WO2013100517A1 - 수술 공간과 영상 공간의 정합방법 - Google Patents

수술 공간과 영상 공간의 정합방법 Download PDF

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WO2013100517A1
WO2013100517A1 PCT/KR2012/011375 KR2012011375W WO2013100517A1 WO 2013100517 A1 WO2013100517 A1 WO 2013100517A1 KR 2012011375 W KR2012011375 W KR 2012011375W WO 2013100517 A1 WO2013100517 A1 WO 2013100517A1
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patient
image
micro
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김남국
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재단법인 아산사회복지재단
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    • A61B5/066—Superposing sensor position on an image of the patient, e.g. obtained by ultrasound or x-ray imaging
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    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/12—Arrangements for detecting or locating foreign bodies

Definitions

  • the present disclosure relates to a method of matching an image space and an operating space, and more particularly, to a position of a patient that is virtually installed and virtually installed with a micro marker in the image space for registration of the operating space and the image space. It relates to a matching method using a guide that can accurately place the micro marker in.
  • Medical imaging apparatuses include, for example, computed tomography (hereinafter referred to as 'CT apparatus') and magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter referred to as 'MRI apparatus'). Plays an important role. Since the CT and MRI devices have different advantages and disadvantages, they can be selectively used for the purpose of diagnosis, or they can be taken with as many imaging devices as possible to make more accurate diagnosis and treatment. And analyze the images obtained through the shooting.
  • CT apparatus' computed tomography
  • 'MRI apparatus' magnetic resonance imaging apparatus
  • a surgical navigation system Medical Navigation System
  • Surgical navigation device stores medical images taken by CT or MRI devices before surgery, and displays the images corresponding to the affected part of the patient that the doctor wants to see through the monitor provided in the surgical navigation device. Allow this to proceed.
  • image space the image stored in the surgical navigation apparatus
  • surgical space the corresponding body part of the patient
  • the registration may be made by various methods, and a method of using an index point is generally known.
  • a surgical image registration method and a surgical navigation method are known in Korean Patent Nos. 10-0529119 and 10-0957727.
  • the registration method of the surgical space and the image space according to Korean Patent No. 10-0957727 requires a lot of input from the operator, and it is difficult to be applied in a realistic surgical environment such as maintaining a marker used as an index point from the operation to the operating room.
  • a troublesome problem such as specifying the index point again from the beginning as a surgical tool and matching.
  • a first step of obtaining image data of a patient before surgery A second step of virtually installing a micro marker on the image data of the patient before surgery; A third step of actually placing the micromarker in the same patient's position as the virtual position;
  • a fourth step of matching the image space and the surgical space by using the virtual micromarker and the real micromarker as an index point is provided.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a micro marker placement process according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a micro marker placement process according to another embodiment of the present disclosure
  • FIG. 3 is a view showing a coupling state of the formwork according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a view showing a guide according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a view showing a coupling state of a guide according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a view showing a micro marker placement state according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a matching process through an image matching technique between an image space and a surgery space according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a registration process through an image registration technique of an image space and a surgical space according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a matching process through a sensing means technique of an image space and a surgery space according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 1 and 2 are a flow chart illustrating a micro marker placement process according to an embodiment of the present disclosure
  • Figures 3 and 5 is a view showing a coupling state of the formwork and the guide according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 4 6 is a view showing a guide according to an embodiment of the present disclosure
  • Figure 6 is a view showing a micro marker placement state according to an embodiment of the present disclosure.
  • an image of a body part to be operated on is performed. Take a picture (S11), and establish a surgical plan based on the captured image data.
  • a virtual position for placing the micro marker 14 in the image space is determined (S12).
  • Imaging may be performed using a conventional CT device or MRI device, and both of them are used to obtain an optimal image of a surgical site including a hard tissue. It is preferable to determine a specific position for placing the micro marker 14 on the surface of the hard tissue by using the obtained image data, and at this time, determine a plurality of positions.
  • a guide 13 having a shape corresponding to the hard tissue of the surgical site is manufactured using the photographed image data (S13).
  • the guide 13 is configured to guide the micro markers to be placed at the correct position when the micro markers 14 are placed in the hard tissue.
  • One side surface of the guide 13 for this purpose is manufactured in a negative shape corresponding to the surface of the hard tissue in close contact, and a hole through which the micromarker penetrates is formed at the position where the micromarker 14 is placed.
  • a plurality of holes may be formed according to the number of the micro markers 14, and a plurality of holes 13 may also be formed.
  • the position where the micromarker 14 is to be placed and the hole formation in the corresponding guide 13 may be formed by a predetermined program, which is a surgical type having a negative shape of a three-dimensional surface of hard tissue extracted from pre-operative CT and MRI images.
  • a hole is formed that guides the micro marker precisely to the location planned in the program.
  • the hole portion in which the micro marker 14 is placed is preferably made of a metal or reinforcing material that can prevent wear.
  • the guide 13 may be manufactured through a rapid prototyping machine. Rapid molding machines are available in a variety of materials. 3D System's SLA machine can be made using transparent photocurable polymer resin of liquid resin, and DTM's SLS machine is made by fusion of powder using laser, and made by Stratasys. FDM machines can be made using a thin threaded thermoplastic material. After the guide is produced, a slight polishing can be performed to produce a transparent or colored guide.
  • the guide 13 is coupled to the hard tissue surface while entering the actual surgical step (S14).
  • the guide 13 forms a negative shape corresponding to the surface of the hard tissue, as shown in FIG. 5, accurate coupling may be achieved.
  • the micro marker 14 is placed (S15). Since the guide 13 is formed with a hole through which the micro marker 14 penetrates, the micro marker 14 may be placed on the surface of the hard tissue at an accurate position while being guided by the hole.
  • the guide is removed (S16).
  • the micro marker 14 remaining in the hard tissue is used as an index for registration of the surgical space and the image space. As shown in FIG. 6, a plurality of such micro markers 14 may be placed, and at least three or four or more micro markers 14 may be placed.
  • a preliminary marker may be implanted outside the soft tissue before surgery, and a surgical plan may be established based on the preliminary marker. That is, as shown in Figure 2, the micro-marker implantation process according to another embodiment of the present disclosure, the process of combining the formwork on the surface of the soft tissue (Soft Tissue) in the pre-stage step is first performed (S21). Taking a picture of the surgical site in the form of the combination is coupled, a series of processes for producing the guide and the micro markers according to the surgical plan is performed in the same (S22 to S27).
  • the die 11 is coupled to the surface of the soft tissue of the surgical site, the die 11 may be produced by using a variety of hard materials such as gypsum or rapid rapid molding machine (RapidPro-totyping) as a guide.
  • a plurality of preliminary markers 12 are placed in the formed die 11. As shown in FIG. 3, the die 11 is coupled at both sides of the soft tissue, and two die markers 12 are usually placed in each die, so that four preliminary markers 12 appear as a whole during imaging.
  • the preliminary marker 12 may be placed in the formwork in a state in which the formwork 11 is coupled to the soft tissue, and the formwork 11 in which the preliminary marker 12 is implanted may be coupled to the soft tissue.
  • the preliminary marker 12 may be used as an index when planning a surgery by using preoperative CT or MRI images. That is, by establishing a surgical plan using the plurality of preliminary markers 12 and hard tissue information shown in the CT or MRI image data, it is possible to more precisely determine the virtual position where the micro markers are to be placed. Therefore, by using a die in which a preliminary marker is placed before surgery, more precise surgery can be performed. After determining the virtual position where the micro marker is to be placed using the preliminary marker 12, a guide is manufactured and a process of implanting the micro marker using the same is performed.
  • registration of the image space and the surgical space may be performed using the micromarker as an index point.
  • Registration of the imaging space and the surgery space may be performed in two ways. The first method is through image matching and the second method is using sensing means.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a matching process using an image matching technique between an image space and a surgery space according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 8 is a matching process using an image matching technique between an image space and a surgery space according to an embodiment of the present disclosure.
  • Conceptual diagram showing the process.
  • the micro marker 14 is automatically detected during a surgical procedure (S32), and the image with the detected micro markers and the virtual micro markers.
  • An image matching technique is applied to the image having the image space and the operation space to be matched (S33).
  • the detection image of the micro marker may be detected using C-Arm or CT Fluoroscopy, and as shown in FIG. 8, registration of the 3D image space and the surgical space using the 2D C-Arm or CT Fluoroscopy image This is done.
  • the image matching technique may be generally performed through a transform matrix calculation method, and the transform matrix calculation method is exemplified in Korean Patent Registration No. 10-0529119.
  • the image matching technique can be used to manually match the surface points in addition to the automatic method using the transform matrix calculation method.
  • the micro marker is detected again, and the image registration technique is applied again to the image with the virtual micro marker. That is, when hard tissue moves according to the patient's movement in the operating room space, the image is acquired by real-time monitoring of C-Arm or CT Fluoroscopy to detect the position of the relocated micromarker, and the image space and the surgical space are newly renewed according to the transform matrix calculation method. Is matched.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a matching process through a sensing means technique of an image space and a surgery space according to an embodiment of the present disclosure.
  • a surgical navigation device 15, an infrared camera 16, a reference frame 17 and a monitor 18 are provided in the operating room. Meanwhile, as part of the patient, the bone (BN), the tumor (TM) metastasized into the bone (BN), the internal tissue (TS) relatively movable relative to the bone (BN) and the epidermis (S) covering the internal tissue (TS) Is shown.
  • the reference frame 17 may be fixed to the bone BN after incision of the internal tissue TS at the operating room.
  • at least three micro markers 19, 20, and 21 are embedded in the bone BN, which is used as an index in registration of the surgical space and the image space.
  • each of the micro markers 19, 20, and 21 is designated by using a surgical tool or probe 23 having an infrared reflector 22, the micro marker and the virtual micro marker are associated with the surgical space and the virtual micro marker. Matching of the image space is achieved.
  • the registration method of the surgical space and the image space in this manner is described in Korean Patent No. 10-0957727.
  • an infrared reflector and an infrared camera are described as sensing means, but the present invention is not limited thereto.
  • a magnetic sensor using electromagnetic waves may be used as the sensing means, and the infrared reflector may be replaced by a coil.
  • the dangerous part of the part where there is no field of view or is not visible at the time of surgery due to the matching of the image space and the operation space can sound a warning when the surgical instruments are approaching, determine whether the surgical instruments are located correctly according to the preoperative plan, and control the surgical robot to move accurately according to the preplan.
  • an image for detecting a new position of the micro marker using C-Arm or CT Fluoroscopy provided in the operating room is obtained.
  • the image matching technique can be easily applied to an image having a virtual micro marker to easily match the surgery space with the image space.

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Abstract

본 개시는 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 제1 단계; 수술 전 환자의 영상 자료에 가상으로 마이크로 마커를 설치하는 제2 단계; 마이크로 마커를 가상의 위치와 동일한 환자의 위치에 실재 식립하는 제3 단계; 그리고, 가상의 마이크로 마커와 실재 마이크로 마커를 지표점으로 하여 영상 공간과 수술 공간을 정합하는 제4 단계;를 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법에 대한 것이다.

Description

수술 공간과 영상 공간의 정합방법
본 개시(Disclosure)는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술 공간과 영상 공간의 정합을 위하여 마이크로 마커를 영상 공간에 가상으로 설치하는 것과 가상으로 설치된 것과 동일한 환자의 위치에 마이크로 마커를 정확하게 식립할 수 있는 가이드를 이용한 정합방법에 관한 것이다.
과학기술의 급속한 발전에 따라 의료장비도 첨단화하여 과거에는 불가능했던 각종 시술이나 진단이 가능해지고 있다. 이러한 의료장비 중에는 인체 내부의 상태를 보다 자세히 관찰할 수 있는 의료영상 촬영장치도 있다.
의료영상 촬영장치로는 예컨대 컴퓨터단층촬영장치(이하, 'CT 장치'라 함)나 자기공명영상촬영장치(이하, 'MRI 장치'라 함) 등이 있으며, 이들은 각종 증상을 진단하고 치료 및 시술하는데 중요한 역할을 담당한다. CT 장치나 MRI장치는 촬영원리가 상호 달라 각각의 장단점을 가지므로 진단목적에 따라 영상이 잘 나오는 촬영장치를 선택적으로 사용하거나, 보다 정확한 진단 및 치료가 이루어지기 위해서는 가능한 여러 종류의 촬영장치로 촬영하고 촬영을 통해 얻은 영상물을 비교하면서 분석해야 한다.
한편, CT 장치나 MRI 장치에서 촬영된 영상으로 실제 수술을 진행하는 경우 수술용 항법 장치(Medical Navigation System) 또는 수술용 로봇 등을 이용하게 된다. 수술용 항법 장치는 수술전 CT 장치나 MRI 장치에서 촬영된 의료용 이미지를 저장하고 있으며, 수술 중에 의사가 보고자 하는 환자의 환부에 대응하는 이미지를 수술용 항법 장치에 마련된 모니터를 통해 보여줌으로써, 정확한 수술이 진행될 수 있도록 한다. 이러한 작동을 위해, 수술용 항법 장치에 저장된 영상(이하 "영상 공간" 이라함)과 수술장에서 환자의 해당 신체 부위(이하 "수술 공간" 이라함)를 정확히 매칭시키는 정합(Registration) 작업이 선행되어야 한다. 정합은 다양한 방법으로 이루어질 수 있으며, 지표점을 이용하는 방법이 일반적으로 알려져 있고, 일 예로 국내등록특허 10-0529119호, 10-0957727호 등에 수술용 영상정합법과 수술용 네비게이션 방법 등이 알려져 있다.
국내등록특허 10-0957727호에 따른 수술 공간과 영상 공간의 정합방법은 시술자에게 많은 입력을 요구하고, 지표점으로 이용한 마커를 수술 전부터 수술장까지 유지해야 되는 등 현실적인 수술환경에서 적용되기 어려운 면이 있으며, 수술시 환자가 움직이면 수술용 도구로 지표점을 처음부터 다시 지정하여 정합을 해야하는 번거로운 문제점 등이 있었다.
[참고문헌] : 국내등록특허 10-0529119호, 국내등록특허 10-0957727호
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 제1 단계; 수술 전 환자의 영상 자료에 마이크로 마커를 가상으로 설치하는 제2 단계; 마이크로 마커를 가상의 위치와 동일한 환자의 위치에 실재 식립하는 제3 단계; 그리고, 가상의 마이크로 마커와 실재 마이크로 마커를 지표점으로하여 영상 공간과 수술 공간을 정합하는 제4 단계;를 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법이 제공된다.
이에 대하여는 '발명의 실시를 위한 형태'의 후단에 기술한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 과정을 도시한 순서도,
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 과정을 도시한 순서도,
도 3은 본 개시의 실시예에 따른 거푸집의 결합 상태를 나타낸 도면,
도 4는 본 개시의 실시예에 따른 가이드를 나타낸 도면,
도 5는 본 개시의 실시예에 따른 가이드의 결합 상태를 나타낸 도면,
도 6은 본 개시의 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 상태를 나타낸 도면,
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 영상 정합 기법을 통한 정합과정을 나타낸 순서도,
도 8은 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 영상 정합 기법을 통한 정합과정을 나타낸 개념도,
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 감지 수단 기법을 통한 정합과정을 나타낸 개념도이다.
본 개시와 본 개시의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 개시의 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 과정을 도시한 순서도이고, 도 3 및 도 5는 본 개시의 실시예에 따른 거푸집과 가이드의 결합 상태를 각각 나타낸 도면이며, 도 4는 본 개시의 실시예에 따른 가이드를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 개시의 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1을 참고하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 과정을 살펴보면, 마이크로 마커(Micromarker, 도 6의 14참조) 식립 전 사전 조치로서, 수술을 진행하고자 하는 신체 부위에 대하여 영상을 촬영하고(S11), 촬영된 영상 자료를 기반으로 수술계획을 수립한다. 특히, 수술 계획 수립과정에서 영상 공간에서 마이크로 마커(14)를 식립할 가상의 위치를 결정하게 된다(S12). 영상 촬영은 통상적인 CT 장치나 MRI 장치를 이용할 수 있으며, 이들 모두를 이용하여 경조직(Hard Tissue)을 포함한 수술 부위에 대한 최적의 영상을 획득한다. 획득된 영상 자료를 이용하여 경조직 표면에 마이크로 마커(14)를 식립할 구체적인 위치를 결정하고, 이때 복수개의 위치를 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 촬영된 영상 자료를 이용하여 수술 부위의 경조직에 대응하는 형상의 가이드(13)를 제작한다(S13). 가이드(13)는 경조직에 마이크로 마커(14)를 식립하는 경우 마이크로 마커가 정확한 위치에 식립 되도록 안내하기 위한 구성이다. 이를 위한 가이드(13)의 일 측 표면은 경조직의 표면에 밀착 대응하는 네거티브(negative) 형상으로 제작되며, 마이크로 마커(14)가 식립되는 위치에는 마이크로 마커가 관통되는 홀이 형성된다. 이러한 홀은 마이크로 마커(14)의 수에 따라 복수개 형성될 수 있으며, 가이드(13)도 복수개가 형성될 수 있다.
마이크로 마커(14)가 식립될 위치와 이에 대응하는 가이드(13)에서의 홀 형성은 소정의 프로그램으로 이루어질 수 있는데, 수술 전 CT 및 MRI 영상에서 추출한 경조직의 3차원 표면의 네거티브 형상을 가진 수술용 템플레이트(Template)에 마이크로 마커를 프로그램에서 계획한 위치에 정확하게 가이드 해주는 홀이 형성된다. 이때, 마이크로 마커(14)가 식립되는 홀 부분은 마모를 방지할 수 있는 금속재 또는 강화재로 이루어지는 것이 바람직하다.
가이드(13)는 쾌속 조형기(RapidPrototyping)를 통해서 제작이 가능하다. 쾌속 조형기는 다양한 재료를 이용할 수 있는데, 3D System 사의 SLA 기계의 경우는 액체 수지의 투명한 광 경화성 고분자 수지를 이용하여 만들 수 있고, DTM사의 SLS 기계는 파우더를 레이저를 이용하여 융합시켜서 만들고, Stratasys 사의 FDM 기계는 가는 실 형태의 열 가소성 재료를 이용하여 만들 수 있다. 가이드 제작 후에는 약간의 폴리싱(polishing)을 한 후에 투명 또는 유색의 가이드를 제작할 수 있다.
한편, 가이드(13)를 제작 후, 실제 수술 단계로 진입하면서 가이드(13)를 경조직 표면에 결합시킨다(S14). 이때, 가이드(13)는 경조직의 표면에 대응하는 네거티브 형상을 이루므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 정확한 결합이 이루어질 수 있다. 가이드(13)를 경조직에 결합한 후, 마이크로 마커(14)를 식립한다(S15). 가이드(13)에는 마이크로 마커(14)가 관통하기 위한 홀이 형성되어 있으므로, 마이크로 마커(14)는 홀에 의하여 가이드 되면서 정확한 위치에서 경조직 표면에 식립될 수 있다. 또한, 복수개의 마이크로 마커(14)가 식립된 후, 가이드를 제거한다(S16).
가이드가 제거된 후, 경조직에 식립된 상태로 남아 있는 마이크로 마커(14)를 수술 공간과 영상 공간의 정합을 위한 지표점으로 활용하게 된다. 이러한 마이크로 마커(14)는 도 6에 도시된 바와 같이, 복수개 식립되며, 적어도 3 또는 4개 이상 식립되는 것이 바람직하다.
본 개시의 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 방법은, 수술 전에 연조직 외부에 예비 마커가 식립되고, 예비 마커를 기준으로 수술 계획이 수립될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 마이크로 마커 식립 과정은, 수술 전 단계에서 연조직(Soft Tissue) 표면에 거푸집이 결합되는 과정이 먼저 수행된다(S21). 거푸집이 결합된 상태에서 수술 부위의 영상을 촬영하고, 수술 계획에 따라 가이드 제작 및 마이크로 마커를 식립하는 일련의 과정이 동일하게 수행된다(S22 내지 S27).
여기서, 거푸집(11)은 수술 부위의 연조직 표면에 결합하며, 거푸집(11)은 석고 등 경화성의 다양한 재료가 이용되거나 가이드와 같이 쾌속 조형기(RapidPro-totyping)를 통해 제작될 수 있다. 특히, 본 개시에서는 제작된 거푸집(11)에 복수의 예비 마커(12)가 식립된다. 거푸집(11)은 도 3에 도시된 바와 같이, 연조직의 양 측에서 결합되며, 각 거푸집에는 통상 2개의 예비 마커(12)가 식립되어, 영상 촬영시 전체적으로 4개의 예비 마커(12)가 나타난다. 예비 마커(12)는 거푸집(11)이 연조직에 결합된 상태에서 거푸집에 식립될 수 있으며, 예비 마커(12)가 식립된 거푸집(11)이 연조직에 결합될 수도 있다.
예비 마커(12)는 수술 전 CT 또는 MRI 촬영된 영상을 이용하여 수술 계획 수립시 지표점으로 이용될 수 있다. 즉, CT 또는 MRI 영상 자료에 나타나는 복수의 예비 마커(12)와 경조직 정보를 이용하여 수술 계획을 수립함으로써, 마이크로 마커가 식립될 가상 위치를 더욱 정밀하게 결정할 수 있다. 따라서, 수술 전 예비 마커가 식립된 거푸집를 이용함으로써, 더욱 정밀한 수술이 진행될 수 있다. 예비 마커(12)를 이용하여 마이크로 마커가 식립될 가상의 위치를 결정 한 후, 가이드를 제작하고, 이를 이용하여 마이크로 마커를 식립하는 과정이 진행된다.
한편, 본 개시의 실시예에 따라 마이크로 마커가 식립된 후, 마이크로 마커를 지표점으로 영상 공간과 수술 공간의 정합이 수행될 수 있다. 영상 공간과 수술 공간의 정합은 2가지 방식으로 진행될 수 있다. 첫번째 방식은 영상 정합 기법을 통한 것이며 두번째 방식은 감지 수단 기법을 이용한 것이다.
도 7은 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 영상 정합 기법을 통한 정합과정을 나타낸 순서도이고, 도 8은 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 영상 정합 기법을 통한 정합과정을 나타낸 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로 마커가 식립된 상태에서(S31), 수술 과정에서 자동으로 마이크로 마커(14)를 검출하고(S32), 검출된 마이크로 마커가 있는 영상과 가상의 마이크로 마커가 있는 영상에 대하여 영상 정합 기법을 적용하여 영상 공간과 수술 공간을 정합시킨다(S33). 여기서, 마이크로 마커의 검출 영상은 C-Arm 또는 CT Fluoroscopy를 이용하여 검출할 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 2차원 C-Arm 또는 CT Fluoroscopy 영상을 이용하여 3차원 영상 공간과 수술 공간의 정합이 이루어진다. 이때, 영상 정합 기법은 일반적으로 Transform matrix 계산법을 통하여 이루어질 수 있으며, Transform matrix 계산법은 국내등록특허 10-0529119호 등에 예시되어 있다. 또한 영상 정합 기법으로는 Transform matrix 계산법을 이용하는 자동 방법 이외에 지표점을 수동으로 일치시키는 것도 가능하다.
영상 공간과 수술 공간을 정합할 때 수술 진행 중 환자가 움직이는 경우, 다시 마이크로 마커를 검출하고, 이를 가상의 마이크로 마커가 있는 영상에 영상 정합 기법을 다시 적용한다. 즉, 수술장 공간에서 환자의 움직임에 따라 경조직이 움직이면, 실시간 감시중인 C-Arm 또는 CT Fluoroscopy 에서 영상을 획득하여 위치 변경된 마이크로 마커의 위치를 검출하고, Transform matrix 계산법에 따라 새로이 영상 공간과 수술 공간의 정합이 이루어진다.
도 9는 본 개시의 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 감지 수단 기법을 통한 정합과정을 나타낸 개념도이다.
수술장 내에 수술용 항법 장치(15), 적외선 카메라(16), 기준 프레임(17) 그리고 모니터(18)가 구비되어 있다. 한편 환자의 일부로서 뼈(BN), 뼈(BN) 내부로 전이된 종양(TM), 뼈(BN)에 대하여 상대적으로 이동가능한 내부 조직(TS) 그리고 내부 조직(TS)을 덮는 표피(S)가 도시되어 있다. 기준 프레임(17)은 수술장에서 내부 조직(TS)을 절개한 다음 뼈(BN)에 고정될 수 있다. 또한 뼈(BN)에 적어도 3개의 마이크로 마커(19,20,21)가 박혀 있으며, 이들은 수술 공간과 영상 공간의 정합(registration)에서 지표점으로 사용된다. 즉 적외선 반사구(22)를 구비하는 수술용 도구 또는 프로브(23)를 이용하여 마이크로 마커(19,20,21) 각각을 지정하면 마이크로 마커와 가상의 마이크로 마커가 연관되면서 수술공간과 가상의 마이크로 마커가 있는 영상 공간의 정합이 이루어진다. 이러한 방식의 수술 공간과 영상 공간의 정합방법에 대하여는 국내등록특허 10-0957727호에 기재되어 있다. 본 실시예에서는 감지 수단으로 적외선 반사구 및 적외선 카메라를 기재하고 있지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어 감지 수단으로 전자기파를 이용한 마그네틱센서를 사용할 수 있으며 이 경우 적외선 반사구는 코일로 대체될 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 경조직 표면에 식립된 마이크로 마커에 의하여 환자가 어떻게 움직이든 정확하게 환자의 움직임을 인식하므로, 영상 공간과 수술 공간의 정합에 따라 수술시에 시야가 없거나 보이지 않는 부분의 위험한 부위에 수술 도구들이 가까이 갈때 경고를 울릴 수도 있으며, 사전 수술 계획에 따라 정확하게 수술도구들이 위치하고 있는지를 확인할 수 있고, 수술 로봇이 사전 계획에 따라 정확하게 움직이도록 제어할 수 있게 된다.
또한 본 개시의 영상 정합 기법 실시예에 따른 영상 공간과 수술 공간의 정합의 경우 환자가 움직이는 경우에도 수술장에 구비된 C-Arm 또는 CT Fluoroscopy를 이용하여 마이크로 마커의 새로운 위치를 검출하는 영상을 얻고 이를 가상의 마이크로 마커가 있는 영상에 영상 정합 기법을 적용하여 용이하게 수술 공간과 영상 공간을 정합할 수 있다.
또한 본 개시의 감지 수단 기법 실시예에 따른 수술 공간과 영상 공간의 정합의 경우 종래 기술과 달리 수술 전 마커를 환자에 부착하고 이를 수술장까지 유지할 필요가 없이 수술장에서 마커를 부착하는 것으로 충분하게 되어 수술의 편의를 향상 시킬 수 있다.
이상에서 본 개시에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 제1 단계;
    수술 전 환자의 영상 자료에 가상으로 마이크로 마커를 설치하는 제2 단계;
    마이크로 마커를 가상의 위치와 동일한 환자의 위치에 실재 식립할 수 있도록 하는 가이드를 제작하는 제3 단계; 그리고,
    가상의 마이크로 마커와 실재 마이크로 마커를 지표점으로 하여 영상 공간과 수술 공간을 정합하는 제4 단계;를 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 단계에서 환자의 연조직에 부착된 예비 마커가 나타나도록 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    예비 마커를 환자의 연조직에 부착할 수 있도록 거푸집을 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    예비 마커는 적어도 4개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    가이드의 마이크로 마커가 식립되는 홀 부분은 마모를 방지할 수 있는 금속재로 제작되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제4 단계에서 실재 식립된 마이크로 마커를 포함하는 환자의 영상 자료를 얻고 이를 가상의 마이크로 마커가 표시된 수술 전 환자의 영상 자료와 정합하는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    환자의 움직임이 감지되는 경우, 실재 식립된 마이크로 마커를 포함하는 환자의 영상 자료를 새로이 획득하는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제1 단계에서 환자의 연조직에 부착된 예비 마커가 나타나도록 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    예비 마커를 환자의 연조직에 부착할 수 있도록 거푸집을 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    예비 마커는 적어도 4개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    가이드의 마이크로 마커가 식립되는 홀 부분은 마모를 방지할 수 있는 금속재로 제작되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    제4 단계에서 실재 식립된 마이크로 마커와 가상의 마이크로 마커를 감지 수단을 이용하여 연관시키는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제1 단계에서 환자의 연조직에 부착된 예비 마커가 나타나도록 수술 전 환자의 영상 자료를 얻는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    예비 마커를 환자의 연조직에 부착할 수 있도록 거푸집을 사용하는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    예비 마커는 적어도 4개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    가이드의 마이크로 마커가 식립되는 홀 부분은 마모를 방지할 수 있는 금속재로 제작되는 것을 특징으로 하는 영상 공간과 수술 공간의 정합방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10499997B2 (en) 2017-01-03 2019-12-10 Mako Surgical Corp. Systems and methods for surgical navigation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014168350A1 (ko) 2013-04-10 2014-10-16 재단법인 아산사회복지재단 폐동맥과 폐정맥을 구분하는 방법 및 이를 이용한 혈관의 정량화 방법
KR102089959B1 (ko) * 2019-09-20 2020-03-17 의료법인 명지의료재단 경비인대 결합나사의 올바른 삽입방향 설정방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028398A (ko) * 2003-06-05 2006-03-29 이스쿨랍 아게 앤드 코. 카게 정위장치를 사용한 크로스체크
JP2008526422A (ja) * 2005-01-13 2008-07-24 メイザー サージカル テクノロジーズ リミテッド 鍵穴脳神経外科用画像ガイドロボットシステム
JP2009061132A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Ono Kogyo:Kk 医療用ナビゲーションシステムにおけるレジストレーション用テンプレートの製造方法
KR20090112727A (ko) * 2007-01-25 2009-10-28 워쏘우 오르쏘페딕 인코포레이티드 수술용 내비게이션 정보 및 신경감시 정보의 통합적 시각화
KR100961661B1 (ko) * 2009-02-12 2010-06-09 주식회사 래보 수술용 항법 장치 및 그 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101152177B1 (ko) * 2009-04-09 2012-06-18 의료법인 우리들의료재단 수술위치 자동 유도 방법 및 그 시스템과 수술위치의 유도기능을 갖춘 장치
WO2011081922A1 (en) 2009-12-14 2011-07-07 Smith & Nephew, Inc. Visualization guided acl localization system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060028398A (ko) * 2003-06-05 2006-03-29 이스쿨랍 아게 앤드 코. 카게 정위장치를 사용한 크로스체크
JP2008526422A (ja) * 2005-01-13 2008-07-24 メイザー サージカル テクノロジーズ リミテッド 鍵穴脳神経外科用画像ガイドロボットシステム
KR20090112727A (ko) * 2007-01-25 2009-10-28 워쏘우 오르쏘페딕 인코포레이티드 수술용 내비게이션 정보 및 신경감시 정보의 통합적 시각화
JP2009061132A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Ono Kogyo:Kk 医療用ナビゲーションシステムにおけるレジストレーション用テンプレートの製造方法
KR100961661B1 (ko) * 2009-02-12 2010-06-09 주식회사 래보 수술용 항법 장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10499997B2 (en) 2017-01-03 2019-12-10 Mako Surgical Corp. Systems and methods for surgical navigation
US11707330B2 (en) 2017-01-03 2023-07-25 Mako Surgical Corp. Systems and methods for surgical navigation

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