KR102540911B1

KR102540911B1 - Interventional methods and end effector of intervention robot using laser

Info

Publication number: KR102540911B1
Application number: KR1020160060198A
Authority: KR
Inventors: 최한철; 우동기; 김홍호; 차용엽
Original assignee: 큐렉소 주식회사
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2023-06-12
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: KR20170129995A

Abstract

본 발명은 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 바늘이 삽입되는 타겟에 레이저를 이용하여 바늘 삽입점을 표시하도록 하여 중재시술 로봇을 이용한 시술 시 정확한 삽입점을 지시할 수 있도록 한 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터에 있어서, 상기 엔드이펙터의 일측에 설치되고 바늘 삽입을 안내하는 바늘 가이드; 상기 바늘 가이드 위치로부터 일정 거리를 두고 상기 엔드이펙터의 타측에 설치되고, 환자의 병소 위치인 타겟을 향해 레이저를 조사하여 비접촉으로 바늘 삽입점을 확인할 수 있도록 표시하는 레이저 표시수단;을 포함하는 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 제공한다.The present invention relates to an end effector of an interventional robot using a laser and an interventional treatment method, and more specifically, to mark a needle insertion point using a laser on a target into which a needle is inserted, thereby enabling accurate insertion during surgery using an interventional robot. It relates to an end effector of an interventional robot using a laser capable of directing a point and an interventional procedure method.
To this end, an end effector of an interventional robot using a laser includes: a needle guide installed on one side of the end effector and guiding needle insertion; A laser display unit installed on the other side of the end effector at a predetermined distance from the needle guide position and irradiating a laser toward a target, which is the location of the patient's lesion, to display the needle insertion point in a non-contact manner. The end effector of the interventional robot used is provided.

Description

Interventional methods and end effector of interventional robot using laser}

본 발명은 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 바늘이 삽입되는 타겟에 레이저를 이용하여 바늘 삽입점을 표시하도록 하여 중재시술 로봇을 이용한 시술 시 정확한 삽입점을 지시할 수 있도록 한 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an end effector of an interventional robot using a laser and an interventional treatment method, and more specifically, to mark a needle insertion point using a laser on a target into which a needle is inserted, thereby enabling accurate insertion during surgery using an interventional robot. It relates to an end effector of an interventional robot using a laser capable of directing a point and an interventional procedure method.

일반적으로, 의료 시술 분야에서 자동화 시스템이 점차적으로 보급됨에 따라 인간을 대신하는 로봇을 이용하고 있으며, 이러한 의료용 시술 로봇을 중재시술 로봇이라 한다.In general, as automation systems gradually spread in the field of medical procedures, robots replacing humans are being used, and such medical procedure robots are referred to as interventional robots.

또한, 종래에는 대한민국 등록특허 제10-1529243호에 개시된 바와 같이, 중재시술 로봇을 통해 시술을 수행하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇이 제시된 바 있다.In addition, conventionally, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1529243, a needle-insertion type interventional robot that performs a procedure through an interventional robot has been proposed.

한편, 바늘생검은 수술적 요법 대신 바늘을 환자의 몸속으로 삽입하여 조직을 채취하기 위한 시술적 요법으로, 종래에는 바늘삽입 목표점을 알아내기 위해 CT 촬영과 바늘삽입을 의사의 감각에 의존하여 반복적으로 이루어졌다.On the other hand, needle biopsy is a surgical therapy to collect tissue by inserting a needle into the patient's body instead of surgical therapy. done

이러한 종래의 문제점을 해결하고자 최근에는 바늘삽입을 가이드 해주는 제품이 출시되고 있으며, 또한 바늘 삽입 시술까지도 자동으로 할 수 있는 기기들이 개발되고 있는 상황이다.In order to solve these conventional problems, products that guide needle insertion have recently been released, and devices capable of automatically performing needle insertion procedures are also being developed.

하지만, 종래에는 바늘을 정확히 가이드 하거나 삽입하는 데에만 비중을 두고 실제 시술계획을 고려하지 않고 제작하는 경우가 많아 실제 시술과정에서 필수적으로 따르는 소독멸균, 마취, 사전 절개 등의 시술 절차에 의해 필요한 피부 표면의 바늘 삽입점 확인이 어려운 문제가 발생하게 된다.However, in the past, there are many cases in which manufacturing is done without considering the actual procedure plan, focusing only on accurately guiding or inserting the needle, so the skin required by the procedure such as disinfection sterilization, anesthesia, and pre-incision, which are essential in the actual procedure It is difficult to check the needle insertion point on the surface.

이와 같이, 중재시술 로봇을 이용하여 바늘을 삽입하는 절차는 자동화기기에 의존하여 시술을 진행하더라도 바늘을 삽입하는 절차 이전까지 존재하는 시술 절차 및 단계들은 여전히 의사의 경험과 판단에 의존할 수밖에 없는 문제가 있다.As such, although the procedure of inserting a needle using an interventional robot is dependent on an automated device, the procedure and steps that exist prior to the procedure of inserting a needle still depend on the experience and judgment of the doctor. there is

즉, 현재 중재시술 시 바늘 삽입 시술이 이루어지는 과정에서 현장에서 간단, 신속, 정확하게 바늘 삽입점을 표시하고 확인할 수 있는 수단 및 방법이 없는 실정이다.That is, there is currently no means and method for displaying and confirming the needle insertion point simply, quickly, and accurately in the field during the needle insertion procedure during the interventional procedure.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 중재시술 로봇을 통해 바늘을 삽입하는 과정에서 기설정된 바늘 삽입 타겟에 대해 정확한 바늘 삽입점을 표시하여 수술의 정확도를 향상시킬 수 있는 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and in the process of inserting a needle through an interventional robot, an accurate needle insertion point is displayed for a preset needle insertion target, thereby improving the accuracy of surgery. Its purpose is to provide an end effector of an interventional robot using a laser and an interventional procedure method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터에 있어서, 상기 엔드이펙터의 일측에 설치되고 바늘 삽입을 안내하는 바늘 가이드; 상기 바늘 가이드 위치로부터 일정 거리를 두고 상기 엔드이펙터의 타측에 설치되고, 환자의 병소 위치인 타겟을 향해 레이저를 조사하여 비접촉으로 바늘 삽입점을 확인할 수 있도록 표시하는 레이저 표시수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Technical idea of the present invention for achieving the above object is an end effector of an interventional robot using a laser, comprising: a needle guide installed on one side of the end effector and guiding needle insertion; and a laser display means installed on the other side of the end effector at a predetermined distance from the needle guide position and irradiating a laser toward a target, which is the location of the patient's lesion, to display the needle insertion point in a non-contact manner. to be

이때, 상기 타겟의 위치는 환자의 병소 근방에 환자측 광학툴을 부착하고 CT 촬영 후에, CT 촬영 시와 같은 호흡레벨에서 상기 환자측 광학툴과 중재시술 로봇에 부착된 로봇측 광학툴을 3차원 계측기로 계측하여 공간정합하여 도출할 수 있다.At this time, the position of the target is determined by attaching the patient-side optical tool near the patient's lesion and after CT scan, the patient-side optical tool and the robot-side optical tool attached to the interventional robot are measured as a 3-dimensional instrument at the same breathing level as during the CT scan. It can be derived by measuring and spatial matching.

또한, 상기 바늘 삽입점은 상기 타겟에 도달하기 위해 바늘이 지나가는 경로와 환자 피부 표면과의 교차점으로서, 바늘을 삽입하기 위한 위치, 소독멸균 위치, 마취 위치, 사전절개 위치 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the needle insertion point is an intersection between a path through which a needle passes to reach the target and a surface of a patient's skin, and may be any one of a position for inserting a needle, a disinfection and sterilization position, anesthesia position, and a pre-incision position.

또한, 상기 레이저 표시수단은, 로봇암 캘리브레이션 유효성 검증에 이용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the laser display unit is characterized in that it can be used for validation of robot arm calibration.

또한, 상기 레이저 표시수단은, 바늘 가이드의 바늘이 설치되는 축 방향과 동일한 축 방향으로 향하도록 각도가 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the angle of the laser display means is formed to face in the same axial direction as the axial direction in which the needle of the needle guide is installed.

또한, 상기 레이저 표시수단은 의사의 손과 간섭을 최소화하고 엔드이펙터가 회전해도 환자와의 충돌을 방지하도록 상기 바늘 가이드와 일정 거리 이격된 위치에 설치될 수 있다.In addition, the laser display means may be installed at a position spaced apart from the needle guide to minimize interference with the doctor's hand and prevent collision with the patient even when the end effector rotates.

또한, 상기 바늘 가이드는 의사의 손과 간섭을 최소화하고 엔드이펙터가 회전해도 환자와의 충돌을 방지하도록 엔드이펙터의 회전축으로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치될 수 있다.In addition, the needle guide may be installed at a position spaced apart from a rotating shaft of the end effector to minimize interference with a doctor's hand and to prevent a collision with a patient even when the end effector rotates.

한편, 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 중재시술 로봇을 이용하여 바늘을 삽입하는 방법에 있어서, 엔드이펙터의 레이저 표시수단이 환자의 타겟을 향해 위치되도록 로봇암이 이동하는 레이저 표시수단 위치단계; 상기 레이저 표시수단 위치단계에서 레이저 표시수단을 통해 타겟에 레이저를 조사하는 레이저 조사단계; 상기 레이저 조사단계에서 조사된 레이저 포인트 위치에 바늘이 삽입되는 삽입점을 표시하는 삽입점 마킹단계; 엔드이펙터가 레이저 표시 위치에서 후퇴하여 바늘 가이드가 바늘 삽입점에 위치될 수 있도록 로봇암이 이동하는 바늘 가이드 위치단계; 및 상기 삽입점 마킹단계에서 표시된 삽입점에 대해 바늘을 삽입하는 바늘 삽입단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, as a technical concept of the present invention for achieving another object, in a method of inserting a needle using an interventional robot, the robot arm moves so that the laser display means of the end effector is positioned toward the target of the patient. laser display means location step; a laser irradiation step of irradiating a laser to a target through a laser display means in the laser display means positioning step; an insertion point marking step of marking an insertion point where a needle is inserted at the location of the laser point irradiated in the laser irradiation step; a needle guide positioning step in which the robot arm moves so that the end effector retreats from the laser marked position and the needle guide is positioned at a needle insertion point; and a needle insertion step of inserting a needle into the insertion point indicated in the insertion point marking step.

또한, 상기 바늘 가이드 위치단계 전에 소독멸균, 마취, 소독 및 사전절개 등의 예비시술을 선행할 수도 있다.In addition, preliminary procedures such as disinfection, sterilization, anesthesia, disinfection, and pre-incision may be preceded before the needle guide positioning step.

또한, 상기 예비시술 전에 작업 공간 확보를 위해 상기 엔드이펙터가 상기 레이저 표시위치에서 후퇴했다가 상기 레이저 표시위치로 재위치하는 단계가 수행될 수 있다.Also, before the preliminary procedure, a step of retracting the end effector from the laser marked position and repositioning it to the laser marked position may be performed to secure a work space.

또한, 상기 엔드이펙터가 상기 레이저 표시위치로 재위치하는 단계는 상기 레이저 표시수단 위치단계와 상기 레이저 조사단계를 다시 수행하여 상기 삽입점을 재확인하는 단계를 포함할 수 있다.Also, the step of relocating the end effector to the laser marking position may include reconfirming the insertion point by performing the laser marking means positioning step and the laser irradiation step again.

또한, 상기 바늘 가이드 위치단계에서 환자의 이동량을 확인하여 환자 호흡량을 재조정할 수 있다.In addition, the patient's breathing volume can be readjusted by checking the movement amount of the patient in the needle guide positioning step.

상기와 같은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The end effector and interventional treatment method of the interventional robot using a laser according to the present invention as described above have the following effects.

중재시술 로봇의 로봇암을 이동시켜 엔드이펙터를 위치시키고, 레이저 표시수단을 통해 환자의 병소 위치인 타겟을 향해 레이저를 조사하여 바늘이 삽입되는 타겟 포인트를 마킹할 수 있도록 함으로써 의사는 바늘이 삽입되는 삽입점을 확인할 수 있어 정확한 바늘 삽입점에 대해 바늘 삽입이 이루어질 수 있게 된다.By moving the robot arm of the interventional robot to position the end-effector, and irradiating the laser toward the target, the location of the patient's lesion, through the laser marking means, the doctor can mark the target point where the needle is inserted. Since the insertion point can be confirmed, needle insertion can be performed for the correct needle insertion point.

이에 따라, 바늘 삽입점의 정확도를 향상시켜 의사가 개입하는 수동적인 시술 과정에서 오류를 최소화하여 수술의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect of improving the accuracy of the operation by improving the accuracy of the needle insertion point and minimizing errors in the manual operation process in which the doctor intervenes.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터의 회전 동작 모습을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 이용한 중재시술 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 통해 중재시술 시 엔드이펙터의 위치 이동 모습을 나타낸 도면.1 is a view showing an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention.
2 is a diagram showing a rotational motion of an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention.
3 is a flowchart illustrating an interventional procedure method using an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention.
4 is a view showing the positional movement of an end effector during an interventional procedure through the end effector of an interventional procedure robot using a laser according to the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors can properly define the concept of terms in order to explain their invention in the best way. Based on the principle, it should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 attached.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터의 회전 동작 모습을 나타낸 도면, 도 3은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 이용한 중재시술 방법을 나타낸 순서도, 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 통해 중재시술 시 엔드이펙터의 위치 이동 모습을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a rotational operation of an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention, and FIG. 4 is a flow chart showing an interventional procedure method using an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention, and FIG. .

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터(100)는 크게, 바늘 가이드(110) 및 레이저 표시수단(120)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the end effector 100 of the interventional robot using a laser according to the present invention largely includes a needle guide 110 and a laser display unit 120 .

본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터는 중재시술 로봇을 통해 바늘을 삽입하는 과정에서 기설정된 바늘 삽입 타겟에 대해 정확한 바늘 삽입점을 표시하여 수술의 편이성과 정확도를 향상시킬 수 있는 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터에 관한 것이다.The end effector of the interventional robot using a laser according to the present invention is a laser that can improve the convenience and accuracy of surgery by displaying an accurate needle insertion point for a preset needle insertion target in the process of inserting a needle through the interventional robot. It relates to an end effector of an interventional robot using

따라서, 상기 본 발명에 따른 엔드이펙터를 포함하는 중재시술 로봇을 통해 정확한 위치에 바늘 삽입점을 표시함으로써 중재시술 계획 수립 시 의사가 기설정된 바늘 삽입점을 확인할 수 있도록 하여 바늘 삽입점에 마취, 소독멸균, 사전절개 등의 의료 시술 작업을 수행할 수 있게 된다.Therefore, by displaying the needle insertion point at the correct location through the interventional robot including the end effector according to the present invention, the doctor can check the preset needle insertion point when planning the interventional procedure, thereby providing anesthesia and disinfection at the needle insertion point. It becomes possible to perform medical procedures such as sterilization and pre-incision.

상기 엔드이펙터(100)는 중재시술 로봇에 있어서 중재시술이 이루어지는 부분에 해당한다. The end effector 100 corresponds to a part where an interventional procedure is performed in an interventional robot.

먼저, 바늘 가이드(110)는 중재시술 시 환자 측으로 바늘을 삽입할 때 가이드하기 위한 부분이다.First, the needle guide 110 is a part for guiding when a needle is inserted into a patient during an interventional procedure.

상기 바늘 가이드(110)는 상기 엔드이펙터(100)의 일측 끝단에 설치되고, 의사가 바늘을 특정 방향으로 삽입할 수 있도록 각도를 유지해주는 부분으로, 설정된 각도를 정확하게 유지되도록 안내함으로써 의사가 바늘 조작 시 물리적, 심리적 방해 요소 발생되는 것을 줄여 바늘 삽입 정확도에 영향을 주지 않도록 안내하는 역할을 한다.The needle guide 110 is installed at one end of the end effector 100 and maintains an angle so that the doctor can insert the needle in a specific direction. It plays a role of guiding not to affect the accuracy of needle insertion by reducing the occurrence of physical and psychological obstacles when performing needle insertion.

이때, 의사가 상기 엔드이펙터(100)에 설치된 바늘 가이드(110)를 통해 바늘을 삽입할 때에는 도 1에 도시된 바와 같이, 의사 바늘 조작 영역을 통해 바늘 삽입을 수행하게 된다.At this time, when the doctor inserts the needle through the needle guide 110 installed in the end effector 100, as shown in FIG. 1, the needle is inserted through the doctor's needle manipulation area.

따라서, 상기 바늘 가이드(110)는 상부로 의사 바늘 조작 영역이 구비되도록 일정 공간을 마련하여 하측에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the needle guide 110 is formed on the lower side by providing a certain space so that the pseudo needle manipulation area is provided on the upper side.

또한, 의사 바늘 조작 영역의 반대 측 공간은 환자 충돌 방지 영역으로, 엔드이펙터(100) 회전 시 환자와 접촉을 방지하기 위해 마련된 공간이다.In addition, a space on the opposite side of the doctor needle manipulation area is a patient collision prevention area, and is a space provided to prevent contact with the patient when the end effector 100 rotates.

따라서, 상기 바늘 가이드(110)는 의사의 손과 간섭을 최소화하고 엔드이펙터(100)가 회전해도 환자와의 충돌을 방지하도록 상기 엔드이펙터(100)가 회전하는 회전축으로부터 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 것이 바람직하다.Therefore, the needle guide 110 is installed at a position spaced a certain distance from the rotating shaft around which the end effector 100 rotates to minimize interference with the doctor's hand and prevent collision with the patient even when the end effector 100 rotates. it is desirable to be

도 2에 도시된 바와 같이, 환자 충돌 방지 영역을 마련하여 바늘의 각도에 따라서 엔드이펙터(100)의 회전 시 환자와 비접촉되는 모습을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2 , it is possible to confirm that the patient is not in contact with the patient when the end effector 100 rotates according to the angle of the needle by providing a patient collision prevention area.

한편, 상기 바늘 가이드(110)는 중공이 관통 형성되어 바늘 또는 바늘 어셈블리가 설치될 수 있게 된다.Meanwhile, a hollow is formed through the needle guide 110 so that a needle or needle assembly can be installed.

다음으로, 레이저 표시수단(120)은 상기 바늘 가이드(110)가 설치된 위치로부터 일정 거리를 두고 엔드이펙터(100)의 타측에 설치된다.Next, the laser display unit 120 is installed on the other side of the end effector 100 at a predetermined distance from the location where the needle guide 110 is installed.

상기 레이저 표시수단(120)은 환자의 병소 위치인 타겟을 향해 레이저를 조사하여 비접촉으로 바늘 삽입점을 확인할 수 있도록 표시하는 역할을 한다.The laser display unit 120 irradiates a laser beam toward a target, which is a location of a patient's lesion, to display a needle insertion point in a non-contact manner.

이러한 상기 레이저 표시수단(120)은 엔드이펙터(100)의 회전 축 인근에 설치되고, 레이저 빔 조사 방향은 환자 측 피부 방향을 향하도록 설치된다.The laser display unit 120 is installed near the rotational axis of the end effector 100, and the laser beam irradiation direction is directed toward the patient's skin.

즉, 상기 바늘 가이드(110)의 바늘이 설치되는 축 방향과 동일한 축 방향으로 향하도록 각도가 형성되는 것이 바람직하다.That is, it is preferable that the angle of the needle guide 110 is formed to face in the same axial direction as the axial direction in which the needle is installed.

상기 타겟의 위치는 환자의 병소 근방에 환자측 광학툴을 부착하고 CT 촬영 후에, CT 촬영 시와 같은 호흡레벨에서 상기 환자측 광학툴과 중재시술 로봇에 부착된 로봇측 광학툴을 3차원 계측기로 계측하여 공간정합하여 도출할 수 있다.The location of the target is determined by attaching the patient-side optical tool near the patient's lesion and measuring the patient-side optical tool and the robot-side optical tool attached to the interventional robot with a three-dimensional instrument at the same breathing level as during the CT scan after CT scan. It can be derived by spatial coherence.

한편, 상기 레이저 표시수단(120)의 설치 위치는 복합적 요인들을 고려하여 설정될 수 있다.On the other hand, the installation position of the laser display means 120 can be set in consideration of complex factors.

먼저, 의사의 손과 엔드이펙터(100)의 간섭을 최소화하기 위해 바늘 가이드(110)와 레이저 표시수단(120)의 거리(레이저 축)는 성인 남성의 평균 손 크기를 고려하여 100mm 이상 되도록 설계하는 것이 바람직하다.First, in order to minimize interference between the doctor's hand and the end effector 100, the distance (laser axis) between the needle guide 110 and the laser display unit 120 is designed to be 100 mm or more in consideration of the average hand size of an adult male. it is desirable

또한, 엔드이펙터(100)는 ㅁ20˚의 기울기 갖고 시술이 가능하도록 상기 바늘 가이드(110)의 하단부에서 레이저 표시수단(120)의 하단부 까지의 거리는 약 100mm가 되도록 설계하는 것이 바람직하다.In addition, the end effector 100 is preferably designed so that the distance from the lower end of the needle guide 110 to the lower end of the laser display means 120 is about 100 mm so that the procedure can be performed with a tilt of ㅁ20˚.

또한, 바늘 가이드(110)의 바늘 삽입축과 레이저 표시수단(120)의 레이저 축은 평행하게 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the needle insertion axis of the needle guide 110 and the laser axis of the laser display means 120 are preferably formed in parallel.

이는, 바늘 삽입과 레이저 표시할 경우 엔드이펙터(100) 자세를 동일한 각도를 유지한 상태로 동작을 구현하기 위한 것으로, 이에 따라, 환자와 접촉을 방지한 상태로 단순 평행 이동만으로 바늘 가이드(110)와 레이저 표시수단(120)의 위치 이동 동작을 수행할 수 있기 때문이다.This is to implement the operation while maintaining the posture of the end-effector 100 at the same angle when inserting the needle and displaying the laser, and thus, the needle guide 110 can be moved only by simple parallel movement while preventing contact with the patient. This is because it is possible to perform a location movement operation of the laser display means 120.

또한, 레이저 표시수단(120)은 엔드이펙터의 회전축 중심과 일치되는 위치에 레이저가 조사되도록 위치를 설정한다.In addition, the position of the laser display unit 120 is set so that the laser is irradiated at a position coinciding with the center of the rotation axis of the end effector.

이는, 레이저 표시수단(120)의 레이저 축이 엔드이펙터(100)의 회전축과 일치되도록 하여 레이저 표시수단(120)을 이용하여 한 점(포인트) 운동 시에 각 축의 움직임을 최소화하기 위함이다.This is to make the laser axis of the laser display unit 120 coincide with the rotation axis of the end effector 100 so as to minimize the movement of each axis during one point movement using the laser display unit 120.

한편, 상기 레이저 표시수단(120)은 로봇암 캘리브레이션 확인 및 공간정합 확인 시에도 이용될 수 있다.On the other hand, the laser display means 120 can also be used when checking the robot arm calibration and space matching.

일반적으로 다관절 매니퓰레이터 형식의 중재시술 로봇은 보통 기구학 설계 파라미터의 캘리브레이션을 수행해서 출고되는데 사용 중에 엔코더, 링크 등의 하드웨어 파손에 의해 틀어질 수 있기 때문에 시술 전에는 항상 캘리브레이션 유효성을 확인하는 작업이 필요하다.In general, interventional robots in the form of multi-joint manipulators are usually shipped after calibration of kinematic design parameters, but during use, it can be turned due to hardware damage such as encoders and links, so it is always necessary to check the validity of calibration before surgery. .

일반적으로 캘리브레이션 유효성 확인은 엔드이펙터를 특정한 툴로 교체한 뒤 로봇베이스로부터의 고정점을 물리적으로 접촉시킨 뒤에 그 점을 중심으로 한점 운동을 시켜서 한점 유지 여부를 확인하거나, 마커 등이 달린 엔드이펙터로 교체한 뒤 3차원 계측기를 이용해서 공간상의 고정점을 중심으로 한점 회전 운동을 했을 때 한 점 유지 여부를 확인해서 평가할 수 있다.In general, validation of calibration is performed by replacing the end effector with a specific tool, physically contacting a fixed point from the robot base, and then performing a one-point movement around that point to check whether one point is maintained, or replacing the end effector with a marker, etc. After that, it can be evaluated by checking whether one point is maintained when one point is rotated around a fixed point in space using a three-dimensional measuring instrument.

하지만, 이런 경우에는 엔드이펙터를 교체해야 된다는 점, 추가 센서나 지그 등이 필요하다는 점에서 시술 전에 항상 수행하기는 불리하다.However, in this case, it is disadvantageous to always perform the procedure before the procedure in that the end effector needs to be replaced and additional sensors or jigs are required.

따라서, 본 발명의 상기 레이저 표시수단(120)은 엔드이펙터(100)에 레이저 를 장착하였기 때문에 레이저 연장선의 고정점을 가상의 툴로 생각할 수 있으며, 이 가상의 툴 끝이 로봇 베이스로부터 공간상에 고정된 점을 유지할 수 있는지를 확인하면 비접촉식으로, 엔드이펙터 교체 없이 캘리브레이션 유효성을 평가할 수 있다.Therefore, in the laser display unit 120 of the present invention, since the laser is mounted on the end effector 100, the fixed point of the laser extension line can be considered as a virtual tool, and the end of this virtual tool is fixed in space from the robot base. If it is confirmed that the set point can be maintained, the validity of the calibration can be evaluated in a non-contact way and without replacing the end effector.

따라서, 본 발명은 로봇암의 모든 관절을 움직여서 로봇 좌표계 기준에서의 고정점을 레이저로 표시하여 그 점을 중심으로 한점 회전 운동을 수행하여 레이저 표시점의 한점 유지 여부를 육안으로 확인함으로서 시술전에 간단하게 캘리브레이션 유효성을 점검할 수 있다.Therefore, the present invention moves all the joints of the robot arm to mark a fixed point in the robot coordinate system with a laser, and performs a one-point rotation movement around that point to visually check whether or not one point of the laser marking point is maintained. Calibration validity can be checked.

이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 상기 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 이용한 중재시술 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an interventional procedure method using the end effector of the interventional robot using the laser will be described with reference to FIGS. 3 and 4 .

본 발명에 따른 상기 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 이용한 중재시술 방법은 크게, 레이저 표시수단 위치단계(S110), 레이저 조사단계(S120), 삽입점 마킹단계(S130), 바늘 가이드 위치단계(S140), 바늘 삽입단계(S150)를 포함한다.The interventional procedure method using the end effector of the interventional robot using the laser according to the present invention includes a laser display unit positioning step (S110), a laser irradiation step (S120), an insertion point marking step (S130), and a needle guide positioning step. (S140), including a needle insertion step (S150).

이러한 본 발명에 따른 상기 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터를 이용한 중재시술 방법은 중재시술 로봇을 이용한 바늘 삽입 과정에 대한 것으로 환자의 병소 위치인 타겟에 대해 바늘을 삽입하는 과정에 대한 것이다.The interventional procedure method using the end effector of the interventional robot using the laser according to the present invention relates to a needle insertion process using an interventional robot, and relates to a process of inserting a needle into a target, which is a location of a patient's lesion.

먼저, 레이저 표시수단 위치단계(S110)은 엔드이펙터(100)의 레이저 표시수단(120)이 환자의 타겟을 향해 위치되도록 로봇암이 이동하는 과정이다.First, the laser display means positioning step (S110) is a process in which the robot arm moves so that the laser display means 120 of the end effector 100 is positioned toward the target of the patient.

상기 레이저 표시수단 위치단계(S110)는 중재시술 로봇의 작동에 의해 로봇암이 동작하여 레이저 표시수단(120)의 레이저 축과 환자의 타겟이 일직선상에 놓이도록 로봇암을 이동시키는 단계이다.The laser display unit positioning step (S110) is a step of moving the robot arm so that the laser axis of the laser display unit 120 and the target of the patient are placed on a straight line by operating the robot arm by the operation of the interventional robot.

그 다음, 레이저 조사단계(S120)는 상기 레이저 표시수단 위치단계(S110)에서 레이저 표시수단(120)을 통해 타겟에 레이저를 조사하는 단계이다.Next, the laser irradiation step (S120) is a step of irradiating a laser to the target through the laser display means 120 in the laser display means positioning step (S110).

이때, 상기 레이저 표시수단(120)은 타겟 방향을 향하도록 레이저가 조사되어 타겟과 레이저 축과 같은 선상의 환자의 피부 표면의 바늘 삽입점으로 레이저 포인트 지점이 형성된다.At this time, the laser display unit 120 is irradiated with laser in the direction of the target, and a laser point is formed as a needle insertion point on the skin surface of the patient on the same line as the target and the laser axis.

그 다음, 삽입점 마킹단계(S130)는 상기 레이저 조사단계(S120)에서 조사된 레이저 포인트 위치에 바늘이 삽입되는 삽입점을 표시하는 단계이다.Next, the insertion point marking step (S130) is a step of marking the insertion point where the needle is inserted at the position of the laser point irradiated in the laser irradiation step (S120).

상기 삽입점 마킹단계(S130)는 상기 레이저 조사단계(S120)에서 바늘 삽입점에 해당하는 포인트 지점에 레이저 포인트가 표시되면 의사는 이를 확인한 후 수기로 해당 지점을 마킹하게 되고, 마킹된 지점은 바늘 삽입점으로 설정된다.In the insertion point marking step (S130), when a laser point is displayed at the point corresponding to the needle insertion point in the laser irradiation step (S120), the doctor checks this and marks the corresponding point by hand, and the marked point is the needle insertion point. set as the insertion point.

그 다음, 바늘 가이드 위치단계(S140)는 엔드이펙터(100)가 레이저 표시 위치에서 후퇴하여 바늘 가이드(110)가 바늘 삽입점에 위치될 수 있도록 로봇암이 이동하는 단계이다.Next, the needle guide positioning step (S140) is a step in which the robot arm moves so that the end effector 100 retreats from the laser marked position so that the needle guide 110 can be positioned at the needle insertion point.

즉, 상기 바늘 가이드 위치단계(S140)에서 엔드이펙터(100)는 후퇴 이동하고 바늘 가이드(110)의 바늘 축 위치와 타겟의 바늘 삽입점 위치가 동일선상에 놓이도록 로봇암이 동작하여 엔드이펙터(100)가 이동하게 되는 것이다.That is, in the needle guide positioning step (S140), the end effector 100 moves backward, and the robot arm operates so that the position of the needle axis of the needle guide 110 and the position of the needle insertion point of the target are on the same line, so that the end effector (100) 100) will move.

그 다음, 바늘 삽입단계(S150)는 상기 삽입점 마킹단계(S130에서 표시된 삽입점에 대해 바늘을 삽입하는 단계이다.Next, the needle insertion step (S150) is a step of inserting a needle into the insertion point indicated in the insertion point marking step (S130).

이때, 바늘 가이드(110)를 통해 바늘을 환자 피부의 바늘 삽입점 포인트에 바늘을 삽입하여 시술을 하게 된다.At this time, the needle is inserted into the needle insertion point of the patient's skin through the needle guide 110 to perform the procedure.

한편, 상기 바늘 가이드 위치단계(S140) 전에 소독멸균, 마취, 소독 및 사전절개 등의 예비시술을 선행할 수도 있다.On the other hand, before the needle guide positioning step (S140), preliminary procedures such as disinfection, sterilization, anesthesia, disinfection, and pre-incision may be preceded.

이때, 바늘 삽입점은 타겟에 도달하기 위해 바늘이 지나가는 경로와 환자 피부 표면과의 교차점으로서, 바늘을 삽입하기 위한 위치, 소독멸균 위치, 마취 위치, 사전절개 위치 중 어느 하나일 수 있다. At this time, the needle insertion point is an intersection between a path through which a needle passes to reach a target and a surface of a patient's skin, and may be any one of a position for inserting a needle, a disinfection and sterilization position, anesthesia position, and a pre-incision position.

또한, 사전절개가 수행되는 이유는 바늘이 기울어진 상태로 삽입될 때 실제 타겟까지 가지 못하고 바늘이 휘어 타겟으로 도달하지 못한 경우가 발생 시 피부를 일부 절개함으로써 바늘이 타겟까지 도달하는데 발생하는 방해요소를 없애기 위함이다.In addition, the reason why the pre-incision is performed is that when the needle is inserted in an inclined state, it does not reach the actual target, and when the needle bends and does not reach the target, some of the skin is incised to prevent the needle from reaching the target. is to eliminate

즉, 바늘 가이드(110)가 바늘 삽입점에 위치되기 전 바늘 삽입점에 대해 마취, 소독 및 사전절개 시술이 이루어질 수 있으며, 이 경우 엔드이펙터(100)는 타겟 위치로부터 일정 거리를 두고 위치된 상태에서 시술이 이루어질 수 있다.That is, before the needle guide 110 is positioned at the needle insertion point, anesthesia, disinfection, and pre-incision procedure may be performed on the needle insertion point, and in this case, the end effector 100 is positioned at a certain distance from the target location. Treatment can be performed in

상기 예비시술 전에 예비시술의 작업 공간 확보를 위해 엔드이펙터(100)가 상기 레이저 표시 위치에서 후퇴했다가 상기 레이저 표시 위치로 재위치하는 단계가 수행될 수 있다.Before the preliminary treatment, a step of retracting the end effector 100 from the laser marked position and repositioning it to the laser marked position may be performed to secure a working space for the preliminary treatment.

여기서, 상기 엔드이펙터(100)가 상기 레이저 표시위치로 재위치하는 단계는 상기 레이저 표시수단 위치단계와 상기 레이저 조사단계를 다시 수행하여 바늘이 삽입되는 삽입점을 재확인하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of relocating the end effector 100 to the laser marking position may include reconfirming the insertion point where the needle is inserted by performing the laser marking means positioning step and the laser irradiation step again.

또한, 상기 바늘 가이드 위치단계(S140)에서 환자의 이동량을 확인하여 환자 호흡량을 확인할 수 있다.In addition, in the needle guide positioning step (S140), the patient's respiration volume can be confirmed by checking the movement volume of the patient.

즉, 최초 바늘 삽입점이 정해지고 바늘 가이드 위치단계(S140)에서 바늘 가이드가 바늘 삽입점에 위치되어 바늘이 삽입되기 전 다시 한 번 최종적으로 환자의 움직임이 있는지 이동량을 확인하여 이동량이 확인되면 환자의 호흡량을 재조정할 수 있게 되는 것이다.That is, after the first needle insertion point is determined and the needle guide is located at the needle insertion point in the needle guide positioning step (S140), the movement amount is checked to see if there is any movement of the patient once again before the needle is inserted. This will allow you to readjust your breathing.

따라서, 바늘 삽입단계(S150) 전 레이저 표시수단 위치단계(S110), 레이저 조사단계(S120), 삽입점 마킹단계(S130), 바늘 가이드 위치단계(S140)는 반복적인 동작으로 그 과정이 이루어질 수도 있다.Therefore, the laser display unit positioning step (S110), the laser irradiation step (S120), the insertion point marking step (S130), and the needle guide positioning step (S140) before the needle insertion step (S150) may be repeated. there is.

상기 설명한 바와 같이, 중재시술 로봇의 로봇암(1)을 이동시켜 엔드이펙터(100)를 위치시키고, 레이저 표시수단(120)을 통해 환자의 병소 위치인 타겟을 향해 레이저를 조사하여 바늘이 삽입되는 타겟 포인트를 마킹할 수 있도록 함으로써 의사는 바늘이 삽입되는 삽입점을 확인할 수 있어 정확한 바늘 삽입점에 대해 바늘 삽입이 이루어질 수 있게 된다.As described above, the robot arm 1 of the interventional robot is moved to position the end effector 100, and the laser is irradiated toward the target, which is the location of the patient's lesion, through the laser display means 120, so that a needle is inserted. By allowing the target point to be marked, the doctor can check the insertion point where the needle is inserted, so that the needle can be inserted at the correct needle insertion point.

이에 따라, 바늘 삽입점의 정확도를 향상시켜 의사가 개입하는 수동적인 시술 과정에서 오류를 최소화하여 수술의 정확도를 향상시킬 수 있는 특징이 있는 것이다.Accordingly, there is a feature that can improve the accuracy of surgery by improving the accuracy of the needle insertion point and minimizing errors in the manual surgical procedure in which the doctor intervenes.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be implemented with modifications and variations within a range that does not depart from the gist of the present invention, and such modifications and variations are also considered to belong to the technical spirit of the present invention. .

1: 로봇암 100: 엔드이펙터
110: 바늘 가이드 120: 레이저 표시수단1: Robot Arm 100: End Effector
110: needle guide 120: laser display means

Claims

In the end effector of an interventional robot using a laser,
a needle guide installed on one side of the end effector and guiding needle insertion;
A laser display means installed on the other side of the end effector at a predetermined distance from the needle guide position and irradiating a laser toward a target, which is the location of the patient's lesion, to display the needle insertion point in a non-contact manner,
The laser display means displays a fixed point in the robot coordinate system with a laser by moving all the joints of the robot arm of the interventional robot, performs a point rotational movement around the fixed point, and An end effector of an interventional robot using a laser, characterized in that it is used for validation of robot arm calibration by checking whether one point of the displayed point is maintained.

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According to claim 1,
The needle insertion point is
As the intersection of the path of the needle to reach the target and the surface of the patient's skin,
An end effector of an interventional robot using a laser, characterized in that any one of a position for inserting a needle, a disinfection and sterilization position, anesthesia position, and a pre-incision position.

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According to claim 1,
The laser display means,
An end effector of an interventional robot using a laser, characterized in that the angle is formed to face the same axial direction as the axial direction in which the needle of the needle guide is installed.

According to claim 1,
The laser display means,
An end effector of an interventional robot using a laser, characterized in that it is installed at a position spaced apart from the needle guide to minimize interference with the doctor's hand and prevent collision with the patient even when the end effector rotates.

According to claim 1,
The needle guide,
An end effector of an interventional robot using a laser, characterized in that it is installed at a position spaced a certain distance from the rotation axis of the end effector to minimize interference with the doctor's hand and prevent collision with the patient even when the end effector rotates.

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