KR101021595B1 - 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 치료도구의 실제 느낌을 구현하는 힘 또는 촉각의 반향 장치로서, 조작부의 기계적 변위에 따른 신호를 출력하고, 반력(Feedback Force)에 대한 정보를 갖는 입력 신호에 따라 상기 조작부가 변위되는 햅틱장치; 치료를 필요로 하는 환부의 뼈 형상모델 및 상기 환부를 치료하는데 사용되는 치료도구 형상모델을 가상의(Virtual) 영상으로 출력하는 디스플레이부; 상기 햅틱장치로부터 입력된 신호에 따라 상기 디스플레이부 상에 영상 출력되는 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델의 형태 및 위치 정보를 실시간 갱신하며, 볼륨모델을 기반으로 상기 뼈 형상모델 및 치료도구 형상모델의 충돌에 따른 반력을 연산하여 연산된 반력에 대한 정보를 갖는 신호를 상기 햅틱장치로 전달하는 제어부;를 포함하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템을 개시한다.
개시된 본 발명에 따르면, 손상된 치아 및 잇몸과 같이 실제 환자의 환부의 뼈에 대한 형태 및 강성 등의 시각적·물리적 데이터를 의료 시뮬레이션 시스템에 저장 및 출력되며, 햅틱장치를 통해 실제 수술 시와 동일한 힘과 촉감이 전달됨으로써, 실제와 거의 같은 치료 경험을 체득할 수 있는 장점이 있다.
인터페이스, 햅틱, 뼈 형상모델

Description

햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템{Implant Simulation System Using Haptic Interface}
본 발명은 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 볼륨모델 기반의 햅틱 인터페이스가 적용된 가상의 뼈 모델 및 가상의 치료장비를 통해, 사용자가 실제 임플랜트 수술 시와 거의 동일한 물리적·시각적인 임플랜트 수술 경험을 제공할 수 있는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 햅틱스(Haptics)는 컴퓨터의 기능 가운데 사용자의 입력장치인 키보드, 마우스, 조이스틱 및 터치스크린 등을 통해 촉각, 힘 및 운동감 등을 느끼게 하는 감각 인터페이스 기술을 의미한다.
기존의 컴퓨터 기술은 인간과 컴퓨터가 정보를 주고받는 데 시청각 정보가 주로 이용되었다. 그러나 사용자는 가상 현실을 통해 더욱 구체적이고 실감나는 정보를 원하게 되고, 이를 충족시키기 위해 개발된 것이 촉각과 힘까지 전달하는 햅틱기술이다.
기본적으로 햅틱기술을 이용한 시뮬레이터를 만들려면 햅틱장치와 햅틱 렌더 링 및 컴퓨터 그래픽스 기술이 필요하다. 여기서, 상기 햅틱장치는 펜(Pen) 형태의 조작부를 가진 기계적 장치로서, 인간과 가상환경과의 상호 작용을 위해 고안된 것이다. 사용자는 햅틱장치를 통해 가상 환경에 명령을 내리고 가상 환경에서 오는 촉감이나 힘을 느끼게 된다.
이러한 햅틱기술은 최근 상기 햅틱장치 기술뿐만 아니라 컴퓨터 환경의 진보로 인하여, 의학분야에서 햅틱 피드백의 의료 시뮬레이션과 관련된 많은 연구들이 제안되고 있으며, 특히 안면, 턱 두개골 및 치과 수술 등은 햅틱 피드백이 중요한 수술이기 때문에 이러한 뼈 관련 수술 시뮬레이션의 관심은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.
특히, 뼈 관련 수술 중 임플랜트 수술과 관련하여, 종래에는 치과 치료 경험이 많은 전문 치과의사를 제외하고는 능숙하게 치과 치료도구를 다루는 방법을 배우고 환자의 치아와 치과 치료도구가 접촉할 때의 느낌을 습득하여야 하나, 종래의 치과 치료 훈련을 받는 치과대 학생들은 치과 환자들의 발치된 치아 및 인공치아를 이용하여 치과 치료 훈련을 받았었다.
그러나, 인공치아를 이용한 치과 치료 훈련의 경우에는, 실제 환자의 치료를 요하는 치아의 다양한 구조와 모양 및 손상된 정도를 인공치아로 표현하기가 제한되었다. 또한, 임플랜트 시술의 경우에는 치아는 물론 잇몸뼈에 대한 가공이 이루어져야 하나, 치아와 잇몸뼈의 강성은 각각 상이하기 때문에 상기 치아를 가공하는 치료 훈련만으로는 상기 잇몸뼈를 가공하는 치료를 체득하기 어려운 문제점이 있었다.
더불어, 숙달된 치과 치료 경험을 위해서는 고가의 인공치아 및 시체의 뼈가 다량으로 사용되기 때문에 경제적으로 많은 비용이 소요되었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 사용자에게 실제와 거의 동일한 물리적·시각적인 가상의 임플랜트 수술 환경을 제공함으로써, 실제 임플랜트 수술 경험을 대용할 수 있는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템은, 치료도구의 실제 느낌을 구현하는 힘 또는 촉각의 반향 장치로서, 조작부의 기계적 변위에 따른 신호를 출력하고, 반력(Feedback Force)에 대한 정보를 갖는 입력 신호에 따라 상기 조작부가 변위되는 햅틱장치; 치료를 필요로 하는 환부의 뼈 형상모델 및 상기 환부를 치료하는데 사용되는 치료도구 형상모델을 가상의(Virtual) 영상으로 출력하는 디스플레이부; 상기 햅틱장치로부터 입력된 신호에 따라 상기 디스플레이부 상에 영상 출력되는 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델의 형태 및 위치 정보를 실시간 갱신하며, 볼륨모델을 기반으로 상기 뼈 형상모델 및 치료도구 형상모델의 충돌에 따른 반력을 연산하여 연산된 반력에 대한 정보를 갖는 신호를 상기 햅틱장치로 전달하는 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 뼈 형상모델 및 치료도구 형상모델의 충돌 검사는, 상기 뼈 형상모델의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드를 사용하여 수행되되, 상기 치료도구 형상모델의 경계구(Bounding sphere)에 포함되는 상기 뼈 형상모델의 포인트 쉘을 추출하며, 추출된 포인트에서 디스턴스 필드의 값을 질의하고 부호를 판단하여 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델의 충돌 여부를 검사하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 치료도구 형상모델의 경계구에 포함되는 포인트 쉘은 아래의 [수학식 2]를 통하여 디스턴스 필드의 볼륨 공간으로 변환되며, 상기 치료도구 형상모델의 포인트가 볼륨공간으로 변환된 위치에서 아래의 [수학식 3]을 통해 디스턴스 필드의 값을 결정하며, 결정된 디스턴스 필드 값이 음수(-)일 경우에 상기 치료도구 형상모델은 상기 뼈 형상모델에 충돌된 것으로 간주하도록 구비될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009013064085-pat00001
(여기서, Sx는 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드가 위치하는 지역 좌표계에서 디스턴스 필드를 셈플링하는 위치, Px는 월드 좌표계에서 포인트 쉘 포인트의 위치, Dpos는 월드좌표계에서 디스턴스 필드의 위치, Dsize는 디스턴스 필드의 크기(즉, 복셀의 최소 위치값 - 복셀의 최대 위치값) 및, Dnum은 디스턴스 필드의 해상 도를 의미한다. 따라서, Sx는 0에서 Dnum - 1 사이의 값으로 결정된다.)
[수학식 3]
d = d000*(1-x)(1-y)(1-z)+d001*(1-x)(1-y)(z)+d010*(1-x)(y)(1-z)+d011*(1-x)(y)(z)+d100*(x)(1-y)(1-z)+d101*(x)(1-y)(z)+d110*(x)(y)(1-z)+d111*(x)(y)(z)
(여기서, d는 포인트의 임의의 위치(x,y,z)에서의 디스턴스 필드 값, d000, d001, d010, d011, d100, d101, d110 및 d111는 상기 임의의 위치(x,y,z)에 자리한 포인트를 기준으로 주변의 8개의 복셀들이 갖는 각 디스턴스 필드 값을 의미한다.)
또한, 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델이 서로 충돌하여 발생하는 접촉힘(Fc)은, 아래의 [수학식 4]를 이용하여 계산되도록 구비될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112009013064085-pat00002
(여기서, 상기 kc는 강성(Stiffness), di는 치료도구 형상 모델과 충돌한 i번째 포인트 쉘 포인트의 위치에서 얻은 디스턴스 필드의 값이며, Ni는 충돌한 i번째 포인트의 법선 벡터(Normal Vector)이다.)
또한, 상기 반력은, 가상 커플링(Virtual Coupling)을 이용하여 간접적으로 계산되되, 상기 치료도구 형상모델과 상기 햅틱장치의 위치를 각각 계산한 후, 가상의 스프링(Virtual Spring)으로써 상기 치료도구 형상모델과 상기 햅틱장치를 서 로 연결한 후, 아래의 [수학식 5]를 이용하여 가상 커플링의 힘(Fvc)를 계산하여 상기 가상 커플링의 힘(Fvc)과 크기는 같으나 방향은 반대인 반력을 연산하며, 상기 제어부는, 상기 반력에 대한 정보를 갖는 입력 신호를 상기 햅틱장치로 전송하도록 구비될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112009013064085-pat00003
(여기서, kd는 가상 스프링의 강성(stiffness), Pd는 햅틱 장비의 위치 및 Pt는 치료도구 형상모델의 위치를 의미한다.)
또한, 상기 디스플레이부 상에 영상 출력되는 상기 치료도구 형상모델의 위치는 아래의 [수학식 6]을 통하여 산출 가능하도록 구비될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112009013064085-pat00004
(여기서, 상기△x는 상기 치료도구 형상모델 위치의 변위,
Figure 112009013064085-pat00005
는 x에 대한 접촉힘의 변화량,
Figure 112009013064085-pat00006
는 x에 대한 가상 커플링 힘(Fvc)의 변화량을 의미한다.)
또한, 상기 Δx는 햅틱 사이클에서 가우시언 소거법으로 산출하며, 현재의 치료도구 형상모델의 위치에 상기 Δx를 더하여, 새로운 치료도구 형상모델의 위치를 계산 가능하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 연산된 반력에, 아래의 [수학식 7]을 적용하여 실제 치료도구를 사용할 때 발생하는 진동 정보를 부가하며, 상기 햅틱장치를 통해 사용자에게 진동 힘이 포함된 반력이 전달되도록 구비될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112009013064085-pat00007
Figure 112009013064085-pat00008
Figure 112009013064085-pat00009
(여기서, 상기 Fn은 연산된 반력, b는 현재 시간t에서 주기가 100이고 크기가 0.15인 사인 값을 나타낸다.)
또한, 상기 뼈 형상모델의 볼륨모델링을 수행함에 있어서, 상기 뼈 형상모델의 3차원 표면모델이 존재하는 공간을 이산적으로 나누어 뼈의 형상을 복셀화하며, 골밀도 촬영장비를 통해 획득된 수치화된 골밀도의 정보를 상기 복셀화된 모델에 적용하여, 뼈의 골밀도 속성이 부여된 상태로 뼈 내부의 서로 다른 강성을 표현할 수 있다.
또한, 상기 골밀도 촬영장비는, CT(Computed Tomography) 촬영기, MRI(Magnetic Resonance Imaginger) 및 X-Ray 촬영기 중의 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 의하면, 실제 임플랜트 치료 훈련을 하지 않아도 실제의 임플랜트 수술 경험과 거의 동일한 물리적·시각적인 경험을 체득할 수 있으며, 고가의 인공치아와 같은 임플랜트 치료 훈련의 소요 자재가 불필요하기 때문에 경제적 효용 가치가 상승하는 효과를 제공한다.
또한, 손상된 치아 및 잇몸뼈와 같이 실제 환자의 환부의 뼈에 대한 형태 및 강성 등의 시각적·물리적 데이터를 의료 시뮬레이션 시스템에 저장 및 출력되며, 햅틱장치를 통해 실제 임플랜트 수술 시와 동일한 힘과 촉감이 전달됨으로써 실제와 거의 같은 임플랜트 치료 경험을 체득할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 구성을 나타낸 개략도, 도 2는 비주얼 렌더링 기법 및 햅틱 렌더링 기법이 구현되는 절차를 나타낸 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템은, 크게 햅틱장치(100), 디스플레이부(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구비된다.
상기 디스플레이부(200)는, 치료를 필요로 하는 환부의 뼈 형상모델(220)과 상기 환부를 치료하는데 사용되는 치료도구 형상모델(210)을 가상의(Virtual) 영상으로 출력한다.
여기서, 상기 환부는 임플랜트 수술시 치아 및 잇몸뼈와 관련된 수술 또는 치료를 필요로 하는 신체의 부위를 의미하며, 상기 치료도구는 실제로 환자를 임플랜트 수술 또는 치료할 때 상기 환부에 직접적으로 사용되는 임플랜트 의료도구를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 치아 및 잇몸뼈를 다루는 임플랜트 수술을 일예를 들어 설명하나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 구성 및 동작원리를 응용하여 안면, 턱 및 두개골 등과 같은 다양한 의료수술에 적용 가능하다.
따라서, 상기 뼈 형상모델(220) 및 치료도구 형상모델(210)이 갖는 형태는 적용되는 다양한 의료수술에서의 환부 형상 및 의료도구 형상에 따라 달라짐은 물론이다.
상기 제어부(300)는, 디스플레이부(200)와 햅틱장치(100)의 사이에 전기적 신호로 연결되되, 상기 햅틱장치(100)으로부터 입력된 신호에 따라 상기 디스플레이부(200) 상에 영상 출력되는 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)의 형태 및 위치 정보를 실시간 갱신하며, 볼륨모델을 기반으로 상기 뼈 형상모델(220) 및 치료도구 형상모델(210)의 충돌에 따른 반력(Feedback Force)을 연산하여 연산된 반력에 대한 정보를 갖는 신호를 상기 햅틱장치(100)로 전달한다.
또한, 상기 제어부(300)는 상기 햅틱장치(100)로부터 움직임 신호를 전달받아 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)과의 충돌을 검사하고 충돌 시 볼륨모델을 기반으로 반력 정보를 계산하는 햅틱 렌더링을 수행하고, 화면을 갱신하는 비주얼 렌더링을 수행함으로써, 상기 치료도구 형상모델(210)의 위치 변화에 따른 뼈 형상모델(220)의 변형을 실행하여 상기 디스플레이부(200)를 통하여 영상으로 출력되도록 한다.
상기 햅틱장치(100)는, 치료도구의 실제 느낌을 구현하는 일종의 힘 반향 장치로서, 조작부(110)의 기계적 변위에 따른 신호를 출력하고 상기 반력에 대한 정보를 갖는 입력신호에 따라 상기 조작부(110)가 변위된다.
여기서, 상기 조작부(110)는 사용자가 직접적으로 신체의 일부인 손가락 또는 손바닥 등을 접촉하여 조작함으로써, 상기 디스플레이부(200) 상의 치료도구 형상모델(210)의 위치 변위를 간접적으로 변동시킴과 동시에, 상기 치료도구 형상모델(210)과 뼈 형상모델(220)의 충돌에 따라 발생하는 반력을 사용자가 직접적으로 감지할 수 있도록 상기 반력에 대응하는 힘 또는 촉각이 발생되는 구성이다.
또한, 상기 햅틱장치(100)는 사용자의 조작에 의해 상기 조작부(110)가 움직이게 되면 그 움직임을 전기적 신호로 변환하여 상기 제어부(300)를 거쳐 디스플레이부(200)에 전달하며, 상기 제어부(300)로부터 연산된 반력 정보를 수신하여 그 반력 정보에 대응하는 힘과 촉감을 상기 조작부(110)를 통해 사용자에게 전달한다.
다음으로는, 도 3a 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 동작원리를 설명한다.
도 3a는 본 발명의 뼈 형상모델을 3차원 표면모델로 표현한 개략도, 도 3b는 본 발명의 뼈 형상모델을 볼륨모델로 표현한 개략도, 도 3c는 본 발명의 뼈 형상모델을 포인트 쉘로 표현한 개략도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델이 충돌되는 상태를 나타낸 개략도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 임의의 복셀이 갖는 디스턴스 필드 값을 결정하기 위해 상기 임의의 셈플링 지점과 그 주변의 8개의 복셀을 나타낸 개념도, 도 6은 본 발명의 뼈 형상모델의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드를 적용하여, 직접적으로 힘을 계산하는 경우에 발생하는 문제점을 보여주는 개략도이며, 도 7은 본 발명의 가상 커플링을 이용한 반력 계산 방법의 개념을 나타낸 개략도이다.
또한, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 따른 볼륨 절삭 처리 프로시져의 처리 방식을 나타낸 개략도, 도 9는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에서 단순화되어 3차원 표면모델로 표현된 뼈 형상모델이 치료도구 형상모델에 의해 절삭되는 상태를 나타낸 개략도, 도 10은 본 발명의 상기 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용되지 않은 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11는 상기 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용된 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
통상적으로 치과 임플랜트 수술은 손상된 치아가 발치된 치조골(잇몸뼈)에 인공치아를 이식하는 수술로서, 상실된 치아의 치근을 대신할 수 있도록, 인체에 거부반응이 없는 티타늄으로 만든 인공치근을 이가 빠져나간 치조골에 심어서 유착시킨 뒤 인공치아를 고정시켜 치아의 원래 기능을 회복하도록 하는 첨단 치과수술이다.
이러한 치과 임플랜트 수술을, 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 적용하기 위해서는, 상기 햅틱장치(100), 디스플레이부(200) 및 제어부(300)를 이용하여 도 2에 나타낸 바와 같이, 비주얼 렌더링(Visual Rendering) 기법과 햅틱 렌더링(Haptic Rendering) 기법을 통해 구현할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 햅틱 렌더링 기법을 이용한 반력을 계산하기 위해서는, 먼저 사용자가 햅틱장치(100)의 조작부(110)를 조작하여, 상기 햅틱장치(100)에 기계적 변위가 발생하게 되면, 먼저 상기 햅틱장치(100)의 위치와 방향 값을 획득하여 햅틱 인터페이스 포인터 위치를 추적하며, 상기 햅틱 인터페이스 포인터 위치 변화에 따라 뼈 형상모델(220)과의 충돌여부를 감지하여, 충돌이 발생하게 되면 접촉힘(Contact force)을 계산하고 이를 기초로 하여 가상의 커플링 힘을 계산한다. 이어서 치료도구 형상모델(210)의 새로운 위치를 계산함으로써 상기 반력을 계산할 수 있다.
또한, 뼈 형상모델(220)의 변형을 표현하고, 상기 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)의 충돌에 의한 반력을 계산하기 위해서는, 도 3a에 도시된 3차원 표면모델과는 별도로 내부적인 표현모델이 필수적이다.
상기 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)은, 시각적 표현을 위한 모델과 촉각 생성을 위한 모델을 분리하여 사용한다. 먼저, 치료도구 형상모델(210)의 시각화는 컴퓨터 그래픽스에서 일반적으로 사용하는 표면 모델을 사용하며, 뼈 형상 모델(220)은 변형을 표현하기 위해서 볼륨 모델을 사용하고 여기에 재생성 알고리듬을 적용해 표면모델을 생성한다. 결과적으로 뼈 형상 모델(220)과 치료도구 형상모델(210)의 시각화를 위해서 표면모델이 사용된다.
그리고, 촉각 생성을 위해서 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)에 서로 다른 표현 모델을 사용하며 이를 통해 빠른 충돌처리와 정교한 촉감을 생성할 수 있다.
또한, 촉각 생성을 위해서 뼈 형상 모델(220)은 뼈의 볼륨을 점으로 둘러싼 포인트 쉘(Point shell)로 치료도구 형상모델(210)은 3차원 모델의 표면까지의 최단 거리를 미리 계산해 놓은 데이터인 디스턴스 필드를 사용하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에서는 도 3b에 도시된 상기 3차원 표면모델을 이산적(Discrete)으로 나눈 복셀(Volume element)의 집합으로 표현되는 볼륨모델과, 도 3c에 도시된 뼈의 표면을 감싸는 포인트 쉘과 같은 표현 모델이 적용된다.
여기서, 상기 뼈의 형상 모델(220)의 각 복셀은 뼈가 변형된 정도를 나타내는 뼈의 밀도(Density) 속성을 가지며, 포인트 쉘의 각 포인트는 개별적으로 각각의 위치 값과 법선 벡터(Normal vector) 속성을 갖는다.
또한, 상기 법선 벡터는 반력을 연산하는데 사용되며 모든 포인트의 위치에서 주변 복셀의 밀도 값을 이용하여 계산된다. 예를 들어 설명하면, (i,j,k)라는 복셀의 인텍스에서 법선 벡터 N의 값은 아래의 [수학식1]을 통하여 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112009013064085-pat00010
여기서, D(i,j,k) 함수는 (i,j,k)의 위치에 있는 복셀의 밀도 값, Δx, Δy, Δz는 각각 x, y, z축에서 복셀사이의 거리(간격)을 의미한다.
상기 치료도구 형상모델(210)에 의해 변형되는 뼈 형상모델(220)은 복셀들로 구성된 볼륨을 가지는 대상으로서, 각각의 복셀은 밀도, 경도 및 Voxel type의 세 가지 속성을 갖는데, 상기 밀도 속성은 각각의 복셀에서 뼈의 잔류량을 보여주고 시각화하기 위해 사용된다.
또한, 상기 각 복셀의 경도 속성은, 반력의 크기를 결정하는데 사용되며, Voxel type은 볼륨모델과 3차원 표면모델과의 관계를 표현하며 복셀이 표면의 안쪽인지 바깥쪽인지 표면 위에 있는 지에 따라 다른 값이 할당되며, 상기 Voxel type은 상기 치료도구 형상모델(210)에 의한 뼈 드릴링에 의해 포인트 쉘이 변형될 때 뼈의 표면을 추정하는데 사용된다.
본 발명에 따른 햅틱 렌더링 기법의 알고리듬은 상술한 바와 같이 상기 치료도구 형상모델(210)에는 3차원 표면모델 정보이외에도 충돌 검사와 반력 계산을 위해서 디스턴스 필드(Distance field)를 사용한다. 상기 디스턴스 필드는 정해진 거리의 범위 내에서 3차원 표면모델의 표면까지의 최단 거리를 미리(시뮬레이션 하기 전에) 계산해 놓은 데이터이다.
상기 디스턴스 필드를 생성하는 방법은 주어진 3차원 모델을 복셀로 나누고 각각의 복셀의 위치에서 표면까지의 최단 거리를 계산하여 생성한다. 디스턴스 필드값은 부호가 있는 부동 소수점을 사용하며, 값이 0 인 경우에는 표면을 음수인 경우는 표면의 안쪽을 양수인 경우는 표면의 바깥쪽을 의미한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 디스턴스 필드는 치료도구 형상모델(210) 의 앞부분(도 4a 및 도 4b에서 청색점선으로 도시된 원의 내부에 해당하는 부분)에만 높은 볼륨 해상도로 생성한다.
실제로 치료도구가 환부(치아 및 잇몸뼈)에 닿는 부분은 상기 앞부분으로 한정되기 때문에 이를 통해 효율적이고 정교한 충돌처리를 하며, 치료도구의 미세한 부분이 환부에 닿는 촉감을 만들어낸다.
뼈 형상모델과 도구의 빠른 충돌 검사를 위해서, 경계구 겹침검사(Bounding sphere overlap test)와 볼륨 기반 충돌검사를 차례대로 수행한다. 상기 경계구(Bounding sphere)는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 청색점선 원과 같이 주어진 치료도구 형상모델(210)을 포함할 수 있는 가장 작은 구를 말하며 치료도구 형상모델(210)의 움직임에 따라서 경계 구의 위치를 업데이트한다.
여기서, 볼륨 기반 충돌 검사는 경계구가 뼈 형상모델(220)에 충돌한 경우에만 수행한다. 볼륨 기반 충돌 검사는 뼈 형상모델(220)의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델(210)의 디스턴스 필드를 사용하여 수행되며, 상기 치료도구 형상모델(210)의 경계구에 포함되는 상기 뼈 형상모델(220)의 포인트 쉘을 찾고 그 포인트에서 디스턴스 필드의 값을 질의하고 부호를 판단하여 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)의 충돌 여부를 결정한다.
이때, 상기 뼈 형상모델(220)의 포인트 쉘의 각 포인트들과 치료도구 형상모델(210)의 디스턴스 필드의 좌표계가 다르므로 아래와 같은 [수학식 2]를 통하여 상기 뼈 형상모델(220)의 각 포인트들을 디스턴스 필드의 볼륨 공간으로 변환한다.
[수학식 2]
Figure 112009013064085-pat00011
여기서, Sx는 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드가 위치하는 지역 좌표계에서 디스턴스 필드를 셈플링하는 위치, Px는 월드 좌표계에서 포인트 쉘 포인트의 위치, Dpos는 월드좌표계에서 디스턴스 필드의 위치, Dsize는 디스턴스 필드의 크기(즉, 복셀의 최소 위치값 - 복셀의 최대 위치값) 및, Dnum은 디스턴스 필드의 해상도를 의미한다. 따라서, Sx는 0에서 Dnum - 1 사이의 값으로 결정된다.
이어서, 상기 치료도구 형상모델(210)의 각 포인트들이 볼륨 공간으로 변환된 위치 즉, Sx에서 삼중 보간(Trilinear Interpolation)을 사용하여 디스턴스 필드(Distance Field)의 값을 결정한다
도 5를 참조하여 예를 들어 설명하면, 임의의 복셀인 (x,y,z) 위치에서 디스턴스 필드의 값을 d 라고 하면 아래의 [수학식 3]과 같이 (x,y,z) 위치에 있는 주변의 8개의 복셀의 디스턴스 값(d000, d001, d000, d011, d100, d101, d110 및 d111)을 현재 위치에 대해서 가중 평균으로 구하는 방법을 통하여 상기 디스턴스 필드의 값을 결정할 수 있다.
[수학식 3]
d = d000*(1-x)(1-y)(1-z)+d001*(1-x)(1-y)(z)+d010*(1-x)(y)(1-z)+d011*(1-x)(y)(z)+d100*(x)(1-y)(1-z)+d101*(x)(1-y)(z)+d110*(x)(y)(1-z)+d111*(x)(y)(z)
여기서, d는 포인트의 임의의 위치(x,y,z)에서의 디스턴스 필드 값, d000, d001, d010, d011, d100, d101, d110 및 d111는 상기 임의의 위치(x,y,z)에 자리한 포인트를 기준으로 주변의 8개의 복셀들이 갖는 각 디스턴스 필드 값을 의미한다.
여기서, 치료도구 형상모델(210)에 부호가 있는 디스턴스 필드(Distance Field)를 사용했기 때문에, 상기 디스턴스 필드의 값이 음수일 경우에는 상기 치료도구 형상모델(210)이 뼈 형상모델(220)에 충돌되었음을 의미한다.
또한, 상기 뼈 형상모델(220)과 치료도구 형상모델(210)의 충돌을 감지하였을 경우 아래의 [수학식 4]를 사용하여 접촉힘이 계산되는데, 상기 접촉힘은 접촉이 발생한 포인트 쉘의 점들의 접촉힘(Contact force)의 합이다.
[수학식 4]
Figure 112009013064085-pat00012
여기서, 상기 kc는 강성(Stiffness), di는 치료도구 형상 모델과 충돌한 i번째 포인트 쉘 포인트의 위치에서 얻은 디스턴스 필드의 값이며, Ni는 충돌한 i번째 포인트의 법선 벡터(Normal Vector)를 의미한다.
여기서, d와 k값을 볼륨 데이터에서 바로 추출 할 경우에는 볼륨 데이터의 이산적인 성질 때문에 연속적인 값을 얻기가 어려우며, 이는 상술한 삼중 보간을 통해서 부드러운(연속적인) 값을 생성하여 해결한다.
한편, 도 6은 뼈 형상모델(220)의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델(210)의 디스턴스 필드를 사용하여, 직접적으로 힘을 계산하는 경우에 발생하는 문제점을 보여주는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 치료도구 형상모델(210)이 뼈 형상모델(220)에 깊이 들어가지 않는 경우(Shallow Penetration)에만 부드러운 반력이 획득되기 때문에 접촉힘은 햅틱장치(100)에 바로 전달될 수 없다.
보다 구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 치료도구 형상모델(210)은 자유공간에 있을 때에는 반력은 생성되지 않는다.(도 6의 (a))
그러나, 치료도구 형상모델(210)이 뼈 형상모델(220)의 내부 안쪽으로 이동함에 따라서 획득되는 디스턴스 필드 값의 크기는 이전(도 6의 (a))의 값에 비하여 증가하게 된다.(도 6의 (b)-(c))
또한, 상기 치료도구 형상모델(210)이 상기 뼈 형상모델(220)에 더 깊이 이동하게 되면, 포인트 쉘의 포인트가 치료도구 형상모델(210)의 디스턴스 필드의 중간 축을 넘어서는 경우가 발생하게 되며, 이러한 경우에는 증가된 반력은 다시 줄어들게 된다.(도 6의 (c)-(d))
따라서, 디스턴스 필드가 위치한 치료도구 형상모델(210)의 앞부분이 뼈 형상모델(220)의 표면을 완전히 통과하게 되면, 상기 치료도구 형상모델(210)과 뼈 형상모델(220)의 충돌을 감지할 수 없게 되어 반력이 생성되지 않는다.(도 6의 (d))
또한, 볼륨모델을 기반으로 햅틱 피드백을 연산할 때 발생할 수 있는 또 다른 문제점으로는, 포인트 쉘의 개수에 따라서, 햅틱장치(100)의 최대 표현 가능한 강성(Stiffness)을 초과하는 경우가 발생 가능하여 반력 정보의 획득이 불안정해질 수 있다.
이와 같이, 치료도구 형상모델(210)의 앞부분이 뼈 형상모델(220)의 표면을 완전히 통과하게 되거나, 햅틱장치(100)의 최대 표현 가능한 강성을 초과하는 경우에 발생되는 문제점을 해결하기 위해 가상 커플링(Virtual Coupling) 기법을 이용하여 간접적인 방법을 통해 반력을 연산할 수 있다.
상기 가상 커플링은 햅틱장치(100)와 디스플레이부(200) 상에 표현되는 치료도구 형상모델(210)을 가상으로 상호 연결하는 것을 의미한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 가상 커플링(Virtual Coupling)은 상기 치료도구 형상모델(210)과 햅틱장치(100)의 각각 분리하여 개별적으로 위치를 계산하고, 그 둘을 가상의 스프링(Virtual Spring)으로 연결한다.
따라서, 상기 디스플레이부(200) 상의 치료도구 형상모델(210)과 상기 햅틱장치(100)의 위치가 이격될 수록 상기 가상의 스프링의 힘이 커지게 되며, 그 힘은 상기 햅틱장치(100)의 조작부(110)로 전해지므로 사용자는 더 큰 힘 또는 촉감을 느끼게 된다.
여기서, 도 7은 가상 커플링을 이용한 반력 계산 방법의 개념을 나타낸 개략 도이며, 도 7의 좌측에 솔리드(Solid)로 도시된 치료도구는 디스플레이부(200) 상에 영상 출력되는 치료도구 형상모델(210)의 이미지, 와이어 프레임(Wire frame)으로 도시된 치료도구는 월드좌표계에서 햅틱장치(100)의 위치와 방위를 나타내며, 도 7의 우측에 도시된 점으로 형성된 육각면체는 포인트 쉘로 표현된 뼈 형상모델(220)의 임의의 이미지이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 솔리드로 도시된 치료도구는 사용자에게 보이는 치료도구이기 때문에 뼈 형상모델(220)과 접촉하거나 통과할 수 없지만, 와이어 프레임으로 도시된 치료도구는 햅틱장치(100)의 위치를 반영하여 디스플레이부(200) 상에서 표현되기 때문에 당연히 뼈 형상모델(220)과 접촉하거나 통과할 수 있다.
이와 같이, 상기 가상 커플링은 상기의 두 개의 치료도구를 가상의 스프링으로 연결한다는 것을 의미하며, 실제로 사용자는 상기 두 개의 치료도구의 위치의 변화에 따라서 생성되는 가상 스프링의 힘을 느끼게 된다.
따라서, 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에서는 반력이 상기 가상의 스프링 힘과 연관되기 때문에 가상의 스프링 매개변수를 조절함으로서 불안정한 반력 정보를 안정화시킬 수 있다.
먼저, 상기 가상 커플링 기법을 이용하여 반력 계산을 하기 위해서는, 디스플레이 상에서의 치료도구 형상모델(210)의 위치와 햅틱장치(100)의 위치를 각각 계산한 후, 가상의 스프링(Virtual Spring)으로써 상기 치료도구 형상모델(210)과 상기 햅틱장치(100)를 서로 연결한다. 여기서, 가상 커플링의 힘(Fvc)은 아래의 [수학식 5]에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112009013064085-pat00013
여기서, Fvc는 가상 커플링의 힘, kd는 가상 스프링의 강성(stiffness), Pd는 햅틱 장비(200)의 위치 및 Pt는 치료도구 형상모델(210)의 위치를 의미한다.
이때, 상기 kd는 햅틱장치(100)가 표현할 수 있는 최대 강성수치(Maximum renderable stiffness)를 고려하여 결정하며, 상기 Pd는 햅틱장치(100)의 물리적인 위치를 도구가 움직이는 가상공간의 크기에 맞춰 스케일링(Scaling)하여 산출한다. 또한, 상기 Pt는 상기에서 설명한 힘의 평형 방정식으로 계산이 가능하다.
다음으로, 치료도구 형상모델(210)의 위치를 산출하는 방식에 대하여 설명한다.
접촉힘과 가상 커플링 힘의 합이 '0'(제로)인 경우에는 힘이 평형상태를 이루기 때문에 치료도구 형상모델(210)의 위치는 평형상태로 고정된다.
그러나, 사용자가 햅틱장치(100)의 조작부(110)를 조작하게 되면, 상기 평형 상태는 깨지게 된다. 이때, 시뮬레이션의 개체인 치료도구 형상모델(210)은 힘의 합이 '0' 인 새로운 위치로 이동하게 된다. 이는 아래의 [수학식 6]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112009013064085-pat00014
여기서, 상기△x는 상기 치료도구 형상모델 위치의 변위,
Figure 112009013064085-pat00015
는 x에 대한 접촉힘의 변화량을,
Figure 112009013064085-pat00016
는 x에 대한 가상 커플링 힘(Fvc)의 변화량을 의미한다.
또한, 상기 △x 즉, 상기 치료도구 형상모델(210)의 위치 변위로서, 힘의 평형 상태를 유지하기 위해서 치료도구 형상모델을 움직이게 하는 위치 힘(Positional force)을 의미한다.
또한, 상기 [수학식 6]를 통해 x, y, z 좌표는 3선 방정식(3개의 1차 방정식)을 얻을 수 있으며, △x는 햅틱 사이클에서 가우시언 소거법으로 산출이 가능하다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기
Figure 112009013064085-pat00017
는 x만큼 치료도구 형상모델(210)이 움직일 때 접촉힘의 변화량을 나타낸다. 이는 x가 움직인 값에 대해서 디스턴스 필드 값의 변화량과 포인트 쉘의 법선 벡터를 곱해서 얻을 수 있다.
또한, 상기
Figure 112009013064085-pat00018
는 x만큼 치료도구 형상모델(210)이 움직일 때 가상 커플 링의 힘의 변화량을 나타낸다. 따라서, 상기 [수학식 3]에서 알 수 있듯이 가상 커플링의 힘은 햅틱 사이클 동안에 햅틱장치의 위치(Pd)가 고정되어 있다고 한다면, -Pt에만 영향을 받고 Pt는 치료도구 형상모델의 변화량과 x의 변화량은 같으므로
Figure 112009013064085-pat00019
는 -I(음의 단위행렬)가 된다.
이후, 현재의 치료도구 형상모델(210)의 위치에 상기 △x를 더해서 새로운 치료도구 형상모델(210)의 위치를 계산할 수 있는 것이다.
즉, [수학식 6]을 통해 가우시언 소거법으로 △x를 계산한 후, 상기 △x를 이전의 치료도구 형상모델(210)의 위치(Pt_old)를 더해주면 힘의 평형상태를 유지하는 새로운 치료도구형상모델(Pt)의 위치를 얻을 수 있다.
여기서, 실제로 사용자에게 전해지는 반력은 가상 커플링의 힘이며 햅틱장치(100)의 위치 값(Pd)는 이미 계산되어 있기 때문에 [수학식 5]를 통해 새로운 가상 커플링의 힘(Fvc)을 구할 수 있다.
최종적으로는 뉴턴의 제3법칙인 작용반작용의 법칙을 적용해 Fvc와 크기는 같지만 방향은 반대인 힘을 햅틱장비(100)가 출력하도록 신호를 전달한다.
이후, 계산된 반력 정보에 기초하여 비주얼 렌더링 기법을 통해 뼈 형상모델(220)의 볼륨 데이터를 수정하며, 수정된 볼륨정보를 기초로 하여, 변경된 Voxel의 위치와 그 값을 탐색한다.
여기서, 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 적용되는 치료도구가 드릴과 같이 뼈를 변형시키는 도구일 경우에는, 치료도구 형상모델(210)과 충돌한 볼륨의 밀도 값을 감하는 것이 바람직하다.
따라서, 밀도 값이 줄어드는 양에 따라서 뼈를 변형하는데 드는 힘과 시간이 바뀌므로 줄어드는 밀도값(BRR : Bone Removal Ratio)을 정확하게 결정해야한다. 본 발명의 의료 시뮬레이션 시스템을 적용하여 실험한 결과에 따르면, 변형되지 않은 복셀의 밀도값을 100 unit라 하였을 경우, 상기 치료도구 형상모델(210)에 의해 뼈 형상모델(220)이 1 msec에 7 unit을 제거했을 때 실제 임플랜트 수술에 사용하는 드릴(4mm burr)과 비슷한 변형 속도를 얻을 수 있었다.
이후, 변경된 부분에 대해서 Suface model을 재생성한다. 여기서, 표면모델 재성성에는 1987년에 Lorensen이 제안한 Marching cube 알고리즘이 사용된다.
여기서, 상기 Marching cube알고리즘은 볼륨 데이터를 다각형화(Polygonization)할 때 사용하는 대표적인 알고리듬으로 8개의 복셀을 꼭짓점으로 하는 직육면체에 대해서 삼각형을 최대 4개까지 생성하는 알고리듬이다.
한편, 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 사용된 시스템의 CPU로는 IntelㄾCoreTM CPU E8400@3.00 Ghz processor와 그래픽 카드는 GeForce8800 GTS가 사용될 수 있으며, 상기 햅틱장치(100)는 SensAble 사의 PHANTOM Premium 1.5가 사용될 수 있는데, 이때, 상기 햅틱장비(100)가 낼 수 있는 최대힘은 8.5N이며 최대로 표현 가능한 강성은 0.6N/mm인 것이 바람직하다.
여기서, 반력은 치료도구 형상모델(210)의 새로운 위치와 햅틱장치(100) 사이의 가상 커플링 힘(Virtual Coupling Force)의 반대 힘과 같으며, 반력 계산의 가장 중요한 점은 햅틱장치(100)가 낼 수 있는 최대의 힘과 최대로 표현 가능한 강성을 고려해야 한다.
따라서, 햅틱장치(100)가 낼 수 없는 큰 힘이 요구되거나, 상기 햅틱장치(100)가 표현 가능한 강성을 넘어서 힘을 내도록 한다면 햅틱장비(100)는 불안정하게 작동하게 된다. 따라서, 안정 상태의 반력을 생성시키기 위해서 상기 반력의 크기를 8.5N이하로 가상 커플링의 강성을 0.6N/mm 이하로 제한해야 한다.
여기서, 최대로 표현 가능한 강성은 햅틱장치(100)가 1 mm 움직일 때 마다 증가시킬 수 있는 최대 힘의 양을 말합니다. 0.6N/mm는 햅틱장치(100)를 1mm 움직일 때마다 0.6N이하로 힘을 증가시켜야만 안정적인 힘을 낼 수 있다는 것을 의미한다.
한편, 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에서는 뼈 형상모델(220)을 치료도구 형상모델(210)로써 드릴링하는 동안 상기 뼈 형상모델(220) 모양의 변화을 다루기 위해서 매 햅틱 사이클마다 볼륨 절삭 처리 프로시져(Procedure)가 수행된다.
이러한 볼륨 절삭 처리 프로시져에서는 먼저, 치료도구 형상모델(210)의 디스턴스 필드와 뼈 형상모델(220)의 볼륨 데이터를 이용하여 치료도구 형상모델(210)과 닿은 뼈 형상모델(220)의 복셀(Voxel)을 탐색한 후, 탐색된 복셀에서 드릴의 속도에 따라서 밀도(Density)의 속성을 일정한 값만큼 차감한다.
이때, 상기 뼈 형상모델(220)이 갖는 밀도의 속성에 대응하여 복셀 type이 업데이트되고 이에 따라서 포인트 쉘의 포인트도 제거 및 생성된다.
여기서, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 따른 볼륨 절삭 처리 프로시져의 처리 방식을 나타낸 개략도이다.
상기 도 8a 내지 도 8b에 나타낸 적색 점은 뼈 형상모델(220)의 절삭 전의 포인트 쉘의 포인트를 의미하며, 상기 치료도구 형상모델(210)에 의해 뼈 형상모델(220)의 제거된 부분의 포인트 쉘의 포인트는 소거된다. 또한, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 청색 점은 생성된 새로운 포인트 쉘의 포인트를 의미한다.
이와 같이, 상기 포인트 쉘 중의 제거된 포인트 쉘의 빈자리를 메우기 위해서는 뼈 형상모델(220)의 복셀 type의 속성을 이용하여 Boundary-fill 알고리듬을 적용한다.
도 9는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에서 단순화되어 3차원 표면모델로 표현된 뼈 형상모델(220)이 치료도구 형상모델(210)에 의해 절삭되는 상태를 나타낸 개략도이다.
여기서, 뼈 형상모델(220)에 사용된 볼륨의 해상도는 48x48x48이며, 복셀사이의 간격은 0.05이다. 또한, 치료도구 형상모델(210)에 사용된 볼륨의 해상도는 32x64x32이며, Voxel 크기는 0.02이다.
여기서, 상기 해상도는 X, Y, Z축으로 복셀이 몇 개가 있는지를 나타내는 수치로서, 상기 해상도의 수치가 높을수록 해당 모델을 더욱 정교하게 표현할 수 있 으며, 고 해상도로 표현된 디스턴스 필드를 치료도구 형상모델(210)에 적용하면 정교한 충돌처리가 가능해지며 실제 수술도구의 디테일한 부분(예 : 수술도구에 파인 홈 부분)이 환부의 뼈에 닿았을 때의 촉감까지도 발생시킬 수 있다.
여기서, 상술한 볼륨의 해상도에 관한 수치(48x48x48, 32x64x32)는 앞서 설명한 본 발명에 적용 가능한 PC의 CPU 및 그래픽 카드의 사양에 한하여 요구되는 해상도이며, 상기 CPU 및 그래픽 카드의 사양에 변동에 따라 상기 해상도 수치는 변경될 수 있음을 이해하여야 한다.
여기서, 상기 CPU 및 그래픽 카드의 사양에서, 뼈 형상모델(220)의 볼륨의 해상도는 48x48x48, 치료도구 형상모델(210)의 볼륨의 해상도는 32x64x32 보다 낮은 해상도를 사용하는 경우에, 볼륨모델로부터 재생성된 뼈 형상모델(220)의 모양은 모델 표면이 매끄럽지 못하고 조악해 질 수 있다. 이는 볼륨 데이터에서 다각형화 알고리즘을 사용해 삼각형을 만들어 내므로 해상도가 떨어지는 볼륨모델에 재생성 알고리듬을 적용한다면 표면이 거칠게 표현되는 표면 모델이 생성된다.
또한, 디스턴스 필드에 해상도가 떨어지는 볼륨이 사용되면, 정확한 충돌처리가 되지 않을 뿐만 아니라 디스턴스 필드의 값을 추출할 때에도 불연속적인 값이 추출되므로, 결과적으로 반력의 불안정화를 초래하게 된다.
또한, 뼈 형상모델(220)의 전체를 덮는 포인트 쉘의 포인트는 2,958개의 점이 발생하며, 상기 뼈 형상모델(220)이 뚫림으로써 수개의 점이 발생하거나 삭제되는데, 이때 점의 최대수는 4,500개 이상이 될 수 있다.
이러한 햅틱 렌더링과 볼륨 절삭 프로시져는 1khz의 범위 내에서 처리되며, 비주얼 렌더링은 60Hz의 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 비주얼 렌더링이 60Hz에서 수행됨은 초당 60번의 프레임을 만들어 낸다(렌더링)는 의미이며, 따라서, 비주얼 렌더링 속도가 60Hz이게 되면, 치료도구 형상모델(210)의 빠른 움직임도 놓치지 않고 화면에 표현할 수 있으며, 그 움직임의 상태도 끊김없이 부드럽게 표현될 수 있다.
또한, 햅틱스 커뮤니티에서 일반적으로 통용되는 수치로 햅틱 렌더링의 속도가 1Khz이상이 되어야 사용자가 실제의 물체(치료도구)를 조작하는 촉감을 느낄 수 있다. 만약에 햅틱 렌더링의 속도가 1 kHz 이하로 떨어진다면 충돌 감지의 수행 횟수도 줄어드므로 물체를 통과하는 현상이 발생할 수 있고 햅틱장치가 불안정한 상태가 될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 가상 커플링으로 연산된 반력에 미세한 진동을 추가하여 더 사실적으로 실제 치료도구의 촉감을 재현할 수 있도록 구비된다.
이를 구현하기 위해서는, 1 kHz의 속도록 주기가 100이고 크기가 0.15인 사인곡선에 값의 값을 샘플링(Sampling)하여, 최종적으로 계산된 반력(Feedback force)의 y값에 계산한 진동 힘을 합한다. 이는 아래의 [수학식 7]에 의해 정의된다.
[수학식 7]
Figure 112009013064085-pat00020
Figure 112009013064085-pat00021
Figure 112009013064085-pat00022
상기 [수학식 7]과 같이, 계산된 반력을 Fn이라 하며, 현재 시간(t)에 주기가 100이고 크기가 0.15인 사인곡선에서 값 b을 계산하고, 이 값에 Fn에 더해주면 진동이 적용된 반력을 얻을 수 있다.
여기서, 도 10은 상기 치료도구 형상모델(210)과 뼈 형상모델(220)의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용되지 않은 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11는 상기 치료도구 형상모델(210)과 뼈 형상모델(220)의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용된 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 가상 커플링으로 연산된 반력에 미세한 진동을 추가하여 더 사실적으로 사용자가 실제 치료도구의 촉감을 느낄 수 있는 효과를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 안정적이고 부드러운 피드백 포스 생성을 위해서 복셀 기반의 햅틱 렌더링 기법에 가상 커플링(Virtual Coupling)을 적용함으로써, 뼈 형상모델(220)을 치료도구 형상모델(210)로써 드릴링(Drilling)하는 동안 부드럽고 안정된 피드백 포스를 생성하였다.
한편, 일반적으로 인체의 뼈는 그 부위에 따라 차이는 있지만, 대개의 경우 에는 뼈의 외부에 비하여 내부의 골밀도가 낮은 상태를 보인다. 이는 치아의 경우에도 공통적인 성향을 보이는데 실제 임플랜트 수술의 경우 치아 또는 잇몸뼈를 드릴링하게 되면, 외부는 골밀도가 높아서 강한 힘으로 치료도구를 가압해야 하나, 외부면을 지나게 되면 골밀도는 상대적으로 낮아지게 되어, 비교적 적은 힘으로도 드릴링이 가능하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에서는, 뼈 형상모델의 볼륨모델링을 수행함에 있어서, CT(Computed Tomography) 또는 MRI(Magnetic Resonance Imaging)와 같은 촬영장비를 이용하여 획득한 뼈의 골밀도 정보를 볼륨모델링에 적용함으로써 뼈 밀도 속성을 갖는 뼈 형상모델(220)을 표현될 수 있도록 구비된다.
이를 구현하기 위해서는, 먼저 환부를 상기 CT 또는 MRI와 같은 촬영장비로 촬영하여 상기 환부의 뼈에 대한 골밀도에 대한 정보를 획득한다.
여기서, 상기 CT 또는 MRI로 촬영된 영상에서는 뼈의 골밀도의 차이에 따라 골밀도가 높은 부분은 밝게 나타나며 골밀도가 상대적으로 낮은 부분은 어둡게 나타난다. 즉, 골밀도는 높을수록 백색에 가까우며 낮을수록 흑색에 가깝게 표현되므로, 이러한 촬영된 영상의 명도차이를 이용하여 상기 뼈에 대한 골밀도를 수치화된 정보를 획득할 수 있다.
따라서, 3차원 표면모델이 존재하는 공간을 이산적으로 나누어 뼈의 형상을 복셀화(Voxelization)하며, 상기와 같이 수치화된 골밀도의 정보를 상기 복셀화된 모델에 적용함으로써, 복셀 모델이 뼈 밀도의 속성을 부여할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 비주얼 렌더링 기법 및 햅틱 렌더링 기법이 구현되는 절차를 나타낸 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템의 블록도,
도 3a는 본 발명의 뼈 형상모델을 3차원 표면모델로 표현한 개략도,
도 3b는 본 발명의 뼈 형상모델을 볼륨모델로 표현한 개략도,
도 3c는 본 발명의 뼈 형상모델을 디스턴스 필드로 표현한 개략도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델이 충돌되는 상태를 나타낸 개략도,
도 5는 본 발명의 임의의 복셀이 갖는 디스턴스 필드 값을 결정하기 위해 상기 임의의 복셀과 그 주변의 8개의 복셀을 나타낸 개념도,
도 6은 본 발명의 뼈 형상모델의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드를 사용하여, 직접적으로 힘을 계산하는 경우에 발생하는 문제점을 보여주는 개략도,
도 7은 본 발명의 가상 커플링을 이용한 반력 계산 방법의 개념을 나타낸 개략도,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 따른 볼륨 절삭 처리 프로시져의 처리 방식을 나타낸 개략도,
도 9는 본 발명의 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템에 서 단순화되어 3차원 표면모델로 표현된 뼈 형상모델이 치료도구 형상모델에 의해 절삭되는 상태를 나타낸 개략도,
도 10은 본 발명의 상기 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용되지 않은 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프 및,
도 11은 상기 치료도구 형상모델과 뼈 형상모델의 충돌에 따라 생성되는 반력에 진동이 적용된 힘의 크기 변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...햅틱장치 110...조작부
200...디스플레이부 210...치료도구 형상모델
220...뼈 형상모델 300...제어부

Claims (10)

  1. 치료도구의 실제 느낌을 구현하는 힘 또는 촉각의 반향 장치로서, 조작부의 기계적 변위에 따른 신호를 출력하고, 반력(Feedback Force)에 대한 정보를 갖는 입력 신호에 따라 상기 조작부가 변위되는 햅틱장치;
    치료를 필요로 하는 환부의 뼈 형상모델 및 상기 환부를 치료하는데 사용되는 치료도구 형상모델을 가상의(Virtual) 영상으로 출력하는 디스플레이부;
    상기 햅틱장치로부터 입력된 신호에 따라 상기 디스플레이부 상에 영상 출력되는 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델의 형태 및 위치 정보를 실시간 갱신하며, 볼륨모델을 기반으로 상기 뼈 형상모델 및 치료도구 형상모델의 충돌에 따른 반력을 연산하여 연산된 반력에 대한 정보를 갖는 신호를 상기 햅틱장치로 전달하는 제어부;를 포함하고,
    상기 뼈 형상모델 및 치료도구 형상모델의 충돌에 대한 검사는, 상기 뼈 형상모델의 포인트 쉘과 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드를 적용하여 수행되되,
    상기 치료도구 형상모델의 경계구(Bounding sphere)에 포함되는 상기 뼈 형상모델의 포인트 쉘을 추출하며, 추출된 포인트에서 디스턴스 필스의 값을 질의하고 부호를 판단하여 상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델의 충돌 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 치료도구 형상모델의 경계구에 포함되는 포인트 쉘은 아래의 [수학식 2]를 통하여 디스턴스 필드의 볼륨 공간으로 변환되며,
    상기 치료도구 형상모델의 포인트가 볼륨공간으로 변환된 위치에서 아래의 [수학식 3]을 통해 디스턴스 필드의 값을 결정하며, 결정된 디스턴스 필드 값이 음수(-)일 경우에 상기 치료도구 형상모델은 상기 뼈 형상모델에 충돌된 것으로 간주하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
    [수학식 2]
    Figure 112010064996559-pat00023
    (여기서, Sx는 치료도구 형상모델의 디스턴스 필드가 위치하는 지역 좌표계에서 디스턴스 필드를 셈플링하는 위치, Px는 월드 좌표계에서 포인트 쉘 포인트의 위치, Dpos는 월드좌표계에서 디스턴스 필드의 위치, Dsize는 디스턴스 필드의 크기(즉, 복셀의 최소 위치값 - 복셀의 최대 위치값) 및, Dnum은 디스턴스 필드의 해상도를 의미한다. 따라서, Sx는 0에서 Dnum - 1 사이의 값으로 결정된다.)
    [수학식 3]
    d = d000*(1-x)(1-y)(1-z)+d001*(1-x)(1-y)(z)+d010*(1-x)(y)(1-z)+d011*(1-x)(y)(z)+d100*(x)(1-y)(1-z)+d101*(x)(1-y)(z)+d110*(x)(y)(1-z)+d111*(x)(y)(z)
    (여기서, d는 포인트의 임의의 위치(x,y,z)에서의 디스턴스 필드 값, d000, d001, d010, d011, d100, d101, d110 및 d111는 상기 임의의 위치(x,y,z)에 자리한 포인트를 기준으로 주변의 8개의 복셀들이 갖는 각 디스턴스 필드 값을 의미한다.)
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 뼈 형상모델과 치료도구 형상모델이 서로 충돌하여 발생하는 접촉힘(Fc)은,
    아래의 [수학식 4]를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
    [수학식 4]
    Figure 112009013064085-pat00024
    (여기서, 상기 kc는 강성(Stiffness), di는 치료도구 형상 모델과 충돌한 i번째 포인트 쉘 포인트의 위치에서 얻은 디스턴스 필드의 값이며, Ni는 충돌한 i번째 포인트의 법선 벡터(Normal Vector)를 의미한다.)
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 반력은, 가상 커플링(Virtual Coupling)을 이용하여 간접적으로 계산되되,
    상기 치료도구 형상모델과 상기 햅틱장치의 위치를 각각 계산한 후, 가상의 스프링(Virtual Spring)으로써 상기 치료도구 형상모델과 상기 햅틱장치를 서로 연결한 후, 아래의 [수학식 5]를 이용하여 가상 커플링의 힘(Fvc)를 계산하여 상기 가상 커플링의 힘(Fvc)과 크기는 같으나 방향은 반대인 반력을 연산하며,
    상기 제어부는, 상기 반력에 대한 정보를 갖는 입력 신호를 상기 햅틱장치로 전송하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
    [수학식 5]
    Figure 112009013064085-pat00025
    (여기서, kd는 가상 스프링의 강성(stiffness), Pd는 햅틱 장비의 위치 및 Pt는 치료도구 형상모델의 위치를 의미한다.)
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 디스플레이부 상에 영상 출력되는 상기 치료도구 형상모델의 위치는 아래의 [수학식 6]을 통하여 산출 가능한 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
    [수학식 6]
    Figure 112009013064085-pat00026
    (여기서, 상기△x는 상기 치료도구 형상모델 위치의 변위,
    Figure 112009013064085-pat00027
    는 x에 대한 접촉힘의 변화량,
    Figure 112009013064085-pat00028
    는 x에 대한 가상 커플링 힘(Fvc)의 변화량을 의미한다.)
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 Δx는 햅틱 사이클에서 가우시언 소거법으로 산출하며,
    현재의 치료도구 형상모델의 위치에 상기 Δx를 더하여, 새로운 치료도구 형상모델의 위치를 계산 가능한 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 연산된 반력에, 아래의 [수학식 7]을 적용하여 실제 치료도구를 사용할 때 발생하는 진동 정보를 부가하며, 상기 햅틱장치를 통해 사용자에게 진동 힘이 포함된 반력이 전달되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
    [수학식 7]
    Figure 112009013064085-pat00029
    Figure 112009013064085-pat00030
    Figure 112009013064085-pat00031
    (여기서, 상기 Fn은 연산된 반력, b는 현재 시간t에서 주기가 100이고 크기가 0.15인 사인 값을 나타낸다.)
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 뼈 형상모델의 볼륨모델링을 수행함에 있어서,
    상기 뼈 형상모델의 3차원 표면모델이 존재하는 공간을 이산적으로 나누어 뼈의 형상을 복셀화하며, 골밀도 촬영 장비를 통해 획득된 수치화된 골밀도의 정보를 상기 복셀화된 모델에 적용하여, 뼈의 골밀도 속성이 부여된 상태로 상기 뼈 형상모델이 볼륨 모델링되는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플랜트 시뮬레이션 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 골밀도 촬영장비는,
    CT(Computed Tomography) 촬영기, MRI(Magnetic Resonance Imaginger) 및 X-Ray 촬영기 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 임플 랜트 시뮬레이션 시스템.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180095291A (ko) 2017-02-17 2018-08-27 단국대학교 산학협력단 응력 계산 방법 및 장치
KR20190069887A (ko) 2017-12-12 2019-06-20 주식회사 제이케이덴스 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 치료 시뮬레이션 장치
KR20190073764A (ko) 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 제이케이덴스 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 스케일링 시뮬레이션 장치
KR102127664B1 (ko) * 2019-02-28 2020-06-29 신성대학교 산학협력단 가상 현실 기반의 발치 시술을 위한 협조 시뮬레이션 시스템 및 그 방법
KR20240045828A (ko) 2022-09-30 2024-04-08 광주과학기술원 포스피드백 장치 및 광대역 공진 진동자를 이용한 힘 및 복합 진동 렌더링 시스템과 이를 이용한 힘 및 복합 진동 제공 방법

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101274192B1 (ko) * 2011-03-22 2013-06-14 에이알비전 (주) 정맥주사 시뮬레이터
KR101212556B1 (ko) 2012-01-31 2012-12-14 주식회사 인피니트헬스케어 치아 교정용 고정체 위치 결정 방법 및 그 장치
KR101401462B1 (ko) * 2012-05-17 2014-05-30 주식회사 엔티리서치 힘센서를 이용한 수술 훈련 시뮬레이터 및 그 제어방법
KR101401417B1 (ko) * 2012-10-22 2014-05-30 한국과학기술연구원 변형체 모델의 조각 시뮬레이션 방법 및 장치
KR101693808B1 (ko) 2014-09-02 2017-01-10 건국대학교 산학협력단 3ｄ기반의 비강 수술 시뮬레이션 방법 및 그 장치
KR102066462B1 (ko) * 2018-04-30 2020-01-15 충남대학교산학협력단 공작기계용 시뮬레이션 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120497A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 한국과학기술연구원 볼륨 모델 기반의 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 치료훈련 및 평가 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120497A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 한국과학기술연구원 볼륨 모델 기반의 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 치료훈련 및 평가 시스템

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180095291A (ko) 2017-02-17 2018-08-27 단국대학교 산학협력단 응력 계산 방법 및 장치
KR20190069887A (ko) 2017-12-12 2019-06-20 주식회사 제이케이덴스 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 치료 시뮬레이션 장치
KR20190073764A (ko) 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 제이케이덴스 햅틱 인터페이스를 이용한 치과 스케일링 시뮬레이션 장치
KR102127664B1 (ko) * 2019-02-28 2020-06-29 신성대학교 산학협력단 가상 현실 기반의 발치 시술을 위한 협조 시뮬레이션 시스템 및 그 방법
KR20240045828A (ko) 2022-09-30 2024-04-08 광주과학기술원 포스피드백 장치 및 광대역 공진 진동자를 이용한 힘 및 복합 진동 렌더링 시스템과 이를 이용한 힘 및 복합 진동 제공 방법

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