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Handheld Microsurgical Robot

We aim to develop a multi-functional handheld surgical robot that can effectively treat brain tumors with phototheranosis-nano drugs, based on the precise targeting technology. This technology is a new interventional surgical robot system to accomplish 'maximum safe removal surgery' in intractable brain tumors.

 

Research

 
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Hand Tremor Cancellation Algorithm

Prediction of Voluntary Motion Using Decomposition-and-Ensemble Framework With Deep Neural Networks

 

Force Control of Handheld Micro-surgery Robot
핸드헬드 미세 수술 로봇의 힘 제어

 의사가 뇌 종양을 효과적으로 제거하기 위해서는 접촉식 카메라가 부착되어 있는 핸드헬드 타입의 수술 로봇을 수술 부위에 갖다대고 이미지 기반의 지능 제어를 수행해야 합니다. 뇌 조직같은 부드럽고 말랑한 부위에 상해를 입히지 않으면서도 카메라를 통해 향상된 이미지를 획득하려면 환경과의 상호작용을 이룰 수 있는 힘 제어가 필수적입니다.

위 데모들은 핸드헬드 미세 수술 로봇의 말단 장치에 F/T 센서를 부착하여 Admittance Control을 적용한 힘 제어를 구현한 것입니다.

 

Active Tremor Cancellation of
Handheld Micro-surgery Robot
핸드헬드 미세 수술 로봇의 손 떨림 보상

핸드헬드 형태의 미세 수술 로봇은 기존의 수술 로봇들과는 다르게 의사의 손에 의해 공중에 떠있습니다. 공중에 떠있으면서 발생할 수 있는 기본적인 문제는 로봇이 손 떨림을 그대로 반영한다는 점인데, 이를 해결하기 위해서는 6~14 Hz 대역에서 발생하는 손 떨림을 제거하고 2 Hz 대역 미만에서 발생하는 원 신호를 활용해서 제어에 사용해야 합니다. 손 떨림이 포함된 신호를 분석하고 필터링 통해 손 떨림을 보상할 다양한 필터 알고리즘을 적용하고 있으며 효과적인 감쇠와 시간 지연을 최소화할 수 있는 연구 또한 활발하게 이루어지고 있습니다.

 
 
 

핸드헬드 로봇의 말단 장치 고정 제어

눈 수술 같은 정확한 정밀도를 요구하고 눈 내부에 있는 RCM 모션을 요구하는 미세 수술은 6자유도 매니퓰레이터를 통해 수술 능력을 향상시킬 수 있습니다. 위 데모는 6자유도를 알아낼 수 있는 EM Tracker 센서를 사용해서 공간 상에 말단 장치를 고정시킨 데모입니다. 이 연구를 활용하면 보다 더 안전한 미세 수술이 가능해집니다.

 

RCM 모션을 요구하는 미세 수술에서는 RCM 부근에 외력이 가해지기 쉽기 때문에 외력에 강건한 6자유도 매니퓰레이터를 설계해야 합니다. 위 데모는 6자유도 매니퓰레이터의 RCM에 약 5.0N의 힘이 가해져도 충분한 성능이 나오는 것을 확인할 수 있는 영상입니다.

 

Fiber Bundle Imaging

Analysis of Nerve Degeneration Using CNN

기존의 방법으로 조직의 손상여부를 파악하기 위해서는 조직을 절단하여 분석해야 했습니다. 하지만 저희의 기술을 이용하면 조직을 절단하지 않고 실시간으로 조직의 손상여부를 파악할 수 있습니다. 또한 모자이킹 기술을 사용하여 국소적으로 획득되는 영상을 전체적으로 확장할 수 있습니다.

 

Honeycomb Pattern Removal Using Convolution Neural Network (CNN)

CNN 기반의 영상 화질 개선 알고리즘

광섬유 다발을 통해 획득되는 영상에는 왼쪽 그림과 같이 벌집 모양 무늬와 같은 노이즈가 존재합니다. 이로 인해 특징점 기반의 영상처리 알고리즘을 적용하기에 어려움이 나타납니다. 이를 극복하기 위해 CNN 기반의 영상 화질 개선 알고리즘을 제안하였습니다. 위의 연구를 통해 광섬유 다발로부터 획득되는 영상의 노이즈를 실시간으로 제거할 수 있습니다.

 

특징점 기반의 실시간 모자이킹

CNN 기반의 영상 화질 개선 알고리즘을 이용하여 벌집 모양 노이즈를 제거한 영상을 통해 특징점 기반의 모자이킹을 실시간으로 진행할 수 있습니다. 이를 통해 광섬유 다발의 한계인 좁은 FOV를 극복할 수 있습니다.

Micron 

An Intelligent Handheld Instrument

Micron is a handheld instrument that actively cancels hand tremor during microsurgery. Micron can also aid fine manipulation for handheld OCT imaging, patterned laser photocoagulation, and membrane peeling.