KR101223209B1 - 형상정보를 고려한 물성 진단장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정 조직에 다자유도의 기계적인 하중을 가하여 조직의 기계적인 거동을 측정할 때, 조직의 표면에 대한 형상 정보를 측정함으로써 조직의 표면이 균일하지 못한 것에 대한 영향을 보정해주기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에서는, 형상 정보를 측정하기 위하여 일차적으로 조직의 표면에 대한 영상을 측정하기 위한 영상 측정부와 측정된 영상으로부터 조직 표면의 형상 정보를 처리 및 획득하기 위한 영상 처리부, 조직의 표면에 다자유도의 하중을 가해줄 수 있는 다자유도 작동기와 다자유도의 하중에 대해 조직에서 발생하는 반력을 측정할 수 있는 힘 센서를 포함하는 형상 정보를 고려한 물성 진단장치를 개시하고 있다. 사용자는 조직의 표면에 대한 형상 정보를 고려하여 보다 정확하게 조직의 기계적 물성을 규명할 수 있다.

Description

형상정보를 고려한 물성 진단장치 및 방법 {Mechanical Loading based Apparatus and Method with compensating geometry information for measurement of diagnostic property of matter}

본 발명은 조직의 물성을 규명하기 위한 진단 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 조직에 기계적 하중을 가할 때 조직에 대한 영상 정보를 이용하여 조직의 표면 형상으로 인한 영향을 보정하기 위한 것이다.

이하 본 발명의 기술분야와 관련하여 일반적으로 사용되는 기술에 대하여 간략히 설명한다.

일반적으로 생체 조직을 진단하기 위한 방법으로는, 영상 기법을 이용한 자기공명 단층 촬영법(MRI: magnetic resonance imager) 또는 컴퓨터 단층 촬영법 (CT: computerized tomography)이 있으며 생체 조직의 기계적 거동을 이용한 방법으로는 촉지법(palpation)등이 있다. MRI 및 CT는 생체 조직에 대한 영상 정보를 얻어내고, 이를 분석하여 조직의 병 유무를 진단하는 장치이며 촉지법은 생체 조직에 대한 기계적 특성을 힘 센서를 통하여 측정하고 이를 분석하여 조직의 병 유무를 진단하는 방법이다.

CT는 스캐너를 이용한 컴퓨터 단층 촬영(斷層撮影)법이다. CT는 엑스선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고, 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는 것이다. 일반 X선 사진은 인체의 3차원적인 모습이 2차원의 필름에 나타나지만, CT는 선택한 단면의 모든 모습을 보여주기 때문에 일반 X선 사진으로는 알아내기 힘든 여러 가지 사실들을 정확하게 진단할 수 있다.

MRI는 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 생체의 임의의 단층상을 얻을 수 있는 첨단의학기계, 또는 그 기계로 만든 영상법을 의미한다.

MRI는 X-ray처럼 이온화 방사선이 아니므로 인체에 무해하고, 3-D 영사화가 가능하며 컴퓨터단층촬영(CT)에 비해 대조도와 해상도가 좋다. 횡단면 촬영만이 가능한 CT와는 달리 관상면과 시상면도 촬영할 수 있으며, 필요한 각도의 영상을 검사자가 선택하여 촬영할 수 있다.

CT나 MRI는 상기와 같은 장점으로 인해 널리 쓰이고 있지만, 검사료가 비싸며 촬영시간이 오래 걸린다. 또한, 검사공간이 협소하여 검사에 많은 문제점이 있다.

촉지법은 이러한 단점을 극복하기 위해 제안된 방법으로 생체 조직에 이상이 있을 경우 물성의 변화가 생기는 점을 이용한다. 주로 조직에 기계적인 하중을 가하고 힘 센서를 통하여 조직의 기계적인 거동을 측정함으로써 조직의 이상 유무를 판단한다. 이러한 방법은 CT나 MRI를 이용한 방법보다 조직의 진단을 보다 쉽고 빠르게 수행할 수 있는 진단법이다.

하지만 촉지법의 경우 조직의 표면에 굴곡 또는 요철이 있을 경우, 해당 조직에 기계적인 하중을 가할 때 사용자가 의도하지 않은 영향을 미치게 될 수 있다. 예를 들어, 조직의 표면에 수직 방향으로 하중을 가하는 경우와 수직이 아닌 방향으로 하중을 가하는 경우 반력의 측정오차가 발생할 수 있다. 따라서, 보다 정확한 물성치를 얻기 위하여 조직에 기계적 하중을 가하는 경우 조직의 표면 형상을 고려하는 것이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 생체 조직 및/또는 여러 가지 물체의 조직의 물성을 획득할 때 조직 및/또는 여러 가지 물체의 형상의 정보를 측정하여 보다 정확하게 물성을 획득하는 방법과 이를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 하중을 소정의 측정 대상 물체에 가함으로써 획득하는 반력을 이용하여 생체조직의 질병 유무를 진단하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이때, 반력을 획득 시 생체 조직의 표면 형상을 고려함으로써 보다 정확하게 생체 조직의 물성을 측정하기 위한 방법 및 이를 위한 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 생체 조직에 다양한 자유도의 외부 자극을 가하여 기계적 거동을 측정할 때 영상 정보를 함께 측정 및 피드백하여 생체 조직의 기계적 물성을 좀더 정확하게 규명하기 위한 방법을 제시하고, 이를 통해 대상 조직의 질병 유무판단의 정확도를 높이기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 대상 물체의 형상을 측정하고, 측정한 형상정보를 통해 다자유도의 진단장치를 제어하기 위한 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태로서 소정 물체의 형상 정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법은, 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계; 영상정보를 처리하여 소정 물체의 표면에 대한 형상정보를 획득하는 단계; 소정 물체의 외부에 형상정보를 고려하여 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계; 다자유도의 기계적 하중으로 인해 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하는 단계; 및 측정한 반력을 이용하여 소정 물체의 물성을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 일 양태에서 상기 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계는, 형상정보를 기반으로 소정 물체에서 측정하고자 하는 부분의 표면 법선 방향을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계는, 표면 법선 방향을 고려하여 소정의 물체의 외부에 다자유도 기계적 하중을 인가할 수 있다.

상기 진단 단계는, 측정한 반력에 따라 계산된 소정 물질의 물성과 미리 저장된 물성 정보를 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 미리 저장된 물성 정보는, 하나 이상의 정상 조직 또는 하나 이상의 질병이 있는 조직의 물성에 대한 정보인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태로서 소정 물체의 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단장치는, 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하기 위한 영상 측정부; 영상정보를 처리하여 소정 물체의 표면에 대한 형상정보를 획득하기 위한 영상 처리부; 소정 물체에 다자유도의 하중을 가하기 위한 다자유도 작동기; 및 다자유도 작동기의 일측에 구비되어, 다자유도의 하중에 의해 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 측정 장치를 포함할 수 있다. 이때, 다자유도의 하중은 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체에서 상기 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가되는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 다른 양태에서 상기 영상 처리부는, 영상 측정부에서 촬영한 영상정보를 변환하거나 알고리즘 처리를 통하여 형상정보를 얻어낼 수 있는 중앙 처리 장치와 소정 물체의 표면에 대한 그래픽 정보를 처리할 수 있는 그래픽 카드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 진단장치는 영상 측정부, 영상 처리부, 힘 측정장치 및 다자유도 작동기를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 제어부는 소정 물체의 표면에 힘 측정장치가 접촉하는 순간에 힘 측정장치에 설치된 자극 인가부를 소정 물질의 표면 법선 방향으로 일치시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 영상 측정부는 소정 물체의 형상정보를 3 차원적으로 얻어낼 수 있는 스테레오 카메라(Stereo Camera), 광도 측정 카메라(Photometric Camera) 또는 깊이 측정 카메라(Time OF Flight camera) 중 하나를 이용할 수 있다.

또한, 상기 힘 측정 장치는 소정 물체에 하중을 인가하기 위한 자극 인가부와 소정 물체에 하중을 인가 시 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하기 위해 자극 인가부에 부착된 힘 센서를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 다른 양태에서 영상 촬영부, 영상 처리부, 다자유도 작동기 및 힘 측정 장치를 제어하고, 힘 측정 장치에서 측정한 반력을 이용하여 소정 물질의 물성을 진단하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

이때, 진단장치는 소정 물체에 다자유도의 기계적 외부 하중을 가하기 위한 동력을 생성하는 모터 및 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 구동기와 구동기의 일측에 구비되어 구동기의 위치 및 속도를 제어하는 선형 위치 제어부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 다자유도 작동기는 구동기의 일측에 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양태에서 소정 물체의 형상정보를 고려하여 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법은, 영상 측정부를 이용하여 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계, 영상 처리부를 이용하여 상기 영상정보를 처리하여 상기 소정 물체의 표면에 대한 상기 형상정보를 획득하는 단계, 다자유도 작동기를 이용하여 상기 소정 물체에 다자유도의 하중을 인가하는 단계와 힘 측정장치를 이용하여 상기 다자유도의 하중에 의해 발생하는 반력을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 다자유도의 하중은 형상정보를 고려하여 소정 물체에서 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가될 수 있다.

상기 본 발명의 또 다른 양태에서 상기 영상 처리부는 영상 측정부에서 촬영한 영상정보를 변환하거나 알고리즘 처리를 통하여 형상정보를 얻어낼 수 있는 중앙 처리 장치와 소정 물체의 표면에 대한 그래픽 정보를 처리할 수 있는 그래픽 카드를 포함할 수 있다.

이때, 상기 또 다른 양태는 소정 물체의 표면에 힘 측정장치가 접촉하는 순간에 힘 측정장치에 설치된 자극 인가부를 소정 물질의 상기 표면 법선 방향으로 일치시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에서 소정 물체의 형상정보를 고려하여 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법은, 소정 물체의 표면에 대한 형상정보를 도출하는 단계와 형상정보를 기반으로 소정 물체의 표면에 대한 법선 방향을 예측하는 단계와 소정 물체의 표면 법선 방향을 고려하여 소정 물체의 외부에 다자유도 기계적 하중을 인가하는 단계와 다자유도의 기계적 하중으로 인해 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하는 단계와 측정한 반력을 이용하여 소정 물체의 물성을 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로서 생체조직의 형상정보를 고려하여 상기 생체조직의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법은, 제어부에서 상기 생체조직의 기계적 물성 측정의 시작을 알리는 단계; 영상 측정부를 통하여 상기 생체조직의 표면에 대한 형상정보을 획득하는 단계; 힘 측정장치의 프로브와 상기 생체조직을 접촉을 알리는 단계; 상기 형상정보를 기반으로 상기 생체조직의 표면에 대한 법선 방향으로 상기 프로브를 정렬시키는 단계; 상기 법선 방향으로 다자유도의 기계적 하중을 상기 생체조직에 인가하는 단계; 상기 다자유도의 기계적 하중에 의해 상기 생체조직에서 발생되는 반력을 상기 힘 측정장치에서 측정하는 단계; 상기 반력의 측정이 완료되면 상기 생체조직에 가했던 상기 다자유도의 기계적 하중을 제거하는 단계; 상기 측정된 반력을 통해 상기 생체조직의 물성을 규명하는 단계; 및 다른 생체조직들의 물성으로 정리된 데이터 베이스와 상기 규명한 생체조직의 물성을 비교하여 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로서 생체조직의 형상정보를 고려하여 상기 생체조직의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단장치는, 생체조직을 촬영하여 영상정보를 획득하기 위한 영상 측정부; 영상정보를 처리하여 생체조직의 표면에 대한 형상정보를 획득하기 위한 영상 처리부; 생체조직에 외부자극을 인가하기 위한 동력을 생성하는 모터 및 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 구동기; 구동기의 일측에 구비되어 구동기의 위치 및 속도를 제어하는 선형 위치제어부; 외부자극으로 인해 소정 물질의 표면에서 발생한 반력을 측정하기 위한 힘 측정장치; 힘 측정장치의 일측에 구비되어 소정의 물질에 자극을 가하는 프로브; 및 구동기를 조작하기 위한 다자유도 작동기를 포함할 수 있다. 이때, 다자유도의 하중은 형상정보를 고려하여 소정 물체에서 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가될 수 있다.

본 발명의 양태들에서 프로브는 생체조직 또는 대상 조직에 접촉하여 외부의 기계적 하중을 직접 인가하는 부분으로서 자극 인가부로 불릴 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 생체 조직에 다자유도의 외부 하중을 인가하여 기계적 물성을 규명할 때, 생체 조직 및/또는 여러 가지 물체의 표면 형상으로 인한 측정값의 오차를 보정할 수 있다.

둘째, 생체 조직의 기계적 물성을 측정하여 진단할 때 영상 정보로부터 조직 자체의 색깔 정보나 표면의 이상 유무를 동시에 진단할 수 있다.

셋째, 생체 조직의 표면 형상에 대한 정보를 획득함으로써, 조직에서 발생하는 반력과 함께 생체 조직의 물성을 다각도로 진단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서 형상정보를 고려한 진단장치의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예들에서 사용될 수 있는 형상정보를 고려한 진단장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 형상정보를 고려하여 대상 조직에 기계적 하중을 인가하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에서 형상정보를 고려하지 않은 경우와 형상정보를 고려하여 측정한 반력의 차이를 나타내는 도면이다.
도 5는 형상정보를 고려한 진단방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 도 5의 진단방법에 따른 진단장치의 진단 모습의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예로서, 형상정보를 고려하여 다자유도 작동기를 조작하는 방법과 이를 통하여 조직에 외부 자극을 인가하고 조직의 물성을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 소정 물체에 다자유도의 외부 하중을 가하여 물체의 기계적 물성을 규명할 때, 물체의 표면의 형상정보를 구하고 이를 통해 표면 형상이 측정 값에 주는 영향을 최소화 하는 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 특허출원 제 2008-0060894호(2008년 6월 26일자 출원, 2010년 11월 27일 등록 결정서 접수)를 기반으로 작성된 것으로서, 본 발명의 출원인이 상기 출원된 발명의 문제점을 해결하고 보다 정확한 측정값을 구하기 위해 고안한 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다.

본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 도면에서 본 발명의 요지를 나타내는데 필요한 단계 또는 구성요소를 위주로 표시했고, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 단계 또는 구성요소는 표시하지 않았다.

또한, 명세서 전체를 통하여 동일한 부분 또는 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역 및 판 등의 부분이 다른 부분 '위에' 있다고 할 때, 이는 다른 부분 '바로 위에' 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 '바로 위에' 있다고 할 때는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서, 대상 물체의 기계적 거동을 측정하여 대상 물체를 진단할 때 영상 측정부(200)와 영상처리부(201)를 통해 구한 대상 물체의 표면에 대한 형상정보(300)를 이용하여 측정의 정확도를 높이기 위한 형상정보를 고려한 진단장치의 일례를 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 형상정보를 고려한 물성 진단장치는 영상 측정부(200)와 영상처리부(201), 제어부(400), 다자유도 작동기(101), 힘 측정장치(100), 분석부(500) 및 전원 입력부(600)를 포함할 수 있다.

힘 측정장치(100) 또는 힘 센서는 생체조직에 기계적 거동이 가해질 때 조직에서 발생하는 반력을 측정하는 역할을 수행한다. 영상 측정부(200)는 진단 대상 물체 (예를 들어, 생체 조직)의 표면에 대한 영상정보를 획득하고, 영상 처리부(201)는 획득한 영상정보를 처리하여 대상 물체의 형상에 대한 형상정보(300)를 도출할 수 있다.

도 1을 포함한 본 발명의 실시예들에서, 영상측정부(200)는 물체의 표면 형상을 측정할 수 있는 모든 방법의 수단이 되는 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상 측정부(200)로서 육안의 원리를 이용하여 2 개의 랜즈를 사용하는 스테레오 카메라, 다자유도의 움직임이 가능한 카메라, 다수의 광원을 이용한 카메라 또는 TOF(Time Of Flight)를 이용하여 거리 측정이 가능한 카메라 등이 영상 측정부로 사용될 수 있다.

또한, 도 1에서는 영상 측정부(200)와 영상 처리부(201)가 독립된 개체로서 표시가 되었으나, 하나의 개체로서 동작할 수 있다. 또한, 영상 측정부와 영상 처리부는 다자유도 작동기(101)의 일측에 구비될 수 있다.

다자유도 작동기(101)는 영상 측정부(200)와 영상 처리부(201)를 통하여 얻어진 조직의 표면 형상 정보(300)를 이용하여 도 3과 같이 힘 측정 장치(100)를 표면 법선 방향으로 유지시킬 수 있도록 최소 둘 이상의 관절을 갖춘 시스템을 가지는 장치이다. 또한 다자유도 작동기(101)는 대상 물체에 다양한 하중을 인가 할 수 있으며, 다자유도 작동기(101)의 일측에는 대상 물체에서 하중에 대한 반력을 측정할 수 있는 힘 측정장치(100)가 설치 될 수 있다.

다자유도 작동기(101)는 둘 이상의 관절을 갖춘 개체로서, 다양한 형태로 변형이 가능하다. 다자유도 작동기(101)의 일측에는 구동기(미도시)가 설치될 수 있다. 즉, 다자유도 작동기(101)의 말단 부분에 구동기(200)가 연결되고, 구동기의 일측에는 힘 측정장치(100)가 구비되는 형태를 취할 수 있다.

제어부(400)는 다자유도 작동기(101), 구동기 및 힘 측정장치(101)를 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 제어부(400)는 힘 측정장치(101)에 포함된 프로브가 생체 조직에 접촉하는 때를 인식할 수 있다. 또한, 제어부(400)는 생체 조직에 임의의 크기의 인덴테이션(indentation)을 가해주기 위해 상기 초소형 구동기를 구동하고, 생체 조직에서 발생하는 반력을 힘 측정장치(100)를 이용하여 측정할 수 있다. 따라서, 제어부(400)는 측정된 반력을 통해 생체 조직의 기계적 물성을 계산하고, 생체조직이 정상인지 또는 질병이 있는지의 여부를 판단할 수 있다.

또한, 제어부(400)는 다자유도 작동기(101) 및 힘 측정장치(100)뿐 아니라 영상 측정부(200), 영상처리부(201) 및 분석부(500)를 제어하는 역할을 수행한다. 이때, 제어부(400)는 영상처리부(201)로부터 얻어진 형상정보(300)를 이용하여 다자유도 작동기(101)와 힘 측정장치(100)의 위치를 보정할 수 있다. 즉, 제어부(400)는 형상 정보(300)와 다자유도 작동기(101)를 이용해서 생체조직에 임의의 크기의 다자유도 기계적 하중을 가해 줄 수 있게 모터를 제어하고, 인가된 하중에 의해 발생되는 생체조직의 기계적 거동을 힘 측정장치(100)에 부착된 힘 센서를 통해 측정할 수 있게 한다.

분석부(500)는 측정된 기계적 거동을 통해 생체조직의 기계적 물성을 규명하고, 데이터베이스와 비교하여 생체조직이 정상인지 또는 질병이 있는지의 여부를 판단할 수 있는 정보를 사용자에 제공해 줄 수 있다.

전원 입력부(600)는 상기 진단 시스템을 구동하는데 필요한 동력(또는, 전원)을 제공하는 부분이다.

도 2는 본 발명의 실시 예들에서 사용될 수 있는 형상정보를 고려한 진단장치의 일례를 나타내는 도면이다.

영상 측정부(200)는 대상 조직(예를 들어, 생체 조직)에 대한 영상정보를 획득하고, 영창 처리부(201)는 영상정보를 기반으로 대상 조직의 형상정보(300)를 추출할 수 있다. 제어부(400)는 형상정보를 이용하여 대상 조직의 표면 법선 방향을 알 수 있게 된다. 이때, 대상 조직의 표면 법선 방향을 도출해 내는 것은 매우 중요한 문제이다. 왜냐하면, 대상 조직에 기계적 하중을 가할 때 표면의 법선 방향이 아닌 경우에는 대상 조직에서 발생하는 반력을 정확히 측정할 수 없기 때문이다. 본 발명의 실시예들에서 법선 방향이란 임의의 곡면 위의 한 점을 지나고 이 점 위에서 곡면에 대한 접평면에 수직인 직선 또는 특정 평면에서 곡선위의 한 점을 지나고 이 점에서 곡선에 대한 접선에 수직인 직선을 의미한다.

따라서, 제어부(400) 또는 사용자는 형상정보를 고려하여 다자유도 작동기(101)을 동작시킴으로써 힘 측정장치(100)를 대상 조직의 표면에 대한 법선 방향에 맞출 수 있고, 다자유도 작동기를 제어하여 대상 조직의 표면에 법선 방향으로 기계적 하중을 인가함으로써 대상 조직에서 발생하는 반력을 보다 정확히 측정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예로서 형상정보를 고려하여 대상 조직에 기계적 하중을 인가하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 제어부는 다자유도 작동기를 제어하여 촉지 방향으로 대상 조직을 검사할 수 있다. 이때, 제어부는 다자유도 작동기의 말단 일측에 구비된 힘 측정장치(100)의 위치를 영상측정부(200) 및 영상처리부(201)에서 획득한 형상정보를 기반으로 조정할 수 있다. 도 3에서 점선으로 표시된 부분은 형상정보를 고려하기 전의 힘 측정장치(100)와 대상 조직의 접지 상태를 나타내고, 실선으로 표시된 부분은 형상정보를 고려하여 힘 측정장치(100)를 대상 조직의 표면의 법선 방향으로 위치한 모습을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시예들에서 형상정보를 고려하지 않은 경우와 형상정보를 고려하여 측정한 반력의 차이를 나타내는 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 반력을 측정하기 시작한 부분과 측정이 끝난 부분의 반력의 차이를 찾기 어려운 결과를 나타내고 있다. 그러나, 도 4(b)를 참조하면, 반력을 측정한 부분을 정확히 알 수 있다.

도 5는 형상정보를 고려한 진단방법의 일례를 나타내는 도면이다.

사용자는 본 발명에서 개시한 형상정보를 고려한 진단장치를 이용하여 대상조직을 진단할 수 있다. 도 5를 참조하면, 사용자는 진단을 위해 진단장치의 제어를 시작한다(S510).

사용자 (또는, 제어부)는 영상 측정부 및 영상처리부에서 추출한 대상 조직의 표면 형상정보를 획득할 수 있다(S520).

또한, 사용자는 형상정보를 이용하여 대상 조직의 표면에 대한 법선 방향과 위치에 대한 정보를 획득할 수 있다(S530).

진단장치의 제어부는 S530 단계에서 획득한 법선 방향과 위치정보를 고려하여 다자유도 작동기(101)의 각도를 조정할 수 있다(S540).

이후, 제어부는 다자유도 작동기의 일측에 구비된 힘 센서(100)가 표면 법선 방향의 궤도를 갖도록 다자유도 작동기의 궤도를 계산한다(S550).

제어부는 힘 센서(100)가 대상 조직의 표면에 닿는 순간부터, 다자유도 작동기를 제어하여 표면의 법선 방향으로 임의의 하중을 가함으로써, 대상 조직에 변형을 가할 수 있다. 즉, 제어부(또는, 사용자)는 다자유도 작동기의 프로브가 대상 조직에 접촉하였는지를 판단하여(S570), 접촉이 된 경우에는 대상 조직에 일정한 하중을 인가하고(S580), 접촉이 되지 않은 경우에는 S550 단계에서 구한 궤적을 따라 다자유도 작동기를 이동시킨다.

대상 조직의 소정 위치에서 형상정보를 고려하여 대상 조직의 반력을 측정을 완료한 경우에는 다시 S540 단계 내지 S580 단계를 반복하여 순차적으로 대상 조직을 검사할 수 있다. 또한, 대상 조직의 소정 위치에서 반력 측정을 완료하지 못한 경우에는 S580 단계로 복귀하여 다시 하중을 인가하여 반력을 측정할 수 있다(S590).

도 6은 본 발명의 실시예로서, 도 5의 진단방법에 따른 진단장치의 진단 모습의 일례를 나타내는 도면이다.

도 6(a)는 도 3과 동일한 것으로서, 영상 측정부(200)를 이용하여 형상정보를 획득하고, 형상정보를 이용하여 힘 측정장치(100)에 구비된 프로브의 접촉 위치를 대상 조직의 표면의 법선 방향으로 조정하는 모습을 나타낸다.

도 6(b)는 힘 측정장치(100)의 프로브를 제어하여 대상 조직에 기계적 하중을 인가하는 모습을 나타낸다. 이때, 사용자는 힘 측정장치(100)를 통해 대상 조직에서 발생하는 반력을 측정할 수 있다.

도 6(c)는 도 6(a)에서 구한 형상정보를 바탕으로 대상 조직을 검사하는 모습을 나타낸다. 예를 들어, 사용자는 다자유도 작동기를 제어하여 힘 측정장치(100)의 프로브를 이용하여 대상 조직에 일정한 하중을 인가하면서 주변 조직으로 이동시킴으로써 촉지 검사를 수행할 수 있다. 이때, 제어부는 다자유도 작동기를 제어하여 프로브를 이동시킴과 동시에, 주변 조직에서도 해당 위치의 표면 법선 방향으로 프로브를 주변 조직의 표면 법선 방향과 일치되도록 프로브의 위치를 실시간으로 재조정할 수 있다. 이와 같은 방법으로 사용자는 다자유도 작동기를 보다 정밀하게 조작할 수 있고, 대상 조직에서 발생하는 반력을 정확하게 측정을 할 수 있으며, 이를 통해 대상 조직의 상태를 진단할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예로서, 형상정보를 고려하여 다자유도 작동기를 조작하는 방법과 이를 통하여 조직에 외부 자극을 인가하고 조직의 물성을 진단하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 사용자는 영상 측정부를 이용하여 대상 조직의 표면 영상을 촬영할 수 있다. 즉, 대상조직(예를 들어, 생체 조직) 또는 기타 여러 가지 물질의 물성을 측정하기에 앞서 생체조직의 영상정보를 측정할 수 있다(S710, S720).

이렇게 측정된 영상정보는 영상 처리부를 통하여 처리되고, 영상 처리부를 통해 대상조직 표면의 상태 및 형상정보를 알 수 있다 (S730, S740).

다자유도 작동기는 표면 형상 정보에 맞추어서 생체 조직에 표면 법선 방향으로 기계적 하중을 인가할 수 있다. 예를 들어, 진단장치의 제어부(400)는 다자유도 작동기를 제어하여 힘 측정장치(100)에 포함된 프로브를 대상 조직에 접촉시키고, 프로브가 대상 조직에 접촉하는 순간에 형상정보를 고려하여 대상 조직의 표면 법선 방향으로 임의의 크기의 기계적 하중을 인가할 수 있다(S750).

S750 단계에서 하중은 다양한 방법으로 대상조직에 인가될 수 있다. 예를 들어, 동일한 부위에 여러 차례의 하중이 인가되거나, 또는 다른 여러 부위에 한 번씩의 하중이 인가될 수 있다. 물론, 다른 여러 부위에 여러 번의 하중이 인가될 수 있다. 하중이 인가되는 횟수나 부위는 사용자의 요구사항에 따라 달라질 수 있다.

대상조직에 외부 하중이 인가되면 대상조직에서 기계적 거동이 발생하는데, 이때 발생하는 거동은 생체조직의 특성에 따라 다양한 형태 및 크기를 가질 수 있다. 본 발명에서 제시하는 것은 일 예로 하중이 가해졌을 때 발생되는 반력을 선정하여 제시하고 있다. 또한, 생체조직의 종류 및/또는 생체조직의 상태에 따라 다양한 크기의 반력이 발생할 수 있다. 따라서, 생체조직 등의 외부에 가해진 하중에 의해 발생된 다양한 크기의 반력을 측정하여 생체조직 등의 물성을 규명할 수 있다(S750, S760).

제어부(400)는 대상 조직에 인가한 기계적 하중에 대한 기계적 거동(즉, 반력)을 측정함으로써, 대상 조직의 물성을 규명할 수 있다. 즉, 측정한 반력 정보를 이용해서 대상 조직의 물성 정보를 규명할 수 있다(S760, S770).

대상 조직의 상태를 진단할 때 다양한 방법이 적용될 수 있다. 그 일례로는 다음과 같다. 먼저, 여러 종류의 생체조직이나 기타 다른 물질의 기계적 물성에 대한 정보를 포함하는 데이터 베이스를 만들어둔다. 다음으로, 반력을 측정하여 계산한 물성 정보와 데이터 베이스를 비교하여 생체 조직의 종류를 식별하거나 영상측정부를 통해 얻어진 영상정보를 통해 생체 조직의 상태를 다각도로 진단할 수 있다(S780).

S780 단계에서, 데이터 베이스는 제어부(400)에 포함될 수 있다. 다만, 데이터 베이스는 분석부(500)에 구비되는 것이 제어부의 처리 지연을 방지하기 위해 보다 바람직하다. 이러한 경우, 제어부(400)는 대상 조직의 물성 정보를 분석부(500)로 전송하여, 저장하고 있는 데이터 베이스와 비교하여 대상 조직을 진단할 수 있다.

사용자는 S770 단계 및 S780 단계를 바탕으로 대상조직 등의 종류를 검출하거나, 해당 조직이 정상 조직인지 또는 질병이 있는 조직인지를 진단할 수 있다. 여기서, 측정된 물성 정보가 새로운 것이라면, 미리 생성한 데이터 베이스에 새로운 물성 정보를 갱신할 수 있다. 진단에 성공하면 진단을 완료하고, 진단이 완료되지 않거나 실패하는 경우에는 S720 단계로 돌아가 S720 내지 S780 단계를 반복 수행할 수 있다(S790).

도 7에서 개시하는 방법은 도 1 내지 도 2에서 개시한 진단 장치를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 제시하는 진단장치를 이용하여 대상 생체조직을 진단하는 또 다른 방법은 다음과 같다.

생체조직을 진단하는 방법은, 제어부에서 시스템의 시작을 알리는 제 1 단계; 영상 측정부를 통하여 생체조직의 표면 형상을 얻어내는 제 2 단계; 진단장치의 프로브와 생체조직의 접촉을 알리는 제 3 단계; 생체조직의 표면법선 방향으로 프로브를 정렬시키는 제 4 단계; 외부의 기계적 하중을 생체조직에 가하는 제 5 단계; 자극에 의해 발생 되는 반력을 힘 측정장치 또는 힘 센서를 이용하여 측정하는 제 6 단계; 반력의 측정이 완료되면 생체조직에 가했던 외부 하중을 제거하는 제 7 단계; 측정된 반력을 통해 생체조직의 물성을 규명하는 제 8 단계; 정상 및/또는 질병이 있는 생체조직의 물성으로 정리된 데이터 베이스와 계산된 조직의 물성을 비교하여 진단하는 제 9 단계; 및 제 9 단계에서 검출한 정보를 알려주는 제 10 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 진단 대상 물체로서 생체조직을 예로 들었다. 다만, 본 발명은 생체조직에 한정되지 않고 다양한 유기적 또는 무기 조직을 물성을 검출하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.

본 발명은 다양한 의료 기기 분야에 적용될 수 있다. 또한, 의료 기기뿐만 아니라, 대상 물체를 진단하기 위한 기술이 사용될 수 있는 다양한 산업 기기에 적용될 수 있다.

100: 힘 측정장치
101: 다자유도 작동기
200: 영상 측정부
201: 영상 처리부
300: 형상 정보
400: 제어부
500: 분석부
600: 전원 입력부

Claims (21)

1. 소정 물체의 형상 정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법에 있어서,
   상기 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계;
   상기 영상정보를 처리하여 상기 소정 물체의 표면에 대한 형상정보를 획득하는 단계;
   상기 소정 물체의 외부에 상기 형상정보를 고려하여 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계;
   상기 다자유도의 기계적 하중으로 인해 상기 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하는 단계; 및
   상기 측정한 반력을 이용하여 상기 소정 물체의 물성을 진단하는 단계를 포함하는, 진단방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계는,
   상기 형상정보를 기반으로 상기 소정 물체에서 측정하고자 하는 부분의 표면 법선 방향을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 진단방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 다자유도의 기계적 하중을 인가하는 단계는,
   상기 표면 법선 방향을 고려하여 상기 소정의 물체의 외부에 상기 다자유도 기계적 하중을 가하는 것을 특징으로 하는, 진단방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 진단 단계는,
   상기 측정한 반력에 따라 계산된 상기 소정 물질의 물성과 미리 저장된 물성 정보를 비교하는 단계를 더 포함하는, 진단방법.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 미리 저장된 물성 정보는,
   하나 이상의 정상 조직 또는 하나 이상의 질병이 있는 조직의 물성에 대한 정보인 것을 특징으로 하는 진단방법.
6. 소정 물체의 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단장치에 있어서,
   상기 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하기 위한 영상 측정부;
   상기 영상정보를 처리하여 상기 소정 물체의 표면에 대한 상기 형상정보를 획득하기 위한 영상 처리부;
   상기 소정 물체에 다자유도의 하중을 가하기 위한 다자유도 작동기; 및
   상기 다자유도 작동기의 일측에 구비되어, 상기 다자유도의 하중에 의해 발생하는 반력을 측정하기 위한 힘 측정 장치를 포함하되,
   상기 다자유도의 하중은 상기 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체에서 상기 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 진단장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 영상 처리부는,
   상기 영상 측정부에서 촬영한 상기 영상정보를 변환하거나 알고리즘 처리를 통하여 상기 형상정보를 얻어낼 수 있는 중앙 처리 장치; 및
   상기 소정 물체의 표면에 대한 그래픽 정보를 처리할 수 있는 그래픽 카드를 포함하는, 진단장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 진단장치는,
   상기 영상 측정부, 상기 영상 처리부, 상기 힘 측정장치 및 상기 다자유도 작동기를 제어하는 제어부를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 소정 물체의 표면에 상기 힘 측정장치가 접촉하는 순간에 상기 힘 측정장치에 설치된 자극 인가부를 상기 소정 물질의 상기 표면 법선 방향으로 일치시키는 것을 특징으로 하는, 진단장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 영상 측정부는,
   상기 소정 물체의 상기 형상정보를 3 차원적으로 얻어낼 수 있는 스테레오 카메라(Stereo Camera), 광도 측정 카메라(Photometric Camera) 또는 깊이 측정 카메라(Time OF Flight camera) 중 하나를 이용하는, 진단장치.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 힘 측정 장치는,
    상기 소정 물체에 하중을 인가하기 위한 자극 인가부; 및
    상기 소정 물체에 하중을 인가 시 상기 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하기 위해 상기 자극 인가부에 부착된 힘 센서를 포함하는, 진단장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 영상 측정부, 상기 영상 처리부, 상기 다자유도 작동기 및 상기 힘 측정 장치를 제어하고, 상기 힘 측정 장치에서 측정한 반력을 이용하여 상기 소정 물질의 물성을 진단하는 제어부를 더 포함하는, 진단장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 진단장치는,
    상기 소정 물체에 다자유도의 기계적 외부 하중을 가하기 위한 동력을 생성하는 모터 및 상기 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 구동기; 및
    상기 구동기의 일측에 구비되어 상기 구동기의 위치 및 속도를 제어하는 선형 위치 제어부를 더 포함하되,
    상기 다자유도 작동기는 상기 구동기의 일측에 구비되는, 진단장치.
13. 소정 물체의 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법에 있어서,
    영상 측정부를 이용하여 상기 소정 물체를 촬영하여 영상정보를 획득하는 단계;
    영상 처리부를 이용하여 상기 영상정보를 처리하여 상기 소정 물체의 표면에 대한 상기 형상정보를 획득하는 단계;
    다자유도 작동기를 이용하여 상기 소정 물체에 다자유도의 하중을 인가하는 단계; 및
    힘 측정장치를 이용하여 상기 다자유도의 하중에 의해 발생하는 반력을 측정하는 단계를 포함하되,
    상기 다자유도의 하중은 상기 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체에서 상기 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 진단방법.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 영상 측정부에서 촬영한 상기 영상정보를 변환하거나 알고리즘 처리를 통하여 상기 형상정보를 얻어낼 수 있는 중앙 처리 장치; 및
    상기 소정 물체의 표면에 대한 그래픽 정보를 처리할 수 있는 그래픽 카드를 포함하는, 진단방법.
15. 제 13항에 있어서,
    상기 소정 물체의 표면에 상기 힘 측정장치가 접촉하는 순간에 상기 힘 측정장치에 설치된 자극 인가부를 상기 소정 물질의 상기 표면 법선 방향으로 일치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 진단방법.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 영상 측정부는,
    상기 소정 물체의 상기 형상정보를 3 차원적으로 얻어낼 수 있는 스테레오 카메라(Stereo Camera), 광도 측정 카메라(Photometric Camera) 또는 깊이 측정 카메라(Time OF Flight camera) 중 하나를 이용하는, 진단방법.
17. 소정 물체의 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법에 있어서,
    상기 소정 물체의 표면에 대한 상기 형상정보를 도출하는 단계;
    상기 형상정보를 기반으로 상기 소정 물체의 표면에 대한 법선 방향을 예측하는 단계;
    상기 소정 물체의 표면 법선 방향을 고려하여 상기 소정 물체의 외부에 다자유도 기계적 하중을 인가하는 단계;
    상기 다자유도의 기계적 하중으로 인해 상기 소정 물체에서 발생하는 반력을 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 반력을 이용하여 상기 소정 물체의 물성을 진단하는 단계를 포함하는, 진단방법.
18. 제 17항에 있어서,
    상기 진단 단계는,
    상기 측정한 반력에 따라 규명된 상기 소정 물체의 물성과 미리 저장된 물성 정보를 비교하는 단계를 더 포함하는, 진단방법.
19. 제 18항에 있어서,
    상기 미리 저장된 물성 정보는,
    하나 이상의 정상 조직 또는 하나 이상의 질병이 있는 조직의 물성에 대한 정보인 것을 특징으로 하는, 진단방법.
20. 생체조직의 형상정보를 고려하여 상기 생체조직의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단방법에 있어서,
    제어부에서 상기 생체조직의 기계적 물성 측정의 시작을 알리는 단계;
    영상 측정부를 통하여 상기 생체조직의 표면에 대한 형상정보을 획득하는 단계;
    힘 측정장치의 프로브와 상기 생체조직을 접촉을 알리는 단계;
    상기 형상정보를 기반으로 상기 생체조직의 표면에 대한 법선 방향으로 상기 프로브를 정렬시키는 단계;
    상기 법선 방향으로 다자유도의 기계적 하중을 상기 생체조직에 인가하는 단계;
    상기 다자유도의 기계적 하중에 의해 상기 생체조직에서 발생되는 반력을 상기 힘 측정장치에서 측정하는 단계;
    상기 반력의 측정이 완료되면 상기 생체조직에 가했던 상기 다자유도의 기계적 하중을 제거하는 단계;
    상기 측정된 반력을 통해 상기 생체조직의 물성을 규명하는 단계; 및
    다른 생체조직들의 물성으로 정리된 데이터 베이스와 상기 규명한 생체조직의 물성을 비교하여 진단하는 단계를 포함하는, 진단방법.
21. 생체조직의 형상정보를 고려하여 상기 생체조직의 기계적 물성을 측정하기 위한 진단장치에 있어서,
    상기 생체조직을 촬영하여 영상정보를 획득하기 위한 영상 측정부;
    상기 영상정보를 처리하여 상기 생체조직의 표면에 대한 상기 형상정보를 획득하기 위한 영상 처리부;
    상기 생체조직에 외부자극을 인가하기 위한 동력을 생성하는 모터 및 상기 동력을 전달하는 동력 전달부를 포함하는 구동기;
    상기 구동기의 일측에 구비되어 상기 구동기의 위치 및 속도를 제어하는 선형 위치제어부;
    상기 외부자극으로 인해 소정 물질의 표면에서 발생한 반력을 측정하기 위한 힘 측정장치;
    상기 힘 측정장치의 일측에 구비되어 상기 소정의 물질에 자극을 가하는 프로브; 및
    상기 구동기를 조작하기 위한 다자유도 작동기를 포함하되,
    상기 다자유도의 하중은 상기 형상정보를 고려하여 상기 소정 물체에서 상기 다자유도의 하중이 인가될 부분의 표면의 법선 방향으로 인가되는 것을 특징으로 하는, 진단장치.

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