KR101298435B1 - Object registration apparatus and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
실시예들은 객체 정합 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 객체를 표현하는 둘 이상의 좌표계를 정합하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
Embodiments relate to an object matching apparatus and a method thereof, and more particularly, to an apparatus and method for matching two or more coordinate systems representing an object.
각기 다른 좌표계를 기준으로 생성된 두 개의 형상 데이터를 하나의 좌표계로 일치시킴과 동시에 가장 근사한 곡면으로 정렬하는 과정을 통상 정합(Registration)이라 한다. 선박 또는 자동차의 외판을 성형하는 등 제품을 제조하는 업무에서 정합 프로세스를 자주 사용하고 있다.
The process of matching two shape data generated based on different coordinate systems with one coordinate system and arranging them to the nearest curved surface is commonly referred to as registration. The matching process is frequently used in the manufacture of products, such as the molding of ships or automobiles.
최근 로봇을 이용한 외과수술이 많아지면서, 수술용으로 작성된 가상의 3차원 영상데이터와 실제 환자의 수술 부위를 서로 맞추기 위한 고정밀 정합 장치 및 방법의 필요성이 증가되고 있다. 핀 기준 정합(pin based registration)과 영상 기준 정합(image based registration) 방법 등이 사용되었다. 핀 기준 정합은 수술 전 환자의 대퇴골까지 삽입되는 복수의 핀을 허벅지 부분에 박은 상태에서 CT 영상을 촬영한 후 CT 영상을 기준으로 로봇의 가공경로를 설정한다. 이때, 로봇의 가공 경로상의 기준 좌표계는 CT 영상에 있는 복수의 핀에 의해 설정된다. 가공경로의 설계가 완료되면, 실제 수술시 환자의 수술부위에 박혀있는 핀들을 CT 영상 속의 핀들, 즉 로봇의 가공경로의 기준이 되는 핀들과 일치시킴으로써 정합을 수행한다. 그러나, 이러한 핀 기준 정합은 수술 전 환자의 환부에 복수의 핀을 삽입해야 하므로, 환자에게 고통과 불편함을 발생시키고, 또한, 수술 시까지 핀을 환부에 삽입하고 있어야 하는 불편함이 있다. 영상 기준 정합은 수술 전에 환자의 대퇴골의 CT 영상을 얻어 이 영상을 기준으로 가공경로를 설정한다. CT 영상으로부터 얻은 3차원 영상과 실제 수술 시 환자의 대퇴골의 2차원 x-ray 영상을 일치시킴으로써 정합을 수행한다. 그러나, 이러한 영상 기준 정합은 CT 영상으로부터 대퇴골의 3차원 표면 모델링을 얻기 위하여 많은 오차가 수반되며, 또한 수술시 얻은 2차원 x-ray 영상에서 모서리 찾기(edge detection) 과정에서 또한 많은 오차가 수반된다. 뼈의 위치를 정합하기 위한 클램프(등록특허 10-0921407)를 사용하기도 하지만 짧은 시간 내에 정밀한 정합을 위한 정합메커니즘이 부족한 실정이었다.
Recently, as the number of surgical operations using a robot increases, the necessity of a high precision matching device and a method for aligning virtual 3D image data prepared for surgery and a surgical part of a real patient is increasing. Pin based registration and image based registration methods are used. For pin reference registration, the CT image is taken while a plurality of pins inserted to the femur of the patient are inserted in the thigh before surgery, and then the machining path of the robot is set based on the CT image. At this time, the reference coordinate system on the machining path of the robot is set by a plurality of pins in the CT image. When the design of the machining path is completed, the matching is performed by matching the pins embedded in the surgical part of the patient with the pins in the CT image, that is, the reference pins of the robot's machining path. However, since the pin reference registration requires inserting a plurality of pins into the affected part of the patient before surgery, pain and discomfort occur in the patient, and there is an inconvenience that the pins must be inserted into the affected part until the surgery. In image-based registration, a CT image of a patient's femur is obtained before surgery and a processing path is set based on this image. The registration is performed by matching the 3D image obtained from the CT image with the 2D x-ray image of the patient's femur during the actual operation. However, this image reference registration involves a lot of errors in order to obtain 3D surface modeling of the femur from CT images, and also in the edge detection process in the 2D x-ray image obtained during surgery. . Although a clamp (registered patent 10-0921407) is used to match the position of the bone, there is a lack of a matching mechanism for precise matching within a short time.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기준 좌표 데이터를 세분화하여 객체의 각기 다른 좌표계를 정밀하게 정합할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the reference coordinate data may be subdivided to precisely match different coordinate systems of the object.
본 발명의 일 측면에 의하면, 최소의 좌표 데이터만을 입력하여 높은 수준의 정밀도를 만족하는 정합을 할 수 있다. According to one aspect of the present invention, only minimum coordinate data can be input to achieve a high level of accuracy.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 종래 기술에 비해 오차범위를 축소시킬 수 있다.
According to another aspect of the present invention, it is possible to reduce the error range compared to the prior art.
본 발명의 일 측면에 의하면 객체에 대하여 제1좌표계를 기준으로 하며 복수의 제1좌표 데이터를 포함하는 제1좌표군 데이터를 수신하는 제1수신부; 상기 제1좌표군 데이터를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화하는 정밀조형부; 상기 객체에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신하는 제2수신부; 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하여 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 정합부를 포함하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, the first receiver for receiving the first group of coordinate data for the object based on the first coordinate system and including a plurality of first coordinate data; A precision molding unit for subdividing first coordinate group data using the first coordinate group data; A second receiver configured to receive second object group data including a plurality of second coordinate data with respect to the object based on a second coordinate system; And a matching unit configured to coordinate-convert the second coordinate group data into the first coordinate system to match the second coordinate group data to the divided first coordinate group data.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 정밀조형부는, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들을 연결한 폐곡선이 이루는 도형의 무게중심 좌표데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성함으로써 상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the precision molding unit subdivids the first coordinate group data by generating additional coordinate data using the center of gravity coordinate data of a figure formed by a closed curve connecting the plurality of adjacent first coordinate data. An object matching device is provided.
본 발명의 다른 측면에 의하면 세분화된 상기 제1좌표군 데이터 중 제1영역을 검출영역으로 지정하는 검출영역지정부를 더 포함하고, 상기 정합부는 상기 검출영역에 기반하여, 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method further includes a detection area designator for designating a first area as the detection area among the subdivided first coordinate group data. An object matching device is provided that matches the granular first coordinate group data.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 정합부는, 상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터 사이의 제1변환행렬을 계산하는 변환행렬 계산부; 상기 제1변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 좌표변환부를 포함하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the matching unit includes: a transformation matrix calculator configured to calculate a first transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate data corresponding to the detection area; Provided is an object matching device including a coordinate transformation unit for transforming the second coordinate group data into the first coordinate system using the first transformation matrix.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 정합부는, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 오차계산부를 더 포함하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the matching unit has a shortest distance with the coordinate-converted second coordinate group data and includes first first-lower point coordinate data included in the subdivided first coordinate group data within the detection area, An object matching device is further provided, including an error calculator configured to determine whether a first average of distances between the coordinate-converted second coordinate group data is equal to or less than a predetermined threshold.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 오차계산부에서 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치를 초과하는 것으로 판별되는 경우, 상기 검출영역지정부는 상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하고, 상기 변환행렬 계산부는 상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응되는 제1좌표군 데이터 사이의 제2변환행렬을 계산하며, 상기 좌표변환부는 상기 제2변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, when it is determined in the error calculator that the first distance average exceeds a predetermined threshold, the detection area designation unit selects a second area corresponding to the near point coordinate data as the detection area. And the transformation matrix calculation unit calculates a second transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate group data corresponding to the detection area, and the coordinate transformation unit uses the second transformation matrix. An object matching device is provided, which coordinate-converts two-coordinate group data into the first coordinate system.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 오차 계산부는 상기 제2변환행렬을 이용하여 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제2근저점 좌표 데이터와 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제2거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는, 객체 정합 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the error calculation unit has a shortest distance with the second coordinate group data coordinated using the second transformation matrix and is included in the subdivided first coordinate group data inside the detection area. An object matching device is provided that determines whether a second distance average between second root point coordinate data and the coordinate-converted second coordinate group data is equal to or less than an already set threshold.
본 발명의 다른 측면에 의하면 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터가 상기 제1영역 외부에 있는 경우, 상기 검출영역지정부는 상기 좌표 변환된 제2좌표군 데이터를 포함하도록 상기 제1영역의 크기를 확대한 제3영역을 검출영역으로 지정하는, 객체 정합 장치가 제공된다.
According to another aspect of the present invention, when the coordinate-converted second coordinate group data is outside the first region, the detection area designator adjusts the size of the first region to include the coordinate-converted second coordinate group data. An object matching device is provided, which designates an enlarged third region as a detection region.
본 발명의 다른 측면에 의하면 객체에 대하여 제1좌표계를 기준으로 하며 복수의 제1좌표 데이터를 포함하는 제1좌표군 데이터를 수신하는 단계; 상기 제1좌표군 데이터를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계; 상기 객체에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신하는 단계; 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하여 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계를 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the method comprising: receiving first coordinate group data about an object based on a first coordinate system and including a plurality of first coordinate data; Subdividing first coordinate group data using the first coordinate group data; Receiving second coordinate group data for the object based on a second coordinate system and including a plurality of second coordinate data; And coordinating the second coordinate group data into the first coordinate system to match the second coordinate group data with the segmented first coordinate group data.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계는, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들을 연결한 폐곡선이 이루는 도형의 무게중심 좌표데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the subdividing of the first coordinate group data may include generating additional coordinate data using the center of gravity coordinate data of a figure formed by a closed curve connecting the plurality of adjacent first coordinate data. Including an object matching method is provided.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계는, 세분화된 상기 제1좌표군 데이터 중 제1영역을 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, subdividing the first coordinate group data further includes designating a first region of the subdivided first coordinate group data as a detection region.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 검출영역에 기반하여 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계는, 상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터 사이의 제1변환행렬을 계산하는 단계; 상기 제1변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the step of matching the first coordinate group data based on the detection area, calculates a first transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate data corresponding to the detection area. Doing; The method of claim 1, further comprising: transforming the second coordinate group data into the first coordinate system using the first transformation matrix.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계는, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the step of transforming the coordinates into the first coordinate system may include a first coordinate group having the shortest distance from the coordinate transformed second coordinate group data and included in the subdivided first coordinate group data within the detection area. And determining whether a first distance average between the first near point coordinate data and the coordinate-converted second coordinate group data is equal to or less than a predetermined threshold.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계는, 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치를 초과하는 것으로 판별되는 경우, 상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, the determining of whether the first distance average is less than or equal to a predetermined threshold may include determining whether the first distance average exceeds a predetermined threshold; An object matching method is further provided, further comprising designating two regions as the detection regions.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하는 단계 이후, 상기 제1변환행렬을 계산하는 단계, 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계, 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계를 반복하여 실행하는, 객체 정합 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, after the step of designating the second region corresponding to the near-bottom coordinate data as the detection region, calculating the first transformation matrix, coordinate transformation to the first coordinate system, An object matching method is provided, which repeatedly executes determining whether the one-distance average is less than or equal to a predetermined threshold.
본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 검출영역에 기반하여 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계는, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터가 상기 제1영역 외부에 있는 경우, 상기 좌표 변환된 제2좌표군 데이터를 포함하도록 상기 제1영역의 크기를 확대한 제3영역을 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, the step of matching the first coordinate group data based on the detection area may include: when the coordinate-converted second coordinate group data is outside the first area, the coordinate-converted second An object matching method is further provided, further comprising: designating a third region, in which the size of the first region is enlarged to include coordinate group data, as a detection region.
객체의 좌표 데이터를 세분화함으로써 확장된 데이터를 생성할 수 있다. 확장된 데이터를 이용해 근저점을 검색하는 작업을 반복함으로써 정밀한 정합이 가능해지는 효과가 있다. By subdividing the coordinate data of an object, extended data can be generated. By repeating the search for the root point using the extended data, it is possible to precisely match.
또한 객체의 특징을 표현하는 검출영역을 이용하여 좌표 데이터를 수신함으로써 적은 수의 데이터로도 정밀한 정합이 가능해지는 효과가 있다. 그러므로 종래 기술에 비하여 오차 범위를 현격히 줄일 수 있는 효과가 있다.
In addition, by receiving the coordinate data using the detection area representing the characteristics of the object, it is possible to precisely match even a small number of data. Therefore, there is an effect that can significantly reduce the error range compared to the prior art.
도1은 일 실시예에 따른 객체 정합 장치의 내부 구성도이다.
도2a는 일 실시예에 따라 객체의 3차원으로 표현한 도면이다.
도2b는 일 실시예에 따라 객체를 3차원으로 표현한 도면이다.
도2c는 일 실시예에 따라 객체를 3차원으로 표현한 도면이다.
도3a는 일 실시예에 따른 객체 세분화 방법을 표현한 제1도면이다.
도3b는 일 실시예에 따른 객체 세분화 방법을 표현한 제1도면이다.
도3c는 일 실시예에 따른 객체 세분화 방법을 표현한 제1도면이다.
도3d는 일 실시예에 따른 객체 세분화 방법을 표현한 제1도면이다.
도4는 일 실시예에 따른 제2수신부를 표현한 도면이다.
도5은 일 실시예에 따른 제2수신부의 제2좌표군 데이터 수신을 표현한 도면이다.
도6은 일 실시예에 따른 제2좌표군 데이터를 표현한 도면이다.
도7는 일 실시예에 따른 검출영역을 표현한 도면이다.
도8a는 일 실시예에 따라 좌표 변환된 제2좌표군 데이터를 표현한 도면이다.
도8b 일 실시예에 따라 검색된 최근점 좌표 데이터를 표현한 도면이다.
도8c는 일 실시예에 따라 검출영역의 확장을 표현한 도면이다.
도9은 일 실시예에 따른 객체 정합 방법을 표현한 도면이다.
도10a는 일 실시예에 따른 대퇴골의 대퇴 원위부 중심(Distal Center)을 표현한 도면이다.
도10b는 일 실시예에 따른 대퇴골의 슬개골상와 전부(Anterior Supra Pouch)을 표현한 도면이다.
도10c는 일 실시예에 따른 대퇴골의 내측상과 (Medial Epicondyle)을 표현한 도면이다.
도10d는 일 실시예에 따른 대퇴골의 외측과 내측 (Lateral Condyle Middle)을 표현한 도면이다.
도10e는 일 실시예에 따른 대퇴골의 장축 내측(Long Medial)을 표현한 도면이다.
도10f는 일 실시예에 따른 대퇴골의 장축 외측(Long Lateral)을 표현한 도면이다.
도10g는 일 실시예에 따른 대퇴골의 내측과 상부(Medial Condyle Superior)을 표현한 도면이다.
도10h는 일 실시예에 따른 대퇴골의 내측과 중간(Medial Condyle Middle)을 표현한 도면이다.
도10i는 일 실시예에 따른 대퇴골의 내측과 후부(Medial Condyle Posterior)을 표현한 도면이다.
도10j는 일 실시예에 따른 대퇴골의 외측과 상부(Lateral Condyle Superior)을 표현한 도면이다.
도10k는 일 실시예에 따른 대퇴골의 외측과 중간(Lateral Condyle Middle)을 표현한 도면이다.
도10l는 일 실시예에 따른 대퇴골의 외측과 후부(Lateral Condyle Posterior)을 표현한 도면이다.
도11a는 일 실시예에 따른 경골의 관절면 중심(Articular Middle)을 표현한 도면이다.
도11b는 일 실시예에 따른 경골의 조면 상부(Supra Tuberosity)을 표현한 도면이다.
도11c는 일 실시예에 따른 경골의 내측과 상부(Medial Superior Condyle)을 표현한 도면이다.
도11d는 일 실시예에 따른 경골의 게르디 결절(Gerdy`s Tubercle)을 표현한 도면이다.
도11e는 일 실시예에 따른 경골의 내측과 전부(Medial Anterior Surface)을 표현한 도면이다.
도11f는 일 실시예에 따른 경골의 장축 내측(Long Medial)을 표현한 도면이다.
도11g는 일 실시예에 따른 경골의 장축 외측(Long Lateral)을 표현한 도면이다.
도11h는 일 실시예에 따른 경골의 내측과 관절면(Articular Surface Medial)을 표현한 도면이다.
도11i는 일 실시예에 따른 경골의 외측과 관절면(Articular Surface Lateral)을 표현한 도면이다.
도11j는 일 실시예에 따른 내측과 하부(Medial Inferior Surface)을 표현한 도면이다.
도11k는 일 실시예에 따른 경골의 조면 내측(Medial Tuberosity)을 표현한 도면이다.1 is a diagram illustrating an internal configuration of an object matching device according to an exemplary embodiment.
2A is a diagram illustrating a three-dimensional representation of an object, according to an exemplary embodiment.
2B is a view illustrating an object in three dimensions according to an embodiment.
2C is a diagram illustrating an object in 3D according to an embodiment.
3A is a first diagram representing an object segmentation method according to an exemplary embodiment.
3B is a first diagram representing an object segmentation method according to an exemplary embodiment.
3C is a first diagram representing an object segmentation method according to an exemplary embodiment.
3D is a first diagram illustrating an object segmentation method, according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram illustrating a second receiver according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram illustrating reception of second coordinate group data of the second receiver according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating second coordinate group data, according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram illustrating a detection area according to an exemplary embodiment.
FIG. 8A is a diagram illustrating coordinate transformed second coordinate group data, according to an exemplary embodiment. FIG.
FIG. 8B is a diagram illustrating retrieved nearest point coordinate data, according to an exemplary embodiment. FIG.
8C is a diagram illustrating an extension of a detection area according to an exemplary embodiment.
9 is a diagram illustrating an object matching method, according to an exemplary embodiment.
FIG. 10A illustrates a distal femoral center of the femur according to one embodiment. FIG.
FIG. 10B is a view showing the patella and anterior of the femur (Anterior Supra Pouch) according to an embodiment.
FIG. 10C is a diagram illustrating a medial epicondyle of the femur according to one embodiment.
FIG. 10D illustrates the outer and inner sides of the femur (Lateral Condyle Middle) according to an embodiment.
FIG. 10E is a view illustrating the medial long medial of the femur according to an embodiment.
FIG. 10F illustrates the long lateral side of the femur according to one embodiment.
FIG. 10G is a diagram illustrating a medial condyle superior of the femur according to one embodiment.
FIG. 10H is a diagram illustrating the medial condyle middle of the femur according to one embodiment. FIG.
FIG. 10I is a diagram illustrating a medial condyle posterior of the femur according to one embodiment. FIG.
FIG. 10J is a view illustrating the outer and upper portions of the femur (Lateral Condyle Superior) according to an embodiment.
FIG. 10K is a view showing the outer and middle of the femur (Lateral Condyle Middle) according to an embodiment.
FIG. 10L is a view illustrating the outer and posterior portion of the femur (Lateral Condyle Posterior) according to an embodiment.
FIG. 11A illustrates an articular middle of the tibia according to one embodiment. FIG.
FIG. 11B is a view illustrating a supra tuberosity of the tibia according to one embodiment. FIG.
FIG. 11C is a diagram illustrating a medial superior condyle of the tibia according to an embodiment.
FIG. 11D illustrates a Gerdy's Tubercle of the tibia, according to an embodiment. FIG.
FIG. 11E illustrates a medial anterior surface of the tibia according to one embodiment. FIG.
FIG. 11F is a view illustrating the medial long medial of the tibia, according to an embodiment.
11G is a view showing the long lateral of the tibia (Tong Lateral) according to an embodiment.
FIG. 11H is a diagram illustrating the medial surface and articular surface medial of the tibia according to one embodiment. FIG.
FIG. 11I is a view showing the outer surface and the articular surface of the tibia (Articular Surface Lateral) according to an embodiment.
11J is a diagram illustrating a medial inferior surface, according to an exemplary embodiment.
11K is a diagram illustrating a medial tuberosity of the tibia according to one embodiment.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
도1은 일 실시예에 따른 객체 정합 장치(1000)의 내부 구성도이다. 객체 정합 장치(1000)는 객체의 제1좌표군 데이터와 제2좌표군 데이터를 정합하는 역할을 한다. 객체 정합 장치(1000)는 제1수신부(100), 정밀조형부(200), 제2수신부(300), 검출영역지정부(400), 정합부(500)를 포함할 수 있다.
1 is a diagram illustrating an internal configuration of an
제1수신부(100)는 객체에 대하여 제1좌표계를 기준으로 하며 복수의 제1좌표 데이터를 포함하는 제1좌표군 데이터를 수신하는 역할을 한다. 여기서 객체(Object)는 3차원 형태를 갖는 형상이며 정합의 목적에 따라 선체, 자동차가 될 수 있으며, 사람의 대퇴골 또는 경골이 될 수 있다. 도2a에 도시된 객체(1)는 설명의 일반화를 위하여 추상적인 형태를 표현하였다. 도2b에 도시된 객체에 대한 복수의 제1좌표군 데이터(10)는 객체(1)의 표면을 좌표로 표현한 데이터로 복수의 제1좌표들로 구성된다. 일 실시예에서, 복수의 제1좌표 데이터(10)는 객체(1)의 컴퓨터 단층촬영(computed tomography; CT)에 의한 영상일 수 있다. 복수의 제1좌표 데이터(10)는 제1좌표계를 기준으로 한다. CT영상을 기준으로 하는 경우 CT영상의 좌표계가 제1좌표계가 될 것이다.
The
정밀조형부(200)는 제1좌표군 데이터(10)를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화하는 역할을 한다. 도2b의 제1좌표군 데이터(10)를 세분화하여 도2c의 세분화된 제1좌표군 데이터(20)가 생성된다. The
일 실시예에서, 정밀조형부(200)는 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들을 연결한 폐곡선이 이루는 도형의 무게중심 좌표데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성함으로써 상기 제1좌표군 데이터(10)를 세분화할 수 있다. 여기서 추가 좌표 데이터는 무게중심 좌표 데이터, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터 중 어느 하나와 무게중심 좌표 데이터를 이은 직선이 상기 폐곡선과 만나는 교차점 좌표 데이터 중 어느 하나일 수 있다. 도3a를 참조하여, 제1좌표군 데이터(10) 중 인접하는 좌표 데이터 a1, a2, a3가 있다고 가정하자. 도3b를 참조하여, a1, a2, a3를 연결하는 폐곡선은 삼각형이고 그 무게중심은 a4임을 확인할 수 있다. 도3c를 참조하여, a1과 a4, a2와 a4, a3와 a4를 각각 연결하여 폐곡선과 만나는 점 a5, a6, a7가 생성된다. 도3d를 참조하여, 동일한 과정으로 a9, a10, a11을 생성하여 데이터를 추가할 수 있다. 무게중심은 3점의 성격을 갖는 평균점이라고 할 수 있기 때문에, 제1좌표군 데이터(10)의 성질을 유지하면서, 데이터의 수를 늘릴 수 있는 방법이다. 이로써 세분화된 제1좌표군 데이터(20)가 생성된다.
In one embodiment, the
제2수신부(300)는 객체(1)에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신하는 역할을 한다. 도4와 내지 도6을 참조하면, 일 실시예에서 제2수신부는 디지타이저(Digitizer, 310)를 포함할 수 있으며, 디지타이저(310)는 객체(10)에 접촉하여 복수의 제2좌표데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)를 수신하는 역할을 한다. 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)는 상기 설명한 바와 같이 제2좌표계를 기준으로 한다. 정합은 상기 설명한 제1좌표계와 제2좌표계를 일치시키는 작업이다. The
검출영역지정부(400)는 세분화된 제1좌표군 데이터(20) 중 특정 영역을 검출영역으로 지정하는 역할을 한다. 제2수신부(300)는 객체(1)의 표면에서 세분화된 제1좌표군 데이터(20)의 검출 영역에 가장 대응되는 좌표를 찾아서 이를 제2좌표군 데이터로써 수신하는 것이다. 도7을 참조하면, 세분화된 제1좌표군 데이터(20)의 표면 위에서 소정의 크기를 갖는 검출영역(210, 220, 230, 240)이 지정된 것을 확인할 수 있으며, 검출영역을 대표하는 데이터를 검출영역의 중점에 있는 좌표 데이터(21, 22, 23, 24)로 하였다. 그러나, 검출영역을 대표하는 데이터는 중점 데이터에 한정되는 것은 아니며, 검출영역에 일정한 기준에 의하여 대응되기만 하면 충분하다. 후술할 예정이지만, 검출영역을 반복하여 지정함으로써, 정합의 정밀도를 향상시키게 된다. The detection
일 실시예에서 도10a 내지 도10l을 참조하여 검출영역은 대퇴골의 대퇴 원위부 중심(Distal Center), 대퇴골의 슬개골상와 전부(Anterior Supra Pouch), 대퇴골의 내측상과 (Medial Epicondyle), 대퇴골의 외측과 내측 (Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 장축 내측(Long Medial), 대퇴골의 장축 외측(Long Lateral), 대퇴골의 내측과 상부(Medial Condyle Superior), 대퇴골의 내측과 중간(Medial Condyle Middle), 대퇴골의 내측과 후부(Medial Condyle Posterior), 대퇴골의 외측과 상부(Lateral Condyle Superior), 대퇴골의 외측과 중간(Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 외측과 후부(Lateral Condyle Posterior) 일 수 있다. 전술한 12개의 영역으로 대퇴골의 형태를 재조합할 수 있다. In one embodiment, with reference to FIGS. 10A-10L, the detection area is the distal femoral center of the femur (Distal Center), the patella and anterior of the femur (Anterior Supra Pouch), the medial epicondyle of the femur, and the outside of the femur. Lateral Condyle Middle, Long Medial of the Femur, Long Lateral of the Femur, Medial Condyle Superior of the Femur, Medial Condyle Middle of the Femur, Medial of the Femur Medial and posterior (Medial Condyle Posterior), the outer and upper portion of the femur (Lateral Condyle Superior), the outer and middle of the femur (Lateral Condyle Middle), the lateral and posterior of the femur (Lateral Condyle Posterior). The twelve regions described above can recombine the morphology of the femur.
다른 실시예에서, 검출영역은 경골의 관절면 중심(Articular Middle), 경골의 조면 상부(Supra Tuberosity), 경골의 내측과 상부(Medial Superior Condyle), 경골의 게르디 결절(Gerdy`s Tubercle), 경골의 내측과 전부(Medial Anterior Surface), 경골의 장축 내측(Long Medial), 경골의 장축 외측(Long Lateral), 경골의 내측과 관절면(Articular Surface Medial), 경골의 외측과 관절면(Articular Surface Lateral), 내측과 하부(Medial Inferior Surface), 경골의 조면 내측(Medial Tuberosity) 일 수 있다. 전술한 11개의 영역으로 경골의 형태를 재조합할 수 있다. In another embodiment, the detection zone may include the articular middle of the tibia, the supra tuberosity of the tibia, the medial superior condyle of the tibia, the gerdy`s tubercle of the tibia, Medial Anterior Surface of the Tibia, Long Medial of the Tibia, Long Lateral of the Tibia, Articular Surface Medial of the Tibia, Lateral and Articular Surface of the Tibia Lateral, medial and lower (Medial Inferior Surface), tibial medial medial (Medial Tuberosity). The tibia can be recombined into the eleven regions described above.
일 실시예에서 도11a 내지 도11k을 참조하여 정합부(500)는 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)를 제1좌표계로 좌표 변환하여 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)를 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 역할을 한다. 정합부(500)는 변환행렬계산부(510), 좌표변환부(520), 오차계산부(530)를 포함할 수 있다.
11A through 11K, the
변환행렬계산부(510)는 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)와 상기 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터(21, 22, 23, 24) 사이의 제1변환행렬을 계산하는 역할을 한다. The transformation matrix calculator 510 calculates a first transformation matrix between the second coordinate
제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)을 집합 P라고 하고 제1좌표 데이터(21, 22, 23, 24)을 집합 X라 하고 P, Q 각각의 질량 중심 좌표 를 계산하면, 수학식1과 같다.The second coordinate group data (91, 92, 93, 94) is called the set P and the first coordinate data (21, 22, 23, 24) is called the set X, and the center of mass coordinates of each of P and Q Is calculated as Equation 1.
P, X의 교차공분산 행렬는 수학식 2와 같이 계산하였다.Cross-Covariance Matrix of P, X Was calculated as in
수학식2의 각 항을 이용하여 대칭 행렬를 수학식 3과 같이 정의할 수 있다. Symmetric matrix using each term in
여기서 는 교차 공분산 행렬의 대각선 요소들의 합을 의미하며, 는 단위 행렬이다. 열 벡터 는 교차 공분산 행렬의 비대칭 요소 값인 로부터 정의한 값으로 를 의미한다. 수학식3에서 제시한 Q의 최대 고유값과 최대 고유 벡터 를 계산한다. 이 때 고유 벡터 은 최적 회전을 나타내며 수학식 4와 같이 정의한다.here Cross covariance matrix Is the sum of the diagonal elements of, and is the identity matrix. Column vector Cross covariance matrix Is an asymmetric value of As defined by . Maximum Eigenvalues and Maximum Eigenvectors of Q in Equation 3 . Eigenvectors Denotes the optimum rotation and is defined as in Equation 4.
수학식4에서 정의한 고유벡터는 최적의 회전 변환을 나타낸다. 고유 벡터를 이용하여 하기 수학식 5에서와 같이 회전 행렬을 정의할 수 있다. The eigenvectors defined in Equation 4 represent the optimal rotation transformation. The eigenvectors may be used to define a rotation matrix as shown in Equation 5 below.
회전 행렬 R 과 수학식1에서 계산한 질량 중심 벡터를 이용하여 최적의 이동 벡터를 계산하면 수학식 6과 같다.The optimal motion vector is calculated using the rotation matrix R and the mass center vector calculated in Equation 1 as shown in Equation 6.
최종적으로 앞에서 계산된 회전 행렬과 최적의 이동 벡터를 이용하여 동차 변환 행렬은 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.Finally, the homogeneous transformation matrix can be defined as shown in Equation 7 by using the rotation matrix and the optimal motion vector calculated above.
제1변환행렬이 된다. 그러나 제1변환 행렬을 도출하는 방법은 전술한 계산 방법에 제한되지 아니한다.It becomes a first transformation matrix. However, the method of deriving the first transformation matrix is not limited to the above-described calculation method.
좌표변환부(520)는 제1변환행렬을 이용하여 제2좌표군 데이터(91, 92, 93, 94)를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 역할을 한다. 일 실시예에서 좌표변환부(520)는 제1변환행렬의 역행렬을 제2좌표군 데이터에 곱하여 제1좌표계로 좌표 변환을 할 수 있다. 도8a를 참조하면 좌표 변환된 제2좌표군 데이터는 91’, 92’, 93’, 94’이다.
The coordinate
오차계산부(530)는 좌표 변환된 제2좌표군 데이터(91’, 92’, 93’, 94’)와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별한다. 이미 설정된 임계치 이하로 판별되는 경우, 허용오차 범위에 있어서 변환행렬이 적합하고, 정합이 완료된다. The
도8a는 일 실시예에 따라 제1좌표계로 좌표 변환된 제2좌표군 데이터 및 검출영역이 표시된 좌표를 표현한 도면이다. 도8b는 도8a의 한 검출영역 부분(210)에 좌표변환된 제2좌표데이터(91’)를 확대한 도면이다. 도8b를 참조하면 좌표변환된 제2좌표데이터(91’)와 가장 가까운 거리를 나타내는 근저점 좌표 데이터는 31인 것을 확인할 수 있다. 제1근저점 좌표 데이터(31)와 좌표변환된 제2좌표데이터(91’)의 거리가 제1거리이며 좌표변환된 모든 제2좌표데이터 각각을 계산한 제1거리 평균이 소정의 임계치를 초과하는지 판별한다. 일 실시예에서, 대퇴골 정합의 경우 0.5mm를 임계치로 정할 수 있다. 일 실시에에서 거리 평균은 RMS 평균일 수 있다. 8a를 참조하면 좌표변환된 제2좌표데이터(92’)가 검출영역(220) 외부에 있는 경우, 8c에서와 같이 검출영역(220)이 좌표변환된 제2좌표데이터(92’)를 포함하도록 영역의 크기를 확대할 수 있다. 일 실시예에서, 검출영역지정부(400)에서 확대된 검출영역을 지정함으로써 구현될 수 있다. 검출영역(220)의 내부에 좌표변환된 제2좌표데이터(92’)가 포함되어 있어야 근저점이 최대한 좌표변환된 제2좌표데이터(92’) 가깝게 계산될 수 있다. 그렇지 않은 경우, 정확한 근저점이 측정되지 않아 오차가 크게 발생할 수 있다.
8A is a diagram illustrating coordinates in which a second coordinate group data and a detection region are coordinate-converted into a first coordinate system, according to an exemplary embodiment. FIG. 8B is an enlarged view of second coordinate data 91 'coordinated to one
오차계산부(530)에서 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치를 초과하는 것으로 판별되는 경우, 검출영역지정부(400)는 근저점 좌표 데이터(32)에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정한다. 그 후 거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하가 될 때까지, 변환행렬 계산부(510), 좌표변환부(520), 오차 계산부(530)의 일련의 작업을 반복하여 진행된다. 구체적으로 검출영역지정부(400)는 근저점 좌표 데이터(31)를 중점으로 하며 기존 제1검출영역(210)과 크기가 유사한 제2검출영역(미도시)을 다시 지정한다. 변환행렬 계산부(510)는 제2좌표군 데이터(92’)와 제2검출영역(미도시)에 대응되는 제1좌표군 데이터 사이의 제2변환행렬을 계산하며, 좌표변환부(520)는 제2변환행렬을 이용하여 제2좌표군 데이터(92)를 상기 제1좌표계로 좌표 변환한다. 오차계산부(530)는 제2변환행렬을 이용하여 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터(미도시)와 가장 짧은 거리를 가지며 제2검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제2근저점 좌표 데이터(미도시)와 제2변환행렬을 이용하여 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터(미도시) 사이의 제2거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 다시 판별한다. 반복되는 작업으로 인하여 오차의 범위를 최소화할 수 있다.
If it is determined by the
도9는 일 실시예에 따른 객체 정합 방법을 표현한 도면이다. 먼저 객체에 대하여 제1좌표계를 기준으로 하며 복수의 제1좌표 데이터를 포함하는 제1좌표군 데이터를 수신한다(S10). 일 실시예에서 제1좌표군 데이터는 컴퓨터 단층촬영(CT) 데이터일 수 있다. 이후 제1좌표군 데이터를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화한다(S20). 일 실시예에서, 제1좌표군 데이터의 무게중심 좌표 데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성할 수 있다. 이후 객체에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신한다(S30). 일 실시예에서, 디지타이저를 통해 제2좌표군 데이터를 수신할 수 있다. 이후 세분화된 제1좌표군 데이터 중 제1영역을 검출영역으로 지정하고(S40), 제2좌표군 데이터와 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터 사이의 제1변환행렬을 계산한다(S50). 제1변환행렬을 이용하여 제2좌표군 데이터를 제1좌표계로 좌표 변환한다(S60). 이후 좌표 변환된 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 검출영역 내부의 세분화된 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하가 될 때까지 S40, S50, S60의 과정을 반복한다(S70). 거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하가 되면 정합이 완료된다.
9 is a diagram illustrating an object matching method according to an exemplary embodiment. First, a first coordinate group data including a plurality of first coordinate data is received with respect to an object based on a first coordinate system (S10). In one embodiment, the first coordinate group data may be computed tomography (CT) data. Thereafter, the first coordinate group data is subdivided using the first coordinate group data (S20). In one embodiment, the additional coordinate data may be generated using the center of gravity coordinate data of the first coordinate group data. Thereafter, the second coordinate group data including the plurality of second coordinate data is received with respect to the object based on the second coordinate system (S30). In one embodiment, the second coordinate group data may be received through the digitizer. Thereafter, a first region of the subdivided first coordinate group data is designated as a detection region (S40), and a first transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate data corresponding to the detection region is calculated (S50). Coordinate transformation of the second coordinate group data into the first coordinate system is performed using the first transformation matrix (S60). Thereafter, the first distance between the first near point coordinate data included in the subdivided first coordinate group data within the detection area and having the shortest distance with the coordinate transformed second coordinate group data, and the first distance between the coordinate transformed second coordinate group data The processes of S40, S50 and S60 are repeated until the average is less than or equal to the threshold already set (S70). Matching is complete when the distance average falls below the already set threshold.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the embodiments described above, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the claims below, are included in the scope of the spirit of the present invention. I will say.
1: 객체
10: 제1좌표군 데이터
20: 세분화된 제1좌표군 데이터
21, 22, 23, 24: 검출영역의 중심인 제1좌표데이터
31: 근저점 좌표 데이터
91, 92, 93, 94: 제2좌표 데이터
91’, 92’, 93’, 94’: 좌표 변환된 제2좌표 데이터
100: 제1수신부
200: 정밀 조형부
210, 220, 230, 240: 검출영역
300: 제2수신부
310: 디지타이저 형태의 제2수신부
400: 검출 영역 지정부
500: 정합부
510: 변환행렬 계산부
520: 좌표 변환부
530: 오차 계산부1: object
10: first coordinate group data
20: Granular first coordinate group data
21, 22, 23, 24: first coordinate data which is the center of the detection area
31: Near point coordinate data
91, 92, 93, 94: Second coordinate data
91 ', 92', 93 ', 94': Coordinate-converted second coordinate data
100: first receiving unit
200: precision molding part
210, 220, 230, 240: detection range
300: second receiving unit
310: second receiver in the form of a digitizer
400: detection area designation unit
500: matching part
510: transformation matrix calculation unit
520: coordinate conversion unit
530: error calculation unit
Claims (25)
상기 제1좌표군 데이터를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화하는 정밀조형부;
상기 객체에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신하는 제2수신부;
상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하여 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 정합부를 포함하는, 객체 정합 장치.
A first receiving unit receiving first coordinate group data including a plurality of first coordinate data with respect to the object based on the first coordinate system;
A precision molding unit for subdividing first coordinate group data using the first coordinate group data;
A second receiver configured to receive second object group data including a plurality of second coordinate data with respect to the object based on a second coordinate system;
And a matching unit which coordinate-converts the second coordinate group data into the first coordinate system to match the second coordinate group data to the subdivided first coordinate group data.
상기 정밀조형부는, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들을 연결한 폐곡선이 이루는 도형의 무게중심 좌표데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성함으로써 상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 1,
And the precision molding unit subdivids the first coordinate group data by generating additional coordinate data using the center-of-center coordinate data of a figure formed by a closed curve connecting the plurality of adjacent first coordinate data.
상기 추가 좌표 데이터는 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들의 무게중심 좌표 데이터, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터 중 어느 하나와 상기 무게중심 좌표 데이터를 이은 직선이 상기 폐곡선과 만나는 교차점 좌표 데이터 중 어느 하나를 포함하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 2,
The additional coordinate data is any one of the center of gravity coordinate data of the plurality of adjacent first coordinate data, the intersection coordinate data of any one of the plurality of adjacent first coordinate data and the straight line connecting the center of gravity coordinate data meets the closed curve. Object matching device comprising a.
상기 제2수신부는, 디지타이저를 포함하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 1,
And the second receiver includes a digitizer.
세분화된 상기 제1좌표군 데이터 중 제1영역을 검출영역으로 지정하는 검출영역지정부를 더 포함하고,
상기 정합부는 상기 검출영역에 기반하여, 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 1,
And a detection area designator for designating a first area as the detection area among the subdivided first coordinate group data.
And the matching unit matching the second coordinate group data to the first coordinate group data subdivided based on the detection area.
상기 정합부는,
상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터 사이의 제1변환행렬을 계산하는 변환행렬 계산부;
상기 제1변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 좌표변환부를 포함하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 5,
The matching unit may include:
A transformation matrix calculator for calculating a first transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate data corresponding to the detection area;
And a coordinate transformation unit configured to transform the second coordinate group data into the first coordinate system using the first transformation matrix.
상기 정합부는,
좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 오차계산부를 더 포함하는, 객체 정합 장치.
The method according to claim 6,
The matching unit may include:
Between first coordinate coordinate data of the first coordinate group included in the subdivided first coordinate group data within the detection area and having the shortest distance with the coordinate-converted second coordinate group data, and between the coordinate converted second coordinate group data. And an error calculator configured to determine whether the first distance average is less than or equal to a predetermined threshold.
상기 오차계산부에서 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치를 초과하는 것으로 판별되는 경우,
상기 검출영역지정부는 상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하고,
상기 변환행렬 계산부는 상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응되는 제1좌표군 데이터 사이의 제2변환행렬을 계산하며,
상기 좌표변환부는 상기 제2변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는, 객체 정합 장치.
The method of claim 7, wherein
If it is determined by the error calculator that the first distance average exceeds a threshold already set,
The detection area designator designates a second area corresponding to the near point coordinate data as the detection area,
The transformation matrix calculator calculates a second transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate group data corresponding to the detection area.
And the coordinate transformation unit coordinate-converts the second coordinate group data to the first coordinate system using the second transformation matrix.
상기 오차 계산부는 상기 제2변환행렬을 이용하여 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제2근저점 좌표 데이터와 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제2거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는, 객체 정합 장치.
9. The method of claim 8,
The error calculator includes a second root point coordinate data included in the first coordinate group data subdivided within the detection area and having the shortest distance with the second coordinate group data coordinated using the second transformation matrix. And determining whether a second distance average between the coordinate-converted second group of coordinate data is equal to or less than a predetermined threshold.
좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터가 상기 제1영역 외부에 있는 경우,
상기 검출영역지정부는 상기 좌표 변환된 제2좌표군 데이터를 포함하도록 상기 제1영역의 크기를 확대한 제3영역을 검출영역으로 지정하는, 객체 정합 장치.
The method according to claim 6,
If the coordinate-converted second coordinate group data is outside the first area,
And the detection area designator designating a third area in which the size of the first area is enlarged to include the coordinate transformed second coordinate group data as a detection area.
상기 검출영역은, 대퇴골의 대퇴 원위부 중심(Distal Center), 대퇴골의 슬개골상와 전부(Anterior Supra Pouch), 대퇴골의 내측상과 (Medial Epicondyle), 대퇴골의 외측과 내측 (Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 장축 내측(Long Medial), 대퇴골의 장축 외측(Long Lateral), 대퇴골의 내측과 상부(Medial Condyle Superior), 대퇴골의 내측과 중간(Medial Condyle Middle), 대퇴골의 내측과 후부(Medial Condyle Posterior), 대퇴골의 외측과 상부(Lateral Condyle Superior), 대퇴골의 외측과 중간(Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 외측과 후부(Lateral Condyle Posterior) 영역 중 어느 하나인, 객체 정합 장치.
The method of claim 5,
The detection area is the distal femoral center of the femur (Distal Center), the patella and anterior of the femur (Anterior Supra Pouch), the medial epicondyle of the femur, the Lateral Condyle Middle of the femur, and the long axis of the femur. Long Medial, Long Lateral of the Femur, Medial Condyle Superior of the Femur, Medial Condyle Middle of the Femur, Medial Condyle Posterior of the Femur, of the Femur An object registration device, which is any one of lateral and upper (Lateral Condyle Superior), lateral and middle of the femur (Lateral Condyle Middle), and the lateral and posterior part of the femur (Lateral Condyle Posterior).
상기 검출영역은, 경골의 관절면 중심(Articular Middle), 경골의 조면 상부(Supra Tuberosity), 경골의 내측과 상부(Medial Superior Condyle), 경골의 게르디 결절(Gerdy`s Tubercle), 경골의 내측과 전부(Medial Anterior Surface), 경골의 장축 내측(Long Medial), 경골의 장축 외측(Long Lateral), 경골의 내측과 관절면(Articular Surface Medial), 경골의 외측과 관절면(Articular Surface Lateral), 내측과 하부(Medial Inferior Surface), 경골의 조면 내측(Medial Tuberosity) 영역 중 어느 하나인, 객체 정합 장치.
The method according to claim 6,
The detection area includes the articular middle of the tibia, the supra tuberosity of the tibia, the medial superior condyle of the tibia, the gerdy`s tubercle of the tibia, and the medial side of the tibia. Medial Anterior Surface, Long Medial of Tibia, Long Lateral of Tibia, Medial and Articular Surface Medial of Tibia, Lateral and Articular Surface Lateral of Tibia, An object registration device, which is any one of a medial inferior surface and a medial tuberosity region of the tibia.
상기 제1좌표군 데이터를 이용하여 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계;
상기 객체에 대하여 제2좌표계를 기준으로 하며 복수의 제2좌표 데이터를 포함하는 제2좌표군 데이터를 수신하는 단계;
상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하여 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계를 포함하는, 객체 정합 방법.
Receiving first coordinate group data for the object based on the first coordinate system and including a plurality of first coordinate data;
Subdividing first coordinate group data using the first coordinate group data;
Receiving second coordinate group data for the object based on a second coordinate system and including a plurality of second coordinate data;
And converting the second coordinate group data into the first coordinate system to match the second coordinate group data with the divided first coordinate group data.
상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계는,
인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들을 연결한 폐곡선이 이루는 도형의 무게중심 좌표데이터를 이용하여 추가 좌표 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 객체 정합 방법.
The method of claim 13,
The subdividing the first coordinate group data may include:
And generating additional coordinate data using the center of gravity coordinate data of the figure formed by the closed curve connecting the plurality of adjacent first coordinate data.
상기 추가 좌표 데이터는 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터들의 무게중심 좌표 데이터, 인접한 상기 복수의 제1좌표 데이터 중 어느 하나와 상기 무게중심 좌표 데이터를 이은 직선이 상기 폐곡선과 만나는 교차점 좌표 데이터 중 어느 하나를 포함하는, 객체 정합 방법.
15. The method of claim 14,
The additional coordinate data is any one of the center of gravity coordinate data of the plurality of adjacent first coordinate data, the intersection coordinate data of any one of the plurality of adjacent first coordinate data and the straight line connecting the center of gravity coordinate data meets the closed curve. Object matching method comprising a.
상기 제2좌표군 데이터를 수신하는 단계는,
디지타이저에 의하여 제2좌표군 데이터를 수신하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
The method of claim 13,
Receiving the second coordinate group data,
And receiving, by the digitizer, the second coordinate group data.
상기 제1좌표군 데이터를 세분화하는 단계는,
세분화된 상기 제1좌표군 데이터 중 제1영역을 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
The method of claim 13,
The subdividing the first coordinate group data may include:
And specifying a first area of the subdivided first coordinate group data as a detection area.
상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계는,
상기 검출영역에 기반하여, 상기 제2좌표군 데이터를 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
18. The method of claim 17,
The step of matching the first coordinate group data,
And matching the second coordinate group data to the subdivided first coordinate group data based on the detection area.
상기 검출영역에 기반하여 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계는,
상기 제2좌표군 데이터와 상기 검출영역에 대응하는 제1좌표 데이터 사이의 제1변환행렬을 계산하는 단계;
상기 제1변환행렬을 이용하여 상기 제2좌표군 데이터를 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
19. The method of claim 18,
Matching the first coordinate group data based on the detection area,
Calculating a first transformation matrix between the second coordinate group data and the first coordinate data corresponding to the detection area;
And transforming the second coordinate group data into the first coordinate system by using the first transformation matrix.
상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계는,
좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터와 가장 짧은 거리를 가지며 상기 검출영역 내부의 세분화된 상기 제1좌표군 데이터에 포함된 제1근저점 좌표 데이터와, 좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터 사이의 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
20. The method of claim 19,
Converting the coordinates to the first coordinate system,
Between first coordinate coordinate data of the first coordinate group included in the subdivided first coordinate group data within the detection area and having the shortest distance with the coordinate-converted second coordinate group data, and between the coordinate converted second coordinate group data. Determining whether the first distance average is less than or equal to a threshold already established.
상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계는,
상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치를 초과하는 것으로 판별되는 경우,
상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
21. The method of claim 20,
The determining of whether the first distance average is less than or equal to a predetermined threshold may include:
If it is determined that the first distance average exceeds a threshold already set,
And specifying a second area corresponding to the near point coordinate data as the detection area.
상기 근저점 좌표 데이터에 대응되는 제2영역을 상기 검출영역으로 지정하는 단계 이후,
상기 제1변환행렬을 계산하는 단계, 상기 제1좌표계로 좌표 변환하는 단계, 상기 제1거리 평균이 이미 설정된 임계치 이하인지를 판별하는 단계를 반복하여 실행하는, 객체 정합 방법.
The method of claim 21,
After the step of designating a second area corresponding to the near point coordinate data as the detection area,
Calculating the first transformation matrix, performing coordinate transformation into the first coordinate system, and determining whether the first distance average is less than or equal to a predetermined threshold.
상기 검출영역에 기반하여 상기 제1좌표군 데이터에 정합하는 단계는,
좌표 변환된 상기 제2좌표군 데이터가 상기 제1영역 외부에 있는 경우, 상기 좌표 변환된 제2좌표군 데이터를 포함하도록 상기 제1영역의 크기를 확대한 제3영역을 검출영역으로 지정하는 단계를 더 포함하는, 객체 정합 방법.
19. The method of claim 18,
Matching the first coordinate group data based on the detection area,
If the coordinate-converted second coordinate group data is outside the first region, designating a third region in which the size of the first region is enlarged to include the coordinate-converted second coordinate group data as a detection region. The object matching method further comprising.
상기 검출영역은, 대퇴골의 대퇴 원위부 중심(Distal Center), 대퇴골의 슬개골상와 전부(Anterior Supra Pouch), 대퇴골의 내측상과 (Medial Epicondyle), 대퇴골의 외측과 내측 (Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 장축 내측(Long Medial), 대퇴골의 장축 외측(Long Lateral), 대퇴골의 내측과 상부(Medial Condyle Superior), 대퇴골의 내측과 중간(Medial Condyle Middle), 대퇴골의 내측과 후부(Medial Condyle Posterior), 대퇴골의 외측과 상부(Lateral Condyle Superior), 대퇴골의 외측과 중간(Lateral Condyle Middle), 대퇴골의 외측과 후부(Lateral Condyle Posterior) 영역 중 어느 하나인, 객체 정합 방법.
18. The method of claim 17,
The detection area is the distal femoral center of the femur (Distal Center), the patella and anterior of the femur (Anterior Supra Pouch), the medial epicondyle of the femur, the Lateral Condyle Middle of the femur, and the long axis of the femur. Long Medial, Long Lateral of the Femur, Medial Condyle Superior of the Femur, Medial Condyle Middle of the Femur, Medial Condyle Posterior of the Femur, of the Femur A method of object registration, which is one of lateral and upper (Lateral Condyle Superior), lateral and middle of the femur (Lateral Condyle Middle), and lateral and posterior (Lateral Condyle Posterior) areas of the femur.
상기 검출영역은, 경골의 관절면 중심(Articular Middle), 경골의 조면 상부(Supra Tuberosity), 경골의 내측과 상부(Medial Superior Condyle), 경골의 게르디 결절(Gerdy`s Tubercle), 경골의 내측과 전부(Medial Anterior Surface), 경골의 장축 내측(Long Medial), 경골의 장축 외측(Long Lateral), 경골의 내측과 관절면(Articular Surface Medial), 경골의 외측과 관절면(Articular Surface Lateral), 내측과 하부(Medial Inferior Surface), 경골의 조면 내측(Medial Tuberosity) 영역 중 어느 하나인, 객체 정합 방법.18. The method of claim 17,
The detection area includes the articular middle of the tibia, the supra tuberosity of the tibia, the medial superior condyle of the tibia, the gerdy`s tubercle of the tibia, and the medial side of the tibia. Medial Anterior Surface, Long Medial of Tibia, Long Lateral of Tibia, Medial and Articular Surface Medial of Tibia, Lateral and Articular Surface Lateral of Tibia, A method of object registration, which is any one of a medial inferior surface and a medial tuberosity region of the tibia.
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KR20150077039A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-07 | 한국전자통신연구원 | Apparatus and methdo for registrating surface models |
KR101570856B1 (en) | 2014-05-16 | 2015-11-24 | 큐렉소 주식회사 | Method for detecting bone position and apparatus using the method |
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KR100921407B1 (en) | 2007-10-30 | 2009-10-14 | 큐렉소 주식회사 | Clamp for Registration of Bone Position and Surgical Robot by using the Same |
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