로봇수술

로봇수술

움직이는 물체의 정확한 위치 파악을 위한 알고리즘

프로젝트 목표 DOWNLOAD CASE STUDY

외과의사가 로봇수술이라 불리는 컴퓨터 보조 수술(computer-assisted surgery) 방법을 사용할 때, 직접 눈으로는 볼 수 없다고 하더라도 수술 도구가 정확히 어디에 있는지 지속적으로 정보를 받아야 합니다. 이러한 시스템에서 가장 중요한 부분은 공간적으로 장비가 어디에 있는지 실제 위치를 파악하는 것입니다. 정확한 위치 결정을 위해서는 소위 마커라고 불리는 위치를 아는 지점이 카메라로 측정되며, 추가적으로 가속도와 각도 별 속도와 같은 물체의 관성 측정값이 제공됩니다.

이 프로젝트의 목표는 수술 기구의 위치와 각도를 매우 정확하게 결정하는 알고리즘을 개발하는 것이었습니다. 수술 기구가 움직이는 도중에 최대한 정확하게 위치를 추정하는 것은 매우 어려운 일이었습니다. 결과의 신뢰성을 보장하기 위해서는 노이즈와 간섭을 인식하고 보상하는 것이 필요합니다. 또한 알고리즘은 마이크로 컨트롤러에서 구현될 수 있어야 하며, 로봇수술과 같이 안전 문제가 중요한 응용분야에서는 실시간으로 매우 높은 요구 사항들을 충족할 수 있도록 최적화되어야 합니다.

데이터 처리의 관점에서 볼 때, 여기서 가장 큰 문제는 개체의 개별 지점이 하나씩 측정된다는 것입니다. 결과적으로 공간 속에서 물체의 방향은 모든 측정값에 대해 명확하지 않습니다. 또한 측정하는 동안에도 물체가 움직이므로 모든 지점에서의 측정값은 서로 다른 위치에 해당합니다. 그러나 개발되어야 하는 알고리즘은 각 측정값에 대하여 수술 기구의 현재 위치를 매우 정확하게 결정하고 이상 값을 보상해야 합니다.

개발을 위한 접근방법

전체 프로젝트는 5개의 하위 프로젝트로 구분하여 구현.

문제점 분석과 측정 데이터의 분석, 수학적 모델의 설정.

변환과 회전을 위한 객체의 동적 이동 모델링.

현재 상태의 계산을 위한 상태 추정기 개발.

프로토타이핑 언어로 빠르게 알고리즘을 개발.

C++로 소프트웨어 개발하여 구현.

결과 및 이점

현재의 위치를 실시간으로 계산.

측정값에서 이상 값의 검출 및 보상.

개체가 부분적으로 가려졌을 경우의 정확도 증가.

고장 가능성의 감소.

제품의 정확도 향상.

부정확한 결과를 초래했던 하드웨어의 간섭 원인을 식별하고 제거.

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