뇌혈종 제거 수술을 위한 무마커 수술 유도 로봇 시스템 :Markerless surgical guidance robotic system for intracerebral hemorrhage surgery

신상균

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신상균 (고려대학교, 高麗大學校大學院)

지도교수: 김정현, 김래현

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2015

뇌혈종 제거 수술을 위한 무마커 수술 유도 로봇 시스템

신상균 컴퓨터·전파통신공學科 2015.01 학위논문

2014

Intracerebral Hemorrhage(ICH) 수술 유도 로봇 시스템을 위한 수술 유도 도구 켈리브레이션

신상균 , 임성환 , 조현철 외 2명 한국CDE학회 학술발표회 논문집 2014.02 학술대회자료

2012

ICH (Intracerebral Hemorrhage) 수술 시스템을 위한 가중 ICP (Iterative Closest Point) 정합 연구

신상균 , 이득희 , 김영준 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2012.06 학술대회자료

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의료 영상 기술과 컴퓨터를 이용한 제어 기술의 발전으로 정확한 진단과 진료를 위한 다양한 의료 기기가 개발되고 있다. 특히, 신경 외과 분야에 쓰이는 의료 기기는 의료 영상 기반 수술 계획 시스템, 수술 유도 시스템, 로봇 수술 시스템 등이 있다. 본 연구에서는 신경 외과 수술 중 뇌혈종 제거 수술을 위한 의료 영상 기반 수술 유도 로봇 시스템을 제안한다. 뇌혈종 제거 수술은 응급 수술이 필요한 수술로 빠른 시간 안에 진단과 수술이 진행되어야 한다. 이를 위해, 수술을 위한 추가적인 의료 영상 촬영, 위치 확인을 위한 마커 혹은 뇌정위 장치 부착 등의 수술 준비 과정을 줄여야 한다. 제안된 시스템은 진단 영상만을 이용하고, 무마커 방식을 사용하기 때문에 수술 준비 과정을 간소화하여 빠른 수술을 가능하게 한다. 무마커 수술 유도 로봇 시스템은 3차원 표면 스캐너와 로봇과의 캘리브레이션 기술, 수술 유도 장치와 로봇과의 캘리브레이션 기술이 적용되고, 3차원 표면 스캐너를 이용한 표면 정합 기술을 사용하여 3차원 의료 영상 모델과 정합한다. 또한, 3차원 의료 영상에서 수술 계획이 가능하며, 계획된 위치로 로봇을 이동시켜 수술 유도 장치를 통해 유도한다. 본 논문에서는 의료 영상 3차원 가시화, 시스템 구성 및 캘리브레이션, 로봇 제어, 3차원 스캐너 제어, 환자 정합, 수술 계획, 정확도 검증, 정합 오차 검증, 동물 실험 등을 제시한다.

제 1 장 서론 1
1.1. 연구 배경 1
1.2. 논문의 목적 및 공헌 6
1.3. 논문의 구성 11
제 2 장 관련 연구 13
2.1. 의료 영상 3차원 가시화 13
2.2. 이미지 센서와 로봇 간의 캘리브레이션 기법 18
2.3. 수술 유도 시스템 정합 기술 22
제 3 장 무마커 수술 유도 로봇 시스템 24
3.1. 시스템 개요 24
3.2. 수술 유도 시스템 26
3.2.1 로봇부와 로봇 제어부 26
3.2.2 수술 도구 유도 장치 28
3.3. 무마커 정합 시스템 30
3.3.1 3차원 표면 정보 획득 장치 30
3.3.2 정합 제어부 33
제 4 장 의료 영상 기반 수술 유도 34
4.1. CT (COMPUTED TOMOGRAPHY) 이미지 3차원 가시화 34
4.1.1 DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) 34
4.1.2 의료 영상 3차원 재구성 39
4.2. 3차원 의료 영상 분할 42
4.2.1 Hounsfield Unit 42
4.2.2 ISO-Value에 따른 선택적 분할 45
4.3. 진단 영상 기반 수술 유도 47
4.3.1 수술 유도 시스템 프로세스 47
4.3.2 수술 유도 계획 48
제 5 장 무마커 수술 유도 로봇 시스템 캘리브레이션과 정합 50
5.1. 시스템 구성 장치 간의 캘리브레이션 52
5.1.1 3차원 표면 스캔 공간과 로봇 공간 캘리브레이션 52
5.1.2 수술 도구 유도 장치와 로봇 캘리브레이션 60
5.2. 환자와 시스템 정합 64
5.2.1 Iterative Closet Point 64
5.2.2 Weighted-Iterative Closet Point 68
제 6 장 시스템 검증 및 동물 실험 73
6.1. 로봇 신뢰도 검증 73
6.2. FRE(FIDUCIAL REGISTRATION ERROR) 검증 74
6.3. TRE(TARGET REGISTRATION ERROR) 검증 75
6.4. WEIGHTED-ITERATIVE CLOSET POINT 정확도 검증 80
6.5. 동물 실험 82
6.6. 실험 결과 및 결과 분석 89
6.6.1 시스템 검증 89
6.6.2 동물 실험 96
제 7 장 결론 및 향후 과제 99
참고 문헌 102
감사의 글 118

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