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KR20170030688A - Guiding method of interventional procedure using medical images and system for interventional procedure for the same - Google Patents

Guiding method of interventional procedure using medical images and system for interventional procedure for the same Download PDF

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KR20170030688A
KR20170030688A KR1020150127608A KR20150127608A KR20170030688A KR 20170030688 A KR20170030688 A KR 20170030688A KR 1020150127608 A KR1020150127608 A KR 1020150127608A KR 20150127608 A KR20150127608 A KR 20150127608A KR 20170030688 A KR20170030688 A KR 20170030688A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
medical
biopsy needle
procedure
insertion path
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020150127608A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김남국
서준범
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
재단법인 아산사회복지재단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단, 재단법인 아산사회복지재단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Priority to KR1020150127608A priority Critical patent/KR20170030688A/en
Publication of KR20170030688A publication Critical patent/KR20170030688A/en
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Abstract

Disclosed is a medical image-applying interventional procedure system. More specifically, the present invention relates to an interventional procedure system which comprises: a medical tool; a control part storing an insertion path of the medical tool; an image acquisition device acquiring real-time images of a patient; and a display displaying the real-time images. The control part is capable of displaying both positional information of the medical tool and an operation place image onto the display.

Description

의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법 및 이를 위한 중재시술 시스템 {GUIDING METHOD OF INTERVENTIONAL PROCEDURE USING MEDICAL IMAGES AND SYSTEM FOR INTERVENTIONAL PROCEDURE FOR THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an interventional procedure guide method using a medical image, and an interventional procedure system for the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention < RTI ID =

본 개시(Disclosure)는 전체적으로 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법, 및 이를 위한 중재시술 시스템에 관한 것으로, 특히 시술계획에 따른 로봇암의 위치 결정, 및 의료도구의 삽입 조건의 확인(confirm)을 통합적으로 가이드하는 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법, 및 이를 위한 중재시술 시스템에 관한 것이다.Disclosure relates to an interventional procedure guide method using a medical image as a whole, and to an interventional procedure system for the same, and more particularly, to an integrated interventional procedure system for positioning a robot arm according to a procedure plan and confirming insertion conditions of a medical instrument , And an interventional treatment system for the same.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).Herein, the background art relating to the present disclosure is provided, and these are not necessarily meant to be known arts.

도 1은 미국 등록특허공보 제8,386,019호에 제시된 경피적 중재시술을 지원하는 시스템의 일 예를 나타내는 것이다. 여기에 개시된 시스템은 CT imaging system, 그 장비에 정합 되는 로봇과 환자의 움직임을 감지하는 장치로 구성된다. 본 발명의 방법에 따르면, 로봇에는 중재 장비가 장착되며, 영상장치와 정합 되도록 하며, 시스템은 환자의 움직임을 감지한다. 시스템은 로봇에 환자의 움직임을 동시에 전송한다. 시스템은 시술 전에 만들어둔 시연속적인 3차원 이미지와 시술장의 이미지가 정합하도록 하며, 이 정합이 이루어지지 않으면 로봇의 중재기구 삽입이 되지 않도록 한다. 로봇(106)은 로봇암(107)의 끝에 바늘(punture needle)을 위한 장착장치(108)가 구비되며, 천장에 설치된다. 환자는 시스템이 내적, 외적 움직임을 감지할 수 있도록 하기 위하여 호흡벨트(Respiratoty Belt, 110)를 착용한다. C-arm X-ray 시스템(101), 로봇(106)의 컨트롤(109), 그리고 호흡벨트(110)는 프로세싱 유닛(11)에 연결되어 있다. 이 프로세싱 유닛은 시술전 4차원 이미지 데이터세트(image dataset) 저장을 위한 입력 인터페이스(112), 4차원 이미지 데이터세트와 C-arm에 의해 기록되며, 특정 호흡 위치에서의 3차원 이미지 데이터세트를 정합하기 위한 정합모듈(113), 수술도구의 경로(target path)를 생성하고, 로봇암(107)을 움직이고 컨트롤하기 위해 컨트롤(109)의 제어 프로그램에 그 정보를 송신하도록 한다.1 shows an example of a system for supporting percutaneous intervention procedures as disclosed in U.S. Patent No. 8,386,019. The system disclosed herein comprises a CT imaging system, a robot that is matched to the device, and a device for sensing the patient's movement. According to the method of the present invention, the robot is equipped with an interventional device and is matched with the imaging device, and the system detects the movement of the patient. The system simultaneously transmits the patient's movement to the robot. The system is designed to match the 3D image of the demonstration field with the demonstrative 3D image created before the procedure and prevent the insertion of the intervention device of the robot unless the matching is done. The robot 106 is equipped with a mounting device 108 for a puncture needle at the end of the robot arm 107, and is installed on the ceiling. The patient wears a respiratory belt (110) to allow the system to sense internal and external movements. The C-arm X-ray system 101, the control 109 of the robot 106, and the respiratory belt 110 are connected to the processing unit 11. This processing unit is recorded by an input interface 112, a four-dimensional image data set and a C-arm for storage of a four-dimensional image data set before the procedure, and a three-dimensional image data set A matching module 113 for generating a target path for the surgical tool and transmitting the information to the control program of the control 109 for moving and controlling the robot arm 107. [

도 2는 중재시술시 시술자가 방사선에 피폭되는 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 생체검사와 같은 바늘 삽입형 중재시술에서 최소침습 시술이 최근 급격히 증가하고 있다. 이러한 중재시술은 방사선 영상 유도하에 시술이 수행되는 것이 일반적이다. 이러한 중재시술은 시술자 경험 의존도가 높고, 시술자 및 환자의 방사선 피폭이 문제된다. FIG. 2 is a view for explaining an example in which an operator is exposed to radiation during interventional procedures. In a needle insertion type intervention such as a biopsy, a minimally invasive procedure has been rapidly increasing recently. Such interventional procedures are generally performed under radiographic imaging guidance. These interventions are highly dependent on the practitioner experience, and the radiation exposure of the practitioner and patient is a problem.

생검바늘(예: biopsy needle), 리드(예: Deep Brain Stimulation용 리드(lead)), 프로브(probe), 카데터(catheter) 등의 의료 디바이스(medical device)를 폐, 뇌, 간 등 신체 내부로 삽입하거나 이식(implant)하는 중재시술(interventional procedure)은 혈관이나 해부학적으로 중요한 구조들이 손상되지 않거나 최소 침습이 되도록 시행되는 것이 중요하다. 중재시술의 하나로서 의료영상 기반 생체검사(Biopsy)는 주위의 정상조직에 대한 피해를 최소화하고, 목표의 병리적 진단에 필요한 견본을 뽑아내는 중재시술로서, 부신, 췌장, 림프절 등의 후 복막, 폐 종격, 척추, 사지골 등의 부위에 광범위하게 적용된다.A medical device such as a biopsy needle (eg, a biopsy needle), a lead (eg, a lead for Deep Brain Stimulation), a probe, a catheter, It is important that interventional procedures, such as insertion or implantation, are performed so that vessels or anatomically important structures are not damaged or minimally invasive. Biopsy is an intervention that minimizes the damage to the surrounding normal tissue and extracts the specimens necessary for the pathological diagnosis of the target. The biopsy is based on the retroperitoneal membrane of the adrenal, pancreas, It is widely applied to areas of the lungs, spine, and limb.

이러한 의료영상 기반 생체검사는 방사선 노출 등의 문제로 인해 생검바늘의 삽입경로는 사전에 진단 영상(시술전 영상)에서 계획되는 것이 일반적이다. In such a medical image-based biopsy, the insertion route of the biopsy needle is generally planned in advance in the diagnosis image (pre-operation image) due to problems such as exposure to radiation.

의료영상 기반 생체검사의 하나로서, CT 기반 생체검사는 고해상의 영상을 이용하여 병변 부위를 섬세하게 3차원으로 지역화(localization) 하고 조직 내에 진입한 생검바늘(Biopsy Needle)을 볼 수 있어서 작은 크기의 병변 감지에 용이하다. 조직이 겹쳐있는 부위에 대해서는 CT 기반 생체검사가 초음파 또는 X선 투시로 시술을 유도하는 방법에 비해 병변 감지능력이 더 우수하다. 또한, CT 기반 생체검사는 주위 조직과의 관계를 보여줌으로써 임상의가 병변으로의 삽입경로(trajectory)를 설정하기가 좋고, 다양한 환자 위치에서 시술할 수 있는 장점이 있다.As a medical image-based biopsy, the CT-based biopsy can localize the lesion in a delicate three-dimensional region using a high-resolution image and view the biopsy needle that has entered the tissue, It is easy to detect lesions. CT-based biopsies are superior to lesions in which tissue is superimposed over ultrasound or x-ray fluoroscopy. In addition, the CT-based biopsy shows the relationship with surrounding tissues, so that the clinician can set the trajectory to the lesion and can perform the operation at various patient positions.

CT 기반 생체검사에서 환자 몸에 대한 생검바늘의 초기 진입 각도가 중요하며, CT 촬영 등으로 사전에 진입 각도가 계산된다. CT 기반 생체검사 시술시 시술자가 생검바늘을 조절하며, 보조자가 각도기를 사용하여 눈대중으로 생검바늘의 각도를 판단하여 시술자에게 안내할 수도 있고, 시술장에서 CT 또는 C-arm 플로로스코피(fluoroscopy) 영상에 의해 생검바늘의 삽입경로가 가이드되는 경우도 있을 수 있으나, 이런 경우 시술자 경험 의존도가 높아서 시술자가 방사선에 노출된 채로 시술이 수행되게 되며, 그의 경험도에 따라 노출 시간은 달라질 수 있게 된다. In the CT-based biopsy, the initial angle of entry of the biopsy needle to the patient's body is important. In CT-based biopsy, the surgeon adjusts the biopsy needle, and the assistant can use the protractor to guide the biopsy needle to the surgeon in the on-the-spot biopsy, or CT or C-arm fluoroscopy, In some cases, the insertion path of the biopsy needle may be guided by the image, but in this case, the operator is highly dependent on the experience of the operator, so that the operation is performed with the operator exposed to the radiation, and the exposure time can be changed according to his experience.

이로 인해 시술자 및 환자가 방사선에 노출되는 시간이 많아지는 문제와 시술의 정확도 등의 문제를 해결하기 위해 중재시술 로봇 개발 필요성이 대두하고 있다. 이러한 중재시술 로봇을 사용하면 시술 시간의 단축으로 환자의 방사선 피폭 감소되며, 합병증 감소 및 안전 극대화를 기대할 수 있다. 또한, 시술자의 방사선 피폭을 감소 또는 제거하고 자동화 시스템을 통한 시술자 안전 향상을 이룰 수 있다.Therefore, there is a need to develop an interventional robot in order to solve problems such as an increase in the exposure time of the operator and the patient to the radiation and the accuracy of the operation. The use of such an interventional robot can reduce the radiation dose of the patient by shortening the procedure time, and it is expected to reduce the complication and maximize the safety. In addition, it is possible to reduce or eliminate the radiation exposure of the practitioner and to improve the safety of the operator through the automation system.

도 3은 미국 공개특허공보 제2010-0250000호에 제시된 중재시술 로봇의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제품명 da Vinci로 불리는 중재시술 로봇이 제시되어 있다. 중재시술 로봇은 복수의 로봇암(201,202,203,204)을 구비한다. 각각의 암(201,202,203,204)은 엔드이펙터(211,212,213,214)를 구비한다. 엔드이펙터(211,213,214)는 주로 복강경 수술을 위한 집게 형상으로 되어 있으며, 엔드이펙터(212)는 내시경이다. 목표를 나타내기 위한 디스플레이(220)도 구비되어 있다.Fig. 3 is a diagram showing an example of an arbitration procedure robot shown in U.S. Published Patent Application No. 2010-0250000, in which an arbitration procedure robot called product da Vinci is presented. The interventional procedure robot has a plurality of robot arms (201, 202, 203, 204). Each arm 201, 202, 203, 204 has end effectors 211, 212, 213, 214. The end effectors 211, 213, and 214 are mainly in the form of a forceps for laparoscopic surgery, and the end effector 212 is an endoscope. A display 220 is also provided for indicating the target.

그러나 이러한 중재시술 로봇을 사용한 종래기술로는 중재시술 과정의 자동화와, 생검바늘과 같은 의료도구를 사용한 중재시술의 정확도, 안전성, 및 편리성을 충분히 달성하기에는 한계가 많다. 시스템이 너무 무겁고, 이동과 설치가 불편하여 의료비를 상승시키는 원인이 되기도 하며, 시술자와 환자의 방사선 노출에 대한 고려가 부족하여, 이들을 방사선에 장시간 노출되게 할 수도 있는 문제점이 생길 수 있다.However, conventional techniques using such an interventional robot have limitations in achieving the automation of the intervention procedure and the accuracy, safety, and convenience of the intervention using medical instruments such as a biopsy needle. The system is too heavy, the movement and the installation are inconvenient, and the medical expenses are increased. Also, there is a possibility that the operator and the patient may not be conscious of the radiation exposure and may expose them to the radiation for a long time.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.

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).SUMMARY OF THE INVENTION Herein, a general summary of the present disclosure is provided, which should not be construed as limiting the scope of the present disclosure. of its features).

본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템에 있어서, 의료도구, 의료도구의 삽입경로가 저장되는 제어부, 환자의 실시간 영상 획득이 가능한 영상 획득 장치, 그리고, 실시간 영상을 표시할 수 있는 디스플레이를 포함하며, 제어부는 디스플레이에 시술장 영상과 의료도구의 위치정보를 동시에 표시하도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템이 제공된다.According to one aspect of the present disclosure, in an interventional treatment system using a medical image, a control unit in which an insertion path of a medical instrument and a medical instrument is stored, An image acquisition device, and a display capable of displaying a real time image, and the control unit is provided with an arbitration procedure system using a medical image to simultaneously display the procedure field image and the position information of the medical instrument on the display.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described later in the Specification for Implementation of the Invention.

도 1은 미국 등록특허공보 제8,386,019호에 제시된 중재시술 시스템의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 중재시술시 시술자가 방사선에 피폭되는 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 3은 미국 공개특허공보 제2010-0250000호에 제시된 중재시술 로봇의 일 예를 나타내는 도면,
도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 의료영상을 사용한 중재시술 시스템의 일 예를 나타내는 도면들,
도 6은 본 개시에 따른 로봇암의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 7은 다기능 엔드이펙터의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 8은 의료영상을 사용하는 중재시술의 시스템이 카메라를 사용하는 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 마스터콘솔의 예들을 설명하기 위한 도면,
도 10은 엔드이펙터에 장착된 생검바늘을 마스터콘솔에 의해 제어하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 개시에 따른 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 12 내지 도 14는 시술계획 생성 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들,
도 15는 중재시술 시스템의 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 16은 중재시술 가이드 방법의 일 예의 전체적 과정을 설명하기 위한 도면,
도 17은 분할 모드의 디스플레이 화면의 일 예를 나타내는 도면,
도 18는 플랜 모드의 디스플레이 화면의 일 예를 나타내는 도면,
도 19 및 도 20은 정합 모드의 디스플레이의 화면의 일 예를 나타내는 도면들,
도 21는 정합 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 22 및 도 23은 시술계획을 수정할 수 있는 창의 일 예를 설명하기 위한도면들,
도 24 내지 도 26은 네비게이션 모드의 디스플레이 화면의 일 예를 나타내는 도면들,
도면 27 및 도 28은 삽입 모드에서 디스플레이 화면의 일 예를 설명하기 위한 도면들.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing an example of an arbitration procedure system disclosed in U.S. Patent No. 8,386,019,
FIG. 2 is a view for explaining an example in which an operator is exposed to radiation when an intervention is performed;
FIG. 3 is a diagram showing an example of an arbitration procedure robot presented in U.S. Published Patent Application No. 2010-0250000,
4 and 5 are views showing an example of an interventional treatment system using a medical image according to the present disclosure,
6 is a view for explaining an example of a robot arm according to the present disclosure,
7 is a view for explaining an example of a multifunctional end effector,
8 is a view for explaining an example in which a system of an intervention procedure using a medical image uses a camera,
9 is a view for explaining examples of a master console,
10 is a view for explaining an example of a process of controlling a biopsy needle mounted on an end effector by a master console,
11 is a view for explaining an example of an intervention procedure guide method using a medical image according to the present disclosure;
12 to 14 are diagrams for explaining an example of a procedure plan generation method,
15 is a view for explaining an example of the operation of the interventional treatment system,
16 is a diagram for explaining an overall process of an example of an intervention procedure guide method,
17 is a diagram showing an example of a display screen in a split mode,
18 is a view showing an example of a display screen of the plan mode,
19 and 20 are views showing an example of a screen of a display in a matching mode,
21 is a view for explaining an example of a matching method,
22 and 23 are views for explaining an example of a window in which a treatment plan can be modified,
24 to 26 are views showing an example of a display screen of the navigation mode,
27 and 28 are views for explaining an example of a display screen in the insertion mode.

이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 및 도 5는 본 개시에 따른 의료영상을 사용한 중재시술 시스템의 구성과 구성방법의 일 예를 나타내는 도면들로서, 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템(이하, 중재시술 시스템)은, 하나 이상의 관절을 가지는 로봇암(400), 시술전 영상을 기반으로 시술계획을 하거나, 실시간으로 로봇암(400)을 제어하는 제어부(500; 예: 컴퓨터), 인체나 동물의 체내와 의료도구의 이미지를 획득하는 이미지 획득장치(600), 및 시술장치나 환자(5)의 위치나 자세를 모니터링하여 응급상황에 대응하는 장치(700; 예: Optical Tracker; NDI)를 포함한다.FIGS. 4 and 5 are diagrams showing an example of a configuration and a configuration method of an arbitration procedure system using the medical image according to the present disclosure, wherein an arbitration procedure system using a medical image (hereinafter referred to as an arbitration procedure system) A control unit 500 (e.g., a computer) for controlling a robot arm 400 in real time based on a pre-operation image or acquiring an image of a body or an animal and a medical tool And an apparatus 700 (e.g., Optical Tracker (NDI)) for responding to an emergency by monitoring the position or posture of the patient or the treatment device.

로봇암(400)은 방사선 피폭을 저감하고, 시술 정확도 향상을 위한 생검 및 치료용으로서, 복부, 흉부 등에서 1cm 급 병소의 생검 및 치료용으로 사용될 수 있다. 로봇암(400)은 슬레이브 로봇(slave robot)의 일부일 수 있으며, 엔드이펙터(460; end-effector)가 로봇암(400)에 장착될 수 있다. 의료도구(470)가 엔드이펙터(460)에 장착되며, 시술자동화를 위해 엔드이펙터(460)는 의료도구(470)에 직접 동력을 전달하여 의료도구(470)을 구동할 수 있으며, 의료도구(470) 교체형일 수 있으며, 여러 개의 의료도구(470)를 한 번에 시술 가능하도록 한 구조를 가질 수 있다. 의료도구(470)는 초소형 센서를 구비할 수 있으며, 제어부에 정보전달이 가능한 구성을 가질 수 있다.The robot arm 400 may be used for biopsy and treatment for reducing the radiation exposure and for improving the accuracy of the procedure, and for biopsy and treatment of a 1 cm level lesion in the abdomen, chest, and the like. The robot arm 400 may be part of a slave robot and an end-effector 460 may be mounted on the robot arm 400. The medical tool 470 is mounted to the end effector 460 and the end effector 460 may be powered directly to the medical tool 470 to drive the medical tool 470 for automated procedures, 470), and may have a structure in which a plurality of medical tools 470 can be performed at one time. The medical tool 470 may have a very small sensor and may have a configuration capable of transmitting information to the control unit.

의료도구(470)는 생검바늘(예: biopsy needle), 리드(예: Deep Brain Stimulation용 리드(lead)), 프로브(probe), 카데터(catheter) 등의 의료 디바이스(medical device)일 수 있다. 물론, 로봇암(400)에 장착되는 의료도구(470)가 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 예에서는 주로 생검바늘(470)을 예로 설명한다. 생검바늘(470)은 조직채취용 바늘(예: 이너스타일렛; Inner stylet; 도 1 참조), 및 조직채취용 바늘을 가이드하는 가이드 바늘(예: 시스; Sheath; 도 1 참조)로 구성되거나, 가이드 바늘만으로 구성될 수 있다. The medical tool 470 may be a medical device, such as a biopsy needle (e.g., a biopsy needle), a lead (e.g., lead for Deep Brain Stimulation), a probe, a catheter, . Of course, the medical instrument 470 mounted on the robot arm 400 is not limited thereto. Hereinafter, the biopsy needle 470 will be mainly described as an example in this embodiment. The biopsy needle 470 may be composed of a tissue sampling needle (e.g., inner stylet; see Figure 1) and a guide needle (e.g., Sheath; see Figure 1) It can be constituted by only a guide needle.

이미지 획득장치(600)는 CT 장치, C-arm 플로로스코피(fluoroscopy) 장치 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 제시된 바와 같이, CT 장치(600) 내외로 테이블(620)이 환자(5)를 이동시킨다. 로봇암(400)은 테이블(620) 옆에서 로봇 베이스에 장착되어 움직이며, 일부가 CT 장치(600) 내로 들어가거나 나올 수 있다. 도 5b에 제시된 바와 같이, 제어부(500)는 CT 장치(600), 및 로봇암(400)과 연동되어 있고, 실시간 영상정합을 수행하며, 로봇암(400) 제어에 사용되는 마스터콘솔(310), 영상이 표시되는 디스플레이(350)를 포함한다. 제어부(500)는 실감 햅틱(haptic)이 적용되어 생검바늘(470)이 목표(100)에 삽입되어 장애물을 만나거나, 필요에 의해 일정 지점을 알리는 신호를 줄 필요가 있는 경우, 장애물이 생검바늘(470)에 미치는 힘 혹은 특정지점에 대한 신호를 위한 진동 반응을 마스터콘솔(310)에 줄 수 있다. 또한, 이를 이용하여 중재시술 훈련용으로도 사용될 수 있다.The image acquisition apparatus 600 may be a CT apparatus, a C-arm fluoroscopy apparatus, or the like. For example, as shown in FIG. 5A, the table 620 moves the patient 5 into and out of the CT apparatus 600. The robot arm 400 is mounted on the robot base next to the table 620 and moves partly into and out of the CT apparatus 600. 5B, the control unit 500 includes a CT apparatus 600 and a master console 310 interlocked with the robot arm 400 and performing real-time image registration and used for controlling the robot arm 400, And a display 350 on which an image is displayed. When the biopsy needle 470 is inserted into the target 100 and the obstacle is encountered or a signal indicating a certain point needs to be given when the haptic is applied by the haptic, The master console 310 may be provided with a vibration response for a force or a signal at a specific point on the master console 470. It can also be used for interventional procedures training.

도 6은 본 개시에 따른 슬레이브 로봇의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 슬레이브 로봇은 로봇암(400)과 베이스(410)로 구성된다. 로봇암(400)은 제어부(500)로부터 인가된 제어신호에 따라 환자(5)의 주변에서 베이스(410)에 의해 위치가 고정된다. 로봇암(400)은 다관절 고정밀(예: 위치 정밀도 1mm)일 수 있고, X-Ray 간섭을 줄이는 소재와 구조를 가지는 것이 바람직하다. 로봇암(400) 전체가 X-ray 투과성 재질 일수도, CT 내부에 진입하여 환자의 영상에 영향을 주지 않도록 하는 부분(예를 들어, 엔드이펙터(460))의 전체 혹은 일부만 X-ray 투과성 재질일 수 있다.FIG. 6 is a view for explaining an example of a slave robot according to the present disclosure. The slave robot is composed of a robot arm 400 and a base 410. The robot arm 400 is fixed in position by the base 410 in the periphery of the patient 5 according to a control signal applied from the control unit 500. The robot arm 400 may have a multi-joint high precision (e.g., a positional accuracy of 1 mm), and preferably has a material and structure that reduces X-ray interference. The entire robot arm 400 may be an X-ray permeable material, or only a part or a part of the portion (for example, the end effector 460) that enters the CT and does not affect the image of the patient may be X- Lt; / RTI >

로봇암(400)은 베이스(410), 베이스(410)에 대해 슬라이딩되는 슬라이딩부(420), 슬라이딩부(420)에 연결된 제1 암(430), 제1 암(430)에 연결된 제2 암(440), 및 제2 암(440)에 연결된 제3 암(450)을 포함한다. 제3 암(450)에는 엔드이펙터(460)가 장착될 수 있고, 중재시술의 종류에 따라 엔드이펙터(460)의 종류가 달라질 수 있다. 엔드이펙터(460)가 로봇암(400)에 포함되는 것으로 볼 수도 있다. 엔드이펙터(460)는 제3 암(450)에 대해 움직임이 가능하다. 베이스(410), 슬라이딩부(420), 제1 암(430), 제2 암(440), 및 제3 암(450)은 엔드이펙터(460)의 위치결정부로서 기능하며, 엔드이펙터(460)는 생검바늘(470)의 자세를 결정하는 자세결정부로 볼 수 있다. 슬라이딩부(420), 제1 암(430)과, 제2 암(440)은 서로 그 끝이 회전가능하게 연결되어 엔드이펙터(460)의 높이를 결정하며, 제3 암이 제1 암과 제2 암이 연결되어 이루는 평면에 수직한 방향으로, 제2 암에 회전 가능하게 장착된다. 이때, 제3 암은 엔드이펙터(460)가 이미지 획득장치(600)에 접근하기 좋은 방향으로 장착될 것이다. 다시, 제 3암에 엔드이펙터(460)가 회전 가능하게 장착된다. 엔드이펙터(460)는 슬라이딩부(420)에 의해 이미지 획득장치(600) 방향으로 접근할 수 있다. 통상, 위치결정부는 이미지 획득장치(600)의 바깥에 위치할 수 있고, 자세결정부는 이미지 획득장치(600) 내에서 목표에 대해 자세(방위, 거리 등)을 잡는다. The robot arm 400 includes a base 410, a sliding portion 420 that slides relative to the base 410, a first arm 430 connected to the sliding portion 420, a second arm 430 connected to the first arm 430, A fourth arm 440, and a third arm 450 coupled to the second arm 440. The end effector 460 may be mounted on the third arm 450, and the type of the end effector 460 may be changed according to the kind of the intervention. The end effector 460 may be regarded as being included in the robot arm 400. The end effector 460 is movable relative to the third arm 450. The base 410, the sliding portion 420, the first arm 430, the second arm 440, and the third arm 450 function as a positioning portion of the end effector 460, and the end effector 460 Can be regarded as an attitude determining unit for determining the attitude of the biopsy needle 470. The sliding part 420, the first arm 430 and the second arm 440 are rotatably connected to each other to determine the height of the end effector 460. The third arm is connected to the first arm 430, 2 is rotatably mounted on the second arm in a direction perpendicular to the plane in which the two arms are connected. At this point, the third arm will be mounted in a direction that allows the end effector 460 to approach the image acquisition device 600. Again, the end effector 460 is rotatably mounted on the third arm. The end effector 460 can approach the image acquisition device 600 by the sliding portion 420. Normally, the positioning unit may be located outside the image obtaining apparatus 600, and the attitude determining unit may hold the attitude (orientation, distance, etc.) with respect to the target within the image acquiring apparatus 600.

도 5b에 제시된 바와 같이, 로봇암(400)은 제어부(500)에 연동되어 있으며, 제어부(500)는 생검바늘(470)의 끝의 좌표를 기구학적 모델(Kinematic model)을 이용하여 계산할 수 있다. 베이스(410)와, 테이블(620)의 위치관계, 슬라이딩부(420)와 제1 암(430)의 각도, 제1 암(430)과 제2 암(440)의 각도, 제2 암(440)과 제3 암(450)의 각도, 제3 암(450)과 엔드이펙터(460)의 각도, 암들(430,440,450)의 길이, 생검바늘(470)의 길이 등을 사용하여 생검바늘(470)의 끝의 공간상의 좌표를 계산할 수 있다. 각도 정보는 암들(430,440,450)을 움직이는 각각의 모터에 장착된 엔코더 혹은 변위를 나타낼 수 있는 센서를 이용하여 알아낼 수 있다. 이런 정보들은 제어부로 신호 전달되어, 제어부가 로봇암(400)의 기구학적 모델을 계산하여, 생검바늘(470)의 끝의 위치를 계산해 낼 수 있게 된다. 5B, the robot arm 400 is interlocked with the control unit 500, and the control unit 500 can calculate the coordinates of the end of the biopsy needle 470 using a kinematic model . The positional relationship between the base 410 and the table 620, the angle between the sliding portion 420 and the first arm 430, the angle between the first arm 430 and the second arm 440, The angle of the third arm 450 and the end effector 460, the length of the arms 430, 440 and 450, the length of the biopsy needle 470, The coordinates on the space of the end can be calculated. The angle information can be obtained using an encoder mounted on each motor that drives the arms 430, 440, and 450, or a sensor capable of indicating displacement. This information is transmitted to the control unit so that the control unit can calculate the kinematic model of the robot arm 400 and calculate the position of the end of the biopsy needle 470.

도 6(c)는 베이스(410)의 구조를 보이는 도면이다. 베이스(410)는 로봇암(400)을 상부에 탑재하도록 하며, 이동 가능하다. 로봇암(400)은 베이스(410)의 측면에 위치할 수도 있을 것이다. 베이스(410)를 이동 가능하게 하기 위해, 하부에 바퀴(411)가 달려 있으며, 특정 위치에서 움직이지 못하게 고정하기 위한 베이스 고정 장치(412)를 가지고 있다. 시술장에서 한 번 위치가 고정된 후, 임의로 혹은 의도치않게 움직이게 되면, 제어부(500)가 계산하는 의료도구(470)의 공간 좌표가 틀어지게 되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 베이스 고정 장치(412)는 베이스(410)가 로봇암(400)의 동작 중에도 안정적으로 고정될 수 있도록 베이스(410) 하면 일측에 하나 이상 형성 될 수 있으며, 제어부(500) 혹은 베이스(410) 자체의 전자적인 신호에 의해 지면과 접촉하여 베이스(410)를 고정하도록 할 수 있다. 이런 고정장치(412)는 슬레이브 로봇의 수평을 맞추는 역할을 할 수도 있다. 또한, 바퀴에 브레이크 시스템을 적용하여 베이스(410)를 움직임에 대해 더욱 견고하게 고정될 수 있도록 할 수 있다.6 (c) is a view showing the structure of the base 410. FIG. The base 410 allows the robot arm 400 to be mounted thereon and is movable. The robot arm 400 may be located on the side of the base 410. To enable the base 410 to move, a wheel 411 is attached at the bottom and has a base fixing device 412 for immovably fixing at a specific position. After the position is fixed once in the treatment field, if it randomly or unintentionally moves, there is a problem that the spatial coordinates of the medical tool 470 calculated by the control unit 500 may be distorted. The base fixing device 412 may be formed at one or more sides of the base 410 so that the base 410 can be stably fixed even during the operation of the robot arm 400 and the control unit 500 or the base 410 It is possible to fix the base 410 in contact with the ground by an electronic signal of itself. Such a fixing device 412 may serve to adjust the level of the slave robot. In addition, a brake system may be applied to the wheels to allow the base 410 to be more firmly secured against movement.

시술장에서 베이스(410)는 테이블(620)의 옆에 위치하며, 상부에 탑재된 로봇암(400)은 엔드이펙터(460)를 환자 위에서 CT 내부 방향으로 보내게 된다. 이 경우, 슬레이브 로봇의 무게중심의 위치가 베이스(410)의 중심에서 벗어나게 되어 로봇암(400)의 움직임의 안정성을 방해할 수 있다. 따라서, 베이스(410)의 내부에는 로봇암(400)의 움직임에 따라 슬레이브 로봇의 무게 중심을 변경할 수 있는 이동 무게추(413, Movable weight)가 있다. 엔드이펙터(460)의 위치가 슬레이브 로봇의 중심에서 멀어질 수록 이동 무게추(413)도 반대 측면으로 이동하게 된다. 본 개시의 실시예에 따르면, 이동 무게추(413)는 환자가 누워있는 테이블(620) 방향 축 상에서 양방향으로 움직일 수 있다. 이동 무게추 구동부(414)가 이동무게추(413) 아래에 위치하여, 로봇암(400)의 움직임에 따라 자동으로 수평을 맞출 수 있도록 움직일 수도 있을 것이다.In the treatment field, the base 410 is positioned next to the table 620, and the robot arm 400 mounted thereon sends the end effector 460 on the patient in the direction of the CT. In this case, the position of the center of gravity of the slave robot deviates from the center of the base 410, which may hinder the stability of movement of the robot arm 400. Accordingly, there is a moving weight 413 inside the base 410, which can change the center of gravity of the slave robot in accordance with the movement of the robot arm 400. As the position of the end effector 460 moves away from the center of the slave robot, the moving weight 413 also moves to the opposite side. According to an embodiment of the present disclosure, the moving weight 413 may move in both directions on the directional axis of the table 620 on which the patient is lying. The moving weight driving unit 414 may be positioned below the moving weight 413 so that the moving weight driving unit 414 may automatically move in accordance with the movement of the robot arm 400. [

도 6(d)는 엔드이펙터(460)를 설명하기 위한 도면이다. 엔드이펙터(460)는 반복적 바늘 삽입동작이 가능한 바늘 삽입형 엔드이펙터(460)로서, 생검바늘(470)의 조향 및 삽입 기능향상을 위해 바늘의 회전이 가능하도록 한다. 엔드이펙터(460)는 생검바늘(470)을 삽입하기 위한 삽입장치(462), 고정하기 위한 고정장치(461), 그리고 생검바늘(470)을 회전시키기 위한 바늘회전장치(463)를 포함하도록 구성된다. 생검바늘(470)의 삽입이 필요한 경우, 고정장치(461)는 생검바늘(470)을 잡고 있던 두 개의 바가 양방향으로 벌어져 고정을 해제하고, 삽입장치(462)는 생검바늘(470)을 잡고 있는 기어 혹은 톱니장치를 회전하도록 하여 생검바늘(470)이 이동되도록 한다. 생검바늘(470)의 원할한 삽입을 위하여 바늘의 회전이 필요한 경우에는, 바늘회전장치(463)가 작동하여 생검바늘(470)을 회전시킨다. 삽입장치(462)와 바늘회전장치(463)는 동시에 작동될 수도 있다.6 (d) is a view for explaining the end effector 460. FIG. The end effector 460 is a needle-inserted end effector 460 capable of repetitive needle insertion operation, and enables rotation of the needle to improve the steering and insertion function of the biopsy needle 470. End effector 460 is configured to include an insertion device 462 for inserting biopsy needle 470, a fixation device 461 for fixation, and a needle rotation device 463 for rotating biopsy needle 470 do. When insertion of the biopsy needle 470 is required, the fixing device 461 releases the two bars holding the biopsy needle 470 in both directions to release the fixation, and the insertion device 462 holds the biopsy needle 470 The gear or the toothed device is rotated so that the biopsy needle 470 is moved. When rotation of the needle is required for smooth insertion of the biopsy needle 470, the needle rotation device 463 operates to rotate the biopsy needle 470. The insertion device 462 and the needle rotation device 463 may be operated simultaneously.

긴급상황시 또는 생검바늘(470) 삽입종료 한 후에는 생검바늘(470)을 놓는(release) 기능을 가지는 것이 바람직하다. 엔드이펙터(460)는 이외에도 Dilation, RF Ablation 등의 시술용 의료도구(470)가 장착되어 관련한 시술을 할 수 있도록 한다. It is desirable to have a function of releasing the biopsy needle 470 at the time of an emergency or after the insertion of the biopsy needle 470 is completed. The end effector 460 is also equipped with a medical instrument for treatment 470 such as dilation and RF ablation so that the end effector 460 can perform related procedures.

제1 암(430), 제2 암(440), 및 제3 암(450) 구조는 긴급상황 발생시 삽입경로를 따라 그대로 후진하여 생검바늘(470)을 빼도록 하는데 유리한 구조를 가진다. 긴급상황을 제어부(500)가 자체적으로 인식한 경우, 혹은 제어부(500)의 비상 버튼을 시술자가 누른 경우에, 슬레이브 로봇은 먼저 엔드이펙터(470)가 생검바늘(470)을 놓도록 하고, 슬라이딩부(420)가 작동하여 로봇암(400)을 안전영역으로 이동하게 한다. 이는 제어부(500)에 의해 자동으로 이루어 질 수도 있고, 시술자가 직접 원하는 위치로 로봇암(400)을 옮길 수 있도록 슬라이딩부(420)의 모터 브레이크가 작동하지 않도록 할 수도 있다. 안전을 위해 로봇암(400)이 장애물(CT 장치 등)과 접촉시 동작이 정지되는 기능을 가질 수도 있다.The structure of the first arm 430, the second arm 440, and the third arm 450 has an advantageous structure in that the biopsy needle 470 is pulled back as it is along the insertion path when an emergency occurs. When the control unit 500 recognizes the emergency situation itself or the operator pushes the emergency button of the control unit 500, the slave robot first causes the end effector 470 to place the biopsy needle 470, So that the robot arm 400 moves to the safe area. This may be performed automatically by the control unit 500 or may prevent the motor brake of the sliding unit 420 from operating so that the operator can move the robot arm 400 to a desired position directly. And may have a function of stopping the operation when the robot arm 400 comes into contact with an obstacle (CT device or the like) for safety.

도 7 (a) (b)는 한 번에 다수의 생검을 할 수 있도록 하는 다기능 엔드이펙터(480)를 보인다. 다기능 엔드이펙터(480)는 복수의 생검바늘(470)을 수용할 수 있는 하우징(481), 하우징(481)을 회전시키는 구동 전달부(33), 이동자(35), 그리고 다기능 엔드이펙터(480)의 지지를 위한 지지부(482)를 포함하여 구성된다. 지지부(482)는 생검바늘(470)의 방위를 조절하도록 가이드랙을 구비할 수 있다. 하우징(481)에는 다수의 생검바늘(470)을 수용하도록 가이드 홀(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 하우징(481)의 하부에 생검바늘(470)의 출구가 형성되어 있다. 생검바늘(470)은 시스를 가질 수 있다. 생검바늘(470)은 시스 내부에서 이동 가능한 구조를 가진다. 그리고 하우징(481)의 가이드 홀에는 생검바늘(470)을 타겟까지 가이드 하는 가이드 바늘이 추가로 구비될 수 있다. 이 경우, 시술이 시작되면 가이드 바늘이 가장 먼저 삽입되고, 다른 생검 바늘들이 이 가이드 바늘을 통해서 타겟에 도달하여 샘플을 채취할 수 있도록 한다.Figures 7 (a) and 7 (b) show a multifunctional end effector 480 that allows multiple biopsies at a time. The multifunctional end effector 480 includes a housing 481 capable of receiving a plurality of biopsy needles 470, a drive transmission portion 33 for rotating the housing 481, a mover 35, and a multifunctional end effector 480. [ And a support portion 482 for supporting the support portion. The support portion 482 may include a guide rack to adjust the orientation of the biopsy needle 470. A guide hole (not shown) is formed in the housing 481 to accommodate a plurality of biopsy needles 470. An outlet of the biopsy needle 470 is formed in the lower portion of the housing 481. The biopsy needle 470 may have a sheath. The biopsy needle 470 has a structure movable within the sheath. The guide hole of the housing 481 may further include a guide needle for guiding the biopsy needle 470 to the target. In this case, when the procedure is started, the guide needle is inserted first, and other biopsy needles reach the target through the guide needle so that a sample can be taken.

구동 전달부(33)는 톱니 또는 기어가 구비되어 하우징(481)을 회전시키거나 생검바늘(470)을 회전 시킬 수 있다. 이동자(35)에는 생검바늘(470)을 이동시키기 위한 홀더가 구비되어 이동자(35)에 전달되는 모터의 힘을 생검바늘(470)에 전달하여, 생검바늘(470)을 상하로 구동 시킬 수 있다(도 7b 참조).The drive transmitting portion 33 may be provided with teeth or gears to rotate the housing 481 or to rotate the biopsy needle 470. The slider 35 is provided with a holder for moving the biopsy needle 470 to transmit the force of the motor transmitted to the slider 35 to the biopsy needle 470 to drive the biopsy needle 470 up and down (See FIG. 7B).

엔드이펙터(460)는 지지부(482)에 결합되는 암결합부(483)를 더 포함할 수 있다. 암결합부(483)는 로봇암(400)에 결합되며, 예를 들어, 도 6에 제시된 제3 암(450)에 장착 및 탈착될 수 있다. 본 예에서 암결합부(463)는 지지부(462)를 밀거나 당기는 복수의 링크들과 모터를 포함하는 기구(484)를 가질 수 있으며, 이러한 기구(484)에 의해 지지부(482)를 회전하거나 기울임으로써, 하우징(481)에 장착된 생검바늘(470)을 도 7 (a)에 제시된 바와 같이 방위를 변경하거나, 생검바늘(470)의 높이를 일정하게 하면 수평이동시킬 수 있다. 물론, 이러한 생검바늘(470)의 자세제어는 로봇암(400)의 동작과 엔드이펙터(460)의 동작의 조합에 의해 이루어지는 것도 가능하며, 엔드이펙터(460)가 로봇암(400)에 고정되고, 로봇암(400)에 의해서만 자세제어가 되는 예도 가능하다.The end effector 460 may further include an arm engagement portion 483 coupled to the support portion 482. The female engaging portion 483 is coupled to the robot arm 400 and can be mounted and detached, for example, to the third arm 450 shown in Fig. The female engagement 463 in this example may have a mechanism 484 including a plurality of links and a motor that pushes or pulls the support 462 to rotate the support 482 The biopsy needle 470 attached to the housing 481 can be tilted so that the biopsy needle 470 is horizontally moved as shown in FIG. 7 (a) or when the height of the biopsy needle 470 is constant. The biopsy needle 470 may be controlled by a combination of the operation of the robot arm 400 and the operation of the end effector 460. The end effector 460 may be fixed to the robot arm 400 , And the robot arm 400 only controls the posture.

엔드이펙터(460)는 도 6 (d)에서와 같이 제 3암(450)에 암결합부(480)를 거치지 않고 직접 결합 될 수 있다. 이때, 제 3암 또는 엔드이펙터(460)에 엔드이펙터(460)를 회전시키기 위한 구동 모터가 장착되어 의료도구(470)의 방향을 피치itch) 방향(도 10 참조)으로 조향할 수 있도록 한다.The end effector 460 may be directly coupled to the third arm 450 without passing through the female engaging portion 480 as shown in FIG. 6 (d). At this time, a driving motor for rotating the end effector 460 is mounted on the third arm or end effector 460 so that the direction of the medical tool 470 can be steered in the pitch itch direction (see FIG. 10).

도 8은 의료영상을 사용하는 중재시술의 가이드 시스템에 부가장비를 추가한 예를 설명하기 위한 도면으로서, 본 예에는 로봇암(400)에 카메라(480)(광학 카메라 혹은 열, 적외선 카메라)와 레이저 포인터 장비가 설치되어 있다. 제어부(500)로부터 지시에 따라 슬라이딩부(420), 제1 암(430), 제2 암(440), 및 제3 암(450)이 움직여 테이블(620) 위의 환자(5) 위로 이동하며, 슬라이딩부(420)가 베이스(410) 상에서 슬라이딩되어 CT 장치(600) 내로 엔드이펙터(460)가 수평이동할 수 있다. CT 장치(600) 내로 엔드이펙터(460)만 들어가거나, 제3 암(450)의 일부 및 엔드이펙터(460)가 CT 장치(600) 내로 들어갈 수 있다. 이후, 엔드이펙터(460)가 자세 제어되며, 생검바늘(470)이 삽입경로(475; 도 15f 참조)를 따라 정렬된다. 생검바늘(470)이 환자(5) 피부에 레이저 포인터(L1,L2)로 표시된 삽입점(471) 위에 정렬된 것을 화면으로 보여준다(도 15f 참조). 이러한 카메라(480) 영상은 제어부(500)의 디스플레이(350)에 표시된다(917; 도 24 참조). 8 is a view for explaining an example in which additional equipment is added to the guide system of the intervention procedure using the medical image. In this example, the robot arm 400 is provided with a camera 480 (optical camera or thermal, infrared camera) A laser pointer device is installed. The sliding portion 420, the first arm 430, the second arm 440 and the third arm 450 are moved from the control unit 500 to the patient 5 on the table 620 , The sliding portion 420 may slide on the base 410 to allow the end effector 460 to move horizontally into the CT device 600. Only the end effector 460 may be inserted into the CT apparatus 600 or a part of the third arm 450 and the end effector 460 may be inserted into the CT apparatus 600. Thereafter, the end effector 460 is posture controlled, and the biopsy needle 470 is aligned along the insertion path 475 (see FIG. 15F). The biopsy needle 470 is aligned on the insertion point 471 indicated by laser pointers L1 and L2 on the skin of the patient 5 (see FIG. 15F). The image of the camera 480 is displayed on the display 350 of the control unit 500 (917; see FIG. 24).

카메라(480)는 방사선 조사 영역(615)에 들어가지 않도록 하며, 생검바늘(470)과 삽입점(20; 도 15f 참조)을 잘 보여줄 수 있는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 도 8(b)에 제시된 바와 같이, 엔드이펙터(460)는 CT 장치(600)의 방사선 조사영역(615) 내에 들어갈 수도 있지만, 엔드이펙터(460)로부터 생검바늘(470) 장착부(455)만 돌출되어 엔드이펙터(460)가 방사선 조사영역(615)에 들어가는 부분을 최소화하는 것도 고려할 수 있다. 또는 엔드이펙터(460) 중 방사선 조사 영역(615)에 들어가는 부분은 투과성 재질로 형성되는 것도 고려할 수 있다. 본 예에서, 카메라(480)는 엔드이펙터(460)에 방사선이 닿지 않는 부분에 설치된다. 카메라(480)와 함께 방사선 감지 센서를 설치하여, 카메라(480)가 방사선 조사 영역에 들어가는 경우 알람을 울리거나 표시하여 카메라(480)가 방사선 조사 영역을 피하도록 하는 것도 고려할 수 있다.The camera 480 is preferably installed at a position that does not enter the irradiation area 615 and can show the biopsy needle 470 and the insertion point 20 (see FIG. 15F). 8 (b), the end effector 460 may enter the radiation irradiation area 615 of the CT apparatus 600, but only the biopsy needle 470 mounting portion 455 protrudes from the end effector 460 Thereby minimizing the portion of the end effector 460 entering the irradiation region 615. [ Or the portion of the end effector 460 which enters the irradiation region 615 may be formed of a transparent material. In this example, the camera 480 is installed at a portion of the end effector 460 where the radiation does not reach. It is also conceivable to install a radiation detection sensor in conjunction with the camera 480 so that when the camera 480 enters the radiation application area, an alarm is sounded or displayed so that the camera 480 avoids the radiation application area.

도 9는 마스터콘솔(310)을 설명하기 위한 도면이다. 제어부(500)는 로봇암(400)을 제어하기 위한 마스터콘솔(310)을 포함한다. 도 9a에 제시된 예에서 마스터콘솔(310)은 모드전환을 제어하는 클러치(313), 생검바늘(470)의 삽입을 제어하는 삽입버튼(311), 및 생검바늘(470)의 회전을 제어하는 회전버튼(312)을 포함하도록 구성된다. 또한, 마스터콘솔(310)은 비상정지 장치를 구비할 수 있으며, 모터 및 센서를 구비할 수 있다.9 is a diagram for explaining the master console 310. FIG. The control unit 500 includes a master console 310 for controlling the robot arm 400. 9A, the master console 310 includes a clutch 313 for controlling the mode switching, an insertion button 311 for controlling the insertion of the biopsy needle 470, and a rotation controlling rotation of the biopsy needle 470 Button 312, as shown in FIG. In addition, the master console 310 may include an emergency stop device, and may include a motor and a sensor.

마스터콘솔(310)을 지지하는 기구부는 마스터 콘솔(310)에 의해 생검바늘(470)의 롤링(Rolling)과 피칭(Pitching)운동을 표현할 수 있는 구조를 가지고 있다. 도 9(b)에서는 6개의 엔코더를 양측에 3개씩 서로 다른 축을 나타내도록 설치하여, 마스터 콘솔의 움직임 정보를 신호 변환 하는 구조에 대한 것이다. 다른 실시예로 9(c)는 마스터 콘솔을 둘러싸는 원형의 지지대에 직교하는 두 축에 엔코더를 장착하여 콘솔의 롤링과 피칭 정보를 신호 변환 할 수 있다. 로봇을 x-y 좌표로 이동하기 위한 구조(미도시)는 이들 롤링-피칭 기구부에 연결되어 장착된다. The mechanism portion supporting the master console 310 has a structure capable of expressing the rolling and pitching movements of the biopsy needle 470 by the master console 310. Fig. 9 (b) shows a structure in which six encoders are provided so as to represent three different axes on both sides, and the motion information of the master console is converted. In another embodiment 9 (c), encoders can be mounted on two axes orthogonal to the circular support surrounding the master console to signal-convert the rolling and pitching information of the console. The structure (not shown) for moving the robot in the x-y coordinates is connected to these rolling-pitching mechanisms.

제어부는 슬레이브 로봇을 로봇암(400)을 움직이게 하는 위치결정 단계와, 엔드이펙터(460)를 움직이게 하는 생검바늘(470) 자세제어 단계로 나누어 구동하게 할 수 있다. 상황에 따라서는, 도 9a에 제시된 바와 같이, 시술자가 직접 이런 단계를 나누어서 작동할 수 있다. 위치결정단계에서 자신이 원하는 방향으로 마스터콘솔(310)을 조종하여 생검바늘(470)을 전후 및 좌우로 기울이거나, 다른 여러 방향으로 기울여서, 원하는 위치로 움직이고, 자세제어 단계에서, 마스터콘솔(310)을 전후 및 좌우로 기울이거나, 다른 여러 방향으로 기울여서, 생검바늘(470)의 롤링(rolling), 및 피칭 (pitching) 동작을 제어할 수 있다(도 10 참조). The control unit may be divided into a positioning step for moving the robot arm 400 and a biopsy needle 470 for controlling the end effector 460 to be driven. Depending on the situation, the practitioner can operate these steps separately, as shown in Figure 9A. In the positioning step, the master console 310 is manipulated in a desired direction to tilt the biopsy needle 470 forward, backward, left and right, tilts in various directions, and moves to a desired position. In the posture control step, ) Of the biopsy needle 470 can be controlled by tilting the biopsy needle 470 forward, backward, leftward, and rightward, or tilting the biopsy needle 470 in various directions (see FIG. 10).

이렇게 생검바늘(470)이 삽입경로(475; 도 15f 참조)에 따라 정렬되고 나면, 시술자가 삽입버튼(311)을 눌러 바늘삽입 모드로 시스템을 전환 시킨다. 시스템이 바늘삽입 모드로 전환되면 제어부(500)는 엔드이펙터(460)의 삽입버튼(311)과 회전버튼(312)에 의한 명령 이외에 다른 움직임 신호는 받아 들이지 않도록 한다. 회전버튼(312)을 돌리면 생검바늘(470)의 회전(Rotating) 동작을 제어할 수 있다(도 10 참조). 이후, 클러치(313)를 누른 상태에서 삽입버튼(311)을 누르면, 생검바늘(470)이 삽입점(471)을 뚫고 들어간다. 생검바늘(470) 삽입 과정에서 회전버튼(312)의 동시 명령도 가능하게 하여, 생검바늘(470)이 환자 체내에 진입하면서 회전될 수 있도록 할 수 있다.After the biopsy needle 470 is aligned according to the insertion path 475 (see FIG. 15F), the practitioner presses the insertion button 311 to switch the system to the needle insertion mode. When the system is switched to the needle insertion mode, the control unit 500 does not accept any other motion signals other than the command by the insertion button 311 and the rotation button 312 of the end effector 460. The rotating button 312 can be turned to control the rotation of the biopsy needle 470 (see FIG. 10). Thereafter, when the insertion button 311 is pressed in a state where the clutch 313 is depressed, the biopsy needle 470 penetrates the insertion point 471. Simultaneous command of the rotary button 312 during the insertion of the biopsy needle 470 is also made possible so that the biopsy needle 470 can be rotated while entering the patient's body.

이때, 전술한 바와 같이, 생검바늘(470)은 시스만을 포함하고, 시술자가 시스를 가이드로 하여 조직을 채취할 수 있다. 이를 위해, 로봇암(400)은 시스를 삽입한 후에 CT 장치(600)로부터 빠져나온다. 또는, 로봇암(400)이 시스를 계속 고정하고 있는 상태에서 시술자에 의해 시스를 가이드로 하여 조직 채취가 이루어질 수 있다. 이와 다르게, 엔드이펙터(460)에 장착된 생검바늘(470)이 이너스타일렛과 시스를 모두 포함하고, 로봇암(400)에 의해 조직의 채취까지 수행되는 것도 가능하다.At this time, as described above, the biopsy needle 470 includes only the sheath, and the practitioner can take the tissue using the sheath as a guide. To this end, the robot arm 400 exits the CT apparatus 600 after inserting the sheath. Alternatively, in the state where the robot arm 400 keeps fixing the sheath, tissue collection can be performed with the sheath as a guide by the operator. Alternatively, it is also possible that the biopsy needle 470 attached to the end effector 460 includes both the inner stylet and the sheath, and the tissue can be harvested by the robot arm 400.

도 10은 엔드이펙터(460)에 장착된 생검바늘(470)을 마스터콘솔(310)에 의해 제어하는 과정의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 로봇암(400)의 위치결정이 된 이후, 생검바늘(470)의 자세조정 단계에서 생검바늘(470)은 엔드이펙터(460)와 제3 암(450)에 의해 자세 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 10a에 제시된 바와 같이, 마스터콘솔(310)을 전후 및 좌우로 기울이거나, 다른 여러 방향으로 기울여서, 생검바늘(470)은 X축에 대해 회전하여 롤링(rolling)되거나, 도 10b에 제시된 바와 같이, Y축에 대해 회전하여 피칭(pitching)될 수 있다. 도 7에서 전술된 바와 같이, 엔드이펙터(460)는 제3 암(450)에 대해 롤링되거나 피칭될 수 있고, 이에 따라 생검바늘(470)이 롤링 및 피칭될 수 있다. 또한, 회전버튼(312)을 돌려서 엔드이펙터(460)에 의해 생검바늘(470)이 회전하여 요잉(Yawing)될 수 있다.10 is a view for explaining an example of a process of controlling the biopsy needle 470 attached to the end effector 460 by the master console 310. After the robot arm 400 is positioned, In the posture adjusting step of the needle 470, the biopsy needle 470 can be posture controlled by the end effector 460 and the third arm 450. 10A, the biopsy needle 470 may be rolled or rotated about the X axis by tilting the master console 310 back and forth, side to side, or tilting in many other directions, as shown in FIG. 10B And can be rotated and pitched about the Y-axis, as shown in Fig. 7, the end effector 460 may be rolled or punched relative to the third arm 450, such that the biopsy needle 470 may be rolled and pinched. Further, the biopsy needle 470 may be rotated by the end effector 460 by turning the rotation button 312 to be yawed.

도 11은 본 개시에 따른 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 의료영상을 사용한 중재시술의 가이드 방법은 폐, 신장, 간 등의 장기(organ)에 적용될 수 있으며, 장기 이외의 부위에도 적용이 배제되는 것은 아니다. FIG. 11 is a view for explaining an example of a guide method of an intervention procedure using a medical image according to the present disclosure. The guide method of an intervention procedure using a medical image may be applied to an organ such as lung, kidney, liver, , It is not excluded to apply to other parts of the organ.

의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법(이하, 중재시술 가이드 방법)에 있어서, 먼저, 시술전 영상이 획득된다(S210). 시술전 영상은 이미지 획득장치(600)를 사용하여 획득된다. 이미지 획득장치(600)로는 CT 장치(600), Cone-beam CT(CBCT) 장치, MRI 장치와 같은 의료용 3차원 이미지 획득장치(600)가 이용될 수 있다. CT장치에 의해 획득된 폐, 간 등에 대한 시술전 영상(예: 811,812,813; 도 17 참조)은 디스플레이(350)에 로딩된다. 여기서 디스플레이(350)는 중재시술 시스템의 디스플레이(350)이거나, 별개의 시술계획을 위한 디스플레이(350)일 수 있다. 디스플레이된 시술전 영상에서 수술 부위가 확인 및 검토되며, 시술전 영상이 분할(segmentation)된다. 분할의 결과, 예를 들어, 피부, 뼈, 혈관, 시술되는 장기, 보호되는 장기, 중요 구조물, 및 대상(target; 목표, 병변, 또는 병소)이 분할되어 각각의 데이터로 정의된다. 분할된 시술전 영상은 중재시술 시스템에 저장되거나 시술시에 중재시술 시스템의 외부로부터 전송받을 수 있다.In an intervention procedure guide method using a medical image (hereinafter referred to as an intervention procedure guide method), a pre-operation image is acquired (S210). The pre-operation image is acquired using the image acquisition device 600. [ As the image obtaining apparatus 600, a medical three-dimensional image obtaining apparatus 600 such as a CT apparatus 600, a Cone-beam CT (CBCT) apparatus, or an MRI apparatus may be used. Pre-treatment images (e.g., 811, 812, 813; see FIG. 17) for the lung, liver, etc. acquired by the CT device are loaded into the display 350. Where the display 350 may be the display 350 of the interventional treatment system or the display 350 for a separate treatment plan. The surgical site is checked and reviewed in the displayed pre-procedure images, and the pre-procedure images are segmented. As a result of the segmentation, for example, skin, bones, blood vessels, organs to be treated, protected organs, critical structures, and targets (targets, lesions, or lesions) are divided and defined as respective data. The divided preoperative images can be stored in the interventional system or transmitted from outside the interventional system during the procedure.

이후, 분할된 시술전 영상을 기초로 의료도구(470)의 삽입경로(예: 475; 도 17 참조)가 생성된다(S220). 예를 들어, 환자(5)의 방향이 결정되고, 삽입점(471), 삽입방위, 및 삽입거리가 결정되며, 생검바늘(470)의 종류 및 엔드이펙터(460)가 선택되고, 삽입경로(path)가 표시되고 미세조정이 이루어져서 삽입경로를 포함한 시술계획이 생성된다. 삽입경로는 생검바늘(470)에 의한 침습이 최소화되도록 선택되는 것이 바람직하다. 삽입경로는 사용자 인터페이스를 통해 시술자로부터 몇 가지의 지시나 지정 또는, 선택을 받으면, 상기 시술계획이 컴퓨터에 의해 자동생성되고 표시장치에 시각화되어 표시되는 방식이 가능하다. 시술계획이 TCP/IP 또는 전용 통신 프로토콜을 이용하여 중재시술 시스템에 저장되거나 전송된다. 또는 중재시술 시스템에서 시술계획이 생성될 수 있다.Thereafter, an insertion path (e.g., 475; see FIG. 17) of the medical instrument 470 is generated based on the divided pre-operation images (S220). For example, the direction of the patient 5 is determined, the insertion point 471, the insertion direction, and the insertion distance are determined, the type of the biopsy needle 470 and the end effector 460 are selected, path) is displayed and fine adjustment is made to create a treatment plan including the insertion path. The insertion path is preferably selected so as to minimize invasion by the biopsy needle 470. When the insertion route is instructed or designated or selected by the practitioner through the user interface, the procedure plan is automatically generated by the computer and visualized on the display device and displayed. The treatment plan is stored or transmitted to the interventional system using TCP / IP or a dedicated communication protocol. Or a treatment plan may be created in the interventional procedure system.

도 12 내지 도 14는 시술계획 생성 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 시술전 영상의 분할의 결과 시술전 영상에 포함된 해부학적 구조물(예: 혈관, 뼈 등)이 복셀(voxel)의 3차원 집합으로 구해진다. 예를 들어, 볼륨 흉부 시티 영상(volumetric chest CT images; 이하 폐 영상)을 획득한 후, 폐 영상이 분할되어 분할된 폐 영상이 준비된다. 예를 들어, 폐 영상에 포함된 해부학적 구조물(예: 혈관, 갈비뼈, 에어웨이(airway), 폐 경계 등)이, 분할 기법(예: 어뎁티브 쓰레쉬홀드(adaptive threshold))에 의해 분할(segmentation)된다. 분할의 결과, 혈관 등의 해부학적 구조물이 복셀의 3차원 집합으로 추출된다. 도 12는 혈관 등의 해부학적 구조물이 분할된 폐 영상의 엑시얼뷰(axial)를 보여준다. 폐 영상으로부터 분할된 혈관, 갈비뼈(rib), 에어웨이(airway) 등의 해부학적 구조물이 폐 마스크(lung mask), 혈관 마스크(vessel mask), 립 마스크(Rib mask), 에어웨이 마스크(airway mask) 등으로 저장된다.12 to 14 are diagrams for explaining an example of a procedure plan generation method. First, the anatomical structures (eg, blood vessels, bones, etc.) included in the pre-operation image are obtained as a three-dimensional set of voxels as a result of division of the pre-operation images. For example, after acquiring volumetric chest CT images (lung images), the lung images are divided into divided lung images. For example, anatomical structures (eg, blood vessels, ribs, airways, lung boundaries, etc.) included in a lung image are segmented by a segmentation technique (eg, adaptive threshold) )do. As a result of the segmentation, anatomical structures such as blood vessels are extracted into a three-dimensional set of voxels. 12 shows an axial view of a lung image in which an anatomical structure such as a blood vessel is divided. Anatomical structures such as blood vessels, ribs, and airways, which are divided from lung images, may be used as a lung mask, a vessel mask, a rib mask, an airway mask, etc. .

이후, 폐 마스크(lung mask), 혈관 마스크(vessel mask), 립 마스크(Rib mask), 에어웨이 마스크(airway mask) 등을 사용하여 폐 경계 디스턴스 맵(distance map of lung boundary), 립 디스턴스 맵(distance map of rib), 폐혈관 디스턴스 맵(distance map of pulmonary vessel), 에어웨이 디스턴스 맵(distance map of airway) 등이 만들어진다. Thereafter, using a lung mask, a vessel mask, a rib mask, an airway mask, and the like, a distance map of a lung boundary, a distance map map of rib, a distance map of pulmonary vessel, and a distance map of airway.

폐혈관 디스턴스 맵의 생성 과정은 폐 영상의 모든 복셀들에 혈관의 경계로부터 모든 복셀들까지의 거리 정보가 부여되는 과정을 포함할 수 있다. 폐 경계 디스턴스 맵, 립 디스턴스 맵 및 에어웨이 디스턴스 맵의 생성 과정도 마찬가지로, 각각 폐 경계로부터 거리, 갈비뼈 경계로부터 거리 및 에어웨이 경계로부터 거리 정보가 복셀들에 부여되는 과정들을 포함할 수 있다. 이와 같은 디스턴스 맵들을 사용하여 삽입경로의 거리 또는 삽입경로와 해부학적 구조물 사이의 거리가 계산될 수 있다. 따라서 생검바늘(470)의 삽입경로와 교차되는 해부학적 구조물을 찾을 수 있다.The generation process of the pulmonary blood vessel distance map may include a process of giving distance information to all the voxels in the pulmonary image from the blood vessel boundary to all the voxels. The generation process of the lung boundary distance map, lip distance map and airway distance map may likewise include processes in which distance information from the lung boundary, distance from the rib boundary, and distance information from the airway boundary are imparted to the voxels, respectively. Using such distance maps, the distance of the insertion path or the distance between the insertion path and the anatomical structure can be calculated. Thus, an anatomical structure that intersects the insertion path of the biopsy needle 470 can be found.

전술된 디스턴스 맵은 침습량 및 삽입경로의 거리를 계산하는 과정에 사용될 수 있다. 침습량 및 삽입경로의 거리를 계산하는 데 있어서, 디스턴스 맵을 사용하는 방법 이외에, 폐혈관 트리(tree)를 사용하는 방법이 고려될 수 있다. 폐혈관 트리를 사용하여, 삽입경로와 만나는 혈관의 개수 및 혈관이 침습되는 정도가 계산될 수 있다. The above-described distance map can be used in the process of calculating the distance of the penetration amount and the insertion path. In calculating the distance between the invasive volume and the insertion path, a method of using a pulmonary vein tree may be considered in addition to the method of using the distance map. Using the pulmonary vein tree, the number of blood vessels meeting the insertion path and the extent to which the blood vessels are invasive can be calculated.

삽입경로와 만나는 혈관 등의 해부학적 구조물까지의 거리는 3D 레이케스팅(ray casting)에 의해 디스턴스 맵을 사용하거나, 폐혈관 트리를 사용하여 계산된다. 360도 전체를 레이케스팅하여 삽입경로를 찾을 수도 있지만, 불필요한 계산을 생략하기 위해 사용자(예; 시술자)가 삽입점(entry point)의 범위(20)를 정의해 줄 수 있다(도 12 참조). 이때의 삽입점의 범위(20)는 생검바늘(470)의 삽입이 의료적 관점에서 불허인 영역을 제외하고 넓게 선택될 수 있다. 삽입점의 범위(20)가 정해지면 컴퓨터가 삽입점의 범위(20) 내에서 자동으로 삽입점을 계속 변경해 가면서 삽입점으로부터 대상까지 삽입경로가 설정되고, 각 삽입영역에 대해 혈관 등에 대한 침습량과 삽입경로의 거리가 계산될 수 있다. 예를 들어, 최단 거리 삽입경로(300; 도 12 참조)의 삽입점(471)을 기준으로 일정 범위가 삽입점 범위로 주어지고, 이 범위 내에서 삽입점이 변경되면서 삽입경로의 침습량과 거리가 계산된다. 도 12에는 2D 엑시얼 단면이 예시되어 있지만, 삽입경로의 추출은 3차원으로 수행될 수 있다. 여기서 침습량은, 삽입경로가 혈관 등 해부학적 구조물과의 만나는 개수 및 두께(또는 면적)이고, 삽입경로의 거리는, 폐의 경계의 삽입점으로부터 목표(100)까지 거리이다. 실재 삽입경로는 이 두 가지 방식을 포함한 그 사이에서 결정된다. 예를 들어, 침습량이 허용치 이하인 삽입경로가 추출되고, 그 중에서 삽입경로의 거리가 최소인 삽입경로가 최적 삽입경로가 되어 추출될 수 있다.The distance to the anatomical structures, such as the vessels that meet the insertion path, is calculated using a distance map by 3D casting or using a pulmonary vascular tree. Although the entire 360 degrees may be laid to find the insertion path, a user (e.g., a practitioner) may define the range 20 of the entry point to avoid unnecessary computation (see FIG. 12). The range 20 of the insertion point at this time can be widely selected except for the area where insertion of the biopsy needle 470 is not allowed from a medical viewpoint. When the range (20) of the insertion point is determined, the insertion path is set from the insertion point to the target while the computer continuously changes the insertion point automatically within the range (20) of the insertion point. And the distance of the insertion path can be calculated. For example, a certain range is given as the insertion point range based on the insertion point 471 of the shortest distance insertion path 300 (see FIG. 12), and as the insertion point is changed within this range, . Although a 2D excise section is illustrated in Fig. 12, the extraction of the insertion path can be performed in three dimensions. Here, the amount of invasion is the number and thickness (or area) of the insertion path with the anatomical structure such as the blood vessel, and the distance of the insertion path is the distance from the insertion point of the lung boundary to the target 100. The actual insertion path is determined between these two methods. For example, an insertion path having an infiltration amount less than a tolerance value is extracted, and an insertion path having a minimum insertion path distance can be extracted as an optimal insertion path.

도 13 안전 여유에 의해 축소된 삽입경로를 나타내는 도면으로서, 이러한 복수의 삽입경로는 3차원의 삽입영역(230)으로 표시될 수 있다. 삽입영역(230)은 삽입점(271)으로부터 목표(100)까지 단면적이 감소하는 콘(cone) 형상을 이룰 수 있다. 또는, 삽입영역이 원통 형상을 가질 수 있다. 경험적으로 또한 이론적으로 생검바늘(470)의 삽입영역의 안전 여유(safty margin)가 정해진다. 안전 여유는 혈관(140)이나 virtual wall(120; 예: 폐 이외의 다른 장기(organ) 등)의 침습되는 구조물로부터 일정 거리 영역이 될 수 있다. 따라서 삽입영역(230) 중에서 안전 여유 내의 삽입경로는 제거되는 것이 바람직하다. 이와 같이 안전 여유 내의 삽입경로가 제거된 결과 축소된 삽입영역(235)가 생성될 수 있다.FIG. 13 is a diagram showing an insertion path reduced by a safety margin, and such a plurality of insertion paths can be represented by a three-dimensional insertion area 230. The insertion region 230 may have a cone shape with a reduced cross-sectional area from the insertion point 271 to the target 100. Alternatively, the insertion region may have a cylindrical shape. Empirically and theoretically, the safety margin of the insertion area of the biopsy needle 470 is determined. The safety margin may be a distance from the invading structure of the blood vessel 140 or the virtual wall 120 (e.g., other organs other than the lung). Therefore, it is preferable that the insertion path in the safety margin in the insertion area 230 is removed. As a result of the removal of the insertion path in the safety margin, a reduced insertion area 235 can be generated.

도 14는 도 13에서 설명된 삽입경로가 실제 구현된 예를 나타내는 도면으로서, 갈비뼈와, 갈비뼈 사이로 Cone 형상의 삽입영역(235)과, 선택된 삽입경로(475)가 3차원으로 시각화된 모습이 나타난다. 상기 3차원 시각화된 삽입영역(235)과, 삽입경로(475)를 더욱 확실하게 확인(confirm)하기 위해, MPR(multiplanar reconstruction; 예: axial view, coronal view, sagittal view) 상에 삽입영역(235)과, 최적 삽입경로 및 선택된 삽입경로(475)가 오버레이되어 표시될 수 있다. 이와 같이, 침습량, 삽입경로의 거리에서 최적화되고, 호흡까지 고려되며, MPR 상에서 확인된 삽입경로를 따라 생검바늘(470)이 가이드되어 생검(biopsy) 등 필요한 시술이 수행될 수 있다. 만약 이를 위한 시스템이 제어부(500) 별도로 구성되어 있다면 최종 컨펌된 삽입경로가 TCP/IP 또는 전용 통신 프로토콜을 이용하여 중재시술 시스템으로 전송되어 시술에 도움이 되게 할 수 있다.Fig. 14 is a diagram showing an example in which the insertion path described in Fig. 13 is actually implemented. In Fig. 14, a cone-shaped insertion region 235 and a selected insertion path 475 are visualized three-dimensionally between the ribs, the ribs . In order to more surely confirm the insertion path 475 and the three-dimensional visualized insertion area 235, an insertion area 235 (see FIG. 3) is formed on a multiplanar reconstruction (e.g., axial view, coronal view, sagittal view) ), The optimal insertion path and the selected insertion path 475 may be overlaid and displayed. In this way, the biopsy needle 470 is guided along the insertion path confirmed on the MPR, so that the biopsy and other necessary procedures can be performed. If the system for this purpose is configured separately from the control unit 500, the final confirmed insertion path may be transmitted to the interventional system using TCP / IP or a dedicated communication protocol to assist in the procedure.

도 15는 중재시술 시스템의 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면으로서, 시술장 영상이 획득되고, 생검바늘(470)의 삽입경로가 생성되는 과정에서는 도 15a 도시된 것과 같이, 로봇암(400)이 대기 상태로 세팅된다. 이때, 생검바늘(470)은 로봇암(400)에 장착되어 있다. 시술계획이 시술전 영상(Pre-CT)과 함께 로딩되어 디스플레이(350; 도 17 참조)에 표시되며, 환자(5)의 자세가 조정될 수 있다. 로봇암(400)에 전원이 들어오면, 부가적으로 켈리브레이션(Calibration)이 수행될 수 있다. 환자(5)의 호흡, 및 움직임을 모니터링할 준비가 되며, 로봇암(400)과 CT 장치(600) 간에 정합이 이루어진다. 15A is a view for explaining an example of the operation of the interventional treatment system. In the process of acquiring the procedure field image and generating the insertion path of the biopsy needle 470, the robot arm 400, Is set to the standby state. At this time, the biopsy needle 470 is attached to the robot arm 400. The treatment plan is loaded together with the pre-treatment image (Pre-CT) and displayed on the display 350 (see FIG. 17), and the posture of the patient 5 can be adjusted. When the robot arm 400 is powered on, additional calibration may be performed. The robot arm 400 is ready to monitor the respiration and movement of the patient 5, and the matching between the robot arm 400 and the CT apparatus 600 is performed.

이후, 시술 직전 시술장 영상(Ref-CT)이 획득된다. 도 15b에 도시된 것과 같이, 시술장의 테이블(620)에 환자(5)가 위치하고, 테이블(620)에 의해 환자(5)가 CT 장치(600) 내로 진입되고, CT 장치(600)가 작동되어, 환자(5)의 시술장 영상이 획득된다(S230). Thereafter, the immediately preceding procedure procedure image Ref-CT is acquired. 15B, the patient 5 is placed on the table 620 of the treatment field, the patient 5 enters the CT apparatus 600 by the table 620, and the CT apparatus 600 is operated , A procedure field image of the patient 5 is acquired (S230).

시술전 영상과 시술장 영상이 각각 디스플레이(350)에 표시될 수 있다(예: 도 19 참조). 이후, 시술전 영상과 시술장 영상이 정합된다(S240; 예: 도 19 및 도 20 참조). 예를 들어, 테이블(620) 좌표계를 이용하여 시술장 영상을 시술전 영상에 정합한 후, 시술장 영상 스케일(scale)로 재변환된다.The pre-operation image and the treatment field image can be displayed on the display 350 (e.g., see Fig. 19). Thereafter, the pre-operation image and the treatment field image are matched (S240; see, for example, FIGS. 19 and 20). For example, the procedure field image is matched to the pre-operation image using the coordinate system of the table 620, and then converted into the procedure field image scale.

정합의 방법으로는 강체정합(rigid registration) 및 비강체정합(non-rigid registration)의 방법이 함께 사용될 수 있다. 이런 상호보완정보 기반 강체정합(Mutual information based rigid registration)에 의해 시술전 영상과 시술장 영상이 정합된다. 상호보완정보 기반 강체정합에서는 한 이미지에서 비슷한 음영을 가지는 비슷한 조직 영역은 다른 이미지의 비슷한 음영으로 이루어진 영역에 대응될 것이라고 가정된다. 또는, 알려진 다른 정합의 방법이 사용될 수 있다. 정합의 결과, 삽입경로가 시술장 영상에 매핑되어 표시되며(예: 도 20 참조), 환자(5), 로봇암(400), 및 CT 장치(600)의 좌표계가 정합된다.As the matching method, a method of rigid registration and non-rigid registration may be used together. Such a mutual information based rigid registration matches the pre-operation image with the operation field image. In complementary information-based rigid body matching, it is assumed that similar tissue regions with similar shades in one image will correspond to regions of similar shading in other images. Alternatively, other known methods of matching can be used. As a result of the matching, the insertion path is mapped to the procedure field image (e.g., see Fig. 20), and the coordinate system of the patient 5, the robot arm 400, and the CT apparatus 600 is matched.

영상이 정합된 후, 로봇암(400)이 제어부(500)로부터 제어신호에 따라 움직여서 초기 위치를 잡고, 환자(5)의 피부 상의 삽입점(entry point) 바로 앞까지 생검바늘(470)이 이동한다(S250). 도 15c에 도시된 것과 같이, 제어부(500)로부터 전달된 제어신호에 따라, 로봇암(400)이 환자(5) 위로 이동한다. 이후, 도 15d에 도시된 것과 같이, 로봇암(400)에 의해 엔드이펙터(460)가 CT 장치(600) 내로 진입한다. After the images are registered, the robot arm 400 moves according to the control signal from the control unit 500 to hold the initial position, and the biopsy needle 470 moves to the position just before the entry point on the skin of the patient 5 (S250). The robot arm 400 moves over the patient 5 in accordance with the control signal transmitted from the control unit 500, as shown in Fig. 15C. Thereafter, as shown in Fig. 15D, the end effector 460 enters the CT apparatus 600 by the robot arm 400. [

이후, 15e 및 도 15f에 제시된 바와 같이 엔드이펙터(460)에 의해 생검바늘(470)이 삽입경로(475)를 따라 정렬된다. 도 10에서 설명된 바와 같이, 생검바늘(470)이 로봇암(400) 및 엔드이펙터(460)에 의해 롤링, 피칭, 및 요잉되어 삽입경로(475)에 따라 정렬된다. 환자(5)의 피부의 삽입점(entry point)으로부터 1cm 정도에 생검바늘(470)의 끝이 위치하도록 정렬된다. 사용자나 시술자는 이 과정을 시각적으로 보고 정렬 상태를 확인(confirm)할 수 있다. 또는, 자동으로 로봇암(400)의 엔드이펙터(460)에 구비된 생검바늘(470)과 현재 표시된 시술장 영상 상의 삽입경로(475) 간의 일치를 제어부(500)가 확인하도록 하는 것도 가능하다.Thereafter, the biopsy needle 470 is aligned along the insertion path 475 by the end effector 460 as shown in 15e and 15f. Biopsy needle 470 is rolled, punched, and yawed by robot arm 400 and end effector 460 and aligned along insertion path 475, as described in Fig. The tip of the biopsy needle 470 is positioned at about 1 cm from the entry point of the skin of the patient 5. The user or practitioner can visually confirm this process and confirm the alignment status. Alternatively, the controller 500 may automatically confirm whether the biopsy needle 470 provided in the end effector 460 of the robot arm 400 coincides with the insertion path 475 on the currently displayed procedure image.

시술장 영상과 시술전 영상 간에 레벨이 차이가 발생하면, 시술전 영상에서 계획된 삽입경로(475)가 정합을 통해 시술장 영상으로 매핑될 때, 오프셋이 발생할 수 있다. 따라서, 제어부(500)는 이러한 오프셋을 바로 실시간으로 비교해서 오프셋이 얼마나 발생했는지 확인 및 계산할 수 있다. 이러한 오프셋을 보정하기 위해 테이블(620)이 움직이는 등의 방식이 사용될 수 있지만, 본 예에서는 제어부(500)가 상기 오프셋을 계산하고 로봇암(400)에 지시를 내려 로봇암(400)이 상기 오프셋을 제거하도록 적응하는 동작을 한다. If there is a difference in level between the procedure field image and the pre-operation image, an offset may occur when the planned insertion path 475 in the pre-operation image is mapped to the procedure field image through matching. Accordingly, the control unit 500 can compare the offsets immediately in real time to check how many offsets have occurred and calculate them. In this example, the control unit 500 calculates the offset and instructs the robot arm 400 so that the robot arm 400 moves the table 620 to the offset In order to remove the < / RTI >

또한, 정합된 이후 정합된 시술장 영상 상에서 삽입경로(475)가 수정되는 과정이 추가될 수 있다. 예를 들어, 정합된 시술장 영상에 나타난 삽입경로(475)를 사용자 인터페이스(예: 마우스 등)를 이용하여 수정할 수 있다. 이때, 수정된 삽입경로(475)에 의한 침습량 및 삽입경로(475)의 거리가 자동 계산되어 디스플레이(350)에 표시될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(350)에는 시술자가 삽입경로(475)를 조절 또는 수정할 때 삽입경로(475)를 결정하는데 도움을 주는 지표(예: 혈관 크기별 개수)가 표시될 수 있다. 이후, 로봇암(400) 및 엔드이펙터(460)에 의해 생검바늘(470)이 삽입경로(475)를 따라 정확히 재정렬될 수 있다. Also, a process may be added in which the insertion path 475 is modified on the matched procedure field after being matched. For example, the insertion path 475 shown in the matched procedure field image can be modified using a user interface (e.g., a mouse). At this time, the amount of penetration by the modified insertion path 475 and the distance of the insertion path 475 may be automatically calculated and displayed on the display 350. For example, the display 350 may display an indicator (e.g., a number by vessel size) that helps the operator determine the insertion path 475 when adjusting or modifying the insertion path 475. Thereafter, the biopsy needle 470 can be precisely rearranged along the insertion path 475 by the robot arm 400 and the end effector 460.

이후, 본 예에서는 생검바늘(470)의 정렬의 확인과 생검바늘(470)의 삽입점 진입 동작 사이에 호흡에 따른 오차를 줄이기 위한 과정이 추가될 수 있다(S260). 예를 들어, CT 장치(600)가 다시 작동되어 실시간 영상 또는 호흡 모니터링 정보가 디스플레이(350)에 표시된다. 시술전 영상이 특정한 호흡레벨에서 획득되는 경우, 정합을 통해 시술장 영상에 매핑된 시술계획이 시행되기 위해서, 테이블(620) 위에 위치한 환자(5)의 실시간 호흡레벨이 시술전 영상 획득시의 호흡레벨에 맞추어지는 것이 바람직하다. 또는, 시술장 영상이 특정 호흡레벨에서 획득되고, 이 호흡레벨에 환자(5)의 실시간 호흡레벨이 맞추어지는 예도 가능하다. 시술전 호흡레벨에 실시간 호흡레벨이 일치할 때, 환자(5)가 일시적으로 숨을 참고, 생검바늘(470)이 환자(5)의 신체에 삽입되어 생검이 이루어진다. 한편, 이렇게 호흡레벨을 맞춘다고 해도, 호흡을 참는 순간의 실시간 영상과 삽입경로(475)가 매핑된 시술장 영상 간에 레벨이 차이나는 경우, 제어부(500)가 이러한 차이를 계산하고, 이러한 차이를 제거하도록 로봇암(400)의 움직임(예: 병진, 회전, 엔드이펙터의 동작 등)을 제어할 수 있다. Thereafter, in this example, a process for reducing the error due to breathing may be added between the confirmation of the alignment of the biopsy needle 470 and the insertion of the biopsy needle 470 into the insertion point (S260). For example, the CT device 600 is reactivated to display real-time video or breath monitoring information on the display 350. When the pre-treatment image is acquired at a specific respiratory level, the treatment plan mapped to the treatment field image through the matching is performed, so that the real-time breathing level of the patient 5 located on the table 620 is controlled by breathing It is preferable to adjust it to the level. Alternatively, it is possible that the procedure field image is acquired at a specific breathing level, and the real-time breathing level of the patient 5 is matched to this breathing level. When the breathing level is equal to the breathing level before the operation, the patient 5 temporarily breathes and a biopsy needle 470 is inserted into the body of the patient 5 to perform a biopsy. If the level is different between the real-time image at the moment of breathing and the procedure field mapped with the insertion path 475, the controller 500 calculates the difference and sets the difference (E.g., translation, rotation, operation of the end effector, etc.) of the robot arm 400 so as to remove the robot arm 400.

이후, 호흡의 일치 및 삽입경로(475)와 생검바늘(470)의 정렬 상태가 확인되며, 전달된 지시에 따라 엔드이펙터(460)로부터 생검바늘(470)이 모터에 의해 구동되어 움직이거나, 또는 격발장치에 의해 발사되어 피부의 삽입점을 뚫고 들어가 목표에 도달하여 조직을 채취하거나, 목표 근처까지 가이드용 생검바늘을 삽입한다(S270). 중재시술 시스템의 디스플레이(350)에는 실시간 영상(예: 2D 영상)과 정합된 시술장 영상(예: 3차원 영상)이 표시될 수 있다. 생검바늘(470)은 이 실시간 영상에 나타나게 되며, 정합된 시술장 영상에는 생검바늘(470)이 대체된 이미지로 시술장 영상과 함께 표시된다. 생검바늘(470)의 삽입깊이를 보다 정확하게 시각화하기 위하여, 삽입깊이 게이지 바(560)를 디스플레이(350)에 표시될 수 있다.Thereafter, the alignment of the respiration and insertion path 475 with the biopsy needle 470 is confirmed, and the biopsy needle 470 is driven and moved by the motor from the end effector 460 according to the transmitted instruction, or The biopsy needle is fired by the triggering device to penetrate the insertion point of the skin to reach the target and to collect the tissue or to insert the biopsy needle for guide into the vicinity of the target (S270). The display 350 of the interventional treatment system may display a procedure image (e.g., a three-dimensional image) matched with a real-time image (e.g., a 2D image). The biopsy needle 470 appears on the real-time image, and the biopsy needle 470 is replaced with the biopsy needle image on the matched procedure field image together with the procedure field image. An insertion depth gauge bar 560 may be displayed on the display 350 to more accurately visualize the insertion depth of the biopsy needle 470.

삽입경로(475)는 콘형 삽입영역 내의 복수의 삽입경로(475) 중 선택되며, 시술장의 준비 과정에서 삽입경로(475)가 변경될 수 있다. 삽입경로는 원통형 삽입영역의 복수의 삽입경로(475) 중 임의로 선택되거나, 경사삽입이 가능하다. 생검바늘(470)의 삽입은 원래의 삽입경로(475)를 따라 그대로 삽입하거나, 목표(100)의 목표점으로부터 일정 거리에 근접한 경우 마스터콘솔(310)의 햅틱(Haptic) 장치가 진동하거나, 목표(100)의 목표점에 도달한 경우 생검바늘(470)이 자동으로 멈추도록 구성될 수 있다. 한편, 위험한 상황인 경우, 로봇암(400)이 생검바늘(470)을 놓고 후퇴하며, 로봇암(400)이 CT 장치(600)로부터 자동으로 빠져나올 수 있다.The insertion path 475 is selected from among a plurality of insertion paths 475 in the cone-shaped insertion area, and the insertion path 475 can be changed in preparation of the procedure field. The insertion path may be arbitrarily selected from among a plurality of insertion paths 475 of the cylindrical insertion region, or may be inclined insertion. The insertion of the biopsy needle 470 may be performed as it is along the original insertion path 475 or when the haptic device of the master console 310 vibrates or approaches the target 100 is reached, the biopsy needle 470 may automatically stop. On the other hand, in a dangerous situation, the robot arm 400 retreats on the biopsy needle 470, and the robot arm 400 can automatically come out of the CT apparatus 600.

생검바늘(470)에 의한 조직의 채취는 엔드이펙터(460)의 구조에 따라 복수 회 수행되는 것도 가능하며, 삽입 전 및/또는 후에 생검바늘(470)을 회전하는 과정도 포함될 수 있고, 생검바늘(470)을 환자(5)의 신체로부터 완전히 뽑지 않고 여러 곳을 생검하는 방법도 가능하다. 생검이 완료되면, 제2 암(440) 또는 엔드이펙터(460)에 의해 생검바늘(470)이 빠져나오고, 제2 암(440)에 의해 수직으로 움직이며, 제2 암(440) 및 슬라이딩부(420)에 의해 로봇암(400)이 CT 장치(600)로부터 나올 수 있다(S280). 이러한 로봇암(400), 및 엔드이펙터(460)에 의한 생검바늘(470)의 제어를 위해 마스터콘솔(310)이 사용될 수 있다. The sampling of the tissue by the biopsy needle 470 may be performed a plurality of times according to the structure of the end effector 460 and may include a process of rotating the biopsy needle 470 before and / or after insertion, It is also possible to perform biopsy in several places without completely removing the body 470 from the body of the patient 5. [ The biopsy needle 470 is pulled out by the second arm 440 or the end effector 460 and moved vertically by the second arm 440 and the second arm 440 and the sliding portion 460 are moved The robot arm 400 can be removed from the CT apparatus 600 by the controller 420 (S280). The master console 310 may be used for controlling the biopsy needle 470 by the robot arm 400 and the end effector 460.

도 16은 중재시술 가이드 방법의 전체적 프로세스를 설명하는 다른 예를 위한 도면이다. 제시된 프로세스는 디스플레이(350)의 상단에 시술자가 어느 단계에 있는지 알 수 있도록 표시되어 있다. 16 is a diagram for another example illustrating the overall process of the intervention procedure guide method. The presented process is displayed at the top of the display 350 so that the operator can know at which stage the operator is at.

시스템은 계획 단계(Planning Stage)와 네이게이션 단계(Navigation Stage)로 구분하여 각 단계에 맞는 모드를 시행한다. 먼저, 계획 단계 전에, 시술전 환자의 영상을 획득하고 분할(obtaining images and segmentation)을 한다. 높은 해상도의 영상을 얻어 환자 내부에 대한 3차원 영상을 만들고, 각 장기들을 이미지 상에서 구분하여, 제어부(500)가 목표와 위험 장기를 인식할 수 있도록 한다. 이후 계획 단계에서, 시술자는 시술전 영상을 이용하여 의료도구를 체내에 안전하게 삽입하기 위한 삽입경로를 생성한다(plan). 시술장에서 환자의 시술장 영상을 획득하고(pre-scan), 시술전 영상과 시술장 영상을 정합한다(registration). 정합에 의해 환자의 시술장 상태에 맞는 3차원 영상을 획득한 후, 필요한 경우 정합된 삽입경로를 수정하고, 최종 확인(Confirm)을 한다. 이후부터는, 제어부가 로봇암(예: 도 4 내지 도 10의 400)을 가이드하는 네비게이션 단계로 넘어간다. 네비게이션 단계는 위치결정 모드(positioning mode), 호흡레벨 비교확인 모드, 및 바늘삽입 모드(insertion mode)를 포함할 수 있다. 위치결정 모드에서 로봇암(400)이 구동되어 엔드이펙터를 삽입위치로 이동시키고, 엔드이펙터(460)의 자세제어가 실행되어 생검바늘(470)이 삽입경로를 따라 정렬된다. 이후, 생검바늘(470)의 삽입모드에서 실시간 영상을 획득하여, 호흡레벨과 시술전 호흡레벨이 비교되고 일치가 확인되면, 생검바늘(470)이 목표에 도달하도록 한다. 실시간 영상은 생검바늘(470)의 현재 위치를 시각화할 수 있다.The system is divided into a planning stage (Navigation Stage) and a navigation stage (Navigation Stage). First, before the planning stage, the patient is acquired and segmented before the procedure. A high resolution image is obtained, a three-dimensional image of the patient is created, and the organs are divided on the image so that the control unit 500 can recognize the target and the dangerous organs. In the planning stage, the practitioner creates an insertion path for safely inserting the medical instrument into the body using the pre-procedure image. The patient's pre-scan image is obtained (pre-scan) in the procedure field, and the pre-operation image and the operation field image are registered. After obtaining the 3-D image according to the patient's procedure condition by matching, if necessary, correct the matched insertion path and make a final confirmation (Confirm). Thereafter, the control unit proceeds to a navigation step of guiding the robot arm (e.g., 400 in Figs. 4 to 10). The navigation step may include a positioning mode, a breathing level comparison confirmation mode, and a needle insertion mode. The robot arm 400 is driven to move the end effector to the insertion position and the posture control of the end effector 460 is performed so that the biopsy needle 470 is aligned along the insertion path. Thereafter, a real time image is acquired in the insertion mode of the biopsy needle 470, and when the respiration level and the pre-operation breathing level are compared and confirmed, the biopsy needle 470 reaches the target. The real-time image can visualize the current position of the biopsy needle 470.

이하, 각 과정을 상세히 설명한다.Each process will be described in detail below.

먼저, 도 17은 세그멘테이션(segmentation) 모드의 디스플레이 화면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 디스플레이(350)의 상단 메뉴바(551)에서 세그멘테이션 모드가 선택된 상태에서, 디스플레이(350)에는 시술전 영상(811,812,813)이 로딩되며, 시술전 영상(811,812,813)이 분할(segmentation)되어 표시된다. 분할의 결과, 시술전 영상에 포함된 목표(100), 및 해부학적 구조물(예: 혈관, 뼈, 장기 등)이 복셀(voxel)의 3차원 집합으로 구해질 수 있다. 어뎁티브 쓰레쉬홀드(adaptive threshold) 등 다양한 분할기법이 사용될 수 있다. 디스플레이(350)에는 서로 다른 각도에서의 시술전 영상(811,812,813)들, 예를 들어, 엑시얼뷰(811; axial view), 세지털뷰(812; sagittal view), 및 코로날뷰(813; coronal view)로 표시될 수 있다. 또한, 3차원 영상(814)이 다른 창에 표시되며, 3차원 영상(814)은 필요한 각도로 회전되어 표시될 수 있다. 중재시술 시스템이 포함하는 CT 장치(600)에 의해 시술전 영상(811,812,813)이 획득되거나, 중재시술 시스템과는 별개의 이미지 획득장치에 의해 시술전 영상(811,812,813)이 획득되어 중재시술 시스템의 디스플레이(350)에 로딩될 수 있다. 17 is a diagram illustrating an example of a display screen in a segmentation mode in which a segmentation mode is selected in an upper menu bar 551 of the display 350 and a pre- And the pre-operation images 811, 812 and 813 are segmented and displayed. As a result of the segmentation, the target 100 included in the pre-operation image and anatomical structures (e.g., blood vessels, bones, organs) can be obtained as a three-dimensional set of voxels. A variety of segmentation techniques can be used, including an adaptive threshold. The display 350 may include pre-treatment images 811, 812, 813, e.g., an axial view, a sagittal view 812, and a coronal view 813 at different angles Can be displayed. In addition, the three-dimensional image 814 is displayed in another window, and the three-dimensional image 814 can be rotated and displayed at a required angle. Pre-treatment images 811, 812, and 813 are acquired by the CT apparatus 600 included in the interventional treatment system, or pre-treatment images 811, 812, and 813 are acquired by an image acquisition device that is separate from the interventional treatment system, 350 < / RTI >

다음으로, 도 18은 플랜 모드(Plan Mode)의 디스플레이 화면의 일 예를 나타내는 도면으로서, 디스플레이(350)의 상단 메뉴바(551)에서 플랜 모드가 선택된 상태에서 삽입경로(475)를 생성하거나, 생성된 삽입경로(475)를 수정할 수 있다. 본 예에서는 분할 모드(segmentation mode)에서의 시술전 영상(811,812,813)과, 3차원 영상(814)이 플랜 모드의 디스플레이(350)에 나타나 있다. 삽입경로(475)는 중재시술 시스템과는 별개로 생성되어 중재시술 시스템의 디스플레이(350)에 시술전 영상(811,812,813)과 함께 로딩되거나, 시술전 영상(811,812,813)이 중재시술 시스템에 로딩된 후에 그 시스템 상에서 생성될 수 있다. 삽입경로를 설정하는 방법은, 목표(100) 상의 목표점을 마우스와 같은 사용자 인터페이스(UI)로 선택하고, 삽입점을 선택하여 삽입경로(475)가 생성되도록 한다. 삽입경로(475)는 시술자의 검토에 따라, 사용자 인터페이스로 방향을 조정할 수 있다. 삽입경로(475)가 수정되면, 다른 각도에서의 영상(811, 812, 813)에서의 삽입경로(475)도 자동으로 수정 내용이 반영된다. Next, FIG. 18 shows an example of a display screen of a plan mode. In FIG. 18, an insertion path 475 is created with the plan mode selected in the upper menu bar 551 of the display 350, The generated insertion path 475 can be modified. In this example, the pre-treatment images 811, 812, and 813 in the segmentation mode and the three-dimensional image 814 are displayed on the display 350 of the plan mode. The insertion path 475 is generated separately from the interventional procedure system and is loaded on the display 350 of the interventional procedure system with the pre-operation images 811, 812, 813 or after the pre-operation images 811, Can be created on the system. In the method of setting the insertion path, a target point on the target 100 is selected as a user interface (UI) such as a mouse, and an insertion point is selected so that an insertion path 475 is generated. The insertion path 475 can adjust the orientation to the user interface according to the review of the practitioner. When the insertion path 475 is modified, the insertion path 475 in the images 811, 812, and 813 at different angles also automatically reflects the correction contents.

3차원 영상(814)을 돌려가면서 목표(100) 주변 경계를 입체적으로 볼 수 있다. 필요한 경우, 3차원 영상(814)을 보면서 피부나 중요하지 않은 구조를 제거하는 등의 선택을 할 수 있다. 또한, 목표(100)의 3차원 영상(815)이 나타나 있어서, 삽입경로(475) 생성시 참조할 수 있다. The boundary around the target 100 can be viewed three-dimensionally while rotating the three-dimensional image 814. [ If desired, the user may select skin or other non-critical structures while viewing the three-dimensional image 814. In addition, a three-dimensional image 815 of the target 100 is displayed, so that it can be referred to when generating the insertion path 475.

삽입 시뮬레이션 영상(817; 제1 확인창, 816; 제2 확인창)을 사용하여, 삽입경로(475)를 따라 생검바늘(470)을 미리 전진 및 후진하는 시뮬레이션을 하면서, 혈관 등의 장애물을 확인할 수 있다. 예를 들어, 혈관이 삽입경로 상에서 나타났다가 사라지는 것을 확인할 수 있다. 이에 대해서는 더 후술된다.An obstacle such as a blood vessel is checked while simulating the biopsy needle 470 ahead of and backward along the insertion path 475 using the insertion simulation image 817 (first confirmation window 816; second confirmation window) . For example, it can be seen that blood vessels appear on the insertion path and disappear. This will be further described below.

도 19 및 도 20은 정합 모드의 디스플레이의 화면의 일 예를 나타내는 도면들이다. 도 19에는, 디스플레이(350)의 상단 메뉴바(551)에서 정합 모드(registration mode)가 선택된 상태에서, 디스플레이(350)의 상측 창들에 도 17 및 도 18에서 설명된 삽입경로(475)가 생성된 시술전 영상(811,812,813)이 표시되며, 디스플레이(350)의 하측 창들에는 시술장 영상(911,912,913)이 나타나 있다. 시술장 영상(911,912,913)은 시술 직전에 바로 획득하는 데이터로 시술전 영상보다 이미지 퀄리티가 낮을 수 있다. 정합 명령에 따라, 시술전 영상(811,812,813)과 시술장 영상(911,912,913)이 정합되어 현재 환자의 상태에 맞는 3차원 데이터를 얻게 된다. 19 and 20 are views showing an example of a screen of a display in the matching mode. 19 shows that the insertion path 475 described in FIGS. 17 and 18 is created in the upper windows of the display 350 with the registration mode selected in the upper menu bar 551 of the display 350 Pre-treatment images 811, 812, and 813 are displayed, and the procedure window images 911, 912, and 913 are displayed on the lower side windows of the display 350. FIG. The procedure field images 911, 912, and 913 are data obtained immediately before the operation, and may have lower image quality than the pre-operation image. According to the matching command, the pre-operation images 811, 812, and 813 and the operation field images 911, 912, and 913 are matched with each other to obtain three-dimensional data matching the current patient condition.

정합의 방법으로는 레벨-셋 정합(Level-set motion registration) 방법이 사용될 수 있다. 시술전 영상(811,812,813)은 서로 다른 방향의 영상들(811,812,813; 예: 엑시얼뷰, 세지털뷰, 코로날뷰)로 표시되어 있고, 각각에 목표(100; 녹색으로 표시됨)가 나타나 있다. 시술장 영상(911,912,913)도 시술전 영상(811,812,813)에 대응하여 서로 다른 방향의 영상들(911,912,913 예: 엑시얼뷰, 세지털뷰, 코로날뷰)로 표시된다. 시술전 영상(811,812,813)에 대응하는 시술장 영상(911,912,913)의 레벨(level)이 찾아진다. 이러한 레벨에서 정합이 이루어진다. 정합이 되면 시술장 영상(911,912,913)에 삽입경로(475)가 나타난다.As a matching method, a level-set motion registration method can be used. The pre-treatment images 811, 812, and 813 are displayed with images 811, 812, and 813 (e.g., an axial view, a cervical view, a coronal view) in different directions, and a target 100 (shown in green) is shown in each of the images. The procedure field images 911, 912, and 913 are also displayed in different directions (eg, 911, 912, and 913, eg, an axial view, a cervical view, and a coronal view) corresponding to the pre-operation images 811, The levels of the procedure field images 911, 912 and 913 corresponding to the pre-operation images 811, 812 and 813 are found. At this level, matching occurs. When it is matched, an insertion path 475 appears in the procedure field images 911, 912, and 913.

한편, 시술전 영상(811,812,813)의 삽입경로(475) 생성 과정에서 환자(5)를 엎드리거나 바로 눕게 하는 등 특정하 자세를 취하였다면, 시술장에서도 그에 맞추어 환자(5)가 그 특정한 자세를 취하게 할 수 있다. 만약 엎드린 상태에서 시술이 계획된 경우 환자(5)가 시술장에 들어와서 다른 자세로 누우면, 혈관이나 장기의 위치에 약간 차이가 있을 수 있고, 그 차이를 제거하기 위해 시술전 영상(811,812,813)과 시술장 영상(911,912,913)이 정합되는 과정이 추가될 수 있다.On the other hand, if the patient 5 is placed in a specific posture such as lying down or lying down in the process of generating the insertion path 475 of the pre-operation images 811, 812, and 813, the patient 5 may take the specific posture . If the procedure is planned in a prone position, if the patient (5) enters the treatment field and lies in a different posture, there may be slight differences in the position of the blood vessels or organs. To eliminate the difference, preoperative images (811,812,813) A process of matching the procedure field images 911, 912, and 913 may be added.

정합에는 강체정합(Rigid Transformation)과 비강체 정합인 레벨-셋 정합(Level-set Registration)이 있을 수 있다. 도 21은 이와 관련한 내용을 보인다. Matching may be Rigid Transformation and Level-set Registration, which is non-rigid matching. Fig. 21 shows the contents related to this.

도 22 및 도 23은 시술계획을 수정할 수 있는 창의 일 예를 설명하기 위한 도면들이다. 정합을 하더라도, 시술전 영상(811,812,813)과 시술장 영상(911,912,913)의 레벨이 조금 차이가 나는 경우 또는 그 외 필요에 따라, 도 22 및 도 23에 제시된 바와 같이, 시술계획을 수정할 수 있는 창으로 전환될 수 있다. 이러한 창에서 3차원 영상(814)을 회전하거나, 삽입 시뮬레이션 영상(816,817)에서 삽입경로(475)를 따라 생검바늘(470)의 전진 및 후진을 미리 시뮬레이션해보며 삽입경로(475) 중에 위험한 장기나 혈관을 지나게 되는지 등을 확인하여 시술계획에 따른 삽입경로(475)를 수정할 수 있다. 22 and 23 are diagrams for explaining an example of a window in which a treatment plan can be modified. Even if the matching is performed, as shown in FIG. 22 and FIG. 23, when the levels of the pre-operation images 811, 812, and 813 and the procedure field images 911, 912, and 913 are slightly different, Can be switched. Simultaneously rotating the 3D image 814 in this window or simulating the forward and backward movement of the biopsy needle 470 along the insertion path 475 in the insertion simulation images 816 and 817, Whether the patient is passing through a blood vessel, and the like, and correct the insertion path 475 according to the treatment plan.

삽입 시뮬레이션 영상(816, 817)은 제어부(500)의 시뮬레이션 모듈에 의해서 제어된다. 삽입 시뮬레이션 영상(816,817)은 생검바늘(470)의 삽입과정에서 생검바늘(470)이 만나게 되는 장애물을 보여준다. 삽입 시뮬레이션 영상의 제1 확인창(817)에는 목표(100)와 삽입경로(475)가 표시되어 있고, 시뮬레이션에 의해 표시될 생검바늘(470) 끝(476; 가상의 끝)이 가상의 표지로 나타나 있다. 마우스로 생검바늘(470) 끝(476)을 삽입경로(475)를 따라 전진 및 후진시키면, 삽입 시뮬레이션 영상의 제2 확인창(816)에서 생검바늘(470)의 끝(476)에 대응하는 삽입경로(475)에 수직인 단면 영상(478)이 생검바늘의 가상 끝(476)에 따라 변동한다. 제1 확인창의 영상은 삽입경로(475)를 중심으로 회전하는 영상을 보일 수 있다. 이 단면에서, 위험 장기로 분류되는 부분을 구분하여 표시(예를 들어 붉은 색으로 표시)할 수 있다. 또한, 삽입 경로에서 위험 장기까지의 거리가 자동으로 표시되도록 하여, 화면 배율에 관계없이 실제 침습하게 될 확률을 시술자에게 알릴 수 있도록 할 수 있다. 혹은, 오차범위 내의 거리라면 시뮬레이션 모듈이 경고 알람 메세지를 표시할 수도 있을 것이다. The insertion simulation images 816 and 817 are controlled by the simulation module of the control unit 500. [ The insertion simulation images 816 and 817 show obstacles that the biopsy needle 470 is encountered in the process of inserting the biopsy needle 470. The target 100 and the insertion path 475 are displayed in the first confirmation window 817 of the insertion simulation image and the end 476 of the biopsy needle 470 to be displayed by the simulation is the virtual marker Is shown. When the tip 476 of the biopsy needle 470 is moved forward and backward along the insertion path 475 with the mouse, an insertion corresponding to the end 476 of the biopsy needle 470 is performed in the second confirmation window 816 of the insertion simulation image. Sectional image 478 perpendicular to the path 475 varies along the virtual end 476 of the biopsy needle. The image of the first confirmation window may show an image rotating around the insertion path 475. [ In this section, the parts classified as dangerous organs can be displayed separately (for example, in red). In addition, the distance from the insertion route to the dangerous organ is automatically displayed, so that the practitioner can be informed of the probability of actual invasion irrespective of the screen magnification. Alternatively, if the distance is within the error range, the simulation module may display a warning alarm message.

도 22에 제시된 삽입경로(475)에 비하여 삽입경로(475)가 약간 변경된 도 23을 보면, 제1 확인창에서 생검바늘(470)의 끝(476)이 목표(100)에 가까이 감에 따라 제2 확인창에서 생검바늘(470)이 침습하는 혈관(105)이 있음을 확인 할 수 있게 된다. 이 경우, 혈관에 대한 침습이 일어나지 않도록, 삽입경로(475)를 수정하고 다시 마우스로 생검바늘(470)의 끝(476)을 전진 및 후진하여 침습하는 혈관이나 구조물을 확인하여 침습량이 적은 삽입경로(475)를 선택할 수 있다.23 in which the insertion path 475 is slightly modified as compared to the insertion path 475 shown in Fig. 22, when the end 476 of the biopsy needle 470 approaches the target 100 in the first confirmation window, 2 confirmation window, it is possible to confirm that the blood vessel 105 invading the biopsy needle 470 is present. In this case, the insertion path 475 is modified so that the invasion to the blood vessel does not occur, and the end 476 of the biopsy needle 470 is advanced and retracted again with the mouse to confirm the infiltrating blood vessel or structure, (475).

도 24 내지 도 26은 네비게이션 모드의 디스플레이 화면의 예들을 나타내는 도면들이다. 앞선 과정에서 중재시술 시스템의 정합, 삽입경로(475) 수정 과정이 수행된 후, 최종적으로 삽입경로(475)를 시술자로부터 확인(confirm)받게된다. 이후, 디스플레이(350)의 상단 메뉴바(551)에서 네비게이션 모드(navigation mode)가 선택되며, 로봇암(400)의 위치가 제어된다. 예를 들어, 디스플레이(350)의 우측 메뉴바(555)에서 무브엔트리포지션(move entry position) 메뉴가 선택되면, 로봇암(400)에 의해 생검바늘(470)이 삽입경로(475)에 따라 환자(5) 위에서 정렬된다(도 15d 참조). 로봇암(400)에 의해 생검바늘(470)이 삽입점(471) 주변까지 이동하며, 엔드이펙터(460)의 롤링, 피칭, 및 요잉 등의 동작으로 삽입경로(475)를 따라 생검바늘(470)이 정렬된다(도 15e 참조). FIGS. 24 to 26 are views showing examples of a display screen in the navigation mode. The insertion path 475 is finally confirmed by the practitioner after the insertion and insertion path correction process of the interventional system is performed in the above process. Thereafter, a navigation mode is selected in the upper menu bar 551 of the display 350, and the position of the robot arm 400 is controlled. For example, when the move entry position menu is selected in the menu bar 555 on the right side of the display 350, the biopsy needle 470 is moved by the robot arm 400 along the insertion path 475 (See Fig. 15D). The biopsy needle 470 moves to the vicinity of the insertion point 471 by the robot arm 400 and moves along the insertion path 475 by an operation such as rolling, pitching, and yawing of the end effector 460, ) Are aligned (see Fig. 15E).

광학 카메라(480)가 로봇암(400)이나 엔드이펙터(460)에 설치되어 있을 수 있다. 카메라(480)에 의해 획득된 환자(5)의 피부와 그 위에 정렬된 생검바늘(470)의 카메라 영상(917)이 디스플레이(350)에 표시된다. 카메라 영상(917)을 통해서, 시술자는 방사선에 피폭되지 않는 공간에서, 시술장 상황을 육안으로 확인 할 수 있게 된다. 삽입점(471)은 레이져(L1, L2)에 의해 환자(5) 위에 직접 표시될 수 있으며, 카메라(917)영상을 통해서 제어부(500)의 디스플레이에 나타나게 된다. The optical camera 480 may be installed in the robot arm 400 or the end effector 460. [ A camera image 917 of the skin of the patient 5 obtained by the camera 480 and the biopsy needle 470 aligned thereon is displayed on the display 350. [ Through the camera image 917, the practitioner can visually confirm the procedure situation in a space not exposed to radiation. The insertion point 471 can be directly displayed on the patient 5 by the laser beams L1 and L2 and displayed on the display of the control unit 500 through the image of the camera 917. [

디스플레이(350)에는 삽입경로(475)가 확인(Confirm)된 정합된 시술장 영상(911)이 표시되며, 3차원 영상들(915,916)이 나타나 있다. 정합된 시술장 영상(911)에 목표(100)와 삽입경로(475)가 표시된다. 삽입경로(475)와 실제 생검바늘(470)의 정렬상태를 나타낸다. 3차원 영상(916)에는 마스터콘솔(310)의 방위가 표시되어 있다. 이후, 우측 메뉴바(555)에서 준비(ready)가 선택되면, 도 25에 제시된 바와 같이, 마스터콘솔(310)의 현재 방위가 자동으로 생검바늘(470)의 방위에 맞추어지며, 3차원 영상(916)에서 마스터콘솔(310)의 표시가 삽입경로(475)에 맞추어진다.The display 350 displays the matched procedure field image 911 with the insertion path 475 confirmed and the three-dimensional images 915 and 916 are displayed. The target 100 and the insertion path 475 are displayed on the matched procedure field image 911. [ And shows the alignment state of the insertion path 475 and the actual biopsy needle 470. [ The orientation of the master console 310 is displayed in the three-dimensional image 916. Thereafter, when ready is selected in the right menu bar 555, the current orientation of the master console 310 is automatically adjusted to the orientation of the biopsy needle 470, as shown in FIG. 25, 916, the indication of the master console 310 is fitted to the insertion path 475. [

도 26을 참조하면, 준비(Ready) 상태에서 CT 장치가 작동되어 실시간 영상(918)이 디스플레이(350)에 표시된다. 이후, 호흡에 따른 오차를 감소시키기 위해 호흡레벨을 매칭하는 프로세스가 작동하게 된다. 호흡레벨의 비교방법의 일 예로, 목표(100)가 환자(5)의 호흡에 영향을 받는 경우에, 시술이 계획대로 진행되려면, 시술전 영상(811)을 획득할 때의 환자(5)의 호흡레벨(A)이, 실시간 영상(918)에서의 호흡레벨(B; 정렬 후의 호흡레벨)과 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 환자(5)를 특정 호흡레벨(A: 환자(5)가 숨을 최대한 들이쉰 상태 또는 숨을 최대한 내쉰 상태)로 호흡하게 한 다음, 시술장의 CT 장치(600)를 이용하여, 목표(100)를 포함하는 실시간 영상(918)을 획득하여, 환자(5)의 호흡레벨(B)을 호흡레벨(A)과 맞춘다. 예를 들어, 시술전 영상 (811) 획득시 호흡레벨(A)을 컴퓨터에 기록한 다음, 시술장에서 호흡레벨 확인 장치를 통해서 환자(5)의 호흡레벨을 확인하고, 양자를 비교하여 시술장 영상의 환자(5) 호흡레벨(B)이 정합된 영상의 호흡레벨(A)과 일치할 때, 디스플레이에(350) 표시(919; 예: 삽입허용 표시)를 하거나 경보음으로 알려줄 수 있다. 필요한 경우, 생검바늘(470)이 호흡레벨 확인 시 자동으로 작동되도록 구성할 수 있다. 호흡레벨(A,B)의 측정에는 별도의 호흡레벨 측정 기구를 이용한 호흡 측정 방법(예: 압력 벨트식, InfraRed 마커를 이용한 호흡 측정기 등)이 적용될 수도 있다. 또한, 시술장에서 획득되는 2D CT fluoroscopy 실시간 영상을 이용하여 호흡레벨을 매칭하는 방법이 사용될 수 있다. Referring to FIG. 26, the CT apparatus is operated in a ready state, and a real-time image 918 is displayed on the display 350. FIG. Thereafter, a process of matching the breathing level is operated to reduce the error due to breathing. As an example of a method of comparing respiratory levels, in the case where the target 100 is affected by the respiration of the patient 5, in order for the procedure to proceed as planned, the patient 5 is required to acquire the pre- It is preferable that the breathing level A be equal to the breathing level B in the real-time image 918 (breathing level after alignment). Therefore, the patient 5 is allowed to breathe at a specific breathing level (A: the patient 5 is maximally breathed or the breath is maximally breathed out), and then the target CT apparatus 600 is used to set the target 100 to obtain the respiration level B of the patient 5 with the breathing level A. [ For example, after the breathing level (A) is acquired at the acquisition of the pre-treatment image (811), the respiration level of the patient (5) is checked through the breathing level checking device in the procedure field, When the respiration level B of the patient 5 of the user matches the respiration level A of the matched image, the display 350 may be displayed (919; If necessary, the biopsy needle 470 can be configured to be automatically activated upon breathing level confirmation. For the measurement of respiratory levels (A, B), a respiratory measurement method using a separate breath level measuring instrument (eg, a pressure belt type, a respiratory meter using an InfraRed marker, etc.) may be applied. Also, a method of matching the breathing level using a 2D CT fluoroscopy real-time image obtained in a procedure field can be used.

제어부는 시술전 3차원 영상 또는 시술장에서 정합된 3차원 영상으로부터 목표(100)와 관련한 다수의 2차원 단면 영상을 미리 생성하는 단면획득 모듈을 가질 수 있다. 생성된 다수의 2차원 단면 영상은 호흡 레벨 매칭 과정에서 실시간 2D CT fluoroscopy 화면과 비교될 수 있다. 실시간 영상에 가장 근접하는 2차원 단면 영상이 선택되고, 이 2차원 단면 영상의 호흡 레벨에 맞게 환자를 실시간 영상을 보면서 숨을 쉬도록 유도할 수 있다.The control unit may have a section acquisition module for generating a plurality of two-dimensional sectional images related to the target 100 in advance from the three-dimensional image or the matching three-dimensional image in the procedure field before the operation. The generated multiple 2D cross-sectional images can be compared with real-time 2D CT fluoroscopy screens in the breathing level matching process. A two-dimensional sectional image closest to the real-time image is selected, and the patient can be guided to breath in a real-time image according to the breathing level of the two-dimensional sectional image.

도면 27 및 도 28은 삽입 모드에서 디스플레이 화면의 일 예를 설명하기 위한 도면들로서, 전술된 호흡레벨이 일치하는 표시나 알람이 제공되면, 삽입 모드(insertion mode)가 선택되고, 환자(5)가 숨을 참고 있는 시간 안에 생검바늘(470)을 목표(100)에 삽입하게 된다. 삽입모드의 선택은 호흡레벨 확인 전에 가능하며, 마스터콘솔(310)의 삽입버튼(311)에 의해 이루어 질 수 있다. 제어부(500)는 삽입모드에서 호흡레벨 매칭이 되지 않으면, 생검바늘(470)의 삽입을 제한할 수 있다. 이를 위해, 시술자의 삽입 모드 선택, 호흡레벨 매칭, 생검바늘(470)의 삽입(엔드이펙터(460)의 구동) 순서로 시술이 진행되도록 할 수 있다.27 and 28 are diagrams for explaining an example of a display screen in the insertion mode, in which an insertion mode is selected when an indication or an alarm that the respiration levels described above are provided, and the patient 5 The biopsy needle 470 is inserted into the target 100 within the breath taking time. The selection of the insertion mode is possible before the breathing level is confirmed and can be done by the insertion button 311 of the master console 310. The control unit 500 may limit the insertion of the biopsy needle 470 if the respiration level matching is not performed in the insertion mode. For this purpose, the procedure can be performed in the order of the operator's insertion mode selection, breathing level matching, insertion of the biopsy needle 470 (drive of the end effector 460).

중재시술 시스템은 생검바늘(470)의 삽입을 실시간으로 가이드 할 수 있다. 예를 들어, 도 29에 제시된 바와 같이, CT 장치(600)가 작동된 상태에서 마스터콘솔(310)의 클러치(313)를 누르고, 삽입버튼(311)을 누르면 생검바늘(470)이 삽입점(471)을 뚫고 삽입된다. 이 과정에서, 실시간 영상(918)과 정합된 시술장 영상(911)에는 전체 삽입경로(475) 대비 생검바늘(470)의 삽입양을 나타내는 삽입 게이지 바(560)가 표시된다. 제어부(500)는 삽입깊이 게이지 바(560)가 실시간 영상(918)과 함께 나타나도록 함으로써, 시술자에게 보다 정확한 생검바늘(470) 위치에 관한 정보를 전달할 수 있으며, 이 정보를 통해서 시술자는 정확하게 시술을 진행할 수 있다. The interventional procedure system can guide the insertion of the biopsy needle 470 in real time. 29, when the CT apparatus 600 is operated, the clutch 313 of the master console 310 is depressed, and when the insertion button 311 is pressed, the biopsy needle 470 is inserted into the insertion point 471). In this process, an insertion gage bar 560 indicating the insertion amount of the biopsy needle 470 with respect to the entire insertion path 475 is displayed on the procedure field image 911 matched with the real-time image 918. The control unit 500 can transmit the information about the position of the biopsy needle 470 more accurately to the operator by causing the insertion depth gauge bar 560 to appear together with the real time image 918. Through this information, .

삽입 게이지 바(560)가 목표선(557)에 도달하면 생검바늘(470)의 삽입이 자동으로 멈추도록 할 수 있다. 물론 시술자가 삽입 게이지 바(560)를 보고 경험에 의해 삽입을 멈출 수 있다. 목표선(557)은 삽입 게이지 바(560), 실시간 영상(918)이나, 정합된 시술장 영상(911)에 모두 표시될 수 있다. 본 예에서, 목표선(557)은 삽입 게이지 바(560) 측에 표시되어 있다. 카메라 영상(917)에는 환자(5)의 피부와 삽입점(471)을 뚫고 들어간 생검바늘(470)이 표시된다.When the insertion gauge bar 560 reaches the target line 557, insertion of the biopsy needle 470 can be automatically stopped. Of course, the practitioner can see the insertion gauge bar 560 and stop the insertion by experience. The target line 557 may be displayed on the insertion gauge bar 560, the real-time image 918, or the matched procedure field image 911. [ In this example, the target line 557 is displayed on the insertion gauge bar 560 side. In the camera image 917, the skin of the patient 5 and a biopsy needle 470 penetrating the insertion point 471 are displayed.

한편, 도 27 및 도 28에 제시된 바와 같이, 실시간 영상(918)에는 생검바늘(470))이 목표를 향해 진행하는 것이 실시간으로 표시된다. 그런데 CT 장치(600)에 의해 획득되어 디스플레이(350)에 표시되기까지 시간지연이 있을 수 있다. 예를 들어, 약 1초의 시간지연이 있을 수 있어서, 실시간 영상(918)에 표시된 생검바늘(470)의 위치는 현재로부터 1초 전의 생검바늘(470)의 위치일 수 있다. 따라서, 만약 실시간 영상(918)에서 생검바늘(470)이 목표에 도달시 삽입 종료를 결정하면, 계획된 위치보다 더 깊이 찌를 수 있는 위험이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 삽입 게이지 바(560)는 실시간 영상(918)에 표시된 생검바늘(470)의 시간지연을 보완하여 보여준다. 제어부(500)가 현재의 생검바늘(470)의 위치를 계산한 정확한 현재의 위치를 실시간 화면과 동시에 보여준다. 삽입 게이지 바를 이용하여 실제 생검바늘(470)의 위치를 보여줄 수도 있다. 이때, 제어부는 의료도구의 위치 정보에 따른 궤적과 실시간 영상의 의료도구 궤적이 일치하는지 판단하여 디스플레이에 보여줄 수도 있을 것이다. 실시간 영상을 통해서 나타나는 생검바늘(470)의 위치변화, 속도의 정보와 슬레이브 로봇을 통해 전달받고 있는 위치정보, 생검바늘(470)의 위치정보, 속도 정보 역시 화면에 표시할 수 있다. 이러한 삽입 게이지 바(560)가 목표선(557)까지 도달하면 자동으로 생검바늘(470)의 진행이 중지되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부는 엔드이펙터(460)에 장착된 생검바늘(470)의 끝의 초기 공간좌표를 알고 있고, 삽입시 로봇 암과 엔드이펙터 구동부 모터의 움직임 정보로부터 생검바늘(470)의 끝의 공간상 좌표를 계산할 수 있다. 혹은 외부의 광학적 장비를 이용하여 생검바늘(470)의 위치를 나타낼 수도 있을 것이다. On the other hand, as shown in FIGS. 27 and 28, the real-time image 918 displays in real time that the biopsy needle 470 advances toward the target. However, there may be a time delay until it is acquired by the CT device 600 and displayed on the display 350. [ For example, there may be a time delay of about one second such that the position of the biopsy needle 470 shown in the real-time image 918 may be the position of the biopsy needle 470 one second before the current time. Thus, if the biopsy needle 470 in the real-time image 918 determines the end of insertion at the time of reaching the target, there is a risk of striking deeper than the planned position. To solve this problem, the insertion gauge bar 560 complements the time delay of the biopsy needle 470 displayed in the real-time image 918. The control unit 500 simultaneously displays the accurate current position of the current biopsy needle 470 in the real time screen. The position of the actual biopsy needle 470 may be shown using an insertion gauge bar. At this time, the controller may judge whether the locus of the medical instrument matches the locus of the medical instrument of the real-time image and display it on the display. The location information of the biopsy needle 470 displayed through the real-time image, the velocity information, the position information received through the slave robot, the position information of the biopsy needle 470, and the velocity information can be displayed on the screen. When the insertion gauge bar 560 reaches the target line 557, the biopsy needle 470 can be automatically stopped. For example, the control unit recognizes the initial spatial coordinates of the end of the biopsy needle 470 mounted on the end effector 460 and determines the position of the end of the biopsy needle 470 from the motion information of the robot arm and the end effector driving unit motor The spatial coordinates can be calculated. Alternatively, an external optical instrument may be used to indicate the location of the biopsy needle 470.

증강현실 기법을 이용하여 생검바늘(470)의 위치정보와 관련된 도형(예를 들어 바늘의 형상)과 관련 정보들을 실시간 영상에 중첩하여(Overlay) 디스플레이에 표시할 수도 있을 것이다. 제어부는 의료도구의 위치 정보에 따른 궤적과 실시간 영상의 의료도구 궤적이 일치하는지 판단하여 디스플레이에 보여줄 수도 있을 것이다. 실시간 영상을 통해서 나타나는 생검바늘(470)의 위치변화, 속도의 정보와 슬레이브 로봇을 통해 전달받고 있는 위치정보, 생검바늘(470)의 위치정보, 속도 정보 역시 화면에 표시할 수 있다.A shape (e.g., a shape of a needle) related to the positional information of the biopsy needle 470 and related information may be superimposed on the real time image (Overlay) on the display using the augmented reality technique. The controller may judge whether the locus of the medical instrument matches the locus of the medical instrument of the real-time image and display it on the display. The location information of the biopsy needle 470 displayed through the real-time image, the velocity information, the position information received through the slave robot, the position information of the biopsy needle 470, and the velocity information can be displayed on the screen.

이와 다른 방법으로, 실시간 영상(918) 상에 목표(100)보다 앞에 중지선(559)을 설정하여 생검바늘(470)이 이 중지선(559)에 도달하면 생검바늘(470)을 스톱(stop)시킨다. 물론, 실시간 영상(918)에서 생검바늘(470)은 목표(100)의 앞에 위치한 중지선(559)에서 멈춤 되지만, 전술된 시간지연으로 인해 실제로는 목표(100)에 도달한 상태가 된다. 또한, 생검바늘(470)의 진행을 숙련된 시술자에 의해 조절하는 것도 가능하다. Alternatively, a stop line 559 may be set in front of the target 100 on the real-time image 918 to stop the biopsy needle 470 when the biopsy needle 470 reaches the stop line 559 ). Of course, in the real-time image 918, the biopsy needle 470 is stopped at the stop line 559 located in front of the target 100, but actually reaches the target 100 due to the above-described time delay. It is also possible to control the progress of the biopsy needle 470 by a skilled practitioner.

또한, 전술한 바와 같이, 본 예에 따른 중재시술 가이드 방법 및 그 시스템에서 생검바늘(470)은 가이드 바늘(예: 시스)만 포함하거나, 시스와 조직채취용 바늘(예: 이너스타일렛)을 모두 포함하는 것이 가능하다. 따라서, 삽입 게이지 바(560), 목표선(557), 실시간 영상(918), 중지선(559) 등을 사용하여, 시스의 끝이 도달하는 위치를 가이드 하거나, 이너스타일렛의 끝이 목표(100)의 조직까지 도달하도록 가이드하는 것이 가능하다. 이와 같이, 중재시술 시스템은 생검바늘(470)을 실시간으로 보여주고, 디스플레이(350)되는 시간지연까지 고려한 삽입 게이지 바(560)를 사용하여 중재시술을 가이드하므로, 정확성과 안전성, 및 편의성이 향상된다.Also, as described above, in the interventional procedure method and system of the present example, the biopsy needle 470 includes only a guide needle (e.g., a cis), or a needle for tissue and / or tissue retrieval (e.g., an inner stylet) It is possible to include both. Therefore, by using the insertion gauge bar 560, the target line 557, the real-time image 918, the stop line 559, or the like, the position where the end of the sheath reaches is guided, 100 of the tissue. As such, the interventional procedure system guides the interventional procedure using the insertion gauge bar 560 that shows the biopsy needle 470 in real time and considers the time delay of the display 350, thereby improving the accuracy, safety, and convenience do.

엔드이펙터(460)에 장착된 생검바늘(470)에 의한 조직채취가 이루어진 이후, 디스플레이(350)에서 릴리즈 모드(release mode) 가 선택되면, 로봇암(400) 또는 엔드이펙터(460)에 의해 생검바늘(470)이 환자(5)로부터 뽑히며, 엔드이펙터(460)가 CT 장치(600)로부터 빠져나온다. 예를 들어, 시술자가 마스터콘솔(310)의 클러치(313)를 누르고, 삽입버튼(311)을 위로 올리면, 엔드이펙터(460)가 생검바늘(470)을 환자(5)로부터 뽑아 올리고, 제2 암(440)과 제3 암(450)이 움직여 환자(5)로부터 생검바늘(470)이 삽입경로 그대로 후진하도록 할 수 있다. 이후, 로봇암(400)이 CT 장치(600)로부터 나온다. 다른 실시예로써, 가이드 바늘은 환자(5)에 삽입된 채로 잔류하고, 조직채취용 바늘만 뽑혀 나오는 예도 물론 고려할 수 있다. 또 다른 예로서, 삽입 모드에서 가이드 바늘만 환자(5)에 삽입되고, 릴리즈 모드가 선택되면, 엔드이펙터(460)가 가이드 바늘을 놓고, 로봇암(400)이 CT 장치(600)로부터 나올 수 있다. 이 경우, 시술자가 환자(5)에 삽입된 가이드 바늘 내로 조직채취용 생검바늘을 삽입하여 생검이 이루어질 수 있다.The biopsy needle 470 attached to the end effector 460 is used to perform a biopsy by the robot arm 400 or the end effector 460 after the release mode is selected on the display 350. [ The needle 470 is withdrawn from the patient 5 and the end effector 460 exits the CT apparatus 600. [ For example, if a practitioner presses the clutch 313 of the master console 310 and raises the insertion button 311, the end effector 460 pulls the biopsy needle 470 out of the patient 5, The arm 440 and the third arm 450 are moved so that the biopsy needle 470 can be retracted from the patient 5 as it is. Then, the robot arm 400 comes out of the CT apparatus 600. As another example, the guide needle may remain inserted in the patient 5, and the needle for tissue collection may be extracted. As another example, in the insertion mode, only the guide needle is inserted into the patient 5, and when the release mode is selected, the end effector 460 places the guide needle and the robot arm 400 can come out of the CT apparatus 600 have. In this case, a biopsy can be performed by inserting a biopsy needle for tissue sampling into the guide needle inserted into the patient 5 by the practitioner.

중재시술 시스템은 목표 주위에 가상벽(virtual wall)을 세팅하여 생검바늘(470)의 진입에 따른 단계마다 시술자에게 신호를 줄 수 있다. 먼저, 시술전 단계에서 목표에서 일정거리 떨어진 가상벽을 설정한다. 가상벽은 시술 대상의 3차원 영상에 구형 또는 관련된 도형으로 표시될 수 있다. 시술이 시작되면, 시술자는 마스터콘솔(310)의 삽입버튼(311)을 이용하여, 생검바늘(470) 삽입을 시작하게 된다. 생검바늘(470)이 가상벽에 해당되는 위치에 다다르게 되면, 제어부(500)의 디스플레이에 경고 메세지가 나오던지, 마스터콘솔(310)을 진동시켜 특정 부위에 도달했음을 시술자에게 알릴 수 있다. 이로써 시술자는 단계적으로 적절성 여부를 확인하면서 절차를 진행할 수 있다.The interventional treatment system may set a virtual wall around the target to signal the practitioner at each step as the biopsy needle 470 enters. First, a virtual wall is set a certain distance from the target in the pre-procedure stage. The virtual wall may be displayed in spherical or related graphics on the three-dimensional image of the treatment target. When the procedure is started, the practitioner starts inserting the biopsy needle 470 using the insertion button 311 of the master console 310. When the biopsy needle 470 reaches a position corresponding to the virtual wall, a warning message is displayed on the display of the control unit 500 or the master console 310 is vibrated to notify the operator that the specific area has been reached. This allows the practitioner to proceed with the procedure in a step-by-step manner.

이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다. 발명의 실시는 이들의 다양한 조합에 의해 가능하다.Various embodiments of the present disclosure will be described below. The practice of the invention is possible by various combinations thereof.

(1)의료영상을 사용하는 중재시술 시스템에 있어서, 의료도구, 의료도구의 삽입경로가 저장되는 제어부, 환자의 실시간 영상 획득이 가능한 영상 획득 장치, 그리고, 실시간 영상을 표시할 수 있는 디스플레이를 포함하며, 제어부는 디스플레이에 시술장 영상과 의료도구의 위치정보를 동시에 표시하도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(1) An interventional treatment system using medical images, including a medical instrument, a control unit for storing an insertion path of a medical instrument, an image acquisition apparatus capable of acquiring real-time images of a patient, and a display capable of displaying real- And the control unit uses the medical image to simultaneously display the procedure image and the position information of the medical instrument on the display.

(2) 실시간 영상은 2D CT fluoroscopy 영상인 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(2) Interventional system using medical image which is 2D CT fluoroscopy image in real time.

(3) 의료도구가 장착되는 슬레이브 로봇;을 포함하며,제어부는 슬레이브 로봇으로부터 움직임 정보를 받아 의료도구의 위치정보를 생성하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(3) a slave robot to which a medical tool is attached, and the control unit receives the motion information from the slave robot and generates the position information of the medical tool.

(4) 슬레이브 로봇은, 관절 구동부를 가지는 로봇 암, 그리고, 로봇 암에 장착되며 의료도구 구동부를 포함하는 엔드이펙터;를 포함하며, 제어부는 관절 구동부와 의료도구 구동부의 움직임으로부터 의료도구의 위치정보가 계산되도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(4) The slave robot includes a robot arm having a joint driving part, and an end effector mounted on the robot arm and including a medical tool driving part. The control part controls the position of the medical tool from the movement of the joint driving part and the medical tool driving part Is calculated using a medical image.

(5) 제어부는 의료도구의 위치와 삽입경로를 비교하여 삽입경로의 끝에 의료도구의 위치가 도달하면 의료도구 구동부를 멈추는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(5) The control unit compares the position of the medical tool with the insertion path, and uses the medical image to stop the medical tool driving unit when the position of the medical tool reaches the end of the insertion path.

(6) 의료도구의 위치는 삽입경로의 길이 대비 현재 의료도구의 위치를 나타낸 게이지 바(Gauge Bar) 인 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(6) The position of the medical instrument is an interventional system using a medical image, which is a gauge bar indicating the position of the current medical instrument relative to the length of the insertion path.

(7) 제어부는 증강현실 기법에 의해 실시간 영상에 의료도구의 위치를 중첩하여 디스플레이에 표시하도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(7) An interventional procedure system using a medical image that superimposes the position of a medical tool on a real-time image and displays it on a display by an augmented reality technique.

(8) 제어부는 의료도구의 위치 정보에 따른 궤적과 실시간 영상의 의료도구 궤적이 일치하는지 판단하여 디스플레이에 나타내도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.(8) The control unit judges whether the locus of the medical instrument matches the trajectory of the medical instrument of the real-time image and displays it on the display.

(9) 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법에 있어서,대상(target)을 포함하는 시술전 영상에서 의료도구의 삽입경로(trajectory)를 생성하는 단계, 시술장 영상을 획득하는 단계, 시술전 영상과 시술장 영상을 정합하여, 정합된 시술장 영상에 삽입경로를 표시하는 단계, 의료도구가 장착된 로봇암이 삽입점(entry point) 주변으로 이동하여, 의료도구를 삽입경로에 따라 정렬시키는 단계, 그리고 의료도구의 이미지를 포함하는 실시간 영상을 획득하며, 실시간 영상에 의료도구 표시의 시간지연을 보완하여, 의료도구의 현재 위치를 디스플레이에 시각화하는 단계를 포함하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.(9) An intervention procedure guide method using a medical image, comprising the steps of generating a trajectory of a medical instrument in a pre-procedure image including a target, acquiring a procedure field image, A step of aligning the medical instrument with the insertion path by moving the robot arm equipped with the medical tool to the vicinity of the entry point, And acquiring a real-time image including an image of the medical instrument, and supplementing the time delay of displaying the medical instrument to the real-time image, and visualizing the current position of the medical instrument on the display. .

(10) 의료도구의 현재 위치를 시각화하는 단계에서, 로봇암의 동작을 계산하여 의료도구의 끝의 삽입깊이를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.(10) A method for guiding an intervention procedure using a medical image, characterized in that, at the step of visualizing the current position of the medical instrument, the operation depth of the robot arm is calculated to calculate the insertion depth of the end of the medical instrument.

(11) 정합된 시술장 영상과 실시간 영상에 각각 의료도구의 현재 삽입깊이를 삽입깊이 게이지 바(bar)로 표시하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.(11) A method of guiding an intervention procedure using a medical image, characterized by displaying a current insertion depth of a medical instrument in an inserted depth field image and a real-time image in an insertion depth gauge bar.

(12) 의료도구를 삽입경로에 따라 정렬시키는 단계 이후, 의료도구의 현재 위치를 시각화하는 단계 전에, 정렬 후 호흡레벨과 시술전 호흡레벨을 비교하여 표시하는(indicate or express) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.(12) A step of indicating or expressing the post-alignment respiration level and the pre-treatment respiration level before visualizing the current position of the medical instrument after aligning the medical instrument according to the insertion path A method of guiding intervention procedures using medical images.

본 개시에 따른 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법, 및 이를 위한 중재시술 시스템 의하면, 의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법의 자동화, 정확도, 안정성, 및 편리성이 향상된다.According to the guide method and the intervention procedure system using the medical image according to the present disclosure, the automation, accuracy, stability, and convenience of the intervention guide method using medical images are improved.

테이블(620) 이미지 획득장치(600) 마스터콘솔(310) 클러치(313)
삽입버튼(311) 회전버튼(312) 디스플레이(350) 제어부(500)
삽입깊이 게이지 바(560) 상단 메뉴바(551)
로봇암(400) 베이스(410) 슬라이딩부(420) 제1 암(430)
제2 암(440) 제3 암(450) 엔드이펙터(460) 의료도구(470)
삽입경로(475) 하우징(481) 지지부(482) 이동자 구동부(35)
Table (620) Image acquisition device (600) Master console (310) Clutch (313)
Insert button 311 Rotate button 312 Display 350 Control unit 500
Insertion depth gauge bar (560) Upper menu bar (551)
The robot arm 400 includes a base 410, a sliding portion 420, a first arm 430,
The second arm 440, the third arm 450, the end effector 460, the medical instrument 470,
Insertion path 475 housing 481 support portion 482 mover drive portion 35,

Claims (12)

의료영상을 사용하는 중재시술 시스템에 있어서,
의료도구;
의료도구의 삽입경로가 저장되는 제어부;
환자의 실시간 영상 획득이 가능한 영상 획득 장치; 그리고,
실시간 영상을 표시할 수 있는 디스플레이를 포함하며,
제어부는 디스플레이에 시술장 영상과 의료도구의 위치정보를 동시에 표시하도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
1. An interventional treatment system using medical images,
Medical tools;
A control unit for storing an insertion path of the medical instrument;
An image acquisition device capable of acquiring a real time image of a patient; And,
And a display capable of displaying a real-time image,
The control unit uses the medical image to simultaneously display the procedure image and the position information of the medical instrument on the display.
청구항 1에 있어서,
실시간 영상은 2D CT fluoroscopy 영상인 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method according to claim 1,
The real-time image is a 2D CT fluoroscopic image, which is a medical image using an interventional system.
청구항 1에 있어서,
의료도구가 장착되는 슬레이브 로봇;을 포함하며,
제어부는 슬레이브 로봇으로부터 움직임 정보를 받아 의료도구의 위치정보를 생성하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method according to claim 1,
And a slave robot to which the medical instrument is mounted,
The control unit uses the medical image to receive the motion information from the slave robot and generate the position information of the medical instrument.
청구항 3에 있어서, 슬레이브 로봇은,
관절 구동부를 가지는 로봇 암; 그리고,
로봇 암에 장착되며 의료도구 구동부를 포함하는 엔드이펙터;를 포함하며,
제어부는 관절 구동부와 의료도구 구동부의 움직임으로부터 의료도구의 위치정보가 계산되도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The slave robot according to claim 3,
A robot arm having a joint drive part; And,
An end effector mounted on the robot arm and including a medical tool drive,
The control unit uses the medical image to calculate the position information of the medical tool from the motion of the joint driving unit and the medical tool driving unit.
청구항 4에 있어서,
제어부는 의료도구의 위치와 삽입경로를 비교하여 삽입경로의 끝에 의료도구의 위치가 도달하면 의료도구 구동부를 멈추는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method of claim 4,
The control unit compares the position of the medical tool with the insertion path, and uses the medical image to stop the medical tool driving unit when the position of the medical tool reaches the end of the insertion path.
청구항 1에 있어서,
의료도구의 위치는 삽입경로의 길이 대비 현재 의료도구의 위치를 나타낸 게이지 바(Gauge Bar) 인 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method according to claim 1,
The position of the medical instrument is an interventional system using a medical image, which is a gauge bar indicating the position of the current medical instrument relative to the length of the insertion path.
청구항 1에 있어서,
제어부는 증강현실 기법에 의해 실시간 영상에 의료도구의 위치를 중첩하여 디스플레이에 표시하도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit superimposes the position of the medical tool on the real time image by the augmented reality technique and displays it on the display.
청구항 1에 있어서,
제어부는 의료도구의 위치 정보에 따른 궤적과 실시간 영상의 의료도구 궤적이 일치하는지 판단하여 디스플레이에 나타내도록 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit judges whether the trajectory of the medical instrument matches the trajectory of the real-time image with the trajectory of the medical instrument, and displays it on the display.
의료영상을 사용한 중재시술 가이드 방법에 있어서,
대상(target)을 포함하는 시술전 영상에서 의료도구의 삽입경로(trajectory)를 생성하는 단계;
시술장 영상을 획득하는 단계;
시술전 영상과 시술장 영상을 정합하여, 정합된 시술장 영상에 삽입경로를 표시하는 단계;
의료도구가 장착된 로봇암이 삽입점(entry point) 주변으로 이동하여, 의료도구를 삽입경로에 따라 정렬시키는 단계; 그리고
의료도구의 이미지를 포함하는 실시간 영상을 획득하며, 실시간 영상에 의료도구 표시의 시간지연을 보완하여, 의료도구의 현재 위치를 디스플레이에 시각화하는 단계;를 포함하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.
In an intervention procedure guide method using a medical image,
Generating a trajectory of a medical instrument in a pre-procedure image including a target;
Obtaining a procedure field image;
A step of matching the pre-operation image with the operation field image and displaying the insertion path on the matched procedure field image;
Moving the robot arm equipped with the medical tool around the entry point and aligning the medical tool along the insertion path; And
Acquiring a real-time image including an image of the medical instrument, supplementing the time delay of the medical instrument display to the real-time image, and visualizing the current position of the medical instrument on the display, .
청구항 9에 있어서,
의료도구의 현재 위치를 시각화하는 단계에서,
로봇암의 동작을 계산하여 의료도구의 끝의 삽입깊이를 계산하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.
The method of claim 9,
In the step of visualizing the current position of the medical instrument,
And calculating the insertion depth of the end of the medical instrument by calculating the motion of the robot arm.
청구항 9에 있어서,
정합된 시술장 영상과 실시간 영상에 각각 의료도구의 현재 삽입깊이를 삽입깊이 게이지 바(bar)로 표시하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.
The method of claim 9,
Wherein the current insertion depth of the medical instrument is displayed by an insertion depth gauge bar in the matched procedure field image and the real time image, respectively.
청구항 9에 있어서,
의료도구를 삽입경로에 따라 정렬시키는 단계 이후, 의료도구의 현재 위치를 시각화하는 단계 전에,
정렬 후 호흡레벨과 시술전 호흡레벨을 비교하여 표시하는(indicate or express) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료영상을 사용하는 중재시술 가이드 방법.
The method of claim 9,
After the step of aligning the medical tool according to the insertion path, prior to the step of visualizing the current position of the medical tool,
And displaying or comparing the respiration level after the alignment and the respiration level before the operation.
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