the first surgical tool 21 with hysteresis compensation using the tension compensation error value. That is, hysteresis compensation is controlled using the tension compensation error value calculated through learning based on the currently measured tension information of the first surgical tool.

(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법)(Hysteresis compensation control method for flexible overtube)

본 발명의 일실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어방법은 도 4에 도시된 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되는 제1 방법과 도 5에 도시된 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되고, 다시 텐션 정보 기반 보상 제어에서 이미지 정보 기반 보상 제어로 제어모드가 변경되는 제2 방법을 이하에서 설명하기로 한다.The hysteresis compensation control method of a flexible overtube according to an embodiment of the present invention includes a first method in which the control mode is changed from the image information-based compensation control shown in FIG. 4 to the tension information-based compensation control and the image information shown in FIG. 5. A second method in which the control mode is changed from based compensation control to tension information-based compensation control, and then again from tension information-based compensation control to image information-based compensation control will be described below.

도 4에 도시된 바와 같이 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어는 다음의 단계를 수행함으로써 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 4, tension information-based compensation control in image information-based compensation control can be achieved by performing the following steps.

보상 제어부(150)는 먼저 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다(S11). 좀 더 자세하게 설명하면, 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 제1 수술도구(21)의 견인 와이어의 장력을 제어한다.The compensation control unit 150 first compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image information of the first surgical tool 21 (S11). In more detail, the image information-based hysteresis compensation control unit 151 controls the tension of the traction wire of the first surgical tool 21 based on the image information of the first surgical tool 21.

이때, 이미지 분석 및 판단부(121)는 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단하는 이미지 정보를 기초로 제1 수술도구(21)가 보이는지를 판단한다. 제1 수술도구(21)가 카메라부(23)의 시야에서 가려지거나 사라지는 경우에는 더 이상 이미지 정보 기반 보상 제어를 할 수 없기 때문에 제1 수술도구(21)의 현재 상태를 판단한다(S12). At this time, the image analysis and determination unit 121 determines whether the first surgical tool 21 is visible based on image information that determines the current state of the first surgical tool 21. When the first surgical tool 21 is obscured or disappears from the field of view of the camera unit 23, the current state of the first surgical tool 21 is determined because image information-based compensation control can no longer be performed (S12).

판단결과, 수술도구가 보이지 않는다고 판단되면, 모드 스위칭부(130)는 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭한다(S13).As a result of the determination, if it is determined that the surgical tool is not visible, the mode switching unit 130 switches the control mode from compensation control based on image information to compensation control based on tension information (S13).

제어모드의 스위칭에 따라 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 제1 수술도구(21)의 텐션 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다.According to the switching of the control mode, the tension information-based hysteresis compensation control unit 152 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the tension information of the first surgical tool 21.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 이미지 정보 기반 보상 제어에서 텐션 정보 기반 보상 제어를 수행하다가 다시 이미지 정보 기반 보상 제어는 다음의 단계를 수행함으로써 이루어질 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, after performing tension information-based compensation control in image information-based compensation control, image information-based compensation control can be performed again by performing the following steps.

먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 S11 단계 내지 S14 단계까지는 동일하다. 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(152)는 제1 수술도구(21)의 텐션 정보에 기초하여 제1 수술도구(21)를 보상 제어하고 있다.First, as shown in FIGS. 4 and 5, steps S11 to S14 are the same. The tension information-based hysteresis compensation control unit 152 compensates and controls the first surgical tool 21 based on the tension information of the first surgical tool 21.

텐션 모델링 분석 및 판단부(122)는 이미지 정보에 기초한 보상 제어에서 텐션 정보에 기초한 보상 제어로 제어모드가 변경된 후에 제1 수술도구(21)의 텐션 정보를 기초로 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하는지를 판단한다(S15). 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는 경우에는 더 이상 텐션 정보 기반 보상 제어를 할 수 없기 때문이다.The tension modeling analysis and determination unit 122 corresponds to predefined tension control modeling based on the tension information of the first surgical tool 21 after the control mode is changed from compensation control based on image information to compensation control based on tension information. Determine whether it is done (S15). This is because compensation control based on tension information can no longer be performed in cases that do not correspond to tension control modeling.

판단 결과, 기 정의된 텐션 제어 모델링에 해당하지 않는다고 판단되면, 이미지 모드 스위칭부(131)는 텐션 정보에 기초한 보상 제어에서 이미지 정보에 기초한 보상 제어로 제어 모드를 스위칭한다(S16)..As a result of the determination, if it is determined that it does not correspond to the predefined tension control modeling, the image mode switching unit 131 switches the control mode from compensation control based on tension information to compensation control based on image information (S16).

제어모드의 스위칭에 따라 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부(151)는 제1 수술도구(21)의 이미지 정보에 기초하여 히스테리시스 곡선을 갖는 제1 수술도구(21)를 보상 제어한다.According to the switching of the control mode, the image information-based hysteresis compensation control unit 151 compensates and controls the first surgical tool 21 having a hysteresis curve based on the image information of the first surgical tool 21.

(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 구성 및 기능 : 제 2 실시예)(Configuration and function of hysteresis compensation control device of flexible overtube: Second embodiment)

본 발명의 제2 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 첨부된 도면 6 및 7을 참고하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 상술한 입력부(110), 모드 스위칭 판단부(120), 모드 스위칭부(130), 학습부(140) 및 보상 제어부(250)의 설명은 필요에 따라 참조될 수 있으며, 동일한 설명은 생략하기로 한다.The hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings 6 and 7. However, the description of the input unit 110, mode switching determination unit 120, mode switching unit 130, learning unit 140, and compensation control unit 250 may be referred to as needed, and the same description is omitted. I decided to do it.

도 6에 도시된 바와 같이 입력부(210)는 모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 와이어 텐션 정보를 입력받는다. 입력부(210)는 수술도구 이미지 촬영부(211), 텐션 측정부(212), 텐션 변화량 산출부(213), 및 텐션 입력값 비교 판단부(214)를 포함하며, 상술한 입력부(110)의 설명에 갈음하기로 한다. 다만, 텐션 입력값 비교 판단부(214)는 제1,2 와이어의 텐션 측정값을 입력받으며, 텐션 입력값 중 어느 하나의 입력값이 '0'인 경우를 찾는다. 이를 위해 무부하시에도 와이어의 견인력에 따른 초기 텐션 측정값이 '0' 이상이 측정되도록 견인력을 조정하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, the input unit 210 receives image information and wire tension information of a flexible surgical tool required for mode switching. The input unit 210 includes a surgical tool image capturing unit 211, a tension measuring unit 212, a tension change calculation unit 213, and a tension input value comparison determination unit 214. I will replace it with an explanation. However, the tension input value comparison determination unit 214 receives the tension measurement values of the first and second wires and finds a case where one of the tension input values is '0'. For this purpose, it is desirable to adjust the traction force so that the initial tension measurement value according to the traction force of the wire is measured as '0' or more even when there is no load.

모드 스위칭 판단부(220)는 이미지 분석 판단부(221) 및 텐션 모델링 분석 및 판단부(222)를 포함한다. 모드 스위칭 판단부(220)는 유연 수술도구의 이미지 정보 및 텐션 정보를 기초로 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 스위칭을 위한 제어모드 변경신호를 생성한다. 제어모드 변경신호는 각 스위칭 조건에 따라 각기 생성된다. 모드 스위칭 판단부는(220)는 제1,2 스위칭 조건 제어모드 변경신호, 제3 스위칭 강제 조건 제어모드 변경신호, 및 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 각각 생성한다.The mode switching determination unit 220 includes an image analysis determination unit 221 and a tension modeling analysis and determination unit 222. The mode switching determination unit 220 determines the current state of the surgical tool based on the image information and tension information of the flexible surgical tool, and generates a control mode change signal for control mode switching according to the current state of the surgical tool. Control mode change signals are generated separately according to each switching condition. The mode switching determination unit 220 generates a first and second switching condition control mode change signal, a third forced switching condition control mode change signal, and a signal that induces a change in the state of the surgical tool, respectively.

텐션 모델링 분석 및 판단부(222)는 텐션 정보에 기초한 제어를 수행 중에 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하는 제1 스위칭 조건에서는 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호를 생성한다. 제1 스위칭 조건의 예시는 텐션 정보에 기초한 제어를 수행할 수 없는 앞서 설명에 갈음하기로 한다.The tension modeling analysis and determination unit 222 determines that flexible tube control based on tension information cannot be performed while performing control based on tension information. In the first switching condition, the flexible tube control based on tension information is performed. Generates a first switching condition control mode change signal for switching the control mode to flexible tube control based on image information. The example of the first switching condition will replace the previous description in which control based on tension information cannot be performed.

또한, 텐션 모델링 분석 및 판단부(222)는 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에, 이미지 분석 및 판단부(221)의 신호를 기초로 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하고 그리고 제1 스위칭 조건이 해제되었다고 판단하는 제2 스위칭 조건에 해당하면 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭 하는 제2 스위칭 조건 제어모드 변경신호를 생성한다.In addition, while performing flexible tube control based on image information by the first switching condition control mode change signal, the tension modeling analysis and determination unit 222 analyzes the image based on the signal from the image analysis and determination unit 221. If it is determined that the flexible tube control based on the information cannot be performed, and the second switching condition is determined to be released, the control based on the tension information in the flexible tube control based on the image information is determined. A second switching condition control mode change signal is generated for switching the control mode to flexible tube control.

이미지 분석 및 판단부(221)는 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에, 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하고 그리고 제1 스위칭 조건도 해제되지 않았다고 판단하는 제3 스위칭 강제 조건에 해당하면 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 강제적으로 스위칭하는 제3 스위칭 강제 조건 제어모드 변경신호를 생성한다. 제3 스위칭 강제 조건의 일예로서, 복수의 수술도구 중 적어도 어느 하나의 수술도구의 일부 영역이 판독 이미지상에서 보이지 않거나, 수술도구 2개 이상이 서로 오버랩되어 판독 이미지상에서 오버랩 영역이 발생하여 이미지 판독이 어려운 경우, 또는 수술도구 2개 이상이 서로 접하거나 하여 이미지 판독이 어려운 경우 등이 있을 수 있다. 또한, 다른 예로서, 혈액이 카메라 렌즈 또는 수술도구에 묻거나, 인체 내의 장기 조직 또는 장기 절제로 인한 연기에 의해 카메라의 시야 또는 수술도구가 가려지는 경우, 장기나 또는 장기 주변의 환경에 의해 수술도구의 전체 이미지 윤곽이 바뀌어 수술도구를 파악하기 힘든 경우, 어느 하나의 수술도구가 카메라의 시야를 가릴 때, 촬영 카메라의 엘이디 조명이 수술도구에 반사되어 수술도구의 이미지 식별이 어려울 때 등이 있따.The image analysis and determination unit 221 determines that flexible tube control based on image information cannot be performed while flexible tube control based on image information is being performed by the first switching condition control mode change signal, and And, if the third forced switching condition is determined to determine that the first switching condition is not released, the third control mode is forcibly switched from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information. Forced switching condition: Generates a control mode change signal. As an example of the third forced switching condition, a partial area of at least one surgical tool among a plurality of surgical tools is not visible on the read image, or two or more surgical tools overlap each other and an overlap area occurs on the read image, resulting in image reading. There may be difficult cases, or cases where two or more surgical tools are in contact with each other, making image interpretation difficult. In addition, as another example, if blood gets on the camera lens or surgical tools, if the camera's view or surgical tools are obscured by smoke from organ tissue or organ resection in the human body, or if the organ or the environment surrounding the organ causes surgery There are cases where it is difficult to identify the surgical tool because the overall image outline of the tool changes, when one surgical tool blocks the camera's view, and when the LED light of the recording camera is reflected on the surgical tool, making it difficult to identify the image of the surgical tool. .

모드 스위칭 판단부(220)는 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하고 그리고 제1 스위칭 조건도 해제되지 않았다고 판단하는 제4 스위칭 조건에 해당하면 와이어 또는 수술도구를 제어하여 텐션 정보 또는 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 생성한다. 생성된 신호는 후술하는 제어부(260)로 전송한다.The mode switching determination unit 220 determines that flexible tube control based on image information cannot be performed while performing flexible tube control based on image information by the first switching condition control mode change signal, and If the fourth switching condition, which determines that the 1 switching condition is not released, is met, the wire or surgical tool is controlled to generate a signal that induces a change in the state of the surgical tool to enable flexible tube control based on tension information or image information. The generated signal is transmitted to the control unit 260, which will be described later.

제어부(260)는 와이어 제어부(261) 및 수술도구 제어부(262)를 포함한다. 와이어 제어부(261)는 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 모드 스위칭 판단부(220)로부터 입력받아 와이어를 제어함으로써 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 와이어를 제어한다. 일예로서 와이어가 끊어진 것이 아니라면 견인줄을 잡아 당기거나 풀리도록 반복 제어함으로써 텐션 측정값이 측정되도록 제어할 수 있다. The control unit 260 includes a wire control unit 261 and a surgical tool control unit 262. The wire control unit 261 receives a signal that induces a change in the state of the surgical tool from the mode switching determination unit 220 and controls the wire to enable flexible tube control based on tension information. As an example, if the wire is not broken, the tension measurement value can be measured by repeatedly controlling the tow line to be pulled or released.

또한, 수술도구 제어부(262)는 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 모드 스위칭 판단부(220)로부터 입력받아 수술도구 이미지 촬영부(211) 또는 수술도구를 제어함으로써 이미지 판독이 가능한 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 한다. In addition, the surgical tool control unit 262 receives a signal that induces a change in the state of the surgical tool from the mode switching determination unit 220 and controls the surgical tool image capture unit 211 or the surgical tool to provide image information that can be image readable. Enables flexible tube-based control.

제어부(260)의 제어에 의해 텐션 측정값이 정상적으로 입력되거나 또는 이미지 판독이 가능하게 되면, 텐션 정보 가능 신호 및 이미지 정보 가능 신호를 각각 생성하여 모드 스위칭 판단부(220)로 전송한다. When the tension measurement value is normally input or the image can be read under the control of the control unit 260, a tension information available signal and an image information available signal are generated and transmitted to the mode switching determination unit 220.

모드 스위칭 판단부(220)는 제어부(260)로부터 텐션 정보 가능 신호를 입력받으면 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 변경시키는 텐션 상태변화 제어모드 변경신호를 생성한다. 모드 스위칭 판단부(220)는 제어부(260)로부터 이미지 정보 가능 신호를 입력받으면 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어모드로 계속 제어되도록 한다. 따라서 특별한 제어모드의 변경이 필요하지 않다.When the mode switching determination unit 220 receives a tension information enable signal from the control unit 260, the mode switching determination unit 220 provides a tension state change control mode change signal that changes the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information. creates . When the mode switching determination unit 220 receives an image information available signal from the control unit 260, it continues to be controlled in the flexible tube control mode based on the image information. Therefore, no special control mode change is required.

만약, 제어부(260)의 제어에 의해서도 상태변화가 일어나지 않아 텐션 정보 및 이미지 정보에 기초하여 제어가 불가한 경우에는 사용자에게 피드백을 보내도록 한다.If the state change does not occur even under the control of the controller 260 and control is not possible based on tension information and image information, feedback is sent to the user.

모드 스위칭부(230)는 상술한 제1,2 스위칭 조건 제어모드 변경신호, 제3 스위칭 강제 조건 제어모드 변경신호 및 텐션 상태변화 제어모드 변경신호를 모드 스위칭 판단부(220)로부터 입력받는다. 모드 스위칭 판단부(220)의 각각의 제어모드 변경신호에 따라 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하거나 또는 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하도록 제어한다.The mode switching unit 230 receives the above-described first and second switching condition control mode change signals, the third forced switching condition control mode change signal, and the tension state change control mode change signal from the mode switching determination unit 220. Depending on each control mode change signal from the mode switching determination unit 220, the control mode is switched from flexible tube control based on tension information to flexible tube control based on image information, or from flexible tube control based on image information. The control mode is controlled to switch from flexible tube control to flexible tube control based on tension information.

학습부(240) 및 보상 제어부(250)의 설명은 앞서 설명에 갈음하기로 한다.The description of the learning unit 240 and the compensation control unit 250 will replace the previous description.

도 7에 도시된 바와 같이, 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어를 최초로 수행한다(S21). 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어 수행 중에 기 정의된 텐션 모델링에 해당하지 않는다(제1 스위칭 조건)고 판단한 경우에는(S22), 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 변경하여 제어한다(S23,S24).As shown in Figure 7, flexible tube control based on tension information is first performed (S21). If it is determined that the flexible tube control based on tension information does not correspond to the predefined tension modeling (first switching condition) (S22), the control mode is changed to flexible tube control based on image information ( S23,S24).

한편, 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 제어를 하다가, 제1 스위칭 조건이 해제되거나(제2 스위칭 조건), 제1 스위칭 조건이 해제되지 않고 그리고 수술도구의 이미지 판독도 불가하여 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어를 더 이상 유지할 수 없는 경우에는 다음과 같이 각각 제어가 수행된다.Meanwhile, while controlling from flexible tube control based on tension information to flexible tube control based on image information, the first switching condition is released (second switching condition), or the first switching condition is not released and the surgical tool If image reading is also not possible and flexible tube control based on image information can no longer be maintained, control is performed respectively as follows.

먼저, 제1 스위칭 조건이 해제되고(제2 스위칭 조건) 그리고 측정된 텐션 측정값이 설정된 임계값(이때, 일예로서 임계값은 '0') 보다 큰 경우(제2' 스위칭 조건)에는 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 다시 제어모드를 변경하여 제어한다(S31,S32,S33,S34).First, when the first switching condition is released (second switching condition) and the measured tension measurement value is greater than a set threshold (in this case, the threshold is '0' as an example) (second' switching condition), image information The control mode is changed back from flexible tube control based on tension information to flexible tube control based on tension information (S31, S32, S33, S34).

한편, 제1 스위칭 조건이 해제되지 않고 그리고 수술도구의 이미지 판독도 불가한 경우(S51)에는 다음과 같이 3가지 방법으로 제어를 수행한다.Meanwhile, if the first switching condition is not released and the image of the surgical tool cannot be read (S51), control is performed in three ways as follows.

먼저, 제1 방법으로, 제어모드 변경 강제 조건에 해당하는지 여부를 판단하고(제3 스위칭 강제 조건), 제3 스위칭 강제 조건에 해당하면 무조건 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 다시 제어모드를 변경하여 제어한다(S41.S54a)First, in the first method, it is determined whether the control mode change forced condition is met (third forced switching condition), and if the third forced switching condition is met, the flexible tube control based on image information is unconditionally changed from flexible tube control based on tension information. Control by changing the control mode back to sex tube control (S41.S54a)

제2 방법으로, 와이어가 당김되거나 풀림되도록 와이어를 반복적으로 제어함으로써 제1 스위칭 조건이 해제되도록 와이어를 제어한다(S52a). 와이어의 제어에 따라 와이어의 텐션 측정값이 정상적으로 입력되면(제4 스위칭 조건) 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어로 다시 제어모드를 변경하여 제어한다(S53a,S54a). 만약에 텐션 측정값이 정상적으로 입력되지 않아 제4 스위칭 조건을 만족하지 못하면 후술하는 제3 방법으로 전환하거나 또는 최종적으로 사용자에게 피드백을 보낸다.In the second method, the wire is controlled so that the first switching condition is released by repeatedly controlling the wire so that the wire is pulled or released (S52a). If the wire tension measurement value is normally input according to the wire control (fourth switching condition), the control mode is changed back from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information (S53a, S54a) ). If the tension measurement value is not input properly and the fourth switching condition is not satisfied, the system switches to the third method described later or finally sends feedback to the user.

제3 방법으로, 수술도구 또는 수술도구 이미지 촬영부(211)의 위치를 제어하여 수술도구의 이미지가 판독되도록 제어한다(S52b). 위치 제어에 따라 이미지 판독이 가능하다고 판단되면(제4 스위칭 조건) 이미지 정보에 기초한 가요성 튜버 제어가 그대로 유지되도록 한다(S53b,S54b). 만약에 이미지 판독이 가능하지 않아 제4 스위칭 조건을 만족하지 못하면 상술한 제2 방법으로 전환하거나 또는 최종적으로 사용자에게 피드백을 보낸다.In the third method, the position of the surgical tool or the surgical tool image capture unit 211 is controlled so that the image of the surgical tool is read (S52b). If it is determined that image reading is possible according to the position control (fourth switching condition), the flexible tube control based on the image information is maintained as is (S53b, S54b). If image reading is not possible and the fourth switching condition is not satisfied, the method switches to the second method described above or finally provides feedback to the user.

(유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치의 구성 및 기능 : 제 3 실시예)(Configuration and function of hysteresis compensation control device of flexible overtube: Third embodiment)

일반적으로, 와이어와 시스(sheath) 사이의 마찰 정도에 따라 히스테리시스가 달라지고, 또한 오버튜브의 형상에 따라 시스의 형상이 달라진다. 이에 따라 외이어와 시스 사이의 마찰이 달라질 수 있고, 이로 인해 히스테리시스의 특성이 변화되어 오버튜브의 형상에 따라 동일한 와이어의 구동력에도 불구하고 유연 수술도구의 위치 및 자세(굽힙 각도)가 달라진다. 따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치는 오버튜브의 형상 변화 및 유연 수술도구의 위치 및 자세 변경에도 불구하고 이에 맞는 히스테리시스 특성 모델을 탐색하여 보상값을 도출할 수 있도록 한 장치이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 유연 오버튜브의 히스테리시스 보상 제어장치에 대해 첨부된 도 8 및 도 9를 참고하여 상세히 설명하기로 한다. In general, hysteresis varies depending on the degree of friction between the wire and the sheath, and the shape of the sheath also varies depending on the shape of the overtube. Accordingly, the friction between the outer ear and the sheath may vary, which changes the characteristics of hysteresis, causing the position and posture (bending angle) of the flexible surgical tool to vary depending on the shape of the overtube despite the driving force of the same wire. Therefore, the hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to the third embodiment of the present invention can derive a compensation value by exploring a hysteresis characteristic model appropriate for the change in the shape of the overtube and the change in the position and posture of the flexible surgical tool. It is a device that allows this. The hysteresis compensation control device for a flexible overtube according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached FIGS. 8 and 9.

본 발명에서는 먼저 히스테리시스 모델 학습을 통해 히스테리시스 보상 모델을 학습 보정하고, 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 모델 탐색조건에 따라 탐색하여 히스테리시스 보상 모델을 결정한 후에 결정된 보상 모델에 의해 보상 값을 도출하여 유연 수술도구(21,22)를 보상 제어한다.In the present invention, the hysteresis compensation model is first learned and corrected through learning the hysteresis model, the learned and corrected hysteresis compensation model is searched according to model search conditions to determine the hysteresis compensation model, and then the compensation value is derived based on the determined compensation model to provide a flexible surgical tool. (21,22) is controlled for compensation.

먼저, 히스테리시스 모델 학습을 위해 도 8을 참고하여 설명하기로 한다. 도 8에 도시된 바와 같이 유연 수술도구 위치 및 자세 산출부(310)는 오버튜브의 채널 내에 삽입되면서 와이어의 견인에 따라 구동되는 유연 수술도구(21,22)의 위치 및 자세 값을 산출한다. 유연 수술도구의 위치 및 자세 값은 아래의 2가지 방법에 의해 산출될 수 있다. First, learning the hysteresis model will be described with reference to FIG. 8. As shown in FIG. 8, the flexible surgical tool position and posture calculation unit 310 calculates the position and posture values of the flexible surgical tools 21 and 22 that are inserted into the channel of the overtube and driven according to the traction of the wire. The position and posture values of flexible surgical tools can be calculated by the following two methods.

첫번째 방법으로, 유연 수술도구 위치 및 자세 감지부(311)는 실제 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 센서를 통해 감지 산출한다. 이를 위해 다양한 센서가 배치될 수 있다. 센서의 일예로서, FBG 센서(광섬유격자소자), 마그네틱 센서, 또는 카메라를 이용할 수 있다. 실제 유연 수술도구의 위치 및 자세는 유연 수술도구의 굽힘 각도이거나 또는 유연 수술도구의 전후진, 회전에 따른 측정 값일 수 있다. 텐션 정보는 텐션 장력값이거나 또는 엔코더로 측정한 와이어 당김량일 수 있다.In the first method, the flexible surgical tool position and posture detection unit 311 detects and calculates the actual position and posture values of the flexible surgical tool through a sensor. For this purpose, various sensors can be deployed. As an example of a sensor, an FBG sensor (fiber optic grid element), a magnetic sensor, or a camera can be used. The actual position and posture of the flexible surgical tool may be the bending angle of the flexible surgical tool or a measurement value based on the forward, backward, and rotation of the flexible surgical tool. The tension information may be a tension value or a wire pulling amount measured by an encoder.

두번째 방법으로, 유연 수술도구 이미지 획득부(312)는 유연 수술도구의 이미지를 획득한다. 획득된 각각의 유연 수술도구의 이미지는 데이터 셋으로 저장된다. 유연 수술도구 위치 및 자세 추정부(313)는 입력된 유연 수술도구의 이미지 데이터 셋과 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 서로 매칭하여 데이터 셋으로 저장한다. 따라서 유연 수술도구 위치 및 자세 추정부(313)는 유연 수술도구 이미지 획득부(312)에서 전송된 이미지 데이터 셋을 기준으로 매칭된 유연 수술도구의 실제 위치 및 자세 값을 추정할 수 있다. 유연 수술도구의 이미지 정보는 오버튜브의 채널 내에 삽입된 카메라(111)에서 본 이미지 데이터 셋이다.In the second method, the flexible surgical tool image acquisition unit 312 acquires an image of the flexible surgical tool. The acquired image of each flexible surgical tool is saved as a data set. The flexible surgical tool position and posture estimation unit 313 matches the input image data set of the flexible surgical tool with the position and posture values of the flexible surgical tool and stores it as a data set. Therefore, the flexible surgical tool position and posture estimation unit 313 can estimate the actual position and posture values of the matched flexible surgical tool based on the image data set transmitted from the flexible surgical tool image acquisition unit 312. The image information of the flexible surgical tool is a set of image data viewed from the camera 111 inserted into the channel of the overtube.

모델조건 설정부(321)는 히스테리시스 보상 모델 조건을 설정하기 위해, 오버튜브의 형상을 기 설정된 형상으로 제어하거나 또는 유연 수술도구의 모션을 기 설정된 모션으로 제어하도록 설정한다. 일예로서, 오버튜브는 다양한 형상으로 변형 가능하며, 유연 수술도구의 모션도 수술동작에 따라 다양할 수 있다. 따라서 발생 가능한 다양한 환경변수(오버튜브의 형상 및 유연 수술도구의 모션)를 설정하고, 이 환경변수 설정에 따른 히스테리시스 보상 모델을 생성한다.In order to set hysteresis compensation model conditions, the model condition setting unit 321 controls the shape of the overtube to a preset shape or controls the motion of the flexible surgical tool to a preset motion. As an example, the overtube can be transformed into various shapes, and the motion of the flexible surgical tool can also vary depending on the surgical operation. Therefore, various possible environmental variables (shape of the overtube and motion of the flexible surgical tool) are set, and a hysteresis compensation model is created according to the environmental variable settings.

텐션 정보 및 이미지 정보 획득부(322)는 모델조건 설정부(321)에서 다양하게 설정한 히스테리시스 보상 모델 조건에 따라 각각의 텐션 정보 및 이미지 정보를 획득한다. 또한, 텐션 정보 및 이미지 정보 획득부(322)는 획득된 텐션 정보 및 이미지 정보를 히스테리시스 보상모델 생성부에 입력하기 위한 입력 데이터 셋(입력 정보)으로 저장한다. 텐션 정보는 상술한 텐션 측정부(112)를 통해 측정할 수 있으며, 이미지 정보는 상술한 유연 수술도구 이미지 획득부(312, 또는 수술도구 이미지 촬영부(111))를 통해 획득할 수 있다.The tension information and image information acquisition unit 322 acquires each tension information and image information according to the hysteresis compensation model conditions variously set in the model condition setting unit 321. Additionally, the tension information and image information acquisition unit 322 stores the obtained tension information and image information as an input data set (input information) to be input to the hysteresis compensation model generator. Tension information can be measured through the tension measuring unit 112 described above, and image information can be acquired through the flexible surgical tool image acquisition unit 312 or the surgical tool image capturing unit 111 described above.

유연 수술도구 위치 및 자세 도출부(323)는 텐션 정보 및 이미지 정보 획득부(322)에서 입력 정보를 획득할 당시의 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 도출한다. 유연 수술도구의 위치 및 자세 값은 센서나 또는 이미지 데이터 셋으로부터 도출할 수 있음은 상술한 바와 같다. 또한, 유연 수술도구 위치 및 자세 도출부(323)는 도출된 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 출력 데이터 셋(출력 정보)으로 저장한다.The flexible surgical tool position and posture derivation unit 323 derives the position and posture values of the flexible surgical tool at the time of acquiring the input information from the tension information and image information acquisition unit 322. As described above, the position and posture values of the flexible surgical tool can be derived from sensors or image data sets. Additionally, the flexible surgical tool position and posture derivation unit 323 stores the derived position and posture values of the flexible surgical tool as an output data set (output information).

히스테리시스 보상모델 생성부(324)는 모델조건 설정부(321)에서 설정한 오버튜브의 형상 및 유연 수술도구의 모션 제어에 따라 얻어진 입력 데이터 셋인 와이어의 텐션 정보 및 이미지 정보와, 입력 정보를 획득할 때의 출력 데이터 셋인 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 각각 입력받는다. 히스테리시스 보상모델 생성부(324)는 입력 데이터 셋과 출력 데이터 셋을 입력받아 모델조건 설정부(321)에서 설정한 다양한 환경변수에 따른(오버튜브의 형상 변화 및 유연 수술도구의 모션 변화에 따른) 각각의 히스테리시스 보상 모델을 생성한다.The hysteresis compensation model generation unit 324 acquires wire tension information and image information, which are input data sets obtained according to the shape of the overtube and the motion control of the flexible surgical tool set in the model condition setting unit 321, and input information. The position and posture values of the flexible surgical tool, which is the output data set, are respectively input. The hysteresis compensation model generation unit 324 receives the input data set and the output data set and generates data according to various environmental variables set in the model condition setting unit 321 (depending on the shape change of the overtube and the motion change of the flexible surgical tool). Create each hysteresis compensation model.

히스테리시스 모델 학습부(325)는 텐션 정보, 이미지 정보 및 히스테리시스 보상모델 생성부(324)에서 생성된 히스테리시스 보상 모델을 포함하여 학습함으로써 히스테리시스 보상 모델을 학습 보정(calibration)한다. The hysteresis model learning unit 325 learns and calibrates the hysteresis compensation model by including tension information, image information, and the hysteresis compensation model generated by the hysteresis compensation model generation unit 324.

상술한 바와 같이, 히스테리시스 모델 학습을 통해 히스테리시스 보상 모델을 학습 보정한 후에 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 모델 탐색조건에 따라 탐색하여 히스테리시스 보상 모델을 결정하고, 결정된 보상 모델에 의해 보상 값을 도출하여 유연 수술도구(21,22)를 보상 제어한다. 이하에서는 첨부된 도 9를 참조하여 이를 설명하기로 한다.As described above, after learning and correcting the hysteresis compensation model through learning the hysteresis model, the learned and corrected hysteresis compensation model is searched according to the model search conditions to determine the hysteresis compensation model, and the compensation value is derived based on the determined compensation model to provide a flexible Surgical tools (21, 22) are compensated and controlled. Hereinafter, this will be explained with reference to the attached FIG. 9.

모델 탐색조건 입력부(330)는 오버튜브가 병변이 있는 목적 위치에 도달한 후에 유연 수술도구의 특정 모션으로 인한 텐션 정보 및 이미지 정보를 획득한다. 텐션 정보는 상술한 바와 같이 텐션 측정부(112)를 통해 측정할 수 있으며, 이미지 정보는 유연 수술도구 이미지 획득부(312, 또는 수술도구 이미지 촬영부(111))를 통해 획득할 수 있다. 획득된 텐션 정보 및 이미지 정보는 히스테리시스 보상모델 탐색부(340)로 전송한다.The model search condition input unit 330 acquires tension information and image information resulting from a specific motion of the flexible surgical tool after the overtube reaches the target location where the lesion is located. As described above, tension information can be measured through the tension measuring unit 112, and image information can be acquired through the flexible surgical tool image acquisition unit 312 or the surgical tool image capture unit 111. The obtained tension information and image information are transmitted to the hysteresis compensation model search unit 340.

히스테리시스 보상모델 탐색부(340)는 모델 탐색조건 입력부(330)에서 입력한 텐션 정보 및 이미지 정보를 기초로 히스테리시스 모델 학습부(325)의 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 탐색한다. The hysteresis compensation model search unit 340 searches for a hysteresis compensation model calibrated by the learning of the hysteresis model learner 325 based on the tension information and image information input from the model search condition input unit 330.

히스테리시스 보상모델 결정부(350)는 히스테리시스 보상모델 탐색부(340)에 의해 탐색된 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 결정하고, 결정된 히스테리시스 보상 모델에 의해 텐션 오차 값인 보상 값을 산출한다.The hysteresis compensation model determination unit 350 determines a learning-corrected hysteresis compensation model searched by the hysteresis compensation model search unit 340, and calculates a compensation value, which is a tension error value, based on the determined hysteresis compensation model.

보상 제어부(360)는 히스테리시스 보상모델 결정부(350)에서 결정된 히스테리시스 보상 모델의 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어한다.The compensation control unit 360 compensates and controls the flexible tube having hysteresis characteristics based on the tension error value of the hysteresis compensation model determined in the hysteresis compensation model determination unit 350.

히스테리시스 변화 감지부(370)는 오버튜브의 움직임을 감지하거나 또는 환자의 움직임을 감지한다. 오버튜브나 또는 환자의 움직임은 히스테리시스 변화 조건에 해당한다. 히스테리시스 변화가 일어나면 결정된 히스테리시스 보상 모델의 재탐색이 필요할 수 있다. 따라서 히스테리시스 변화 감지부(370)는 히스테리시스 변화 조건을 감지하면, 모델 탐색조건 입력부(330)에 감지 신호를 전송한다. 히스테리시스 변화 감지 신호를 입력받은 모델 탐색조건 입력부(330)는 텐션 정보 및 이미지 정보를 다시 획득 하여 히스테리시스 보상 모델이 재탐색되도록 한다. The hysteresis change detection unit 370 detects movement of the overtube or movement of the patient. Movement of the overtube or the patient corresponds to a hysteresis change condition. If hysteresis changes occur, it may be necessary to re-search the determined hysteresis compensation model. Therefore, when the hysteresis change detection unit 370 detects a hysteresis change condition, it transmits a detection signal to the model search condition input unit 330. The model search condition input unit 330 that receives the hysteresis change detection signal re-acquires tension information and image information to re-search the hysteresis compensation model.

오버튜브의 움직임 감지는 일예로서 오버튜브나 유연 수술도구를 제어하는 제어 입력이 없는 상태에서 이미지가 변화되는 경우 또는 오버튜브를 제어하는 마스터 조작 신호가 입력된 경우일 수 있다.Detection of movement of the overtube may, for example, occur when an image changes without a control input controlling the overtube or a flexible surgical tool, or when a master manipulation signal controlling the overtube is input.

한편, 환자가 움직이면 인체 내부에 삽입된 오버튜브의 형상이 변형될 수 있다. 따라서 환자의 움직임을 감지하여 히스테리시스 변화를 예측한다. 환자의 움직임 감지는 일예로서 환자의 호흡을 체크하거나 환자를 촬영한 영상의 이미지의 변화를 통해 알 수 있다.Meanwhile, when the patient moves, the shape of the overtube inserted inside the human body may change. Therefore, the patient's movement is detected and hysteresis changes are predicted. Detection of a patient's movement can be done, for example, by checking the patient's breathing or by changing the image of a video taken of the patient.

본 발명을 설명함에 있어 종래 기술 및 당업자에게 자명한 사항은 설명을 생략할 수도 있으며, 이러한 생략된 구성요소(방법) 및 기능의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 충분히 참조될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 본 발명의 구성요소는 본 발명의 설명의 편의를 위하여 설명하였을 뿐 여기에서 설명되지 아니한 구성요소가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위내에서 추가될 수 있다. In explaining the present invention, matters that are obvious to those skilled in the art and skilled in the art may be omitted, and descriptions of such omitted components (methods) and functions may be sufficiently referenced without departing from the technical spirit of the present invention. You will be able to. In addition, the components of the present invention described above are only described for the convenience of explaining the present invention, and components not described herein may be added without departing from the technical spirit of the present invention.

상술한 각부의 구성 및 기능에 대한 설명은 설명의 편의를 위하여 서로 분리하여 설명하였을 뿐 필요에 따라 어느 한 구성 및 기능이 다른 구성요소로 통합되어 구현되거나, 또는 더 세분화되어 구현될 수도 있다.The description of the configuration and function of each part described above is explained separately from each other for convenience of explanation, and as needed, one configuration and function may be implemented by integrating with other components, or may be implemented in further detail.

이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성 또는 본 발명의 각 구성에 대한 결합관계에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to one embodiment, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. That is, those skilled in the art will easily understand that many modifications are possible without departing from the gist of the present invention. In addition, it should be noted that if a specific description of the known functions and their configurations related to the present invention or the combination relationship between each component of the present invention is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description has been omitted. something to do.

10 : 유연 오버튜브
10a : 오버튜브 몸체
10b : 제1 견인 와이어
10c : 제2 견인 와이어
11 : 제1 채널
12 : 제2 채널
13 : 제3 채널
21 : 제1 수술도구
21a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
22 : 제2 수술도구
22a : 엔드 이펙터 또는 수술도구 팁
23 : 카메라부
110 : 입력부
111 : 수술도구 이미지 촬영부
112 : 텐션 측정부
113 : 텐션 변화량 산출부
114 : 텐션 입력값 비교 판단부
120 : 모드 스위칭 판단부
121 : 이미지 분석 및 판단부
122 : 텐션 모델링 분석 및 판단부
130 : 모드 스위칭부
131 : 이미지 모드 스위칭부
132 : 텐션 모드 스위칭부
140 : 학습부
141 : 이미지 정보 학습부
142 : 텐션 정보 학습부
150 : 보상 제어부
151 : 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부
152 : 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부
210 : 입력부
211 : 수술도구 이미지 촬영부
212 : 텐션 측정부
213 : 텐션 변화량 산출부
214 : 텐션 입력값 비교 판단부
220 : 모드 스위칭 판단부
221 : 이미지 분석 및 판단부
222 : 텐션 모델링 분석 및 판단부
230 : 모드 스위칭부
231 : 이미지 모드 스위칭부
232 : 텐션 모드 스위칭부
240 : 학습부
241 : 이미지 정보 학습부
242 : 텐션 정보 학습부
250 : 보상 제어부
251 : 이미지 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부
252 : 텐션 정보 기반 히스테리시스 보상 제어부
260 : 제어부
261 : 와이어 제어부
262 : 수술도구 제어부
310 : 유연 수술도구 위치 및 자세 산출부
311 : 유연 수술도구 위치 및 자세 감지부
312 : 유연 수술도구 이미지 획득부
313 : 유연 수술도구 위치 및 자세 추정부
320 : 학습부
321 : 모델조건 설정부
322 : 텐션 정보 및 이미지 정보 획득부
323 : 유연 수술도구 위치 및 자세 도출부
324 : 히스테리시스 보상모델 생성부
325 : 히스테리시스 모델 학습부
330 : 모델 탐색조건 입력부
340 : 히스테리시스 보상모델 탐색부
350 : 히스테리시스 보상모델 결정부
360 : 보상 제어부
370 : 히스테리시스 변화 감지부
371 : 오버튜브 움직임 감지부
372 : 환자 움직임 감지부
10: Flexible overtube
10a: Overtube body
10b: first traction wire
10c: second traction wire
11: 1st channel
12: 2nd channel
13: Third channel
21: first surgical tool
21a: End effector or surgical tool tip
22: Second surgical tool
22a: End effector or surgical tool tip
23: Camera unit
110: input unit
111: Surgical tool image recording unit
112: Tension measuring unit
113: Tension change calculation unit
114: Tension input value comparison determination unit
120: mode switching determination unit
121: Image analysis and judgment unit
122: Tension modeling analysis and judgment unit
130: mode switching unit
131: Image mode switching unit
132: Tension mode switching unit
140: Learning Department
141: Image information learning unit
142: Tension information learning department
150: compensation control unit
151: Image information-based hysteresis compensation control unit
152: Tension information-based hysteresis compensation control unit
210: input unit
211: Surgical tool image recording unit
212: Tension measuring unit
213: Tension change calculation unit
214: Tension input value comparison determination unit
220: Mode switching determination unit
221: Image analysis and judgment unit
222: Tension modeling analysis and judgment unit
230: mode switching unit
231: Image mode switching unit
232: Tension mode switching unit
240: Learning Department
241: Image information learning department
242: Tension information learning department
250: compensation control unit
251: Image information-based hysteresis compensation control unit
252: Tension information-based hysteresis compensation control unit
260: control unit
261: wire control unit
262: Surgical tool control unit
310: Flexible surgical tool position and posture calculation unit
311: Flexible surgical tool position and posture detection unit
312: Flexible surgical tool image acquisition unit
313: Flexible surgical tool position and posture estimation unit
320: Learning Department
321: Model condition setting unit
322: Tension information and image information acquisition unit
323: Flexible surgical tool location and posture derivation unit
324: Hysteresis compensation model generation unit
325: Hysteresis model learning unit
330: Model search condition input unit
340: Hysteresis compensation model exploration unit
350: Hysteresis compensation model decision unit
360: Compensation control unit
370: Hysteresis change detection unit
371: Overtube motion detection unit
372: Patient movement detection unit

Claims (11)

모드 스위칭에 필요한 유연 수술도구의 이미지 정보와 와이어 텐션 정보를 입력받는 입력부,
상기 유연 수술도구의 이미지 정보 및 텐션 정보를 기초로 상기 수술도구의 현재 상태를 판단하고, 상기 수술도구의 현재 상태에 따라 제어모드 스위칭을 위한 제어모드 변경신호를 생성하는 모드 스위칭 판단부,
상기 모드 스위칭 판단부의 제어모드 변경신호에 따라 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하거나 또는 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 모드 스위칭부,
학습 모델에 의해 산출된 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
An input unit that receives image information and wire tension information of flexible surgical tools required for mode switching,
A mode switching determination unit that determines the current state of the surgical tool based on the image information and tension information of the flexible surgical tool and generates a control mode change signal for control mode switching according to the current state of the surgical tool;
Depending on the control mode change signal from the mode switching determination unit, the control mode is switched from flexible tube control based on tension information to flexible tube control based on image information, or from flexible tube control based on image information. A mode switching unit that switches control modes with flexible tube control based on tension information,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, comprising a compensation control unit that compensates and controls a flexible tube having hysteresis characteristics based on the tension error value calculated by the learning model.
제 1 항에 있어서,
상기 입력부는,
튜브의 몸체의 채널 내에 삽입되어 채널 내에 삽입된 수술도구를 촬영하는 수술도구 이미지 촬영부,
상기 수술도구의 견인 와이어의 견인력을 측정하는 텐션 측정부,
상기 텐션 측정부에서 측정한 견인력에 기초하여 상기 와이어의 와이어 텐션 값이 변화되는 텐션 변화량을 산출하는 텐션 변화량 산출부,
상기 텐션 측정부에서 측정한 견인력에 기초하여 입력된 와이어 텐션값을 비교 판단하는 텐션 입력값 비교 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 1,
The input unit,
A surgical tool image capture unit that is inserted into the channel of the body of the tube and takes pictures of the surgical tool inserted in the channel,
A tension measuring unit that measures the traction force of the traction wire of the surgical tool,
A tension change calculation unit that calculates a tension change amount by which the wire tension value of the wire changes based on the traction force measured by the tension measurement unit,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, comprising a tension input value comparison and determination unit that compares and determines the input wire tension value based on the traction force measured by the tension measurement unit.
제 1 항에 있어서,
상기 모드 스위칭 판단부는,
상기 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하는 제1 스위칭 조건에서는 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭하는 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호를 생성하거나, 또는
상기 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에 상기 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하면서 제1 스위칭 조건이 해제되었다고 판단하는 제2 스위칭 조건에서는 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 스위칭 하는 제2 스위칭 조건 제어모드 변경신호를 생성하거나 또는,
상기 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에 상기 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하면서 제1 스위칭 조건도 해제되지 않았다고 판단하는 제3 스위칭 강제 조건에서는 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어에서 텐션 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어로 제어모드를 강제적으로 스위칭 하는 제3 스위칭 강제 조건 제어모드 변경신호를 생성하거나 또는,
상기 제1 스위칭 조건 제어모드 변경신호에 의해 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행 중에 상기 이미지 정보를 기초로 한 가요성 튜브 제어를 수행할 수 없다고 판단하면서 제1 스위칭 조건도 해제되지 않았다고 판단하는 제4 스위칭 조건에서는 와이어 또는 수술도구를 제어하여 상기 텐션 정보 또는 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 상기 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 1,
The mode switching determination unit,
In the first switching condition in which it is determined that flexible tube control based on the tension information cannot be performed, the control mode is switched from flexible tube control based on tension information to flexible tube control based on image information. Generate a first switching condition control mode change signal, or
Determining that the first switching condition is released by determining that flexible tube control based on the image information cannot be performed while flexible tube control based on image information is being performed by the first switching condition control mode change signal In the second switching condition, a control mode change signal is generated that switches the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information, or
While performing flexible tube control based on image information by the first switching condition control mode change signal, it is determined that flexible tube control based on the image information cannot be performed and the first switching condition is not released. In the third forced switching condition, a control mode change signal is generated that forcibly switches the control mode from flexible tube control based on image information to flexible tube control based on tension information, or ,
While performing flexible tube control based on image information by the first switching condition control mode change signal, it is determined that flexible tube control based on the image information cannot be performed and the first switching condition is not released. In the fourth switching condition to be determined, the wire or surgical tool is controlled to generate a signal that induces a change in the state of the surgical tool to enable control of the flexible tube based on the tension information or image information. Hysteresis compensation control device.
제 3 항에 있어서,
상기 수술도구의 상태 변화를 유도하는 신호를 입력받아 상기 와이어를 제어함으로써 텐션 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 제어하거나 또는 수술도구 이미지 촬영부와 수술도구 중 어느 하나를 제어함으로써 이미지 정보에 기초한 가요성 튜브 제어가 가능하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 3,
By receiving a signal that induces a change in the state of the surgical tool and controlling the wire, the flexible tube can be controlled based on tension information, or by controlling any one of the surgical tool image capture unit and the surgical tool to control the wire based on image information. A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising a control unit for controlling the flexible tube.
제 1 항에 있어서,
상기 수술도구의 이미지 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 이미지 오차값을 산출하는 이미지 정보 학습부,
상기 수술도구의 텐션 정보를 기초로 기 설정된 학습모델에 따라 학습하고, 학습에 의해 텐션 오차값을 산출하는 텐션 정보 학습부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 1,
An image information learning unit that learns according to a preset learning model based on the image information of the surgical tool and calculates an image error value through learning;
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising a tension information learning unit that learns according to a preset learning model based on the tension information of the surgical tool and calculates a tension error value through learning.
오버튜브의 채널 내에 삽입되면서 와이어의 견인에 따라 구동되는 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 산출하는 유연 수술도구 위치 및 자세 산출부,
상기 오버튜브의 형상 및 유연 수술도구의 모션 제어에 따라 얻어진 입력 정보인 와이어의 텐션 정보 및 이미지 정보와 상기 입력 정보를 획득할 때의 출력 정보인 상기 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 각각 입력받음으로써 상기 오버튜브의 형상 변화 및 유연 수술도구의 모션 변화에 따른 각각의 히스테리시스 보상 모델을 생성하는 히스테리시스 보상모델 생성부,
상기 텐션 정보, 이미지 정보 및 히스테리시스 보상모델 생성부에서 생성된 히스테리시스 보상 모델을 포함하여 학습함으로써 히스테리시스 보상 모델을 학습 보정하는 히스테리시스 모델 학습부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
A flexible surgical tool position and posture calculation unit that calculates the position and posture values of a flexible surgical tool that is inserted into the channel of the overtube and driven according to the traction of the wire;
The wire tension information and image information, which are input information obtained according to the shape of the overtube and the motion control of the flexible surgical tool, and the position and posture values of the flexible surgical tool, which are output information when acquiring the input information, are respectively input. A hysteresis compensation model generator that generates each hysteresis compensation model according to the shape change of the overtube and the motion change of the flexible surgical tool,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, comprising a hysteresis model learning unit that learns and corrects the hysteresis compensation model by learning the tension information, the image information, and the hysteresis compensation model generated by the hysteresis compensation model generation unit.
제 6 항에 있어서,
상기 유연 수술도구 위치 및 자세 산출부는,
부착된 센서를 이용하여 상기 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 산출하거나 또는, 데이터 셋으로 이루어진 이미지 정보와 매칭된 상기 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 6,
The flexible surgical tool position and posture calculation unit,
Hysteresis of a flexible tube, characterized in that the position and posture values of the flexible surgical tool are calculated using an attached sensor, or the position and posture values of the flexible surgical tool are matched with image information consisting of a data set. Compensation control device.
제 6 항에 있어서,
히스테리시스 보상 모델 조건을 설정하기 위해, 상기 오버튜브의 형상을 기 설정된 형상으로 제어하거나 또는 상기 유연 수술도구의 모션을 기 설정된 모션으로 제어하는 모델조건 설정부,
각각의 상기 히스테리시스 보상 모델 조건에 따라 텐션 정보 및 이미지 정보를 획득하고, 획득된 상기 텐션 정보 및 이미지 정보를 상기 입력 정보의 입력 데이터 셋으로 저장하는 텐션 정보 및 이미지 정보 획득부,
상기 입력 정보를 획득할 때의 상기 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 도출하고, 도출된 상기 유연 수술도구의 위치 및 자세 값을 상기 출력 정보의 출력 데이터 셋으로 저장하는 유연 수술도구 위치 및 자세 도출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 6,
In order to set hysteresis compensation model conditions, a model condition setting unit that controls the shape of the overtube to a preset shape or the motion of the flexible surgical tool to a preset motion,
A tension information and image information acquisition unit that acquires tension information and image information according to each of the hysteresis compensation model conditions, and stores the obtained tension information and image information as an input data set of the input information,
Deriving the position and posture values of the flexible surgical tool when acquiring the input information, and storing the derived position and posture values of the flexible surgical tool as an output data set of the output information. Deriving the position and posture of the flexible surgical tool. A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising:
제 6 항에 있어서,
상기 오버튜브가 목적 위치에 도달 한 후의 유연 수술도구의 특정 모션으로 인한 텐션 정보 및 이미지 정보를 획득하는 모델 탐색조건 입력부,
상기 모델 탐색조건 입력부에서 입력한 텐션 정보 및 이미지 정보를 기초로상기 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 탐색하는 히스테리시스 보상모델 탐색부,
상기 히스테리시스 보상모델 탐색부에 의해 탐색된 학습 보정된 히스테리시스 보상 모델을 결정하고, 결정된 히스테리시스 보상 모델에 의해 텐션 오차 값인 보상 값을 산출하는 히스테리시스 보상모델 결정부,
상기 텐션 오차값을 바탕으로 히스테리시스 특성을 갖는 가요성 튜브를 보상 제어하는 보상 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 6,
A model search condition input unit for acquiring tension information and image information due to a specific motion of the flexible surgical tool after the overtube reaches the target position,
A hysteresis compensation model search unit that searches for the learned and corrected hysteresis compensation model based on the tension information and image information input from the model search condition input unit;
A hysteresis compensation model determination unit that determines a learned and corrected hysteresis compensation model searched by the hysteresis compensation model search unit and calculates a compensation value that is a tension error value based on the determined hysteresis compensation model;
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising a compensation control unit that compensates and controls the flexible tube having hysteresis characteristics based on the tension error value.
제 9 항에 있어서,
상기 오버튜브의 움직임이 감지되거나 또는 환자의 움직임이 감지되어 히스테리시스 변화를 일으키는 히스테리시스 변화 조건을 감지하는 히스테리시스 변화 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to clause 9,
A hysteresis compensation control device for a flexible tube, further comprising a hysteresis change detection unit that detects a hysteresis change condition that causes a hysteresis change when movement of the overtube or movement of the patient is sensed.
제 10 항에 있어서,
상기 히스테리시스 변화 감지부는,
상기 히스테리시스 변화 조건을 감지하여 상기 모델 탐색조건 입력부에 감지 신호를 전송함으로써 상기 모델 탐색조건 입력부에서 텐션 정보 및 이미지 정보가 재획득 되도록 하고, 히스테리시스 보상 모델이 재탐색되도록 하는 것을 특징으로 하는 가요성 튜브의 히스테리시스 보상 제어장치.
According to claim 10,
The hysteresis change detection unit,
A flexible tube characterized by detecting the hysteresis change condition and transmitting a detection signal to the model search condition input unit so that tension information and image information are re-acquired from the model search condition input unit and the hysteresis compensation model is re-searched. Hysteresis compensation control device.
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