KR20170129995A

KR20170129995A - Interventional methods and end effector of intervention robot using laser

Info

Publication number: KR20170129995A
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: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2036-05-17
Also published as: KR102540911B1

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 and an intervention method of an interventional robot using a laser, and more particularly, to a method of intervention in which a needle is inserted into a target to which a needle is inserted, The present invention relates to an end effector and an interventional method of an interventional procedure robot using a laser so as to indicate a point.
To this end, an end effector of an interventional procedure robot using a laser, comprising: a needle guide installed at one side of the end effector and guiding a needle insertion; And a laser display means provided on the other side of the end effector with a predetermined distance from the needle guide position for displaying a laser pointer to irradiate a laser target toward a target, The end effector of the interventional procedure robot to be used is provided.

Description

TECHNICAL FIELD The present invention relates to an end effector and an end effector of an 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 and an intervention method of an interventional robot using a laser, and more particularly, to a method of intervention in which a needle is inserted into a target to which a needle is inserted, The present invention relates to an end effector and an interventional method of an interventional procedure robot using a laser so as to indicate a point.

일반적으로, 의료 시술 분야에서 자동화 시스템이 점차적으로 보급됨에 따라 인간을 대신하는 로봇을 이용하고 있으며, 이러한 의료용 시술 로봇을 중재시술 로봇이라 한다.Generally, as an automation system is gradually becoming popular in the field of medical treatment, a robot instead of a human is used. Such a medical treatment robot is called an interventional robot.

또한, 종래에는 대한민국 등록특허 제10-1529243호에 개시된 바와 같이, 중재시술 로봇을 통해 시술을 수행하는 바늘 삽입형 중재시술 로봇이 제시된 바 있다.Conventionally, as disclosed in Korean Patent No. 10-1529243, a needle insertion type interventional treatment robot for performing a procedure through an interventional procedure 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 procedure for collecting tissue by inserting a needle into a patient's body instead of surgical therapy. Conventionally, CT imaging and needle insertion are repeatedly performed depending on physician's sense .

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 such a conventional problem, a product for guiding needle insertion has recently been introduced, and devices capable of automatically performing a needle insertion procedure are 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, conventionally, in many cases, the needle is precisely guided or inserted only in consideration of the actual operation plan, and therefore, it is necessary to perform necessary sterilization, anesthesia, It is difficult to confirm 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 described above, the procedure of inserting the needle using the interventional robot is based on an automatic apparatus, but the procedure and steps existing until the insertion of the needle are still dependent on the experience and judgment of the physician .

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 no means and method for displaying and confirming the needle insertion point easily, quickly, and accurately in the field in the course of performing the needle insertion procedure at the current intervention.

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.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a needle insertion apparatus and a needle insertion method capable of improving accuracy of surgery by displaying an accurate needle insertion point with respect to a predetermined needle insertion target in a process of inserting a needle through an interventional robot And an end effector and an interventional procedure method using the laser.

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.According to an aspect of the present invention, there is provided an end effector of an interventional robot using a laser, the end effector comprising: a needle guide installed at one side of the end effector and guiding a needle insertion; And laser display means provided on the other side of the end effector at a predetermined distance from the needle guide position and irradiating a laser toward the target which is a lesion position of the patient and displaying the needle insertion point in a non- .

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 a patient-side optical tool in the vicinity of the patient's lesion and, after CT imaging, the robot-side optical tool attached to the patient's optical tool and the interventional robot at a breathing level, And can be derived by space-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 may be any one of a position for inserting a needle, a disinfection sterilizing position, an anesthesia position, and a pre-incision position as an intersection between a path through which a needle passes and a surface of a patient's skin to reach the target.

또한, 상기 레이저 표시수단은, 로봇암 캘리브레이션 유효성 검증에 이용될 수 있는 것을 특징으로 한다.Further, the laser display means is characterized in that it can be used for verification of robotic arm calibration effectiveness.

또한, 상기 레이저 표시수단은, 바늘 가이드의 바늘이 설치되는 축 방향과 동일한 축 방향으로 향하도록 각도가 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the laser display means is formed to have an angle such that it is directed in the same axial direction as the axial direction in which the needles of the needle guides are installed.

또한, 상기 레이저 표시수단은 의사의 손과 간섭을 최소화하고 엔드이펙터가 회전해도 환자와의 충돌을 방지하도록 상기 바늘 가이드와 일정 거리 이격된 위치에 설치될 수 있다.The laser display means may be installed at a position spaced a certain distance from the needle guide to minimize interference with a physician's hand and prevent collision with the patient even if 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.The needle guide may be installed at a position spaced from the rotation axis of the end effector so as to minimize interference with a physician's hand and prevent collision with the patient even if 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.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for inserting a needle using an interventional robot, the robot arm moving so that the laser display means of the end effector is positioned toward a target of a patient A laser display means position step; A laser irradiation step of irradiating the target with a laser through the laser display means in the position of the laser display means; An insertion point marking step of displaying an insertion point at which a needle is inserted at a laser point position irradiated in the laser irradiation step; A needle guide positioning step in which the robot arm moves so that the end effector retracts from the laser display position and the needle guide can be positioned at the needle insertion point; And a needle insertion step of inserting a needle into the insertion point displayed in the insertion point marking step.

또한, 상기 바늘 가이드 위치단계 전에 소독멸균, 마취, 소독 및 사전절개 등의 예비시술을 선행할 수도 있다.Also, preliminary procedures such as disinfecting sterilization, anesthesia, disinfection, and pre-incision may be performed 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, a step may be performed in which the end effector is retracted from the laser display position and repositioned to the laser display position to secure a work space before the preliminary operation.

또한, 상기 엔드이펙터가 상기 레이저 표시위치로 재위치하는 단계는 상기 레이저 표시수단 위치단계와 상기 레이저 조사단계를 다시 수행하여 상기 삽입점을 재확인하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of repositioning the end effector to the laser display position may include performing again the laser display means positioning step and the laser irradiation step to reaffirm the insertion point.

또한, 상기 바늘 가이드 위치단계에서 환자의 이동량을 확인하여 환자 호흡량을 재조정할 수 있다.In addition, it is possible to readjust the amount of movement of the patient in the needle guide position step, and readjust the patient volume.

상기와 같은 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터 및 중재시술 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The end effector and the interventional method of the interventional robot using the laser according to the present invention 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 procedure robot to position the end effector and irradiating the laser toward the target, which is the position of the patient's lesion, via the laser display means, the target point to which the needle is inserted can be marked, The insertion point can be confirmed so that the needle insertion can be performed with respect to 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, it is possible to improve accuracy of the needle insertion point, thereby minimizing the error during the passive procedure in which the doctor intervenes, thereby improving the accuracy of the operation.

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 shows an end effector of an interventional procedure robot using a laser according to the present invention.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an end effector,
3 is a flowchart showing an interventional procedure using an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention.
4 is a view illustrating a positional movement of an end effector during an interventional procedure through an end effector of an interventional 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 and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor may properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way And should be construed in accordance with the principles and meanings and concepts 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, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 attached hereto.

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.FIG. 1 is a view showing an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention, FIG. 2 is a view showing a rotation operation of an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view illustrating a positional movement of an end effector during an interventional procedure through an end effector of an interventional robot using a laser according to the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating an interventional method using an end effector .

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용하는 중재시술 로봇의 엔드이펙터(100)는 크게, 바늘 가이드(110) 및 레이저 표시수단(120)을 포함한다.1, an end effector 100 of an interventional robot using a laser according to the present invention mainly includes a needle guide 110 and a laser display means 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 procedure robot using the laser according to the present invention displays an accurate needle insertion point with respect to the predetermined needle insertion target in the process of inserting the needle through the interventional robot, To an end effector of an interventional procedure robot.

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 position through the interventional robot including the end effector according to the present invention, the physician can confirm the predetermined needle insertion point when establishing the intervention plan, Sterilization, pre-incision, and the like.

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

먼저, 바늘 가이드(110)는 중재시술 시 환자 측으로 바늘을 삽입할 때 가이드하기 위한 부분이다.First, the needle guide 110 is a portion for guiding the insertion of the needle into the patient in the 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 provided at one end of the end effector 100 and is a part that maintains the angle so that the doctor can insert the needle in a specific direction. It helps to reduce the occurrence of physical and psychological disturbances and to prevent the needle insertion accuracy from being affected.

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, the needle insertion is performed through the pseudo-needle manipulation region as shown in Fig.

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 predetermined space so that the pseudo-needle manipulation region 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.Further, the space on the opposite side of the pseudo-needle operating area is a patient collision avoiding area, and is a space provided to prevent contact with the patient when the end effector 100 is rotated.

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 from the rotation axis by which the end effector 100 rotates to minimize the interference with the doctor's hand and prevent the end effector 100 from colliding with the patient even when the end effector 100 rotates. .

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 provide a patient collision avoidance region to confirm the non-contact state of the end effector 100 when the end effector 100 is rotated according to the angle of the needle.

한편, 상기 바늘 가이드(110)는 중공이 관통 형성되어 바늘 또는 바늘 어셈블리가 설치될 수 있게 된다.Meanwhile, the needle guide 110 is formed with a hollow through which a needle or a 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 means 120 is installed on the other side of the end effector 100 with a certain distance from the position 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 means 120 irradiates the laser toward the target, which is the position of the patient's lesion, and serves to display the 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 means 120 is provided near the rotation axis of the end effector 100, and the laser beam irradiation direction is set to face the direction of 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 an angle is formed so as to be in the same axial direction as the axial direction in which the needles of the needle guides 110 are 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 position of the target is determined by measuring the robot-side optical tool attached to the patient-side optical tool and the interventional-performing robot with a three-dimensional measuring instrument at the same breathing level as the CT photographing after attaching the patient-side optical tool to the vicinity of the patient's lesion Space-matched.

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 means 120 is designed to be 100 mm or more considering the average hand size of an adult male .

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.The end effector 100 may be 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 end effector 100 can be operated with a slope of 20 °.

또한, 바늘 가이드(110)의 바늘 삽입축과 레이저 표시수단(120)의 레이저 축은 평행하게 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the needle insertion axis of the needle guide 110 and the laser axis of the laser display means 120 are 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 for realizing operation in a state in which the end effector 100 is maintained at the same angle in the case of needle insertion and laser display. Accordingly, the needle guide 110 can be operated only by simple parallel movement, And the positional movement operation of the laser display means 120 can be performed.

또한, 레이저 표시수단(120)은 엔드이펙터의 회전축 중심과 일치되는 위치에 레이저가 조사되도록 위치를 설정한다.Further, the laser display means 120 sets the position so that the laser is irradiated at a position coincident with the center of the axis of rotation 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 minimize the movement of each axis during one point movement using the laser display means 120 so that the laser axis of the laser display means 120 coincides with the rotation axis of the end effector 100. [

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 for confirmation of 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.Generally, the interventional robot of the articulated manipulator type usually performs calibration of the kinematic design parameter, and it is necessary to check the validity of the calibration before the operation because it can be replaced by hardware damage such as encoder and link during use. .

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, calibration validation is performed by physically contacting the fixed point from the robot base after replacing the end effector with a specific tool, and then performing a point movement around the point to check whether the point is maintained at one point or replacing the end effector with a marker Then, using a three-dimensional measuring instrument, it is possible to check whether a point is maintained when a point rotational motion is performed around a fixed point in space.

하지만, 이런 경우에는 엔드이펙터를 교체해야 된다는 점, 추가 센서나 지그 등이 필요하다는 점에서 시술 전에 항상 수행하기는 불리하다.However, in such a case, it is always disadvantageous to perform before the procedure because the end effector needs to be replaced, and additional sensors and 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, since the laser display means 120 of the present invention mounts the laser to the end effector 100, the fixed point of the laser extension line can be regarded as a virtual tool, and this virtual tool tip is fixed Once you are sure you can keep the point, you can evaluate the effectiveness of calibration without replacing the end effector in a non-contact fashion.

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, according to the present invention, all the joints of the robot arm are moved, and the fixed point in the robot coordinate system reference is displayed by the laser, and the point of rotation is moved around the point to visually confirm whether or not the laser display point is maintained at one point. The validity of the calibration can be checked.

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

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 method for intervention using an end effector of the interventional robot using the laser according to the present invention is roughly divided into a laser display means positioning step S110, a laser irradiation step S120, an insertion point marking step S130, (S140), and 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 method for intervention using the end effector of the interventional robot using the laser according to the present invention is a process for inserting a needle into a target, which is a position of a patient's lesion, with respect to a needle insertion process using an interventional robot.

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 position 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 patient's target.

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 step of positioning the laser display means (S110) is a step of moving the robot arm such that the robot arm is operated by the operation of the interventional robot to align the laser axis of the laser display means 120 and the target of the patient.

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 the target with the laser 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 means 120 is irradiated with a laser toward the target direction, and a laser point point is formed as a needle insertion point of a line-shaped patient's skin surface such as a target and a 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 displaying the insertion point at which the needle is inserted at the laser point position 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.When the laser point is displayed at a point corresponding to the needle insertion point in the laser irradiation step (S120), the doctor marks the point with a hand after confirming it, It is set to 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 position step S140 is a step in which the robot arm moves so that the end effector 100 is retracted from the laser display position and 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 is retracted and the robot arm is operated so that the needle axis position of the needle guide 110 and the needle insertion point position of the target are aligned with each other, 100 are moved.

그 다음, 바늘 삽입단계(S150)는 상기 삽입점 마킹단계(S130에서 표시된 삽입점에 대해 바늘을 삽입하는 단계이다.Then, the needle insertion step (S150) is a step of inserting the needle into the insertion point marked 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 through the needle guide 110 into the point of insertion of the needle of the patient's skin to perform the procedure.

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

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 may be any one of a position for inserting a needle, a disinfection sterilization position, an anesthesia position, and a pre-incision position as an intersection between a path through which a needle passes and a surface of a patient's skin to reach a target.

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.The reason for performing the preliminary incision is that when the needle is inserted in a tilted state, the needle does not reach the target, and when the needle does not reach the target, the incision is made by partially cutting the skin, .

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, the anesthetic, disinfecting, and pre-incision procedures may be performed on the needle insertion point before the needle guide 110 is positioned at the needle insertion point. In this case, the end effector 100 is positioned at a certain distance from the target position The procedure can be performed.

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.A step of retracting the end effector 100 from the laser display position and repositioning the laser display position to the laser display position may be performed before the preliminary operation.

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 repositioning the end effector 100 to the laser display position may include repeating the step of positioning the laser display means and the step of irradiating the laser again to reconfirm the insertion point at which the needle is inserted.

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

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, when the initial needle insertion point is determined and the needle guide is positioned at the needle insertion point in the needle guide positioning step (S140), the movement amount is checked once again before finally the needle is inserted, It is possible to readjust the volume.

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 means position step S110, the laser irradiation step S120, the insertion point marking step S130, and the needle guide position step S140 before the needle insertion step S150 may be repeatedly performed have.

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 end effector 100 is moved by moving the robot arm 1 of the interventional procedure robot, and the laser is irradiated through the laser display means 120 toward the target, which is the position of the patient's lesion, By allowing the target point to be marked, the surgeon can confirm the insertion point at which the needle is inserted, so that the needle insertion can be made to 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, the accuracy of the needle insertion point is improved, thereby minimizing the error in the passive operation procedure in which the doctor intervenes, thereby improving the accuracy of the operation.

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.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .

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

Claims

In an end effector of an interventional procedure robot using a laser,
A needle guide installed at one side of the end effector and guiding a needle insertion;
And laser display means provided on the other side of the end effector at a predetermined distance from the needle guide position and irradiating a laser toward the target which is a lesion position of the patient and displaying the needle insertion point in a non- The end effector of the interventional procedure robot using the laser.

The method according to claim 1,
The position of the target is determined by measuring the robot-side optical tool attached to the patient-side optical tool and the interventional-performing robot with a three-dimensional measuring instrument at the same breathing level as the CT photographing after attaching the patient-side optical tool to the vicinity of the patient's lesion Wherein the end effector of the interventional robot using the laser is derived from the space-matched result.

The method according to claim 1,
The needle insertion point
As a point of intersection between the path of the needle and the surface of the patient's skin to reach the target,
Wherein the end effector is one of a position for insertion of a needle, a disinfection sterilization position, an anesthesia position, and a pre-incision position.

The method according to claim 1,
The laser display means displays,
The end effector of the interventional robot using the laser which can be used for the validation of the robot arm calibration.

The method according to claim 1,
The laser display means displays,
Wherein an angle is formed so as to be in the same axial direction as the axial direction in which the needles of the needle guides are installed.

The method according to claim 1,
The laser display means displays,
Wherein the end effector is installed at a position spaced apart from the needle guide by a predetermined distance so as to minimize interference with a physician's hand and prevent collision with a patient even if the end effector rotates.

The method according to claim 1,
The needle guide
Wherein the end effector is installed at a position spaced apart from the rotation axis of the end effector so as to minimize interference with the physician's hand and prevent collision with the patient even if the end effector rotates.

A method for inserting a needle using an interventional procedure robot,
A laser display means position step in which the robot arm moves so that the laser display means of the end effector is positioned toward the target of the patient;
A laser irradiation step of irradiating the target with a laser through the laser display means in the position of the laser display means;
An insertion point marking step of displaying an insertion point at which a needle is inserted at a laser point position irradiated in the laser irradiation step;
A needle guide position step in which the robot arm moves so that the end effector retracts from the laser display position and the needle guide can be positioned at the needle insertion point; And
And inserting a needle into the insertion point displayed in the insertion point marking step.

9. The method of claim 8,
Wherein the pre-treatment such as disinfecting sterilization, anesthesia, disinfection, and pre-incision may be performed before the needle guide positioning step.

10. The method of claim 9,
Wherein the end effector is retracted from the laser display position and repositioned to the laser display position in order to secure a work space before the preliminary operation.

11. The method of claim 10,
Wherein the step of repositioning the end effector to the laser display position includes re-confirming the insertion point by performing the step of positioning the laser display means and the step of irradiating the laser again.

9. The method of claim 8,
And the patient's respiratory volume is readjusted by confirming the movement amount of the patient in the needle guide position step.