KR101673800B1 - 3d 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법 - Google Patents

3d 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치는 CT 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 영상추출부와, 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 지표에 따라 뼈 영역을 구분하는 영상처리부와, 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정하는 중심레이어선정부와, 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 제어부 및 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환하는 포맷변환부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 인체의 척추뼈를 단층 촬영한 CT 영상들을 조합하여 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환함으로써, 본인의 척추뼈와 동일한 형상으로 3D 프린팅된 조형물을 통해 환자가 본인의 척추 상태를 정확하고 쉽게 이해할 수 있어 서비스 질이 향상되고 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.

Description

3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법{VERTEBRA PART MODELING APPARATUS FOR 3D PRINTING AND METHOD THEREOF}
본 발명은 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체 척추뼈의 CT(computed tomography) 영상들을 조합하여 추출하고자 하는 척추뼈에 대한 부분 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법에 관한 것이다.
인체의 척추(spine)는, 척추뼈(vertebra)라 불리는 복수의 뼈로 형성된 유연한 체중 지지 기둥(column)이다.
자세히는 사람의 척추는 서른 세 개의 척추뼈로 이루어지며, 이는 다섯 부위 (목 부위, 등 부위, 허리 부위, 엉치 부위 및 꼬리 부위)로 그룹화될 수 있다. 척추는 아래쪽으로 이동하며, 일반적으로 일곱개의 목 척추뼈(cervical vertebra), 열두개의 등척추뼈(thoracic vertebra), 다섯개의 허리 척추뼈(lumbar vertebra), 다섯개의 엉치 척추뼈(sacral vertebra) 및 네개의 꼬리 척추뼈(coccygeal vertebra)가 있다.
이러한 척추뼈와 척추뼈에 연관된 연결 요소는 잘못된 자세 또는 기타 여러 이유에 의해 정상 형태에서 벗어나게 되며 그 결과 통증 및 장애를 유발하는 다양한 질환 및 병태에 걸릴 수 있다.
이처럼 정상 형태가 아닌 척추뼈는 정형학적 치료를 수행하여 정상의 상태로 복귀되도록 하는 것이 바람직하며, CT(computed tomography) 또는 MRI(magnetic resonance imaging)를 통해 척추뼈 상태를 확인할 수 있다.
그러나 이러한 CT 또는 MRI를 통해 촬영된 사진이나 영상은 컴퓨터 모니터를 통해 접근해야 하므로 비 전문가인 환자는 자신의 척추 상태를 정확하게 이해하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 환자의 척추뼈를 3D로 프린트하는 방법이 필요한 실정이며, 종래 기술인 대한민국 등록특허공보 제1105494호에서 환자 맞춤형 3차원 인체 뼈 모델 재구성 방법을 제시하고 있지만, 이러한 종래기술은 X-ray 2차원 이미지로부터 실제 뼈 크기를 산출하고 복수 개의 2차원 이미지의 투영하여 3차원 모델로 변형하는 것에 대한 것이어서, 뼈마다 형성하지 않고 일체로 형성하는 것이므로 각각 분리된 복수 개의 척추뼈를 완벽하게 3D로 구현하는 데 한계가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0048438호(2005. 05. 24. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 인체의 척추뼈를 단층 촬영한 CT 영상들을 조합하여 추출하고자 하는 척추뼈에 대한 부분 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치는, CT(computed tomography) 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 영상추출부; 상기 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 상기 지표에 따라 뼈 영역을 구분하는 영상처리부; 상기 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정하는 중심레이어선정부; 상기 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 상기 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 제어부; 및 상기 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환하는 포맷변환부를 포함한다.
또한, 상기 영상추출부는 상기 다수의 척추뼈 영상에서 각각 뼈가 아닌 부분의 화소를 제거하여 뼈 형태를 이미지로 추출하고 상기 이미지로부터 폐곡선을 기준으로 상기 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출할 수 있다.
또한, 상기 중심레이어선정부는 추출하고자 하는 뼈의 중심레이어를 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어의 순서에 대응시킴으로써 상기 추출하고자 하는 뼈에 대한 중심레이어를 추출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 중심레이어와 상기 하위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하되, 상기 중심레이어의 폐곡선의 부분 중 동일 개체로 판단되지 않은 부분에 대하여 상기 하위 레이어의 아래 위치하는 레이어에 부여된 상기 지표와 중첩되는 폐곡선 부분이 존재하지 않을 때까지 분석하고, 상기 하위 레이어들에 대한 분석이 종료되면 상기 상위 레이어에 대하여 동일한 분석을 수행하여, 상기 중심레이어를 기준으로 판단된 하나의 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다.
또한, 상기 중심레이어선정부는 상기 뼈 영역의 개수가 한 개인 레이어가 존재하는 경우 해당 레이어를 상기 중심레이어로 선정하고, 상기 한 개인 레이어가 존재하지 않는 경우 상기 뼈 영역의 면적이 가장 넓은 레이어를 상기 중심레이어로 선정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치를 이용한 모델링 방법은, CT(computed tomography) 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 단계; 상기 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 상기 지표에 따라 뼈 영역을 구분하는 단계; 상기 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정하는 단계; 상기 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 상기 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법은 인체의 척추뼈를 단층 촬영한 CT 영상들을 조합하여 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환함으로써, 본인의 척추뼈와 동일한 형상으로 3D 프린팅된 조형물을 통해 환자가 본인의 척추 상태를 정확하고 쉽게 이해할 수 있어 서비스 질이 향상되고 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 3D 모델링 데이터 생성시 추출하고자 하는 특정 척추뼈에 대한 데이터를 생성하여 원하는 부분만 3D 프린팅 되도록 함으로써 조형물 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 CT 촬영된 영상을 전처리하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 전처리된 영상을 가공한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 각 레이어의 폐곡선에 대해 지표를 부여한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 레이어별 뼈 영역의 개수를 나타낸 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 중심레이어를 기준으로 하나의 개체를 추출하는 과정을 나타낸 참고도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 복수 레이어의 뼈 영역이 하나의 개체로 인식되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 개체가 중첩되어 하나의 개체로 인식된 것을 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 도 1을 통해 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치(100)는, 영상추출부(110), 영상처리부(120), 중심레이어선정부(130), 제어부(140) 및 포맷변환부(150)를 포함한다.
영상추출부(110)는 CT(computed tomography, 200)에 의해 단층 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어(layer)들을 추출한다.
자세히는, 영상추출부(110)는 다수의 척추뼈 영상에서 각각 뼈와 뼈가 아닌 부분을 구분하고, 뼈가 아닌 부분의 화소를 제거하여 뼈 형태를 이미지로 추출하고 추출된 이미지로부터 폐곡선을 기준으로 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출한다.
예로써, 척추뼈의 단층 촬영 영상으로부터 근육이나 혈관 등의 이미지를 제거하여 뼈 부분만 추출한다.
이때, CT(200)에 의해 단층 촬영된 다수의 척추뼈 영상은 척추뼈의 각 높이에 따라 다수 장이 추출되며, 추출된 다수 장의 CT 영상은 영상추출부(110)의 처리 과정에 따라 각각의 영상 레이어들로 저장된다.
영상처리부(120)는 영상추출부(110)에서 추출된 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘(labeling algorithm)을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 부여된 지표에 따라 뼈 영역을 구분한다.
이때, 라벨링 알고리즘은 폐곡선 내부에 지표를 부여하여 폐곡선에 의해 구분되는 영역을 표시한다.
중심레이어선정부(130)는 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여, 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정한다.
이때, 뼈 영역의 개수가 하나인 레이어가 존재하는 경우 해당 레이어를 중심레이어로 선정하고, 뼈 영역의 개수가 하나인 레이어가 존재하지 않는 경우 뼈 영역의 면적이 가장 넓은 레이어를 중심레이어로 선정할 수 있다.
즉, 중심레이어선정부(130)는 추출하고자 하는 뼈의 중심레이어를 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어의 순서에 대응시킴으로써 추출하고자 하는 뼈에 대한 중심레이어를 추출한다.
제어부(140)는 중심레이어선정부(130)에서 선정된 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성한다.
자세히는, 제어부(140)는 중심레이어와 하위 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하되, 중심레이어의 폐곡선의 부분 중 동일 개체로 판단되지 않은 부분에 대하여 하위 레이어의 아래 위치하는 레이어에 부여된 지표와 중첩되는 폐곡선 부분이 존재하지 않을 때까지 분석한다.
이때, 제어부(140)는 하위 레이어들에 대한 분석이 종료되면 상위 레이어에 대하여 동일한 분석을 수행하여, 중심레이어를 기준으로 판단된 하나의 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성한다.
포맷변환부(150)는 제어부(140)에서 생성된 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환한다.
자세히는, 3D 모델링 데이터를 표준형식의 파일로 저장하는데 제공되는 파일 형식인 STL FILE(STereoLithography File)로 변환한다.
즉, 3D 그래픽 소프트웨어로 저장된 파일을 3D 프린터로 출력할 수 있도록 만든 파일형식이 STL 포맷이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명의 구체적인 동작을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치를 이용한 척추뼈 부분 모델링 방법에 따르면, 먼저, 영상추출부(110)가 CT(computed tomography, 200)에 의해 단층 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어(layer)들을 추출한다(S210).
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 모델링 방법에서 CT 촬영된 영상을 전처리하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에서 전처리된 영상을 가공한 도면이다.
즉, S210 단계는 도 3에서와 같이, 다수의 척추뼈 영상에서 각각 뼈와 뼈가 아닌 부분을 구분하고, 뼈가 아닌 부분의 화소를 제거하여 뼈 형태를 이미지로 추출하고, 도 4에서와 같이 추출된 이미지로부터 폐곡선을 기준으로 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출한다.
예로써, 척추뼈의 단층 촬영 영상으로부터 근육이나 혈관 등의 이미지를 제거하여 뼈 부분만 추출한다.
이때, CT(200)에 의해 단층 촬영된 다수의 척추뼈 영상은 도 3에 도시한 것처럼 척추뼈의 각 높이에 따라 다수 장이 추출되며, 추출된 다수 장의 CT 영상은 영상추출부(110)의 처리 과정에 따라 각각의 영상 레이어들로 저장된다.
그 다음, 영상처리부(120)가 S210 단계에서 추출된 영상 레이어들에 대해 대해 라벨링 알고리즘(labeling algorithm)을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고(S220), 부여된 지표에 따라 뼈 영역을 구분한다(S230).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 모델링 방법에서 각 레이어의 폐곡선에 대해 지표를 부여한 도면이다.
이때, 라벨링 알고리즘은 도 5에서와 같이 폐곡선 내부에 지표를 부여하여 폐곡선에 의해 구분되는 영역을 표시한다.
즉, 하나의 레이어에 복수의 폐곡선이 존재하는 경우, 하나의 폐곡선 내부에 동일한 지표를 부여하여 각각의 폐곡선이 구분되도록 한다.
그 다음, 중심레이어선정부(130)가 S230 단계에서 뼈 영역이 구분된 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정한다(S240).
즉, 최상위에 위치한 레이어에서부터 최하위에 위치한 레이어까지 각 레이어의 뼈 영역의 개수를 카운팅하여, 뼈 영역의 개수가 최소에서 변곡이 되는 구간에서의 영역을 하나의 개체에 대한 중심레이어(중심 층)로 선정한다.
이때, 뼈 영역의 개수가 하나인 레이어가 존재하는 경우 해당 레이어를 중심레이어로 선정하고, 뼈 영역의 개수가 하나인 레이어가 존재하지 않는 경우 뼈 영역의 면적이 가장 넓은 레이어를 중심레이어로 선정할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 레이어별 뼈 영역의 개수를 나타낸 그래프를 나타낸 도면이다.
각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 그래프화 한 도 6의 그래프를 참고하면, 뼈 영역의 개수가 최소인 지점에서 변곡이 되는 부분을 각 뼈의 중심레이어 즉, 중심 층으로 판단한다.
이때, 하나의 개체에 대한 복수 개의 레이어들은 복수개의 영역을 포함할 수 있지만 레이어의 높이 값이 변함에 따라 영역의 개수가 변할 수도 있다.
그러나, 연속하는 여러 개의 레이어 동안 영역의 개수가 최소값에 머무르는 경우, 예로써, 도 6의 그래프에 나타낸 (1)번 내지 (6)번의 경우는 하나의 뼈를 나타내는 하나의 개체로 판단할 수도 있다.
따라서, 도 6의 그래프에서 뼈 영역의 개수를 최소값으로 갖는 부분의 면적이 가장 넓은 (4)번이 중심레이어로 선정할 수 있다.
또한, 중심레이어선정부(130)는 추출하고자 하는 뼈의 중심레이어를 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어의 순서에 대응시킴으로써 추출하고자 하는 뼈에 대한 중심레이어를 추출한다.
일 예로써, 척추뼈 중 경추 부분을 추출하고자 하는 경우, 뼈 영역의 개수를 최소값으로 갖는 부분들의 개수를 각각의 개체로 판단하여 경추의 순번에 대응되는 개체를 추출 대상 개체인 경추의 개체로 판단한다.
그 다음, 제어부(140)가 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하고, 중첩되지 않는 폐곡선의 부분을 새로운 개체로 판단한다(S250).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 중심레이어를 기준으로 하나의 개체를 추출하는 과정을 나타낸 참고도이다.
이를 자세히 하자면, S240 단계에서 중심레이어가 선정되면 제어부(140)가 도 7에서와 같이 중심레이어와 하위 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하되, 중심레이어의 폐곡선의 부분 중 동일 개체로 판단되지 않은 부분에 대하여 하위 레이어의 아래 위치하는 레이어에 부여된 지표와 중첩되는 폐곡선 부분이 존재하지 않을 때까지 분석하고, 하위 레이어들에 대한 분석이 종료되면 상위 레이어에 대하여 동일한 분석을 수행한다.
즉, 연속하는 두 개의 레이어의 지표가 동일하고, 영역이 중첩되는 경우 이를 하나의 개체로 판단하고, 연속하는 두 개의 레이어에서 중첩되는 부분이 더 이상 존재하지 않는 경우 서로 다른 개체로 판단하여 하나의 뼈에 대한 개체를 분리한다.
각 레이어(k-1, k, k+1)에 부여된 지표를 표로 정리한 아래 표 1 내지 표 4를 참고하여 S250 단계를 더욱 자세히 설명하기로 한다.
k-1 1 1 1 1 2 2
k 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4
k+1
k-1 1 1 1 1 1 1
k 1 1 1 1 1 1 3 3 3 4 4 4
k+1
k-1 1 1 1 1 1 1
k 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2
k+1 1 1 1 1 2 2 2 2
k-1 1 1 1 1 1 1
k 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2
k+1 1 1 1 1 2 2 2 2
먼저 표 1의, 인접하는 두 개의 레이어(k-1, k)를 분석한 결과 레이어 k의 2번 영역은 레이어 k-1의 1번 영역과 중첩되므로, 레이어 k의 2번 영역은 표 2에서와 같이 1번 영역으로 변경되고, 이와 중첩되는 레이어 k-1의 2번 영역도 1번 영역으로 변경된다.
이 두 개의 레이어(k-1, k)에 대한 분석이 완료되면, 표 3에서와 같이 다음 인접하는 두 개의 레이어(k, k+1)를 분석하는데, 분석 결과 레이어 k+1의 1번 영역은 레이어 k의 1번 및 3번 영역과 중첩되고, 레이어 k+1의 2번 영역은 레이어 k의 4번 영역과 중첩되므로, 레이어 k의 3번 영역은 표 4에서와 같이 1번 영역으로 변경되고, 4번 영역은 2번 영역으로 변경되어 최종적으로 1번 영역과 2 번 영역 두 개의 개체로 분류된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법에서 복수 레이어의 뼈 영역이 하나의 개체로 인식되기 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8의 개체가 중첩되어 하나의 개체로 인식된 것을 나타낸 도면이다.
즉, 제어부(140)가 연속하는 두 개의 레이어를 분석하였을 때, 두 개의 레이어에 각각 부여된 지표가 중첩되는 부분을 인식하기 전에는 도 8에서와 같이 두개의 개체로 구분되도록 표현하고, 지표가 중첩되는 부분을 인식한 후에는 도 9에서와 같이 하나의 개체로 표현한다.
그 다음, 제어부(140)가 S250 단계에서 분석된 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성한다(S260).
자세히는, S250 단계에서의 분석 결과를 참고로 하나의 개체로 구분된 레이어의 평면 좌표와, 각 레이어의 기 알고 있는 높이 값을 이용하여 3D 좌표를 출력하여 3D 모델링 데이터를 생성한다.
그 다음, 포맷변환부(150)가 S260 단계에서 생성된 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환한다(S270).
자세히는, 3D 모델링 데이터를 표준형식의 파일로 저장하는데 제공되는 파일 형식인 STL FILE(STereoLithography File)로 변환한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법은 인체의 척추뼈를 단층 촬영한 CT 영상들을 조합하여 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환함으로써, 본인의 척추뼈와 동일한 형상으로 3D 프린팅된 조형물을 통해 환자가 본인의 척추 상태를 정확하고 쉽게 이해할 수 있어 서비스 질이 향상되고 치료 효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 3D 모델링 데이터 생성시 추출하고자 하는 특정 척추뼈에 대한 데이터를 생성하여 원하는 부분만 3D 프린팅 되도록 함으로써 조형물 제작 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 영상추출부 120 : 영상처리부
130 : 중심레이어선정부 140 : 제어부
150 : 포맷변환부 200 : CT

Claims (10)

  1. CT(computed tomography) 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 영상추출부;
    상기 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 상기 지표에 따라 뼈 영역을 구분하는 영상처리부;
    상기 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정하는 중심레이어선정부;
    상기 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 상기 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 제어부; 및
    상기 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환하는 포맷변환부를 포함하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상추출부는,
    상기 다수의 척추뼈 영상에서 각각 뼈가 아닌 부분의 화소를 제거하여 뼈 형태를 이미지로 추출하고 상기 이미지로부터 폐곡선을 기준으로 상기 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중심레이어선정부는,
    추출하고자 하는 뼈의 중심레이어를 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어의 순서에 대응시킴으로써 상기 추출하고자 하는 뼈에 대한 중심레이어를 추출하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 중심레이어와 상기 하위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하되, 상기 중심레이어의 폐곡선의 부분 중 동일 개체로 판단되지 않은 부분에 대하여 상기 하위 레이어의 아래 위치하는 레이어에 부여된 상기 지표와 중첩되는 폐곡선 부분이 존재하지 않을 때까지 분석하고, 상기 하위 레이어들에 대한 분석이 종료되면 상기 상위 레이어에 대하여 동일한 분석을 수행하여, 상기 중심레이어를 기준으로 판단된 하나의 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중심레이어선정부는,
    상기 뼈 영역의 개수가 한 개인 레이어가 존재하는 경우 해당 레이어를 상기 중심레이어로 선정하고, 상기 한 개인 레이어가 존재하지 않는 경우 상기 뼈 영역의 면적이 가장 넓은 레이어를 상기 중심레이어로 선정하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치.
  6. 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치를 이용한 모델링 방법에 있어서,
    CT(computed tomography) 촬영된 다수의 척추뼈 영상을 가공하여 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 단계;
    상기 영상 레이어들에 대해 라벨링 알고리즘을 이용하여 각 레이어의 폐곡선에 대한 지표를 부여하고, 상기 지표에 따라 뼈 영역을 구분하는 단계;
    상기 각 레이어에 대한 뼈 영역의 개수를 카운팅하여 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어를 중심레이어로 선정하는 단계;
    상기 중심레이어를 기준으로 하위 레이어와 상위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하여 상기 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 3D 모델링 데이터를 3D 프린터 출력용 파일로 변환하는 단계를 포함하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 영상 레이어들을 추출하는 단계는,
    상기 다수의 척추뼈 영상에서 각각 뼈가 아닌 부분의 화소를 제거하여 뼈 형태를 이미지로 추출하고 상기 이미지로부터 폐곡선을 기준으로 상기 뼈 부분에 대한 영상 레이어들을 추출하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 중심레이어로 선정하는 단계는,
    추출하고자 하는 뼈의 중심레이어를 상기 뼈 영역의 개수가 가장 작은 레이어의 순서에 대응시킴으로써 상기 추출하고자 하는 뼈에 대한 중심레이어를 추출하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 중심레이어와 상기 하위 레이어에 각각 부여된 상기 지표가 중첩되는 폐곡선의 부분을 동일 개체로 판단하되, 상기 중심레이어의 폐곡선의 부분 중 동일 개체로 판단되지 않은 부분에 대하여 상기 하위 레이어의 아래 위치하는 레이어에 부여된 상기 지표와 중첩되는 폐곡선 부분이 존재하지 않을 때까지 분석하고, 상기 하위 레이어들에 대한 분석이 종료되면 상기 상위 레이어에 대하여 동일한 분석을 수행하여, 상기 중심레이어를 기준으로 판단된 하나의 동일 개체에 대한 3D 모델링 데이터를 생성하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 중심레이어로 선정하는 단계는,
    상기 뼈 영역의 개수가 한 개인 레이어가 존재하는 경우 해당 레이어를 상기 중심레이어로 선정하고, 상기 한 개인 레이어가 존재하지 않는 경우 상기 뼈 영역의 면적이 가장 넓은 레이어를 상기 중심레이어로 선정하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 방법.
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