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KR102676159B1 - 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체 - Google Patents

잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체 Download PDF

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KR102676159B1
KR102676159B1 KR1020210153929A KR20210153929A KR102676159B1 KR 102676159 B1 KR102676159 B1 KR 102676159B1 KR 1020210153929 A KR1020210153929 A KR 1020210153929A KR 20210153929 A KR20210153929 A KR 20210153929A KR 102676159 B1 KR102676159 B1 KR 102676159B1
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locking screw
screw
hole
unit
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이창준
장승연
손은혜
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주식회사 엔가든
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Abstract

본 발명은 C-arm을 이용한 정형외과 임플란트 수술 시, 잠금나사의 삽입위치를 가이드하는 잠금나사 삽입 유도시스템에 있어서, 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 영상정보를 생성하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm); 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 위치 추정 장치 및 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 입체정위기를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템을 제공할 수 있다.

Description

잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체{Insertion guidance system for locking screw and locking screw guidance method using the same, and a computer-readable storage medium}
본 발명은 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체에 관한 것으로서, 정형외과 임플란트 수술 시, 입체정위기를 이용하여 환부를 고정시키고 잠금나사 삽입위치에 잠금나사가 정확하게 위치하여 삽입될 수 있도록 가이드하는 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체에 관한 것이다.
일반적으로 정형외과적 손상 및 질병 치료를 위해 보철 임플란트(prosthetic implant)가 사용되어 왔다.
뼈의 상처는 재생될 수 있으나, 정형외과적 손상은 치료에 상당한 시간이 소요되고, 이 동안 뼈는 생리적 하중(physiologic loads)을 지탱할 수 없다. 인접한 뼈 부분들(bony portions)은 이들 사이의 임플란트 및/또는 상기 뼈 부분들을 따라 위치되는 임플란트에 의해 안정화될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다.
다양한 정형외과용 임플란트 장치(orthopedic implant device)는 환자의 척추 및 기타의 뼈 또는 관절에 구조적인 지지력(structural support)을 제공하도록 설계되는 것으로 알려져 있다.
이처럼 임플란트는 뼈 부분들간의 운동을 방지하기 위하여 단단하거나, 안정화 효과를 제공하면서도 상기 뼈 부분들 사이의 최소한의 제한된 운동을 허용하도록 유연할 수 있다.
또한, 핀, 나사 및 메쉬(mesh)는 뼈의 치유 및 재생 기간 동안 손상된 뼈의 기계적 기능들을 대체하는 장치들에 자주 사용되고 있다.
한편, 상기와 같은 임플란트나 핀, 나사 및 메쉬 등은 손상된 뼈에 대해 양호한 결과를 보장하기 위하여 수술 위치에 정확하게 위치한 상태에서 고정되도록 하는 것이 중요하다.
이에 따라, 임플란트나 핀, 나사 및 메쉬 등이 삽입되어야 할 위치에 정확하게 위치하도록 가이드하는 장치가 필요한 실정이다.
선행기술로는 대한민국 공개특허 제10-2019-0007693호 "골절 교정을 위한 내비게이션 장치 및 방법"이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체에 관한 것으로서, 정형외과 임플란트 수술 시, 입체정위기를 이용하여 환부를 고정시키고 잠금나사 삽입위치에 잠금나사가 정확하게 위치하여 삽입될 수 있도록 가이드하는 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, C-arm을 이용한 정형외과 임플란트 수술 시, 잠금나사의 삽입위치를 가이드하는 잠금나사 삽입 유도시스템에 있어서, 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 영상정보를 생성하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm); 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 위치 추정 장치 및 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 입체정위기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입체정위기는, 환부에 장착되도록 링 형태로 형성되되, 일측이 개폐되도록 형성되고, 서로 마주보며 위치한 한 쌍의 몸체부; 상기 한 쌍의 몸체부가 연결되도록 형성되어 상기 삽입위치에 대해 수평방향으로 가이드하는 눈금자; 상기 한 쌍의 몸체부 사이에 배치되되, 양측 끝단에 전후방향으로 상기 눈금자가 관통하면서 체결되고, 상기 삽입위치에 대해 수평 및 수직방향을 조정하는 조정기; C-arm을 통해 촬영이 가능하도록 형성되며, 상기 몸체부 하측의 내측 방향에 위치하여 상기 몸체부와 결합되는 마커 및 상기 조정기에 형성되며, 상기 잠금나사의 삽입위치를 파악하도록 구비되어 센서정보를 생성하는 센서부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마커는, 사각형태로 상기 몸체부의 바닥면에 입출이 가능하도록 형성되고, 상기 영상정보로부터 상기 마커의 공간 위치정보를 보정하여 생성하기 위해 행렬로 배열된 다수개의 베어링볼을 포함할 수 있다.
또한, 상기 위치 추정 장치는, 사전에 수집한 C-arm영상 상에 나사 구멍의 위치와 형태를 포함하는 나사정보를 학습하고, 상기 잠금나사가 상기 나사구멍에 삽입되는 조건을 나타내도록 마련되는 나사구멍정보에 대해 상기 나사정보에 매칭되는 상기 나사구멍정보를 검출하는 나사구멍정보 검출부; 상기 잠금나사가 삽입되어야 할 나사구멍에 대해 상기 나사구멍정보를 적용하여 상기 나사구멍의 위치 및 방향에 대한 나사구멍 공간정보를 생성하는 나사구멍정보 분석부; 카메라 캘리브레이션 장비를 서로 다른 위치와 각도에서 촬영하여 카메라정보를 생성하고, 상기 카메라정보 분석을 통해 렌즈 주점, 초점거리, 비대칭계수 및 왜곡계수에 대한 정보를 포함하는 카메라분석정보를 산출하는 카메라정보 분석부; 상기 마커의 공간 위치 정보를 기반으로, CNN모델을 적용하여 상기 나사구멍 공간정보 및 상기 카메라분석정보를 바탕으로 상기 목표정보를 생성하는 정합부 및 상기 센서부로부터 센서정보를 수신하여 상기 목표정보와 상기 잠금나사의 삽입위치가 일치하는 지 여부를 판단하여 판단정보를 생성하는 판단부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 조정기는, 아크 형태로 형성되어 상기 눈금자가 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하는 조정기 프레임; 상기 조정기 프레임의 길이방향을 따라 형성된 방향조절부; 상기 조정기 프레임 일측 끝단의 외면에 형성되어 상기 삽입위치의 좌표값을 표시하는 표시부 및 상기 조정기 프레임 일측 끝단의 측면에 형성되어 상기 조정기의 상기 좌표값을 미세하게 조정할 수 있는 미세조정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향조절부는, 상기 조정기 프레임의 길이방향을 따라 형성되되, 수직방향으로 관통되어 형성된 가이드홀; 상기 가이드홀의 전후면에 각각 내측 방향으로 형성된 이동홈 및 상기 이동홈에 삽입되어 상기 가이드홀을 따라 이동하여 수직방향의 위치를 조절하는 이동부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동부재는, 상기 이동홈을 따라 이동할 수 있도록 곡률이 형성된 사각판 형태 형성된 이동판; 상기 이동판 중앙에 볼 형태로 형성되어 상기 삽입위치에 따른 각도 조절이 이루어지는 각도조절부재 및 상기 삽입위치에 상기 잠금나사를 삽입할 수 있도록 상기 각도조절부재 중앙을 관통하여 형성된 삽입홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 센서부는, 각도센서, 거리센서 및 깊이센서를 포함하여, 상기 잠금나사의 삽입위치에 대한 각도정보, 거리정보 및 깊이정보를 포함하는 센서정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표시부는, 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 삽입위치에 대한 좌표값을 표시하는 디스플레이 및 상기 위치 추정 장치로부터 판단정보를 수신하여 발광을 통해 알림을 제공하는 알림부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 알림부는, 상기 목표정보와 상기 삽입위치에 따른 상기 삽입홀의 수평 위치가 일치할 경우 표시하는 수평 알림부; 상기 목표정보와 상기 삽입위치에 따른 상기 삽입홀의 수직 위치가 일치할 경우 표시하는 수직 알림부 및 상기 목표정보와 상기 삽입홀의 각도가 일치할 경우 표시하는 각도 알림부를 포함할 수 있다.
또한, 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 영상정보를 생성하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm); 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 위치 추정 장치 및 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 입체정위기를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템에서, 잠금나사 삽입유도 방법은, 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 영상정보를 생성하는 영상정보 생성단계; 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 목표정보 생성단계 및 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 가이드단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목표정보 생성단계는, 사전에 수집한 C-arm영상 상에 나사 구멍의 위치와 형태를 포함하는 나사정보를 학습하고, 상기 잠금나사가 상기 나사구멍에 삽입되는 조건을 나타내도록 마련되는 나사구멍정보에 대해 상기 나사정보에 매칭되는 상기 나사구멍정보를 검출하는 나사구멍정보 검출단계; 상기 잠금나사가 삽입되어야 할 나사구멍에 대해 상기 나사구멍정보를 적용하여 상기 나사구멍의 위치 및 방향에 대한 나사구멍 공간정보를 생성하는 나사구멍정보 분석단계; 카메라 캘리브레이션 장비를 서로 다른 위치와 각도에서 촬영하여 카메라정보를 생성하고, 상기 카메라정보 분석을 통해 렌즈 주점, 초점거리, 비대칭계수 및 왜곡계수에 대한 정보를 포함하는 카메라분석정보를 산출하는 카메라정보 분석단계; 마커의 공간 위치 정보를 기반으로, CNN모델을 적용하여 상기 나사구멍 공간정보 및 상기 카메라분석정보를 바탕으로 상기 목표정보를 생성하는 정합단계 및 상기 센서부로부터 센서정보를 수신하여 상기 목표정보와 상기 잠금나사의 삽입위치가 일치하는 지 여부를 판단하여 판단정보를 생성하는 판단단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 잠금나사 삽입 유도방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도시스템, 이를 이용한 유도방법 및 이를 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능매체는 환부를 고정시키고, 삽입위치에 잠금나사가 정확하게 위치하도록 가이드함으로써, 보다 안전하고 정확하게 수술할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 잠금나사 삽입 유도시스템은 잠금나사를 정밀하고 신속하게 위치시킬 수 있으므로 삽입위치에 대한 조정기의 세팅 시간을 단축시켜 궁극적으로 수술시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도시스템의 블록도.
도 2은 도 1의 위치 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3은 도 1의 입체정위기의 모습을 도시한 사시도.
도 4는 도 1의 입체정위기의 삽입홀에 잠금나사가 체결된 삽입도구가 삽입된 모습을 도시한 사시도.
도 5는 도 1의 입체정위기의 몸체부를 도시한 사시도.
도 6의 (a), (b)는 도 5의 개폐부가 개폐되는 모습을 도시한 사시도.
도 7의 (a), (b)는 도 5의 고정부가 동작하는 모습을 도시한 예시도.
도 8의 (a) 내지 (c)는 도 1의 입체정위기의 서로 다른 길이를 가지는 눈금자를 도시한 사시도.
도 9의 (a), (b)는 도 1의 입체정위기의 조정기의 이동부재가 이동하는 모습을 도시한 사시도.
도 10은 도 1의 입체정위기의 마커를 도시한 사시도.
도 11의 (a), (b)는 각각 도5의 몸체부에 마커가 설치 및 분리된 모습을 도시한 사시도.
도 12의 (a) 내지 (e)는 도 1의 입체정위기의 체결순서를 도시한 예시도.
도 13은 도 1의 입체정위기가 다리에 적용된 모습을 도시한 예시도.
도 14은 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도방법의 흐름도
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 14를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도시스템은 C-arm을 이용한 정형외과 임플란트 수술 시, 환부를 고정시키고 체내 삽입하는 잠금나사(S)를 삽입위치에 정확하게 위치하도록 가이드 하는 시스템이다.
여기서, 정형외과 임플란트는 골반부, 무릎, 어깨, 팔꿈치, 척추 등 신체의 관절을 대체하는 데 사용되는 다양한 인공 장치를 일컫는 용어이며, 삽입위치는 환부에 잠금나사(S)가 체내에 삽입되는 바람직한 위치를 지칭할 수 있다.
본 발명에서는 환부를 다리로 한정하여 설명하지만, 이에 한정하지 않고 정형외과 임플란트 수술이 필요한 모든 수술 부위에 적용될 수 있다.
본 발명에서는 편의를 위해 입체정위기(3)를 이용하여 체내 삽입하는 재료를 잠금나사(S)로 한정하여 설명하지만, 잠금나사(S)뿐만 아니라, 핀 등 임플란트를 고정하거나 손상된 뼈를 고정하기 위해 사용되는 모든 재료를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 설명에 앞서, 도 3을 참조하면, 도면에 도시된 입체정위기(3)의 방향에 있어서, X축 방향을 정면, Y축 방향을 측면 및 Z축 방향을 상면으로 지칭하여 설명하고자 한다.
도 1 내지 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도시스템은 방사선 투시 영상 장치 (C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)(1), 위치 추정 장치(2) 및 입체정위기(3)를 포함할 수 있다.
먼저, C-arm(1)은 이동형 방사선 투시 영상 장치로, 환부를 촬영하여 뼈의 상태를 확인하고 절골, 변경 교정 등의 수술 계획을 수립하도록 하는 것으로, 방사선 투시 영상인 영상정보를 생성할 수 있다. 이러한, C-arm(1)은 영상정보를 통해 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 할 수 있다.
위치 추정 장치(2)는 인공지능을 기반으로 C-arm(1)으로부터 수신한 영상정보를 이용하여 잠금나사(S)가 삽입될 목표정보를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 위치 추정 장치(2)는 목표정보를 생성하기 위해 나사구멍정보 검출부(21), 나사구멍정보 분석부(22), 카메라정보 분석부(23), 정합부(24) 및 판단부(25)를 포함할 수 있다.
먼저, 나사구멍정보 검출부(21)는 사전에 수집한 C-arm영상 상에 나사 구멍의 위치와 형태를 포함하는 나사정보를 기반으로 잠금나사(S)가 나사구멍에 삽입되는 조건을 나타내도록 마련되는 나사구멍정보에 대해 나사정보가 매칭되는 나사구멍정보를 검출할 수 있다.
이때, 나사정보는 인공지능 Mask R-CNN을 기반으로 C-arm 영상에서 나사 구멍이 속한 영역의 이미지를 데이터로 추출한 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 나사구멍정보 검출부(21)는 나사정보가 1024*1024 Pixel로 나타나는 경우에, Mask R-CNN에 기초하여 4096*4096 Pixel로 나타나는 나사정보로 대체할 수 있다.
나사구멍정보 분석부(22)는 잠금나사(S)가 삽입되어야 할 나사구멍에 대해 나사구멍정보 검출부(21)를 통해 검출된 나사구멍정보를 적용하여 나사구멍의 위치 및 방향에 대한 나사구멍 공간정보를 생성할 수 있다.
이때, 나사구멍정보 분석부(22)는 알고리즘을 활용하여 나사구멍의 삽입 위치와 방향을 분석할 수 있다.
보다 구체적으로, 나사구멍정보 분석부(22)는 타원 형상으로 검출된 복수개의 나사정보, 즉 나사구멍에 대해, 각각의 나사구멍 단축의 연장선을 설정할 수 있다. 이후, 나사구멍정보 분석부(22)는 복수개의 연장선의 교점과 초점을 연결하여 나사구멍에 대해 수직으로 나타나는 벡터 값을 산출할 수 있다. 이때, 나사구멍에 대해 수직으로 나타나는 벡터 값은 초점과 교점의 위치 차이로 나타날 수 있다.
또한, 나사구멍정보 분석부(22)는 초점과 검출된 복수개의 나사구멍의 중심 점에 따른 평면의 법선 벡터를 산출할 수 있으며, 나사구멍에 대해 수직으로 나타나는 벡터 값과 법선 벡터을 이용하여 나사구멍의 중심 점을 연결하는 벡터 값을 산출할 수 있다.
이에, 나사구멍정보 분석부(22)는 초점과 나사구멍의 중심 점을 연결하는 벡터 값에 의해 생성되는 삼각형으로부터 각각의 나사구멍 측의 각도를 산출하여 나사구멍의 방향을 파악할 수 있다.
또한, 나사구멍정보 분석부(22)는 공지된 삼각 함수 또는 공지된 삼각형의 특성을 이용하여 초점으로부터 각각의 나사구멍까지의 거리를 산출하여 나사구멍의 위치를 파악할 수 있다.
이에 따라, 나사구멍정보 분석부(22)는 상기와 같은 알고리즘을 통해 나사구멍의 위치 및 방향에 대한 나사구멍 공간정보를 생성할 수 있다.
카메라정보 분석부(23)는 장비를 서로 다른 위치와 각도에서 촬영하여 카메라정보를 생성하고, 카메라정보 분석을 통해 렌즈 주점, 초점거리, 비대칭계수 및 왜곡계수에 대한 정보를 포함하는 카메라분석정보를 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 카메라정보 분석부(23)는 카메라 캘리브레이션 장비를 다양한 초점거리로 설정하여 각 초점 거리별로 다양한 각도와 거리에 배치하여 100 내지 200장씩 촬영하여 데이터인 카메라 정보를 확보할 수 있다. 이후, 카메라정보 분석부(23)는 카메라 정보를 분석하여, 렌즈 주점, 초점거리, 비대칭계수 및 왜곡계수에 대한 정보를 포함하는 카메라분석정보를 도출할 수 있다.
정합부(24)는 마커(33)가 포함된 영상정보를 수신하여, 마커(33)을 기반으로 공간 위치 정보를 생성하고, 생성된 공간 위치 정보에 CNN모델을 적용하여 나사구멍 공간정보 및 초점거리 정보를 바탕으로 상기 목표정보를 생성할 수 있다.
여기서, 마커(33)은 입체정위기(3)의 구성으로, 자세한 설명은 하기에서 입체정위기(3)에 대한 설명과 함께 하기로 한다.
먼저, 정합부(24)는 마커(33)가 포함된 영상정보로부터 마커(33)를 검출할 수 있다. 이후, 마커(33)을 기반으로 마커(33)에 대한 가상의 공간 위치 정보를 생성할 수 있으며, 이는 3D 모델링 된 가이드정보일 수 있다. 이때, 마커(33)은 입체정위기(3)을 기준으로 마커(33)에 대한 위치와 방향을 설정하고 보정하여 정확한 공간 위치 정보가 도출되도록 할 수 있다.
이에, 정합부(24)는 공간 위치 정보를 기초로 나사구멍 공간정보 및 초점거리 정보를 기반으로 분석하여 잠금 나사가 삽입되어야 할 목표정보를 생성할 수 있다.
마지막으로, 판단부(25)는 센서부로부터 센서정보를 수신하여 목표정보와 잠금나사의 삽입위치가 일치하는 지 여부를 판단하여 판단정보를 생성할 수 있다.
여기서 센서부는 입체정위기(3)의 구성으로, 각도센서, 거리센서 및 깊이센서를 포함하여, 잠금나사(S)의 삽입위치에 대한 각도정보, 거리정보 및 깊이정보를 포함하는 센서정보를 생성할 수 있다.
판단부(25)에 대한 보다 구체적인 설명은 하기에서 입체정위기(3)의 설명과 함께 하도록 한다.
도 3 내지 4를 참조하면, 잠금나사 삽입 유도시스템의 입체정위기(3)는 마커, 몸체부(30), 눈금자(31), 조정기(32), 마커(33) 및 센서부를 포함하여 다리(L)가 입체정위기(3)에 고정된 상태에서 잠금나사(S)가 삽입위치에 정확하게 삽입되도록 할 수 있다.
먼저, 도 5 내지 7를 참조하면 몸체부(30)는 내부에 다리(L)가 위치한 상태로 눈금자(31)와 조정기(32)를 고정시켜주는 것으로, 다리(L)가 내부에 위치할 수 있도록 링 형태로 형성될 수 있다. 또한, 몸체부(30)는, 도 5과 같이 서로 마주보며 위치하는 한 쌍으로 구성되되, 대칭되게 형성될 수 있다. 이때, 몸체부(30)는 설명의 편의를 위해 후측에 위치한 몸체부(30)를 제1몸체부(30a), 전측에 위치한 몸체부(30)를 제2몸체부(30b)로 지칭하여 설명하고자 한다.
이러한, 몸체부(30)는 프레임부(300), 개폐부(310), 지지부(320), 고정부(330) 및 결합부(340)를 포함할 수 있다.
프레임부(300)는 내부에 다리(L)가 위치할 수 있도록 소정의 폭을 가지며 링 형태로 형성될 수 있다. 이때, 프레임부(300)는 원형 링 형태로 형성된 것이 가장 바람직하나, 이에 한정하지 않고 사각, 육각 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
개폐부(310)는 몸체부(30) 내부에 다리(L)가 쉽게 인입 또는 인출될 수 있도록 프레임부(300) 일측이 개폐되게 형성될 수 있다.
도 6를 참조하면, 개폐부(310)는 프레임부(300) 타측에 형성된 힌지(3000)를 중심으로 프레임부(300) 일측이 개폐되는 것으로, 개폐부재(3100) 및 개폐홈(3101)을 포함할 수 있다.
개폐부재(3100)는 도 6의 (a)와 같이 힌지(3000)에 의해 회동하는 프레임부(300)의 일측 끝단에 형성된 것으로, 돌출된 돌기 형태로 형성될 수 있다.
개폐홈(3101)은 개폐부재(3100)와 체결되는 부분으로 홈 형태로 형성되어 개폐부재(3100)가 개폐홈(3101)에 삽입되어 체결되도록 할 수 있다.
이때, 개폐부재(3100) 및 개폐홈(3101)은 자석으로 형성되어 체결되었을 때 보다 고정력을 높이고, 해체가 간편하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 개폐부재(3100) 및 개폐홈(3101)은 상기와 같은 형태에 한정되지 않고, 서로 체결 및 해체가 가능한 다양한 형태로 형성될 수 있다.
지지부(320)는 프레임부(300) 바닥면에 형성되어 링 형태의 프레임부(300)가 바닥에 안정적으로 지지할 수 있도록 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 지지부(320)는 도 5과 같이 프레임부(300) 양측단이 바닥면으로 연장되어 형성되되 바닥면에 평평하게 형성되어 프레임부(300)를 지지할 수 있도록 한다. 이때, 지지부(320)는 상기와 같은 형태에 한정하지 않고, 바닥면에 안정적으로 지지되는 다양한 형태로 형성되어 프레임부(300)를 안정적으로 지지하도록 할 수 있다.
또한, 지지부(320)는 하기에서 설명할 마커(33)이 삽입될 수 있는 지지홈(3200)이 형성될 수 있다.
지지홈(3200)은 지지부(320) 양측 바닥면에 형성된 홈으로, 전면 또는 후면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 지지홈(3200)은 제1몸체부(30a)의 경우 전면의 양측 바닥면에 형성될 수 있고, 제2몸체부(30b)의 경우 후면의 양측 바닥면에 형성될 수 있다.
고정부(330)는 프레임부(300) 내부의 상하측에 형성되어 몸체부(30) 내부에 위치한 다리(L)를 고정시키는 것으로, 공기압 또는 유압이 입출되도록 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 고정부(330)는 도 7의 (a)와 같은 상태에서 몸체부(30) 내부에 다리(L)가 위치할 경우 도 7의 (b)와 같이 공기압 또는 유압을 인입시켜 팽창되도록 할 수 있다. 이에 따라, 고정부(330)는 몸체부(30) 내부에 위치한 다리(L)의 상하측에 밀착되도록 하여 다리(L)가 움직이는 것을 방지할 수 있다.
결합부(340)는 프레임부(300) 양측에 형성되어 눈금자(31)가 삽입되어 결합되도록 하는 것으로, 소정의 길이를 가지며 프레임부(300) 양측을 감싸도록 형성될 수 있으며, 결합홈(3400)을 포함할 수 있다.
결합홈(3400)은 결합부(340) 전면 또는 후면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1몸체부(30a)에 형성된 결합부(340)의 경우 전면에 결합홈(3400)이 형성되고, 제2몸체부(30b)에 형성된 결합부(340)의 경우 후면에 결합홈(3400)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1몸체부(30a) 및 제2몸체부(30b)에 있어서 결합홈(3400)은 서로 마주보게 위치하여 눈금자(31)의 후단 및 전단이 각각 제1몸체부(30a) 및 제2몸체부(30b)에 형성된 결합홈(3400)에 삽입되어 결합되도록 할 수 있다.
이때, 결합부(340)는 결합홈(3400)에 삽입되어 결합된 눈금자(31)를 쉽게 분리할 수 있도록 하는 분리돌기(미도시) 및 분리버튼(3401)을 더 포함할 수 있다.
분리돌기(미도시)는 결합홈(3400) 하면에 상측으로 돌출되게 형성된 돌기이며, 눈금자(31)의 형태에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
분리버튼(3401)은 결합부(340) 외면에 형성되어, 분리버튼(3401)이 동작함에 따라 분리돌기(미도시)가 상측으로 이동하여 눈금자(31)가 분리되도록 할 수 있다.
이에 대한 상세한 설명은 하기에서 눈금자(31)에 대한 설명과 함께 설명하기로 한다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기의 서로 다른 길이를 가지는 눈금자를 도시한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 눈금자(31)는 제1몸체부(30a) 및 제2몸체부(30b)가 연결되도록 형성되어 상기 삽입위치에 대한 수평방향을 조정하는 것으로, 서로 길이가 다른 눈금자(31)가 다수개 구비될 수 있다. 이에, 눈금자(31)는 수술 부위에 맞는 길이의 눈금자(31)를 선택하여 결합부(340)에 체결할 수 있는 장점이 있다.
이러한 눈금자(31)는 길이를 가진 막대 형태로 형성되되, 표시홈(310) 및 굴곡부(320)를 포함할 수 있다.
표시홈(310)은 에 형성된 눈금자(31)의 길이방향을 따라 형성된 홈으로, 조정기(32)가 수평방향으로 이동할 수 있는 부분에 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 표시홈(310)은 조정기(32)가 수평방향으로 이동함에 있어서 흔들리지 않게 고정해줌으로써 보다 정확하게 이동할 수 있도록 한다. 이에 대한 내용은 하기에서 조정기(32)의 설명과 함께 상세하게 설명하기로 한다.
또한, 눈금자(31)는 길이방향으로 양 끝단 하측 모서리가 내측으로 굴곡진 굴곡부(320)를 형성할 수 있다. 이때, 굴곡부(320)는 상기에서 설명한 분리돌기(미도시)가 분리버튼(3401)이 가압됨에 따라 상측 방향으로 밀어내는 부분이다.
더욱 구체적으로, 분리돌기(미도시)는 분리버튼(3401)이 가압되기 전 굴곡부(320)로 인해 형성된 중공인 부분에 위치하고 있다가 분리버튼(3401)이 가압될 경우 분리돌기(미도시)가 굴곡부(320)를 상측 방향으로 밀어냄으로써 눈금자(31)가 결합홈(3400)으로부터 분리되도록 할 수 있다.
또한, 눈금자(31)는 외측면의 상측 부분에 길이 방향을 따라 눈금 표시를 하여 사용자로 하여금 조정기(32)의 수평방향에 대한 위치 조정을 정확하게 할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 눈금자(31)는 외측면 양 끝단에 화살표로 표시하여 결합홈(3400)에 삽입되는 방향을 표시할 수 있다. 이에, 눈금자(31)는 사용자로 하여금 눈금자(31)를 결합홈(3400)에 빠르고 정확하게 삽입할 수 있도록 할 수 있다.
도 9의 (a), (b)는 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기의 조정기의 이동부재가 이동하는 모습을 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 조정기(32)는 삽입위치에 대해 수평 및 수직방향을 조정하는 것으로, 제1몸체부(30a) 및 제2몸체부(30b) 사이에 배치되되, 양측 끝단에 전후방향으로 눈금자(31)가 관통하면서 체결될 수 있다.
이러한 조정기(32)는 조정기 프레임(320), 방향조절부(321), 표시부(322) 및 미세조정부(323)를 포함할 수 있다.
조정기 프레임(320)은 아크 형태로 형성되어 눈금자(31)가 관통하도록 형성된 관통홀(3200)을 포함할 수 있다. 이때, 관통홀(3200)은 조정기 프레임(320) 양측 끝단에 전후방향으로 관통되게 형성된 홀로, 눈금자(31)가 관통될 수 있도록 눈금자(31)의 높이만큼 길이를 가지며 형성될 수 있다.
이때, 조정기 프레임(320)은 관통홀(3200) 외측면에 돌출되게 형성된 고정돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 고정돌기(미도시)는 눈금자(31)의 표시홈(310)에 삽입되도록 표시홈(310)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이에, 고정돌기(미도시)는 조정기 프레임(320)이 이동함에 따라 표시홈(310)을 따라 이동함으로써, 조정기(32)가 수평방향으로 이동함에 있어서 흔들리지 않게 고정해주고, 보다 정확하게 이동하도록 할 수 있다.
방향조절부(321)는 조정기 프레임(320)에 길이방향을 따라 형성되어 삽입위치에 대한 수직방향의 위치를 조절하는 것으로, 가이드홀(3210), 이동홈(3211) 및 이동부재(3212)를 포함할 수 있다.
가이드홀(3210)은 조정기 프레임(320)의 양 끝단으로부터 일정간격 이격되어 길이방향을 따라 형성되되, 수직방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
이동홈(3211)은 가이드홀(3210)의 전후면에 각각 내측 방향으로 형성될 수 있다. 이때, 이동홈(3211)은 단면이 'ㄷ'자 형태로 형성되는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 이동홈(3211)은 내면에 삼각, 사각 등 다양한 형태로 형성된 레일(미도시)이 연속되게 형성될 수 있으며, 삼각 형태인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
이동부재(3212)는 삽입위치에 따른 수직방향의 위치를 조절하는 것으로 전단 및 후단이 각각 이동홈(3211)에 끼워진 상태로 가이드홀(3210)을 따라 이동할 수 있다.
이러한 이동부재(3212)는 이동판(32120), 각도조절부재(32121) 및 삽입홀(32122)을 포함할 수 있다.
이동판(32120)은 가이드홀(3210)을 따라 이동할 수 있도록 조정기 프레임(320)의 형태에 맞춰 곡률이 형성된 사각판 형태로 형성될 수 있다. 이때, 이동판(32120)은 전단 및 후단이 이동홈(3211)에 삽입될 수 있으며, 이동홈(3211)에 삽입된 상태로 가이드홀(3210)을 따라 이동할 수 있다.
이때, 이동판(32120)은 이동홈(3211)에 레일(미도시)이 형성될 경우, 전면 및 후면에 레일(미도시)의 형태에 대응되도록 레일돌기(미도시)가 형성될 수 있다. 이에, 이동판(32120)은 레일돌기(미도시)가 레일(미도시)에 맞물린 상태로 가이드홀(3210)을 따라 이동함으로써 수직방향의 위치 조정을 보다 정교하게 할 수 있는 효과가 있다.
각도조절부재(32121)는 원구의 형태로 형성되어 이동판(32120) 중앙에 위치할 수 있다. 더욱 구체적으로, 각도조절부재(32121)는 이동판(32120)에 삽입된 상태에서 회전이 가능하게 동작할 수 있다.
삽입홀(32122)은 삽입위치에 잠금나사(S)를 삽입할 수 있도록 각도조절부재(32121)를 관통하여 형성될 수 있다. 이때, 삽입홀(32122)은 각도조절부재(32121)의 중앙을 관통하여 형성되는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
이러한 삽입홀(32122)은 각도조절부재(32121)의 중앙에 관통하여 형성됨에 따라, 삽입위치에 대한 각도조절이 가능하도록 할 뿐만 아니라, 잠금나사(S)가 체내로 삽입될 때 흔들리지 않도록 고정해주는 효과도 있다.
이와 같이, 도 9를 참조하면, 이동부재(3212)는 가이드홀(3210)을 따라 이동하면서 수직방향의 위치를 확정할 수 있다. 이후, 이동부재(3212)는 삽입홀(32122)에 잠금나사(S)를 삽입한 상태로 각도조절부재(32121)를 원하는 방향으로 회전하여 삽입위치에 대해 삽입각도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
표시부(322)는 조정기 프레임(320) 일측 끝단의 외면에 형성되어 삽입위치의 위치정보를 표시하는 것으로, 디스플레이(3220) 및 알림부(3221)를 포함할 수 있다.
디스플레이(3220)는 위치 추정 장치(2)로부터 목표정보를 수신하여 삽입위치에 대한 좌표값을 표시할 수 있다. 이때, 목표정보는 수평방향, 수직방향 및 각도에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 삽입위치에 대한 모든 정보를 포함할 수 있다.
알림부(3221)는 위치 추정 장치(2)로부터 판단정보를 수신하여 발광을 통해 알림을 제공 것으로, 수평알림부(3221a), 수직알림부(3221b) 및 각도알림부(3221c)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 알림부(3221)는 판단정보가 목표정보와 삽입위치에 따른 수평, 수직 및 각도와 각각 일치할 경우에 발광으로 알림을 제공할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 반대일 경우에도 발광으로 알림을 제공하여 보다 쉽게 삽입 위치가 목표정보와 일치하도록 가이드할 수 있다.
수평알림부(3221a)는 판단정보를 토대로 목표정보와 삽입 위치에 따른 삽입홀(32122)의 수평 위치가 일치할 경우 발광하여 표시할 수 있다.
수직알림부(3221b)는 판단정보를 토대로 목표정보와 삽입위치에 따른 삽입홀(32122)의 수직위치가 일치할 경우 발광하여 표시할 수 있다.
각도알림부(3221c)는 판단정보를 토대로 목표정보와 삽입위치에 따른 삽입홀(32122)의 각도가 일치할 경우 발광하여 표시할 수 있다.
이때, 알림부(3221)는 수평알림부(3221a), 수직알림부(3221b) 및 각도알림부(3221c)가 서로 다른 색을 발광하여 구분하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 알림부(3221)는 발광하는 것 이외에도 소리, 진동 등 다양한 방법을 통해 알림을 제공할 수 있다.
미세조정부(323)는 조정기 프레임(320) 일측 끝단의 측면에 형성되어 조정기(32)의 좌표값을 미세하게 조정할 수 있는 것으로, 원판 형태로 형성되되, 외주면이 연속으로 굴곡진 형태로 형성될 수 있다. 이에, 미세조정부(323)는 외주면을 좌우방향으로 회전시킴으로써 조정기(32)의 이동을 미세하게 조정하여 좌표값을 보다 정확하게 조정할 수 있는 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기의 마커를 도시한 사시도이고, 도 11는 도5의 몸체부로부터 마커가 분리된 모습을 도시한 사시도이다.
도 10 및 11을 참조하면, 마커(33)는 C-arm(1)을 통해 촬영됨으로써 영상정보에 의해 인식되어, 위치 추정 장치(2)와 입체정위기(3)를 정합하여 목표정보를 도출하는 데 있어서 활용될 수 있다.
이러한 마커(33)는 통상적으로 동일한 기술분야에서 사용되는 마커 모두 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
보다 구체적으로, 마커(33)는 입체정위기(3)을 기준으로 위치와 방향을 설정하고 보정하여 공간 위치 정보를 도출하도록 하는 것으로, 몸체부(30) 하측의 내측 방향에 위치하여 몸체부(30)와 결합될 수 있다. 이때, 마커(33)은 사용하지 않을 경우에는 지지홈(3200)에 삽입된 상태로 위치하고, 입체정위기(3)의 모든 구성이 체결된 다음 지지홈(3200)으로부터 인출되어 사용할 수 있다.
이에, 마커(33)은 사각형태로 지지부(320)의 지지홈(3200)에 삽입되어 입출이 가능하도록 형성되고, 영상정보로부터 마커의 공간 위치정보를 보정하여 생성하기 위해 배열된 다수개의 베어링볼(330)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 마커(33)은 C-arm(1)이 베어링볼(330)을 인식하도록 하여 공간 위치정보를 도출할 수 있다. 이때, 베어링볼(330)은 C-arm에 의해 인식 가능하도록 금속 소재로 형성될 수 있으며, C-arm 영상에서의 변형을 최소화할 수 있도록 정해진 규격으로 형성되어 배치된 쇠구슬인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
이에, 마커(33)는 베어링볼(330)의 규격화된 배치를 통해 구체간 거리, 구체 크기 등의 특성을 활용하여 C-arm 영상의 분석값과 좌표값 사이의 변환관계를 규정하는 변환행렬을 수행하도록 할 수 있다.
이에, 마커(33)은 입체정위기(3)을 기준으로 위치와 방향을 설정하고 보정하여 정확한 공간 위치 정보 좌표값인 공간 위치정보로 변환할 수 있다.
이때, C-arm 영상으로부터 삽입위치에 대한 좌표값을 도출하는 것은 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 이미지 프로세싱 프로세스를 수행하기 위한 프로세서, 메모리, 및 소프트웨어를 통해 구현될 수 있다.
도 12의 (a) 내지 (e)는 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기의 체결순서를 도시한 예시도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기가 다리에 적용된 모습을 도시한 예시도이다.
도 12을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정형외과 임플란트 수술용 입체정위기의 체결순서를 설명할 수 있다. 이때, 도 12은 다리(L)가 제외된 상태의 입체정위기(3)의 체결순서에 대해 도시한 것으로, 설명의 편의를 위하여 다리(L)가 있다고 가정하여 설명하고자 한다.
먼저 도 12의 (a)는 제1몸체부(30a)가 먼저 배치된 상태로, 개폐부(310)를 통해 프레임부(300) 일측을 개방시킨 후 다리를 삽입한 다음 프레임부(300)를 폐쇄하여 도 12의 (a)와 같은 상태가 되도록 한다.
이후, 도 12의 (b)와 같이 제1몸체부(30a) 양측의 전면에 형성된 결합홈(3400)에 각각 눈금자(31)의 후단이 삽입되어 체결될 수 있다. 다음으로, 도 12의 (c)와 같이 눈금자(31)에 조정기(32)가 체결되는데, 눈금자(31)가 조정기(32)의 관통홀(3200)에 관통하여 위치함으로써 체결될 수 있다. 마지막으로, 도 12의 (d)와 같이 제2몸체부(30b) 양측의 후면에 형성된 결합홈(3400)에 각각 눈금자(31)의 전단이 삽입되어 체결될 수 있다. 이때, 제2몸체부(30b)는 눈금자(31)에 체결되기 전, 개폐부(310)를 통해 프레임부(300) 일측을 개방시킨 후 다리를 삽입한 다음 프레임부(300)를 폐쇄한 후 눈금자(31)에 체결될 수 있도록 한다. 이후, 도 12의 (e)와 같이 지지홈(3200)으로부터 마커(33)을 인출시켜 삽입위치를 파악한 다음, 조정기(32)를 수평 및 수직방향으로 이동시켜 삽입위치에 삽입홀(32122)이 일치하도록 조정한다.
삽입홀(32122)이 삽입위치와 일치하게 되면, 도 13과 같이 잠금나사(S)가 삽입된 삽입도구(T)를 삽입홀(32122)에 삽입하여 체내에 잠금나사(S)가 삽입되도록 할 수 있다.
이에 따라, 입체정위기(3)는 잠금나사(S)가 삽입위치에 정확하게 위치하도록 가이드하고, 해당 위치에서 삽입되도록 하여 보다 안전하고 정확하게 수술할 수 있는 효과가 있다.
이러한 잠금나사 삽입 유도방법에 대하여 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 영상정보를 생성하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm); 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 위치 추정 장치 및 상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 입체정위기를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템에서, 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도방법은 영상정보 생성단계(S10), 목표정보 생성단계(S20) 및 가이드단계(S30)를 포함할 수 있다.
영상정보 생성단계(S10)는 환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm)를 통해 영상정보를 생성할 수 있다.
목표정보 생성단계(S20)는 인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 목표정보 생성단계(S20)는 나사정보 학습단계, 초점정보 학습단계, 정합단계 및 판단단계를 포함할 수 있다.
나사정보 학습단계는 사전에 수집한 C-arm영상 상에 나사 구멍의 위치와 형태를 포함하는 나사정보를 기반으로 나사 구멍의 상하면 중점 좌표 정보를 도출하여 학습할 수 있다.
초점정보 학습단계는 카메라 캘리브레이션 장비를 이용하여 서로 다른 다수의 초점거리로 설정하고, 초점거리 별로 서로 다른 각도 및 거리에 배치하여 생성된 초점거리 정보를 학습할 수 있다.
정합단계는 마커가 포함된 영상정보를 수신하여, 마커를 검출하여 마커를 기반으로 공간 위치 정보를 생성하고, CNN모델을 적용하여 상기 중점 좌표 정보 및 초점거리 정보를 바탕으로 상기 목표정보를 생성할 수 있다.
판단단계는 센서부로부터 센서정보를 수신하여 상기 목표정보와 상기 잠금나사의 삽입위치가 일치하는 지 여부를 판단할 수 있다.
마지막으로, 가이드단계(S30)는 입체정위기(3)가 위치 추정 장치(2)로부터 목표정보 및 판단정보를 수신하여 잠금나사(S)의 체내 삽입을 가이드 하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 잠금나사 삽입 유도방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: C-arm(방사선 투시 영상 장치)
2: 위치 추정 장치
21: 나사구멍정보 검출부
22: 나사구멍정보 분석부
23: 카메라정보 분석부
24: 정합부
25: 판단부
3: 입체정위기
30: 몸체부
30a: 제1몸체부
30b: 제2몸체부
300: 프레임부
3000: 힌지
310: 개폐부
3100: 개폐부재
3101: 개폐홈
320: 지지부
3200: 지지홈
330: 고정부
340: 결합부
3400: 결합홈
3401: 분리버튼
31: 눈금자
310: 표시홈
320: 굴곡부
32: 조정기
320: 조정기 프레임
3200: 관통홀
321: 방향조절부
3210: 가이드홀
3211: 이동홈
3212: 이동부재
32120: 이동판
32121: 각도조절부재
32122: 삽입홀
322: 표시부
3220: 디스플레이
3221: 알림부
3221a: 수평알림부
3221b: 수직알림부
3221c: 각도알림부
323: 미세조정부
33: 마커
330: 베어링볼
T: 삽입도구
S: 잠금나사
L: 다리

Claims (13)

  1. C-arm을 이용한 정형외과 임플란트 수술 시, 잠금나사의 삽입위치를 가이드하는 잠금나사 삽입 유도시스템에 있어서,
    환자의 상태를 확인하고 수술 계획을 지원하도록 영상정보를 생성하는 방사선 투시 영상 장치(C-arm fluoroscopy, 이하 C-arm);
    인공지능을 기반으로 상기 C-arm으로부터 수신한 영상정보로부터 상기 잠금나사가 삽입될 목표정보를 생성하는 위치 추정 장치; 및
    상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 상기 잠금나사의 체내 삽입을 가이드하는 입체정위기;
    를 포함하고,
    상기 입체정위기는,
    환부에 장착되도록 링 형태로 형성되되, 일측이 개폐되도록 형성되고, 서로 마주보며 위치한 한 쌍의 몸체부;
    상기 한 쌍의 몸체부가 연결되도록 형성되어 상기 삽입위치에 대해 수평방향으로 가이드하는 눈금자;
    상기 한 쌍의 몸체부 사이에 배치되되, 양측 끝단에 전후방향으로 상기 눈금자가 관통하면서 체결되고, 상기 삽입위치에 대해 수평 및 수직방향을 조정하는 조정기;
    상기 C-arm을 통해 촬영이 가능하도록 형성되며, 상기 몸체부 하측의 내측 방향에 위치하여 상기 몸체부와 결합되는 마커; 및
    상기 조정기에 형성되며, 상기 잠금나사의 삽입위치를 파악하도록 구비되어 센서정보를 생성하는 센서부;
    를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마커는,
    사각형태로 상기 몸체부의 바닥면에 입출이 가능하도록 형성되고, 상기 영상정보로부터 상기 마커의 공간 위치정보를 보정하여 생성하기 위한 베어링볼을 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 추정 장치는,
    사전에 수집한 C-arm영상 상에 나사 구멍의 위치와 형태를 포함하는 나사정보를 학습하고, 상기 잠금나사가 상기 나사구멍에 삽입되는 조건을 나타내도록 마련되는 나사구멍정보에 대해 상기 나사정보에 매칭되는 상기 나사구멍정보를 검출하는 나사구멍정보 검출부;
    상기 잠금나사가 삽입되어야 할 나사구멍에 대해 상기 나사구멍정보를 적용하여 상기 나사구멍의 위치 및 방향에 대한 나사구멍 공간정보를 생성하는 나사구멍정보 분석부;
    카메라 캘리브레이션 장비를 서로 다른 위치와 각도에서 촬영하여 카메라정보를 생성하고, 상기 카메라정보 분석을 통해 렌즈 주점, 초점거리, 비대칭계수 및 왜곡계수에 대한 정보를 포함하는 카메라분석정보를 산출하는 카메라정보 분석부;
    상기 마커의 공간 위치 정보를 기반으로, CNN모델을 적용하여 상기 나사구멍 공간정보 및 상기 카메라분석정보를 바탕으로 상기 목표정보를 생성하는 정합부 및
    상기 센서부로부터 센서정보를 수신하여 상기 목표정보와 상기 잠금나사의 삽입위치가 일치하는 지 여부를 판단하여 판단정보를 생성하는 판단부를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조정기는,
    아크 형태로 형성되어 상기 눈금자가 관통하도록 형성된 관통홀을 포함하는 조정기 프레임;
    상기 조정기 프레임의 길이방향을 따라 형성된 방향조절부;
    상기 조정기 프레임 일측 끝단의 외면에 형성되어 상기 삽입위치의 좌표값을 표시하는 표시부 및
    상기 조정기 프레임 일측 끝단의 측면에 형성되어 상기 조정기의 상기 좌표값을 미세하게 조정할 수 있는 미세조정부를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방향조절부는,
    상기 조정기 프레임의 길이방향을 따라 형성되되, 수직방향으로 관통되어 형성된 가이드홀;
    상기 가이드홀의 전후면에 각각 내측 방향으로 형성된 이동홈 및
    상기 이동홈에 삽입되어 상기 가이드홀을 따라 이동하여 수직방향의 위치를 조절하는 이동부재를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동부재는,
    상기 이동홈을 따라 이동할 수 있도록 곡률이 형성된 사각판 형태 형성된 이동판;
    상기 이동판 중앙에 볼 형태로 형성되어 상기 삽입위치에 따른 각도 조절이 이루어지는 각도조절부재 및
    상기 삽입위치에 상기 잠금나사를 삽입할 수 있도록 상기 각도조절부재 중앙을 관통하여 형성된 삽입홀을 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    각도센서, 거리센서 및 깊이센서를 포함하여, 상기 잠금나사의 삽입위치에 대한 각도정보, 거리정보 및 깊이정보를 포함하는 센서정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 표시부는,
    상기 위치 추정 장치로부터 목표정보를 수신하여 삽입위치에 대한 좌표값을 표시하는 디스플레이 및
    상기 위치 추정 장치로부터 판단정보를 수신하여 발광을 통해 알림을 제공하는 알림부를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 알림부는,
    상기 목표정보와 상기 삽입위치에 따른 상기 삽입홀의 수평 위치가 일치할 경우 표시하는 수평 알림부;
    상기 목표정보와 상기 삽입위치에 따른 상기 삽입홀의 수직 위치가 일치할 경우 표시하는 수직 알림부 및
    상기 목표정보와 상기 삽입홀의 각도가 일치할 경우 표시하는 각도 알림부를 포함하는 잠금나사 삽입 유도시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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