KR20160148326A - 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 환부에 바늘을 삽입하여 생검 및 치료를 실시하는 중재시술 로봇 시스템용 환자측 광학툴에 관한 것으로, CT 로봇간 공간정합과 환자의 움직임 및 호흡을 모니터링 하기 위해 중재시술 대상인 환자측에 설치되는 광학툴에 있어서, 툴 프레임; 상기 툴 프레임의 2개의 평면 중 어느 하나에 설치되는 다수 개의 추적수단 및 상기 툴 프레임의 하부에 밀착하여 설치되는 부착수단을 포함하여, 상기 모니터링을 통해 다수 개의 추적수단을 적외선 카메라로 추적함으로써 광학 툴의 위치와 자세를 실시간으로 계측하도록 한 것이며, 바늘 가이드형 중재시술 로봇시스템의 설치 장소에 대한 제약이 없고, 환자의 움직임과 호흡을 쉽게 모니터링하는 것이 가능하므로, 보다 정확하고, 안전한 중재시술이 가능하게 되는 효과가 있다.

Description

바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴{Optical tool with patient for interventional robot system of needle guide type}

본 발명은 환자의 환부에 바늘을 삽입하여 생검 및 치료를 실시하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에 관한 것으로, 상세하게는 환자의 피부에 상기 광학툴을 부착하여 환자의 움직임과 호흡을 모니터링 하면서 광학식 위치계측 시스템의 적외선 카메라로 상기 광학툴을 추적하여 위치와 자세를 실시간으로 계측하도록 한 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에 관한 것이다.

일반적으로 중재시술은 영상장치를 통하여 인체 내부를 관찰하면서 의료기구를 체내에 삽입하여 수행하는 것으로, 조직 생검, 확장술, 약물 주입 등 내과적 시술 및 외과적 시술 모두에 전반적으로 이용되는 의학기술을 의미한다.

이러한 중재시술로 바늘을 의료기구로 이용하는 바늘 삽입형 중재시술이 있는데, 바늘 삽입형 중재시술은 바늘을 인체 내부에 삽입하여 시술하는 것으로, 흉부, 복부 및 다양한 장기 병소에 대한 조직 생검, 병소 부위의 고주파, 알코올, 냉동, 방사선 국소치료술 등의 분야에서뿐만 아니라, 각종 스텐트(Stent) 설치 및 도관 설치 시 병소에 대한 접근 방법으로 이용되는 등 대부분의 중재시술 분야에서 이용되고 있다.

이러한 바늘 삽입형 중재시술은 방사선과에서 사용하는 영상 장비인 CT(Computerized Tomography), 혹은 MRI(Magnetic Resonance Imager) 등으로부터 얻은 영상을 시술 중에 보면서 피부를 통하여 의료용 바늘을 검사를 원하는 부위 또는 치료를 원하는 병변에 직접 도달시켜 진단이나 치료를 하며, 최근에는 대한민국 공개특허 공보 제10-2014-0056772호(2012. 10. 13)에 개시된 바와 같이, 시술자가 바늘 삽입용 중재시술 로봇(‘바늘삽입로봇’)의 조작부를 조작하는 방식이 적용되고 있다.

이러한 바늘 삽입용 중재시술로봇 시스템은 진단 영상을 이용하여 시술자가 계획한 바늘의 삽입경로가 진단기기 또는 영상 좌표계를 기준으로 정의되어 있기 때문에 로봇이 목표로 하는 위치로 제어되기 위해서는 목표의 좌표가 로봇베이스 좌표계 기준의 데이터로 변환되어야 하며, 이러한 변환 기술을 공간정합이라고 한다.

하지만 종래의 바늘 삽입용 중재시술로봇 시스템의 경우, 영상좌표계와 상대적 위치 및 자세를 이미 알고 있는 위치에 로봇을 설치하고 고정시켜 놓은 상태에서 사용하는 방식이었기 때문에, 시술장 환경에 대한 적합성이 낮고 기계적 마모에 따른 캘리브레이션 반복 수행 및 구성품 교체가 필수적이어야 한다.

또한, 종래의 바늘 삽입용 중재시술로봇 시스템은 환자의 움직임에 대해서는 기본적으로 압박기구를 이용하여 환자를 고정시키고 시술자가 육안으로 판단할 수밖에 없었기 때문에 환자와 시술자의 피로도가 크고, 정확도를 보장할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 환자의 호흡을 모니터링하기 위해서는 별도의 모니터링 장치를 구비하고, 시술자가 모니터링 상황을 주시하면서, 바늘의 삽입시점을 결정해야 하므로 중재시술 과정이 매우 불편하고 번거로운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 공보 10-2014-0056772A, 2012. 10. 13, 5쪽 내지 6쪽.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 광학식 위치계측 시스템을 이용한 CT-로봇간 공간정합과 환자의 움직임 및 호흡 모니터링을 가능하게 하도록 도넛 형태의 툴 프레임의 전면 및 상면에 적외선 카메라에 의해 추적할 수 있는 추적수단을 설치하고, 상기 툴 프레임의 하면에 환자의 피부에 부착할 수 있는 부착수단을 설치한 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴은, CT 로봇간 공간정합과 환자의 움직임 및 호흡을 모니터링 하기 위해 중재시술 대상인 환자측에 설치되는 광학툴에 있어서, 툴 프레임; 상기 툴 프레임의 2개의 평면 중 어느 하나에 설치되는 다수 개의 추적수단 및 상기 툴 프레임의 하부에 밀착하여 설치되는 부착수단을 포함하여, 상기 모니터링을 통해 다수 개의 추적수단을 적외선 카메라로 추적함으로써 광학 툴의 위치와 자세를 실시간으로 계측하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

또 상기 툴 프레임은 원형이나 타원형 또는 중심부가 관통된 도넛 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.

또 상기 추적수단이 설치되는 2개의 평면은 원형이나 타원형 또는 도넛 형상의 툴 프레임 전면의 경사면과 상면인 것이 바람직하다.

또 상기 도넛 형상의 툴 프레임의 양측면 일부분에 손잡이를 형성하는 것이 바람직하다.

또 상기 툴 프레임에 형성된 손잡이는 구배부나 오목부 또는 돌출부인 것이 바람직하다.

또 상기 추적수단은 툴 프레임에 고정되는 고정 핀 및 상기 고정 핀에 연결된 볼 마커로 구성하는 것이 바람직하다.

또 상기 부착수단은 툴 프레임의 하부에 부착된 양면 테이프 또는 암수 벨크로 테이프와 상기 암수 벨크로 테이프 중 툴 프레임 반대쪽의 벨크로 테이프 하면에 도포된 인체용 접착체로 구성하는 것이 바람직하다.

또 상기 부착수단의 중심부는 도넛 형상의 툴 프레임의 중심부에 맞추어 관통된 관통공을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴을 광학식 위치계측시스템에 의한 CT-로봇간 공간정합 기술에 적용할 경우, 바늘 가이드형 중재시술 로봇시스템의 설치 장소에 대한 제약이 없고, 환자의 움직임과 호흡을 쉽게 모니터링하는 것이 가능하므로, 보다 정확하고, 안전한 중재시술이 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴의 사시도
도 2 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에서 전면에 볼 마커가 설치된 측면도
도 3은 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에서 상면에 볼 마커가 설치된 측면도
도 4는 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴의 분리 측면도

이하, 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴의 사시도이고, 도 2 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에서 전면에 볼 마커가 설치된 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에서 상면에 볼 마커가 설치된 측면도 이고, 도 4는 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴의 분리 측면도를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴은 툴 프레임(1)과 추적수단(2) 및 부착수단(3)을 기본 구성으로 하고 있다.

상기 툴 프레임(1)은 전면에 비스듬히 경사면(1a)을 형성하고 있는 도넛 형상의 플라스틱 재료로 구성되며, 양측면의 일부분에 손가락을 넣어 잡고서 다루기 편리하도록 손잡이(4)를 형성하고 있다. 상기 툴 프레임(1)은 도넛 형상에 한정되는 것은 아니고 원형 또는 타원형으로도 구성할 수 있을 것이다. 또한 상기 손잡이(4)는 손에 잡기 쉽도록 툴 프레임(1)의 양측면 일부분에서 구배를 주는 구배부나 양측면 일부분에서의 오목부 또는 돌출부가 될 수도 있다. 이러한 손잡이(4)의 구배부나 오목부 또는 돌출부는 하나의 예일 뿐 다양한 형상의 손잡이로 할 수도 있다.

상기 추적수단(2)은 고정핀(5)과 이 고정핀(5)에 연결된 볼 마커(6)로 구성되며, 상기 툴 프레임(1)의 전면 경사면(1a) 및 상면(1b)에 일정간격을 두고 볼 마커(6)가 연결된 고정핀(4)을 다수 개 삽입하여 고정함으로써, 상기 볼 마커(6)에 의해 위치를 추적할 수 있는 추적수단(2)이 설치된다. 상기 추적수단(2)의 볼 마커(6)는 전면 경사면(1a)에서는 양쪽 및 아래에 각각 설치되거나, 상면(1b)에서는 양쪽 및 중간에 각각 설치됨으로써 3개의 볼 마커(6)에 의한 추적수단(2)을 설치하게 된다. 고정핀(5)과 볼 마커(6)로 구성된 상기 추적수단(2)은 3개 외에도 필요에 다양한 개수로 설치될 수 있을 것이다.

상기 부착수단(3)은 상기 툴 프레임(1)의 하부에 밀착하여 설치되는 벨크로 테이프로 구성되며, 도 4에 도시한 바와 같이, 암수 벨크로 테이프(7a)(7b)로 구성되어 상기 툴 프레임(1)의 하부에 고정된다. 이러한 암수 벨크로 테이프(7a)(7b) 중 툴 프레임(1)에 부착되는 벨크로 테이프(7a 또는 7b) 반대편의 벨크로 테이프(7b 또는 7a)의 하면에는 환자의 피부에 부착하기 위한 인체용 접착제가 도포되어 있다. 상기 암수 벨크로 테이프(7a)(7b)는 굴곡이 다양한 피부 표면에 부착이 가능하도록 도넛 형상의 상기 툴 프레임(1)의 중심부와 같이 원형의 관통공을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 부착수단(3)으로 암수 벨크로 테이프(7a)(7b)는 하나의 예일 뿐 양면 테이프와 같은 것을 부착수단으로 사용할 수 있으며, 상기 양면 테이프를 부착수단으로 사용하는 경우 양쪽 면이 모두 접착이 가능하므로 접착제는 별도로 필요 없을 것이다. 다만 양면 테이프의 환자의 피부에 부착되는 면의 접착제는 인체용 접착제로 하는 것이 바람직하다. 이러한 부착수단(3)의 구체적인 예는 암수 벨크로 테이프(7a)(7b) 또는 양면 테이프에 한정되는 것은 아니고 툴 프레임(1)과 환자의 피부에 접착할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 무방하다.

이러한 본 발명의 환자측 광학툴은 환자의 시술부위 근방 또는 환자의 호흡에 따른 피부 표면의 움직임이 비교적 규칙적인 부위에 부착하게 되는데, 사용방법은 먼저, 예컨대 수 벨크로 테이프(7b)를 환자의 피부 표면에 부착하고, 그 위에 툴 프레임(1)을 붙여서 사용하게 된다. 상기 툴 프레임(1)에 설치되어 있는 볼 마커(6) 3~4개를 광학식 위치계측 시스템의 스테레오 적외선 카메라를 이용하여 추적함으로써, 본 발명의 환자측 광학툴의 위치와 자세를 실시간으로 계측하는 것이 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 툴 프레임 1a : 경사면
1b : 상면 2 : 추적수단
3 : 부착수단 4 : 손잡이
5 : 고정핀 6 ; 볼 마커
7a,7b : 암수 벨크로 테이프

Claims (8)

1. CT 로봇간 공간정합과 환자의 움직임 및 호흡을 모니터링 하기 위해 중재시술 대상인 환자측에 설치되는 광학툴에 있어서,
   툴 프레임;
   상기 툴 프레임의 2개의 평면 중 어느 하나에 설치되는 다수 개의 추적수단 및
   상기 툴 프레임의 하부에 밀착하여 설치되는 부착수단을 포함하여,
   상기 모니터링을 통해 다수 개의 추적수단을 적외선 카메라로 추적함으로써 광학 툴의 위치와 자세를 실시간으로 계측하도록 한 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
2. 제1항에 있어서,
   상기 툴 프레임은 원형이나 타원형 또는 중심부가 관통된 도넛 형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
3. 제2항에 있어서,
   상기 추적수단이 설치되는 2개의 평면은 원형이나 타원형 또는 도넛 형상의 툴 프레임 전면의 경사면과 상면인 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
4. 제2항에 있어서,
   상기 도넛 형상의 툴 프레임의 양측면 일부분에 손잡이를 형성한 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
5. 제4항에 있어서,
   상기 툴 프레임에 형성된 손잡이는 구배부나 오목부 또는 돌출부인 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
6. 제1항에 있어서,
   상기 추적수단은 툴 프레임에 고정되는 고정 핀 및 상기 고정 핀에 연결된 볼 마커로 구성한 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
7. 제1항에 있어서,
   상기 부착수단은 툴 프레임의 하부에 부착된 양면 테이프 또는 암수 벨크로 테이프와 상기 암수 벨크로 테이프 중 툴 프레임 반대쪽의 벨크로 테이프 하면에 도포된 인체용 접착체로 구성한 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부착수단의 중심부는 도넛 형상의 툴 프레임의 중심부에 맞추어 관통된 관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 바늘가이드형 중재시술 로봇시스템용 환자측 광학툴.

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