KR20100098055A - 영상유도수술시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수술장에서 수술도구의 위치를 실시간으로 추적하여 수술의 정확도를 향상시키는 영상유도수술시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 자력 기반의 추적장치를 사용하여 장기의 상태를 실시간으로 파악할 수 있고, 수술 전에 만들어진 수술 지도와의 오차를 계산하여 수술 도구의 진행방향을 보정할 수 있으므로 정밀한 수술이 가능하다는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 다이렉트네비게이션을 사용하여 실시간으로 수술 지도를 보정할 수 있으므로 환자의 장기 상태 및 수술 경과를 명확히 알 수 있어 수술의 안정성이 확보되는 효과가 있다.

시뮬레이션, 위치추적, 네비게이션, 수술계획시스템

Description

영상유도수술시스템 및 그 제어방법{IMAGE GUIDED SURGERY SYSTEM AND THE CONTROL METHOD OF THE SAME}

본 발명은 수술장에서 수술도구의 위치를 실시간으로 추적하여 수술의 정확도를 향상시키는 영상유도수술시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

영상유도수술시스템(수술용 네비게이션 시스템)은 컴퓨터단층촬영장치(Computed Tomography, CT), 자기공명영상장치(magnetic resonance imaging, MRI) 등에 의해 취합된 정보를 통하여 환자의 인체 내부를 모니터 상에 재현하는 시스템을 말한다.

영상유도수술시스템은 환자의 인체 내부를 3차원으로 모델링하여 진료계획, 수술계획 및 시술을 위한 정보를 제공하며, 신경이나 척추 등 인체 중요 부위와 환부의 위치, 모양, 임플란트 삽입 위치 등을 상세하게 확인할 수 있게 해준다.

컴퓨터단층촬영은 CT 스캐너를 이용한 컴퓨터단층촬영(斷層撮影)법으로, X선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는데, 종양 등의 진단법으로 널리 이용되고 있다.

컴퓨터단층촬영은 X선을 이용하고 있지만 직접 필름에 감광시켜 얻는 일반적인 방사선 사진과는 다르다. 컴퓨터단층촬영은 인체의 한 단면 주위를 돌면서 가느다란 X선을 투사하고 X선이 인체를 통과하면서 감소되는 양을 측정한다. 인체의 내부 간이나 신장 같은 장기들의 밀도는 약간씩 차이가 나기 때문에 X선이 투사된 방향에 따라 흡수하는 정도가 서로 다르게 나타난다.

컴퓨터단층촬영은 X선이 투과된 정도를 컴퓨터로 분석하여 내부 장기의 밀도를 결정하고, 이를 통하여 내부의 자세한 단면을 재구성해서 영상으로 나타나게 한다. 즉, 신체의 여러 각도에서 투과시킨 X선을 컴퓨터로 측정하고 단면에 대한 흡수치를 재구성하여 영상으로 나타내는 장치이다.

자기공명영상장치는 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 임의의 단층상을 얻을 수 있는 첨단의학시스템이다. 자기공명영상법의 원리는 다음과 같다. 원자핵은 평소에는 회전운동을 하고 있으나 일단 강한 자기장에 놓이면 세차운동이 일어난다. 이 세차운동의 속도는 자기장의 세기와 밀접한 관계가 있어 자기장이 셀수록 빨라진다. 이렇게 자화되어 있는 원자핵에 고주파를 가하면 고에너지 상태가 되었다가, 다시 고주파를 끊으면 원래의 상태로 돌아간다. 이때 방출되는 에너지는 가했던 고주파와 똑같은 형태의 고주파를 방출한다. 이렇게 원자핵이 고유하게 방출되는 고주파를 예민한 안테나로 모아서 컴퓨터로 영상화한 것이 자기공명영상법이다. 즉, 자기공명영상법은 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성, 영상화하는 기술이다.

자기공명영상법은 X-ray처럼 이온화 방사선이 아니므로 인체에 무해하고, 3D 영사화가 가능하며 컴퓨터단층촬영(CT)에 비해 대조도와 해상도가 더 뛰어나다. 그리고 횡단면 촬영만이 가능한 CT와는 달리 관상면과 시상면도 촬영할 수 있고, 필요한 각도의 영상을 검사자가 선택하여 촬영할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 널리 쓰이고 있지만, 검사료가 비싸며 촬영시간이 오래 걸린다. 또한 검사공간이 협소하여 혼자 들어가야 하므로 중환자나 폐소공포증이 심한 환자는 찍을 수 없는 단점이 있다. 자기공명영상법은 주로 중추신경계, 두경부, 척추와 척수 등 신경계통의 환자에게 이용되나 이용 범위는 넓다.

이와 같이, 영상유도수술시스템은 컴퓨터단층촬영 및 자기공명영상법 등에 의해 취합된 의료 영상을 중첩하여 시각화 함으로써 3차원 영상정보를 구현하는데 이와 같은 영상정보는 수술을 하기 며칠 전에 만들어 지기 때문에 환자의 상태 변화와 수술 진행에 따른 물리적인 변화를 영상 정보에 반영할 수 없다는 문제점이 있었다.

즉, 시간 경과에 따라 환자의 상태가 악화 또는 호전되거나, 환자의 호흡 상태 또는 움직임에 따라 신체 장기에 변화가 일어나는데 기 취합된 영상정보는 환자의 상태가 변하기 전에 제공된 것이므로 수술시에 오차가 발생하여 정밀한 수술이 불가능하다.

본 발명의 목적은 실체모델의 3차원 영상정보를 실시간으로 제공하는 영상유도수술시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실시간으로 제공된 실체모델의 정보를 기 제공된 3차원 영상정보와 비교하여 수술경로의 오차를 보정하는 영상유도수술시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 영상장비로부터 취합된 환자의 2차원 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과; 내시경과 위치정보를 제공하는 마커가 구비된 수술기구와; 상기 3차원 장기모델을 기초로 수술지도를 구성하고, 상기 마커의 위치정보를 제공받아 상기 수술지도를 보정하며, 상기 수술기구가 보정된 수술지도를 따라 진행하도록 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 환자로부터 의료영상을 취합하는 영상장비와; 상기 의료영상을 제공받아 3 차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과; 상기 3차원 장기모델을 제공받아 환부에 대한 수술지도를 만드는 수술계획시스템과; 내시경과 위치정보를 제공하는 마커가 구비된 수술기구와; 상기 마커의 위치를 추적하여 상기 수술기구의 이동경로를 추적하는 추적장치와; 상기 수술기구의 이동경로에 따라 상기 수술지도를 보정하여 상기 수술기구의 동작을 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성된다.

상기 추적장치에는 자기장을 이용하여 상기 마커의 위치정보를 파악하는 센서가 구비된다.

상기 가이드로봇은 상기 수술지도와 상기 마커의 공간 좌표를 비교하여 오차가 발생할 경우, 상기 오차에 대응되도록 상기 수술기구의 진행방향을 보정한다.

상기 3차원영상출력시스템은, 상기 영상장비의 의료영상을 저장하는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스로부터 의료영상을 제공받아 표준화 작업을 수행한 후 3차원 장기모델로 전환시키는 3D재생부를 포함하여 구성된다.

상기 영상장비는 컴퓨터단층촬영장치, 자기공명영상장치 또는 엑스선장치 중 어느 하나이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 영상장비로부터 취합된 환자의 2차원 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델 및 수술지도를 구성하는 3차원영상출력시스템과; 내시경이 구비된 수술기구와; 환자의 장기의 위치정보를 실시간으로 탐색하는 다이렉트네비게이션과; 상기 3차원 장기모델과 상기 장기의 상태정보를 비교하여 수술지도를 보정하고 보정된 수술지도에 기초하여 상기 수술기구의 진행방향을 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성 된다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 영상장비에서 촬영된 영상을 처리하여 3차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과; 상기 3차원 장기모델을 제공받아 환부에 대한 수술지도를 만드는 수술계획시스템과; 수술 시 환자의 양방향 영상을 찍어서 3차원의 장기 위치정보를 탐색하는 다이렉트네비게이션과; 상기 다이렉트네비게이션으로부터 제공된 장기 위치정보를 상기 수술지도에 대응시켜 수술지도를 보정하고, 보정된 수술지도에 기초하여 수술기구를 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성된다.

상기 다이렉트네비게이션은 적어도 2개의 다른 축을 중심으로 궤도회전 가능한 C-아암이 구비된다.

상기 3차원영상출력시스템은, 상기 영상장비의 의료영상을 저장하는 데이터베이스와; 상기 데이터베이스로부터 의료영상을 제공받아 표준화 작업을 수행한 후 3차원 장기모델로 전환시키는 3D재생부를 포함하여 구성된다.

상기 영상장비는 컴퓨터단층촬영장치, 자기공명영상장치 또는 엑스선장치 중 어느 하나이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 장기 모델로부터 수술 지도를 형성하는 단계와; 수술 기구의 이동 경로를 추적하여 상기 수술 기구의 진행방향을 예측하는 단계와; 상기 수술 기구의 이동경로를 수술 지도와 비교하여 오차를 계산하는 단계와; 상기 오차를 반영하여 수술 기구의 진행방향을 보정하는 단계를 포함한다.

자기장을 이용한 추적장치가 상기 수술 기구에 장착된 마커의 위치정보를 파악하는 단계를 더 포함한다.

상기 수술 지도를 형성하는 단계는, 장기의 2차원 의료 영상을 취합하는 단계와; 상기 2차원 의료 영상을 3차원 장기모델로 변환하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 2차원 의료영상을 통해 3차원 장기모델을 구성하는 단계와; 상기 3차원 장기모델에 기초하여 수술지도를 형성하는 단계와; 수술 도구의 이동 경로 및 수술 위치를 탐색하는 단계와; 다이렉트네비게이션과 내시경을 통해 들어온 장기 내부의 정보를 통해 수술지도를 보정하는 단계를 포함한다.

상기 수술 도구의 진행방향은 보정된 수술지도에 의해 안내되는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 자력 기반의 추적장치를 사용하여 장기의 상태를 실시간으로 파악할 수 있고, 수술 전에 만들어진 수술 지도와의 오차를 계산하여 수술 도구의 진행방향을 보정할 수 있으므로 정밀한 수술이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다이렉트네비게이션을 사용하여 실시간으로 수술 지도를 보정할 수 있으므로 환자의 장기 상태 및 수술 경과를 명확히 알 수 있어 수술의 안정성이 확보되는 효과가 있다.

이하 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 영상유도수술시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 영상유도수술시스템의 바람직한 실시예를 구성하는 영상장비를 보인 측면도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바에 따르면, 영상유도수술시스템은 영상장비(1)와 추적장치(100)와 수술도구(200)를 포함하여 구성된다.

상기 영상장비(1)는 환자의 장기를 촬영한 데이터를 컴퓨터로 송신하는 역할을 한다. 상기 영상장비(1)는 환자의 장기(臟器)를 촬영하기 위한 엑스선장치, 컴퓨터단층촬영장치(CT) 및 자기공명영상장치(MRI) 등을 말한다.

컴퓨터단층촬영장치은 CT 스캐너를 이용하여 X선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는 장치이다. 그리고, 자기공명영상장치는 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 임의의 단층상을 얻을 수 있는 첨단의학시스템이다. 이와 같은 영상장비는 환자의 수술 부위에 대한 단면을 보여주는 시스템이다.

도 2에는 본 발명 실시예를 구성하는 3차원영상출력시스템을 보인 구성도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바에 따르면, 3차원영상출력시스템(10)은 컴퓨터단층촬영장치(CT) 및 자기공명영상장치(MRI)에 의해 제공된 2차원의 의료 영상에 대해 표준화 작업을 수행하여 3차원영상정보를 출력하는 시스템이다. 즉 상기 3차원영상출력시스템(10)은 영상장비(1)로부터 취합된 환자의 2차원 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델로 변환한다. 상기 3차원영상출력시스템(10)은 3차원 장기모델을 수술계획시 스템(도시되지 않음)에 제공한다. 상기 수술계획시스템은 상기 3차원 장기모델을 기초로 환자의 환부에 대한 수술지도를 만드는 역할을 한다.

상기 3차원영상출력시스템(10)은 데이터베이스(11), 3D재생부(12), 이미지제너레이터(13), 그래픽재생부(14) 및 제어부(15)를 포함하여 구성된다.

상기 데이터베이스(11)는 상기 영상장비(1)에서 제공된 영상과 시뮬레이션 데이터를 저장하는 역할을 한다. 상기 데이터베이스(11)에서 시뮬레이션 데이터는 매트릭스 형태의 행렬 조합으로 구성될 수 있다.

상기 3D재생부(12)는 상기 데이터베이스(11)로부터 다수의 2차원 의료영상을 입력받아 표준화 작업을 수행한 후 3차원 의료영상으로 전환시켜 상기 이미지제너레이터(13)로 출력하는 역할을 한다.

상기 이미지제너레이터(13)는 상기 3D재생부(12)로부터 3차원 의료영상을 입력받음과 동시에 상기 데이터베이스(11)로부터 시뮬레이션 데이터를 입력받아 시뮬레이션되는 3차원 의료영상을 상기 그래픽가속부(14)로 출력하는 역할을 한다. 이때, 상기 이미지제너레이터(13)는 데이터베이스(11)에 저장된 2차원 의료영상과 시뮬레이션 데이터를 리딩한 후 폴리건으로 조합한 값으로 음영을 가진 3차원의 의료영상으로 전환시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 그래픽가속부(14)는 상기 이미지제너레이터(13)로부터 시뮬레이션되는 3차원 의료영상을 입력받은 후 가속화하여 모니터를 통해 출력하는 역할을 한다.

상기 제어부(15)는 상기 이미지제너레이터(13)로부터 변경된 데이터가 입력 되면 이를 상기 데이터베이스(11)에 저장하는 역할을 한다.

상기 3차원영상출력시스템(10)의 영상출력방법에 대해서 설명하면, 상기 데이터베이스(11)에는 상기 영상장비(10)로부터 제공된 의료 영상이 2차원 이미지로 저장된다. 그리고, 상기 3D재생부(12)는 상기 데이터베이스(11)로부터 제공받은 2차원 이미지를 표준화된 형식의 이미지로 변환시킨다.

이와 같은 상태에서, 상기 이미지제너레이터(13)는 상기 데이터베이스(11)로부터 입력된 시뮬레이션 데이터와 표준화된 형식의 이미지를 하이브리드 CGI 기술을 사용하는 폴리곤 기법을 이용하여 2차원 이미지를 3차원 의료영상으로 변환시킨다.

이때, 상기 이미지제너레이터(13)는 환자의 특정 부위를 일정한 두께로 찍은 각각의 2차원 조각들을 모아서 2차원 영상들을 적층시킨다. 그리고, 상기 그래픽가속부(14)는 모니터를 통해 3차원 의료영상을 사용자에게 제공한다.

도 3에는 본 발명 실시예를 구성하는 추적장치를 보인 사시도가 도시되어 있다 .

도 3에 도시된 바에 따르면, 추적장치(100)는 외과수술을 수행함에 있어서 의사를 보조하도록 개발된 것이다. 상기 추적장치(100)는 수술 네비게이션용 소프트웨어가 내장된 컴퓨터(108)와, 메모리(110), 프로세서(112), 마커(marker)들을 탐지할 수 있는 센서(또는 카메라)(114), 발페달(118), 키보드(120) 및 수술 네비게이션 정보를 디스플레이하는 디스플레이 스크린(123)을 구비한 모니터(122)를 포함하여 구성된다. 상기 센서(114)는 자기장을 이용하여 아래에서 설명될 마커(220) 의 위치정보를 파악하여 수술기구(200)의 이동경로를 추적하게 된다.

상기 추적장치(100)에서 상기 센서(114)는 데이터 처리장치에 접속되며, 상기 데이터처리장치는 마커들의 공간 포인트들을 기록하고 마커가 부착된 부분에 대한 기준좌표를 설정한다. 참고로 부가적인 마커들이 수술 기구들과 마커에 대한 수술기구들의 작용 부분들의 포인트가 프로그램된 추적장치에 부착될 수 있다.

상기 수술 기구들은 장기들의 특정 목표 지점을 지나게 되고, 추적장치(100)는 장기들의 기준 좌표계에서의 목표 포인트를 확인하기 위하여 목표 지점들의 포인트를 기록한다.

상기 모니터(122)는 기준좌표계에서 특정 포인트에 대하여 다른 수술 기구들의 포인트를 탐사하는 것과 같이, 수술중에 의사를 가이드하는데 사용되도록 기준좌표계와 목표 지점에 대한 정보를 디스플레이한다.

도 4 및 도 5에는 본 발명 실시예를 구성하는 수술도구를 보인 설명도가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 환자의 수술을 위한 수술기구(200)에는 내시경(210)과 마커(220)가 구비된다.

상기 내시경(210)은 내장장기(內臟臟器) 또는 체강(體腔) 내부를 직접 볼 수 있게 만든 의료기구이고, 마커(220)는 상기 추적장치(100)에 상기 수술기구(200)의 위치정보를 제공하기 위한 구성이다.

의사는 상기 내시경(210)을 통해 수술 중 장기의 내부를 볼 수 있고, 상기 마커(220)는 상기 수술기구(200)의 이동경로를 컴퓨터에 제공한다. 이와 같이 상기 수술기구(200)의 이동경로가 제공되면 수술지도와 비교하여 상기 수술기구(200)의 이동경로 및 진행방향을 예측할 수 있다.

즉, 이미 만들어진 수술지도와 환자의 장기의 변화상태에 따라 수술기구(200)의 위치가 바뀌면 상기 수술 기구(200)의 이동을 안내하는 가이드로봇(도시되지 않음)이 상기 마커(220)와 수술지도의 공간 좌표를 비교하여 오차를 계산하고, 그 오차에 기초하여 수술 지도를 보정하게 된다. 이와 같이 수술 지도가 보정되면 가이드로봇은 보정된 수술 지도를 반영하여 상기 수술 기구(200)의 진행방향을 보정한다.

도 5에 도시된 바에 따르면, 상기 수술기구(200)는 이미 만들어진 수술지도에 따라 이동을 하게 된다. 상기 마커(220)는 실시간으로 상기 수술기구(200)의 위치 및 이동경로를 컴퓨터에 제공하게 되고, 컴퓨터는 상기 수술기구(200)의 위치를 수술지도와 비교하여 오차를 계산한다. 그리고 상기 오차를 보정하여 새로운 수술지도를 만들게 된다. 상기 가이드로봇은 보정된 수술지도에 따라 상기 수술기구(200)의 진행방향을 안내하게 된다.

즉, 상기 영상장비(10)에 의해 수술 전에 만들어진 수술지도의 계획경로(p)는 수술 시에 변경될 수 있다. 환자의 호흡 및 상태 변화에 따라 장기의 위치가 변화하게 되면, 상기 추적장치(100)가 실시간으로 장기의 상태를 탐색하여 수술지도를 보정하게 된다. 상기 가이드로봇은 상기 수술기구(200)를 보정된 수술지도의 보정경로(a)로 안내하여 장기의 손상을 방지한다.

도 9에는 본 발명의 실시예에서 수술 도구의 진행방향을 보정하는 과정을 보 인 흐름도가 도시되어 있다.

영상유도수술시스템은 영상장비로부터 2차원 의료 영상을 제공받아 3차원 장기모델로 변화하고 이를 이용하여 수술지도를 형성한다.(S100) 그리고, 자기장을 이용한 추적장치(100)는 자기장을 이용하여 수술 기구(200)에 장착된 마커(220)의 위치정보를 파악한다.(S110) 상기 마커(220)의 위치가 실시간으로 파악되면 수술기구(200)의 이동경로를 추적하여 상기 수술기구(200)의 진행방향을 예측하게 된다.(S120)

이때 상기 수술기구(200)의 이동경로와 수술 지도를 비교하여 오차를 계산하게 되는데(S130), 이와 같은 오차를 반영하여 수술 지도를 보정하고 가이드로봇은 보정된 수술 지도에 의해 상기 수술기구(200)의 진행방향을 보정하게 된다.(S140)

다음으로 본 발명에 의한 영상유도수술시스템의 다른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 다른 실시예는 상기 추적장치(100) 대신에 다이렉트네비게이션(300)이 채용된 것으로 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 그 설명을 생략하겠다.

도 6에는 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 다이렉트네비게이션을 보인 사시도가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바에 따르면, 다이렉트네비게이션(300)는 이동식 지지구조체(314), 캐리어(318) 및 만곡형 위치 설정 아암(322)(이하 'C-아암')을 포함하여 구성된다. 상기 이동식 지지구조체(314)는 휠(316)을 구비하며, 이것은 상기 다이 렉트네비게이션(300)의 이동을 가능하게 한다. 상기 다이렉트네비게이션(300)은 대상물의 3차원 영상을 실시간으로 탐색하는 장치이다. 즉, 상기 다이렉트네비게이션(300)은 환자의 3차원 장기 모형을 실시간으로 모델링하여 사용자에게 제공한다.

상기 C-아암(322)은 반원형상이고, 제1말단부(325)에 이미징 리시버(326)을 구비하고 제2말단부(327)에 이미징소스(330)를 구비한다. 상기 이미징소스(330)는 엑스레이 소스일 수 있다. 구동트레인(334)은 상기 캐리어(318)에 장착된다. 웨지형 클러치핸들(335)은 커버된 구동 트레인(334)으로부터 연장되고 결합된 위치에 유지되도록 장전된 스프링이다. 상기 C-아암(322)은 상기 캐리어(318)에 이동가능하게 장착된다.

조작자는 상기 다이렉트네비게이션(300)를 굴려 환자가 이미징소스(330)과 이미징리시버(326) 사이에 위치되도록 상기 C-아암(322)을 위치시킨 후 환자의 이미지를 촬영할 수 있다. 상기 C-아암(322)은 궤도 회전을 하는데 적어도 2개의 다른 축을 중심으로 회전 가능하기 때문에 환자를 중심으로 여러 상이한 방향에 위치되어 원하는 방향의 이미지를 촬영할 수 있다.

도 7 및 도 8에는 본 발명 다른 실시예를 구성하는 수술도구를 보인 설명도가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 다이렉트네비게이션(300)은 환자의 장기와 수술기구(200)의 위치정보를 실시간으로 탐색하게 된다. 그리고, 가이드로봇은 상기 다이렉트네비게이션(300)으로부터 장기의 상태정보를 제공받아 오차가 발생할 경우 수술지도를 보정하고, 보정된 수술지도에 기초하여 상기 수술기구(200)의 진 행방향을 안내하게 된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 영상장비(10)에 의해 수술 전에 만들어진 수술지도의 계획경로(p)는 수술 시에 변경될 수 있다. 즉, 환자의 호흡 및 상태 변화에 따라 장기의 위치가 변화하게 되면, 상기 다이렉트네비게이션(300)이 실시간으로 장기의 상태를 탐색하여 수술지도를 보정하게 된다. 상기 가이드로봇은 상기 수술기구(200)를 보정된 수술지도의 보정경로(a)로 안내하여 장기의 손상을 방지한다.

도 10에는 본 발명의 실시예 및 다른 실시예에서 수술 도구의 진행방향을 보정하는 과정을 보인 흐름도가 도시되어 있다.

상기 3차원영상출력시스템(10)은 수술 전에 상기 영상장비(1)에서 취합된 2차원 의료영상을 3차원 장기모델로 구성한다.(S200) 그리고 수술계획시스템은 상기 3차원 장기모델을 이용하여 수술지도를 형성한다.(S210) 수술 시에 다이렉트네비게이션(300)은 수술 도구(200)의 이동 경로 및 수술위치를 탐색하게 되고(S220), 가이드로봇은 상기 다이렉트네비게이션(300)과 내시경(210)을 통해 들어온 장기 내부의정보를 통해 수술 지도를 보정하게 된다.(S230) 상기 수술도구(200)는 그 진행방향이 보정된 수술지도에 의해 안내되게 된다.(S240)

이와 같이 영상유도수술시스템은 수술전 획득한 환자의 3차원 영상정보(CT 또는 MRI)를 이용하여, 수술장 내에서 수술 부위 및 수술 도구의 3차원 위치를 실시간으로 추적하여 컴퓨터 영상에 수술 도구 및 인공 관절의 위치를 정합, 재구성함으로써 보이지 않는 인체 내부의 병소의 위치와 수술 도구의 상대적 위치를 화면 으로 확인하면서 수술할 수 있도록 한다.

하지만, 여러 가지 예기치 못한 원인으로 인하여 장기나 수술 도구의 규격이 변형되었을 경우에는 그 규격 정보를 보정해주기 위한 방법이 필요하다. 특히, 항법 시스템이 가지고 있지 못한 새로운 규격의 수술 도구를 사용할 경우에 이러한 보정 과정은 필수적이다. 이와 같이, 수술 도구의 보정(Calibration) 과정은 항법 시스템에 사용되는 수술 도구의 규격 정보를 획득, 혹은 기획득한 규격 정보를 수정하는 절차와 방식을 의미한다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명에 의한 영상유도수술시스템의 바람직한 실시예를 구성하는 영상장비를 보인 측면도.

도 2는 본 발명 실시예를 구성하는 3차원영상출력시스템을 보인 구성도.

도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 추적장치를 보인 사시도.

도 4 및 도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 수술도구를 보인 설명도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예를 구성하는 다이렉트네비게이션을 보인 사시도.

도 7 및 도 8은 본 발명 다른 실시예를 구성하는 수술도구를 보인 설명도.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예 및 다른 실시예에서 수술 도구의 진행방향을 보정하는 과정을 각각 보인 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 영상장비 10: 3차원영상출력시스템

100: 추적장치 200: 수술도구

210: 내시경 220: 마커

300: 다이렉트네비게이션

Claims (16)

1. 영상장비로부터 취합된 환자의 2차원 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과;

   내시경과 위치정보를 제공하는 마커가 구비된 수술기구와;

   상기 3차원 장기모델을 기초로 수술지도를 구성하고, 상기 마커의 위치정보를 제공받아 상기 수술지도를 보정하며, 상기 수술기구가 보정된 수술지도를 따라 진행하도록 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성되는 영상유도수술시스템.
2. 환자로부터 의료영상을 취합하는 영상장비와;

   상기 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과;

   상기 3차원 장기모델을 제공받아 환부에 대한 수술지도를 만드는 수술계획시스템과;

   내시경과 위치정보를 제공하는 마커가 구비된 수술기구와;

   상기 마커의 위치를 추적하여 상기 수술기구의 이동경로를 추적하는 추적장치와;

   상기 수술기구의 이동경로에 따라 상기 수술지도를 보정하여 상기 수술기구의 동작을 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성되는 영상유도수술시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 추적장치에는 자기장을 이용하여 상기 마커의 위치정보를 파악하는 센서가 구비됨을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 가이드로봇은 상기 수술지도와 상기 마커의 공간 좌표를 비교하여 오차가 발생할 경우, 상기 오차에 대응되도록 상기 수술기구의 진행방향을 보정함을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원영상출력시스템은,

   상기 영상장비의 의료영상을 저장하는 데이터베이스와;

   상기 데이터베이스로부터 의료영상을 제공받아 표준화 작업을 수행한 후 3차원 장기모델로 전환시키는 3D재생부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 영상장비는 컴퓨터단층촬영장치, 자기공명영상장치 또는 엑스선장치 중 어느 하나임을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
7. 영상장비로부터 취합된 환자의 2차원 의료영상을 제공받아 3차원 장기모델 및 수술지도를 구성하는 3차원영상출력시스템과;

   내시경이 구비된 수술기구와;

   환자의 장기의 위치정보를 실시간으로 탐색하는 다이렉트네비게이션과;

   상기 3차원 장기모델과 상기 장기의 상태정보를 비교하여 수술지도를 보정하고 보정된 수술지도에 기초하여 상기 수술기구의 진행방향을 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성되는 영상유도수술시스템.
8. 영상장비에서 촬영된 영상을 처리하여 3차원 장기모델로 변환하는 3차원영상출력시스템과;

   상기 3차원 장기모델을 제공받아 환부에 대한 수술지도를 만드는 수술계획시스템과;

   수술 시 환자의 양방향 영상을 찍어서 3차원의 장기 위치정보를 탐색하는 다이렉트네비게이션과;

   상기 다이렉트네비게이션으로부터 제공된 장기 위치정보를 상기 수술지도에 대응시켜 수술지도를 보정하고, 보정된 수술지도에 기초하여 수술기구를 안내하는 가이드로봇을 포함하여 구성되는 영상유도수술시스템.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 다이렉트네비게이션은 적어도 2개의 다른 축을 중심으로 궤도회전 가능 한 C-아암이 구비됨을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

    상기 3차원영상출력시스템은,

    상기 영상장비의 의료영상을 저장하는 데이터베이스와;

    상기 데이터베이스로부터 의료영상을 제공받아 표준화 작업을 수행한 후 3차원 장기모델로 전환시키는 3D재생부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

    상기 영상장비는 컴퓨터단층촬영장치, 자기공명영상장치 또는 엑스선장치 중 어느 하나임을 특징으로 하는 영상유도수술시스템.
12. 장기 모델로부터 수술 지도를 형성하는 단계와;

    수술 기구의 이동 경로를 추적하여 상기 수술 기구의 진행방향을 예측하는 단계와;

    상기 수술 기구의 이동경로를 수술 지도와 비교하여 오차를 계산하는 단계와;

    상기 오차를 반영하여 수술 기구의 진행방향을 보정하는 단계를 포함하는 영상유도수술시스템의 제어방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    자기장을 이용한 추적장치가 상기 수술 기구에 장착된 마커의 위치정보를 파악하는 단계를 더 포함하는 영상유도수술시스템의 제어방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 수술 지도를 형성하는 단계는,

    장기의 2차원 의료 영상을 취합하는 단계와;

    상기 2차원 의료 영상을 3차원 장기모델로 변환하는 단계를 포함하는 영상유도수술시스템의 제어방법.
15. 2차원 의료영상을 통해 3차원 장기모델을 구성하는 단계와;

    상기 3차원 장기모델에 기초하여 수술지도를 형성하는 단계와;

    수술 도구의 이동 경로 및 수술 위치를 탐색하는 단계와;

    다이렉트네비게이션과 내시경을 통해 들어온 장기 내부의 정보를 통해 수술지도를 보정하는 단계를 포함하는 영상유도수술시스템의 제어방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 수술 도구의 진행방향은 보정된 수술지도에 의해 안내되는 단계를 더 포함하는 영상유도수술시스템의 제어방법.

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