KR101705199B1

KR101705199B1 - 의료 영상을 이용한 전방십자인대 재건 수술의 시뮬레이션 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101705199B1
Application number: KR1020150065752A
Authority: KR
Inventors: 김진국; 서원택; 김병수; 서현기
Original assignee: 주식회사 코어라인소프트
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2017-02-09
Also published as: KR20160133118A; US20160331465A1

Abstract

본 발명은 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 십자인대 복원 수술의 시뮬레이션이 가능한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템은 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하는 영상 획득부, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 식별부, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하는 추적부, 및 상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부를 포함한다.

Description

의료 영상을 이용한 전방십자인대 재건 수술의 시뮬레이션 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATION OF REPAIR OPERATION OF ANTERIOR CRUCIATE LIGAMENT USING MEDICAL IMAGES}

본 발명은 의료 영상을 이용한 수술의 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 십자인대 복원 수술의 시뮬레이션이 가능한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 무릎 관절의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 무릎 관절의 세부 구조를 나타낸 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 무릎 관절은 대퇴골(넙다리뼈, femur)(1), 경골(정강뼈, 정강이뼈, tibia, shinbone)(3), 슬개골(patella)(2)의 3개의 뼈로 형성되어 있으며, 경첩 관절로서, 무릎 관절의 인대는 내측 측부인대(MCL: Medial Collateral Ligament), 외측 측부인대(LCL: Lateral Collateral Ligament), 후방 십자인대(PCL: Posterior Cruciate Ligament)(4) 및 전방 십자인대(ACL: Anterior Cruciate Ligament)(5)로 구성되어 있다.

그리고, 무릎 관절에서 체중 부하가 되는 면은 관절 연골로 덮여 있는데, 상기 관절 연골은 대퇴골과 경골 사이에 위치한 내측 반월상 연골(6)과 외측 반월상 연골(7)로 구성되며, 이는 경골과 대퇴골 사이에서 압력을 받는 관절 연골을 보호해 주고, 무릎에 가해지는 부하를 흡수하는 역할을 한다.

특히, 무릎 관절의 인대 중 전방 십자인대(5)는 무릎 관절 내의 주요 인대 중 하나로서, 경골로 하여금 대퇴골에 대한 전방으로 탈골되는 것을 방지해주면서 무릎의 회전이 가능하도록 도와준다.

이러한 전방 십자인대는 무릎에서 가장 흔히 손상되는 부위로서, 갑작스런 정지, 뒤틀림, 잘못된 착지 등의 행동에 영향을 받아 쉽게 손상되며, 일반적으로 농구, 축구, 스키 혹은 미식축구 등에 참여하는 사람들에게 손상 가능성이 높은 것으로 나타난다.

전방 십자인대 뿐만 아니라 후방 십자인대는 심하게 손상되었음에도 불구하고 적절한 치료를 받지 않으면 굴곡 도중의 불안정성(mid-flexion instability)으로 인한 관절의 반월상 연골 파열, 관절 연골의 손상으로 인한 퇴행성 관절염 등으로 이어질 수 있어, 초기에 확실한 치료를 받는 것이 중요하다.

전/후방 십자인대의 손상을 치료하는 방법에는 비수술적 치료 방법과 수술적 치료 방법이 있으며, 비수술적 치료 방법의 경우에는 불안정성이 없는 부분 파열인 경우 보존적 치료로 교육과 함께 점진적인 물리치료와 재활치료를 시행함으로써 거의 손상 전 상태까지 회복할 수 있게 되며, 수술적 치료 방법의 경우에는 단순한 봉합을 시행할 시 그 결과가 좋지 않아 대부분 재건술을 하게 된다.

전/후방 십자인대 파열에서 가장 흔하게 시행되는 재건술은 파열된 인대와 같은 위치에 놓일 수 있게 경골과 대퇴골에 골 터널을 형성하여 인대를 통과시키는 방법으로, 긴 바늘을 이용하여 미리 준비한 인대를 경골로부터 시작하여 대퇴골로 나오게 자리를 잡고 준비된 인대에 실을 엮어서 바늘로 당기게 된다. 이렇게 하여 인대를 경골터널을 지나 대퇴터널로 통과시켜 자리에 위치시키면, 이후 다양한 고정 도구를 이용하여 인대를 고정하게 된다. 그리고 의사는 이식한 인대의 장력을 확인하고, 무릎 관절의 운동 범위가 정상 범위만큼 되는 것을 확인, 및 무릎 불안정 검사를 통해 재건술의 결과를 확인한 후, 피부 봉합 및 소독을 함으로써 재건술을 마무리하게 된다.

그런데, 종래에 수행되는 재건술의 대부분은 경골과 대퇴골에 각각 별도로 두 번에 걸쳐 다른 방향으로 바꾸면서 바늘이 관통해야 하기 때문에 수술 시간이 오래 걸리고, 바늘이 경골터널과 대퇴터널을 통과할 때 어긋나 관통되지 않도록 하기 위하여, 경골 및 대퇴골의 내/외측면에 각각 전기 인두로 가상 관통통로 타겟점(표적지점, target spot)을 마크(mark)한 후 수술함에도 불구하고, 여러 요인들(대퇴골 등을 지지하는 과정에서의 흔들림, 의사의 손떨림 등)로 인해 유동이 발생함에 따라 정확도가 떨어져, 정확하게 일직선상으로 관통되지 않는 오차가 발생하는 문제가 있었다.

또한, 의사 관점에서 재건술이 성공적으로 이루어졌다 하더라도, 환자 개개인 마다 무릎 상태의 차이(즉, 무릎을 굽히고 펼칠 때, 혹은 무릎을 회전할 때 이식된 인대가 늘어나거나 줄어드는 정도의 차이, 장력 차이 등)가 존재하기 때문에, 경우에 따라서는 수술 이후 보행 시, 뒷발목 관절이 굴곡하면서 장딴지근(gastrocnemius)이 긴장함에 따라 대퇴골이 뒤쪽으로, 경골이 앞쪽으로 변위 한다거나, 손상으로 인해 경골이 회전한다거나 하는 등 무릎 관절의 불안정한 상태가 나타나기도 한다.

이에 따라, 관련 분야에서는 십자인대의 재건술 이후에 나타나는 재발성, 불안정성, 재건 실패 등의 발생 비율을 줄이기 위하여 환자의 무릎 관절에 대한 수술 전후의 상태 변화 등을 확인하고 측정할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있으나, 현재까지는 이러한 요구를 충족시킬 만한 마땅한 기술이 없는 실정이다.

한편, 한국공개특허 제2015-0024982호는 무릎뼈의 3차원 좌표 시스템 구축 장치 및 방법에 관한 것으로서, 대퇴골 및 경골의 2차원 영상을 촬영하고 뼈 분할 과정을 거쳐 이진화된 2차원 영상을 획득하는 촬영부, 및 획득된 2차원 이진 영상을 3차원 영상으로 변환하고, 변환된 3차원 영상에 대한 해부학 축 및 랜드마크 중심점을 추출하고, 추출된 해부학 축과 랜드마크 중심점을 이용하여 대퇴골과 경골의 3차원 좌표를 생성하는 제어부를 포함하는 무릎뼈의 3차원 좌표 시스템 구축 장치를 개시하고 있다.

하지만, 상기 선행기술은 관절염 수술 전후의 연골 변화를 측정하기 위하여 무릎 뼈에 대한 3차원 영상을 기반으로 좌표점을 추출하는 기술에만 초점을 맞추고 있을 뿐, 상기 선행기술에 의하여도, 재건 수술 시 여러 요인들(대퇴골 등을 지지하는 과정에서의 흔들림, 의사의 손떨림 등)로 인하여 인대가 정확하게 일직선상으로 관통되지 않는 오차가 발생하거나, 환자 개개인의 무릎 상태 차이(예를 들어, 무릎을 굽히고 펼칠 때, 혹은 무릎을 회전할 때 이식된 인대가 늘어나거나 줄어드는 정도의 차이, 장력 차이 등)를 고려하지 못함에 따라 추후에 발생할 수 있는 재발성, 불안정성 등을 미연에 방지할 수 없는 종래의 문제를 여전히 해결하지 못하고 있다.

한국공개특허 제2015-0024982호 (공개일: 2015.03.10)

본 발명은 의료 영상 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 십자인대 복원 수술의 시뮬레이션이 가능한 시스템 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 십자인대의 재건술 이후에 나타나는 재발성, 불안정성, 재건 실패 등의 발생 비율을 줄이려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 무릎을 움직일 때 십자인대의 길이 변화를 시뮬레이션 하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 환자의 무릎 움직임 상태(즉, 무릎을 굽히고 펼칠 때, 혹은 무릎을 회전할 때 이식된 인대가 늘어나거나 줄어드는 정도의 차이, 장력 차이 등)를 고려하여 가장 적합한 인대 삽입 위치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 십자인대 복원 수술의 편의성을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 환자의 무릎의 실제 움직임을 촬영한 의료 영상을 기반으로 환자의 무릎의 실제 움직임에 대한 정보를 획득하고, 환자의 무릎의 실제 움직임에 다른 십자인대의 길이의 변화를 시뮬레이션하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법은 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 제1 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하는 단계, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점(reference point)의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 단계, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 획득하는 단계, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하는 단계, 및 상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 식별하는 단계는 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 상기 기준점의 위치를 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다. 또한, 상기 식별하는 단계는 상기 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위를 기반으로 상기 기준점의 위치를 추출하여 식별하거나, 상기 사용자로부터 입력된 마킹 정보를 기반으로 상기 기준점의 위치를 식별할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 다른 방법은 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이하는 단계는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 상기 가상 인대에 포함되며 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이 할 수 있으며, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각을 다른 색상으로 디스플레이 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상기 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법은 미리 저장된 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력받는 단계, 상기 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 단계, 및 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 사용자로부터 입력받는 단계는 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치로써, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받을 수 있으며, 상기 디스플레이하는 단계는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 상기 가상 인대에 포함되며 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이 할 수도 있고, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각을 다른 색상으로 디스플레이 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템은 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 제1 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하는 영상 획득부, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 식별부, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하는 추적부, 및 상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 식별부는 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 상기 기준점의 위치를 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다. 또한, 상기 식별부는 상기 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위를 기반으로 상기 기준점의 위치를 추출하여 식별하거나, 상기 사용자로부터 입력된 마킹 정보를 기반으로 상기 기준점의 위치를 식별할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템은 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 디스플레이 제어부를 더 포함할 수 있으며, 상기 디스플레이 제어부는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 상기 가상 인대에 포함되며 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이 할 수도 있고, 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상기 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템은 미리 저장된 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력받는 인터페이스 제어부, 상기 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부, 및 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 디스플레이 제어부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 인터페이스 제어부는 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치로써, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받을 수 있으며, 상기 상기 디스플레이 제어부는 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이할 수 있다.

본 발명은 의료 영상 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 십자인대 복원 수술의 시뮬레이션이 가능한 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 무릎을 움직일 때 변화되는 십자인대의 길이를 시뮬레이션 할 수 있으므로, 십자인대의 재건술 이후에 나타나는 재발성, 불안정성, 재건 실패 등의 발생 비율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 환자의 무릎 움직임 상태(즉, 무릎을 굽히고 펼칠 때, 혹은 무릎을 회전할 때 이식된 인대가 늘어나거나 줄어드는 정도의 차이, 장력 차이 등)를 고려하여 가장 적합한 인대 삽입 위치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 환자의 무릎의 실제 움직임을 촬영한 의료 영상을 기반으로 환자의 무릎의 실제 움직임에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한 본 발명은 환자의 무릎의 실제 움직임에 다른 십자인대의 길이의 변화를 시뮬레이션할 수 있다.

본 발명은 십자인대 복원 수술의 편의성을 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치를 3차원 모델 상에서 식별하고, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하여 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하며, 상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션함으로써, 수술 전후의 인대 길이 변화를 가상으로 시뮬레이션 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 십자인대 복원 수술을 가상으로 시뮬레이션 할 수 있으므로, 인대의 길이 변화가 최소가 되는 삽입 위치를 가장 적합한 인대 삽입 위치로 추천할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명은 무릎의 실제 움직임에 따른 환자의 대퇴골(넙다리뼈, femur)과 경골(정강뼈, 정강이뼈, tibia, shinbone) 간의 간격의 변화를 시뮬레이션하고, 그로 인하여 십자인대의 가상의 삽입 위치에서 가상의 십자인대의 길이 및 장력의 변화를 시뮬레이션할 수 있다.

본 발명은 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치에 따른 상기 가상 인대에 포함되며 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 볼 수 있고, 제1 부분 내지 제3 부분을 각각 다른 색상으로 볼 수 있음에 따라, 인대 길이의 변화를 보다 직관적으로 이해하기 쉬운 형태로 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 무릎 관절의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 무릎 관절의 세부 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제1 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제2 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제3 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 획득부에 의하여 획득된 무릎 부위의 영상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점의 식별 예를 나타낸 도면이다
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점이 표시된 영상이 디스플레이되는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하기 위한 운동의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입된 가상 인대의 디스플레이 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인대 길이 변화 그래프의 디스플레이 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법에 대한 제1 동작 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법에 대한 제2 동작 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.

본 발명은 의료 영상 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 십자인대 복원 수술을 시뮬레이션 할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 본 발명은 실제로 십자인대 재건 수술을 시행하기 전에, 가상으로 인대를 삽입한 후 무릎의 움직임에 따른 변화(즉, 무릎을 움직임에 따라 변화되는 인대의 길이 변화나 인대 장력의 변화 등)를 시뮬레이션 할 수 있으므로, 이를 통해 인대 삽입의 가장 적합한 위치를 찾는 것이 가능하고, 십자인대의 재건 수술 이후에 나타나는 재발성, 불안정성, 재건 실패 등의 발생 비율을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제1 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템(300)은 프로세서(310)를 포함하며, 상기 프로세서(310)는 영상 획득부(320), 식별부(330), 추적부(340) 및 시뮬레이션부(350)를 포함할 수 있다.

영상 획득부(320)는 인대 복원(혹은 재건) 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델(특히, 3차원 해부학적 모델, 3-dimensional anatomical model)을 획득한다.

이때, 영상 획득부(320)에서 획득하는 상기 피검자의 무릎 부위의 영상은 의사가 인대 복원 수술을 위해 피검자의 무릎에 실제로 인대를 삽입하기 전에, 인대 삽입을 가상으로 시뮬레이션 하기 위하여 획득하는 인대 삽입 전의 무릎 부위의 영상일 수 있으며, 상기 무릎 부위의 영상은 허벅지와 종아리 부위를 포함한 영상일 수 있다.

또한, 영상 획득부(320)는 무릎 부위의 영상인 제1 영상으로서, 대퇴골(넙다리뼈, femur), 경골(정강뼈, 정강이뼈, tibia, shinbone), 슬개골(patella)을 포함하는 2차원 영상을 획득할 수 있다.

그리고 본 발명의 프로세서(310)는 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하기 위하여 모델링부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 모델링부는 영상 획득부(320)로부터 획득한 2차원 무릎 부위의 영상을 기반으로 3차원 해부학적 모델을 모델링할 수 있다. 이때, 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델은 대퇴골, 경골, 슬개골 뿐만 아니라 내측 측부인대(MCL: Medial Collateral Ligament), 외측 측부인대(LCL: Lateral Collateral Ligament), 후방 십자인대(PCL: Posterior Cruciate Ligament)(4) 및 전방 십자인대(ACL: Anterior Cruciate Ligament)에 대해서도 자세히 모델링될 수 있으며, 또한, 내측 반월상 연골, 외측 반월상 연골 등 관절 연골에 대해서도 자세히 모델링될 수 있다.

또한, 영상 획득부(320)는 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상(즉, 동영상)을 획득할 수도 있으며, 본 발명의 프로세서(310)는 영상 획득부(320)에 의하여 획득된 무릎 부위의 제1 영상, 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델, 및 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 데이터베이스(미도시)에 저장할 수 있다.

식별부(330)는 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 복수의 기준점(reference point)의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별한다.

즉, 본 발명은 인대 복원 수술 후 무릎을 움직일 때 인대 길이의 변화가 최소가 되는 위치에 인대를 삽입하기 위하여, 가상으로 인대 삽입 결과를 시뮬레이션 할 수 있는 기술로서, 인대 길이의 변화가 최소가 되는 적합한 인대 삽입 위치를 찾기 위해서는 무릎이 움직일 때 어떻게 변화하는지에 대한 무릎의 움직임을 추적할 필요가 있다. 다시 말해, 본 발명은 인대 길이의 변화가 최소가 되는 인대 삽입 위치를 찾기 위해서는, 무릎의 움직임 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치가 필요하다. 따라서, 식별부(330)는 기준이 되는 기준점의 위치를 무릎 부위에 대한 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다.

이때, 식별부(330)는 3차원 모델 상 특히, 골격 부위 또는 강체 부위를 기반으로, 영상 처리를 통해 자동으로 기준점의 위치를 추출함으로써 식별할 수도 있고, 또는 사용자에 의하여 3차원 모델 상에 입력된 마킹 정보를 기반으로 식별할 수도 있다. 또한, 식별부(330)는 사용자가 마커를 실제로 환자의 무릎 뼈나 피부 위에 부착 또는 설치한 후에 영상 정합을 통해 3차원 모델 상에서 기준점의 위치를 식별할 수도 있으며, 이에 대한 설명은 이후에 더 자세히 설명하기로 한다.

또한, 기준점의 위치는 대퇴골과 경골 각각에서 하나씩 식별될 수도 있고, 기준점 위치 추적을 통한 시뮬레이션의 신뢰성을 높이기 위하여 대퇴골과 경골 각각에서 복수개의 기준점들이 식별될 수도 있다. 이때 대퇴골의 복수의 기준점들과 경골의 복수의 기준점들 간의 상대적인 위치 변화를 추적하여 무릎의 움직임에 대한 보다 정교한 시뮬레이션 결과를 얻을 수도 있다.

식별부(330)는 상기 기준점이 환자의 무릎 부위에 실제로 부착 또는 설치된 마커(marker)인 경우, 영상 획득부(320)에 의하여 획득된 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 상기 기준점의 위치를 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다.

더 자세히 말하자면, 일예로, 3차원 모델 상에서 기준점의 위치를 식별하기 위하여 다음과 같은 과정이 수행될 수 있다.

먼저, 전문가인 의사가 동영상에서 볼 수 있는 마커를 실제로 환자의 무릎 뼈나 피부 위에 부착 또는 설치한 후에, 환자의 다리를 잡고 강제로 운동시켜 환자의 무릎을 움직이게 할 수 있다. 그런 다음, 영상 획득부(320)에 의하여 환자 무릎의 움직임에 대한 동영상(즉, 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상)이 획득되면, 식별부(330)는 상기 획득한 동영상 상에서 1차적으로 마커의 위치를 식별한다. 그런 다음, 식별부(330)는 상기 식별된 마커가 3차원 모델 상에서 어디에 위치하는지를 파악하기 위하여, 상기 획득한 동영상과 3차원 모델을 정합(registration)할 수 있다. 그런 다음, 식별부(330)는 3차원 모델 상에서 상기 식별된 마커의 위치에 대응하는 위치를 식별하며, 이후 추적부(340)는 3차원 모델 상에서 식별된 위치, 즉, 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치를 이용하여 상기 기준점의 위치 변화를 추적할 수 있다.

즉, 본 발명은 앞서 말한 바와 같이 무릎을 움직일 때 인대 길이 변화가 최소가 되는 위치를 찾는 것이 핵심이므로, 식별부(330)에 의하여 식별되는 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점(reference point)의 위치는 3차원 모델 상에서 영상 처리를 통해 특징점(feature point)으로서 자동 추출됨으로써 식별될 수도 있다. 또한, 다른 실시예에 따르면, 기준점의 위치는 사용자에 의하여 3차원 모델 상에 입력된 마킹 정보를 기반으로 하여 기준점이 식별될 수도 있다. 이때, 본 발명은 사용자로부터 3차원 모델에서 골격 부위나 강체 부위 상에 기준점을 입력받을 수도 있으며, 이러한 경우, 무릎 관절을 이루는 견고한 구조물인 골격(skeleton) 부위나 강체(rigid body) 부위로서, 특히 대퇴골, 경골, 슬개골과 같은 뼈의 3차원 모델 상에서 기준점의 위치가 식별될 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 환자의 무릎 뼈나 피부 위에 실제로 부착 또는 설치된 마커를 이용해 무릎의 움직임에 대한 영상(즉, 제2 영상) 상에서 마커에 대한 기준점의 위치를 1차로 식별한 후, 이후 영상 정합을 통하여 3차원 모델 상에서 다시 2차로 식별됨으로써, 3차원 모델 상에서 기준점의 위치가 식별될 수 있다.

추적부(340)는 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(이는, 제2 영상으로서, 무릎 부위의 움직임을 촬영한 동영상을 의미함)을 획득하고(이때, 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상은 영상 획득부(320)에 의하여 획득될 수 있음), 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적(tracking)한다.

이때, 본 발명에서는 추적부(340)를 통해 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하기 위하여, 식별부(330)에서 기준점의 위치를 식별한 이후 또는 이전에, 앞서 말한 바와 같이, 실제로 숙련된 의사에 의하여 환자의 무릎을 움직이게 하는 과정이 수행될 수 있다. 그리고 이때, 환자 무릎의 움직임은 환자가 스스로의 의지에 의하여 움직일 수도 있고, 또는 전문가인 의사가 환자의 다리를 잡고 강제로 운동시켜 움직일 수도 있다.

또한, 이때 의사, 또는 환자에 의하여 무릎을 움직이는 과정에서, 무릎을 굽혔다 펴는 무릎 굴신(knee bend) 운동, 즉 굴곡(굽힘, Flexion) 운동과 신전(늘여서 펼침, Extension) 운동이 이루어질 수도 있고, 무릎을 돌리는 등의 운동이 이루어질 수 있다. 환자의 무릎 부위의 실제 움직임은 회전 운동과 슬라이딩 운동을 조합하여 얻어지는 대단히 복잡한 운동이며, 개인 별로 평소 걸음걸이 또는 무릎 관절의 형태에 따라 상이하여 쉽게 모델링될 수 있는 것은 아니다. 본 발명은 경골과 대퇴골 각각에 위치한 기준점의 상대적 위치 변화를 무릎의 실제 움직임에 따라 추적하여 환자 별로 실제 움직일 때의 무릎 관절의 움직임에 대한 영상 정보를 획득할 수 있다.

즉, 추적부(340)는 환자의 무릎 관절을 실제로 굴신 운동시킴에 따라, 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(즉, 무릎의 굴신 운동 움직임을 촬영한 동영상)을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 식별부(330)에서 식별된 기준점의 위치에 대한 변화를 추적한다. 특히, 추적부(340)는 영상 정합을 이용해 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치를 이용함으로써, 실제로 환자의 무릎 관절이 움직일 때(즉, 굴신 운동, 슬라이딩 운동, 회전 운동 등을 할 때) 변화되는 기준점의 위치 변화를 추적할 수 있다.

시뮬레이션부(350)는 추적부(340)에서 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션한다. 본 발명의 프로세서(310)에서는 미리 얻어진 의료 영상을 기반으로 환자의 무릎의 대퇴골과 경골 각각의 표면에 대한 3차원 모델을 보유하고 있으므로, 기준점 간의 상대적 위치 변화를 추적하여 3차원 모델에 적용함에 따라, 실제 운동 시의 무릎의 3차원 모델의 운동 프로파일(motion profile)을 시뮬레이션 결과로서 얻을 수 있다.

이때, 본 발명은 이후에 도 5를 통하여 설명할 인터페이스 제어부(520)를 통해 가상 인대가 삽입될 위치(즉, 시뮬레이션을 수행할 가상 인대의 삽입 위치)를 사용자로부터 입력받을 수 있으며, 가상 인대가 삽입될 위치는 추적부(340)에서 추적된 기준점의 위치 변화가 적게 일어나는 부분을 고려하여 입력된 사용자 입력(이때 사용자 입력은 마우스 등을 이용하여 3차원 모델 상에 입력된 클릭 또는 드래그 등의 입력일 수 있으며, 하나 또는 복수의 입력이 이루어질 수 있음)에 의하여 정해질 수 있다.

또는, 상기 가상 인대의 삽입 위치는 추적부(340)에서 추적된 기준점의 위치 변화를 기반으로, 위치 변화가 없거나 최소가 되는 위치에 대하여 시스템(300)으로부터 자동 산출될 수도 있으며, 상기 산출된 가상 인대 삽입 위치에 대한 적어도 하나 이상의 추천 리스트들이 이후에 도 4를 통하여 설명할 디스플레이 제어부(460)에 의하여 화면에 디스플레이 될 수 있다. 이러한 경우, 이후 사용자는 상기 화면에 디스플레이된 가상 인대 삽입 위치의 추천 리스트들 중에서 적어도 하나 이상을 선택할 수 있으며, 인터페이스 제어부(520)는 상기 추천 리스트들 중에서 상기 사용자로부터 선택된 해당 리스트를 식별하며, 이후 시뮬레이션부(350)는 식별된 해당 리스트에 대응하는 가상 인대의 삽입 위치에 대하여 시뮬레이션을 수행할 수 있다.

한편, 인대 복원 수술을 위해 삽입되는 인대는 크게, 대퇴골의 내부에 위치하는 인대, 경골의 내부에 위치하는 인대, 및 상기 대퇴골과 상기 경골 각각의 내부에 위치하는 인대를 연결하는 인대(즉, 대퇴골과 경골의 내부에 위치하는 인대가 아닌, 외부에 노출되는 인대)와 같이, 총 3부분으로 구분할 수 있는데, 본 발명에서는 설명의 편의 상 대퇴골을 제1 뼈, 경골을 제2 뼈라고 하고, 시뮬레이션을 위해 제1 뼈 내에 삽입되는 가상 인대는 제1 부분, 제2 뼈 내에 삽입되는 가상 인대는 제2 부분, 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈 사이에 위치하여 외부로 노출되는 가상 인대는 제3 부분으로 표현하기로 한다. 이는 하나의 실시예일 뿐, 이에 한정된 것은 아니며, 다른 실시예에서는 경골이 제1 뼈, 대퇴골이 제2 뼈가 될 수도 있다.

따라서, 인터페이스 제어부(520)는 사용자로부터 가상 인대의 삽입 위치를 입력받을 때, 제1 부분의 시작점과 끝점, 제2 부분에 대한 시작점과 끝점을 입력받을 수 있으며, 제3 부분의 가상 인대 삽입 위치는 상기 제1,2 부분에서 입력받은 시작점 또는 끝점에 의하여 자동으로 결정될 수 있다.

즉, 본 발명에서 가상 인대의 삽입 위치는, 사용자가 3차원 모델 중 특히 제1 뼈 또는 제2 뼈 상에 입력한 인대 삽입 위치에 대한 마킹 정보를 이용하여 정해질 수 있으며, 또는 시스템(300)에 의하여 자동으로 산출된 인대 삽입 위치의 후보 리스트를 이용하여 정해질 수도 있다.

시뮬레이션부(350)는 상기 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하며, 이때, 시뮬레이션부(350)는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분 각각에 대한 길이 변화를 시뮬레이션 할 수 있다.

이러한 본 발명의 시뮬레이션부(350)에 의하면, 본 발명은 무릎이 굴신 운동할 때 삽입된 인대가 어떻게 변화하는지(특히, 삽입된 인대의 길이가 얼마나 변하고, 장력이 어느 정도인지 등)를 시뮬레이션 할 수 있으며, 이를 기반으로 인대의 길이 변화가 최소가 되는 위치를 찾을 수 있다. 그리고 본 발명은 이러한 시뮬레이션 결과를 기반으로 실제로 인대 복원 수술을 시행함으로써, 수술 이후에 발생될 수 있는 재발성, 불안정성, 재건 실패 등의 확률을 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 십자인대 복원 수술의 성공률을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제2 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템(400)은 프로세서(410)를 포함하며, 상기 프로세서(410)는 영상 획득부(420), 식별부(430), 추적부(440), 시뮬레이션부(450) 및 디스플레이 제어부(460)를 포함할 수 있다.

이때, 도 4의 프로세서(410), 영상 획득부(420), 식별부(430), 추적부(440), 및 시뮬레이션부(450)는 도 3에 도시된 프로세서(310), 영상 획득부(320), 식별부(330), 추적부(340), 및 시뮬레이션부(350)와 동일하므로, 중복되는 설명은 이하 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 디스플레이 제어부(460)는 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 화면에 디스플레이한다. 즉, 시뮬레이션부(450)에서 가상 인대의 삽입 위치에 대한 시뮬레이션이 수행되면, 디스플레이 제어부(460)는 시뮬레이션에 따른 결과를 화면에 디스플레이한다.

이때, 디스플레이 제어부(460)는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 상기 가상 인대에 포함되며 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이 할 수 있다. 즉, 디스플레이 제어부(460)는 제1 뼈(대퇴골)에 삽입된 가상 인대인 제1 부분, 제2 뼈(경골)에 삽입된 가상 인대인 제2 부분, 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈 사이에 위치하여 외부에 노출되는 가상 인대인 제3 부분 각각에 대하여, 상기 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이의 변화를 그래프로 디스플레이 할 수 있다. 상기 디스플레이된 그래프를 통해, 사용자(의사)는 인대가 어떤 위치에 삽입되었을 때 길이 변화가 가장 최소로 일어나는지를, 여러 위치에 대하여 비교하고 확인하는 것이 가능하다.

디스플레이 제어부(460)는 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이의 변화를 그래프로 제공할 수 있을 뿐만 아니라 수치로도 제공할 수도 있다. 또한, 디스플레이 제어부(460)는 사용자로 하여금 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이 변화의 정도를 쉽게 식별할 수 있도록, 상기 제1 부분 내지 제3 부분 각각을 3차원 모델 상에 각기 다른 색상으로 디스플레이 할 수 있다.

그리고, 디스플레이 제어부(460)는 시뮬레이션에 따른 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이할 수 있다. 즉, 본 발명은, 인대 복원 수술 후 인대가 너무 타이트하거나 헐렁함에 따라 사용자가 걷거나 운동할 때 느끼는 불편함 혹은 불안정성을 해결하기 위하여, 수술 후 무릎을 움직일 때 인대의 길이 변화가 최소가 되는 인대 삽입 위치를 찾는 것을 목적으로 하는 발명으로서, 디스플레이 제어부(460)에 의하여 화면에 디스플레이된 그래프에서 제1 부분 내지 제3 부분의 인대 길이 변화가 가장 최소가 되는 인대 삽입 위치를, 실제 수술 시 가장 적합한 인대 삽입 위치로서 별도의 표시를 통해(예를 들어, 추천 삽입 위치를 그래프 상에 굵은 색으로 표시한다거나, 다른 색상으로 표시한다거나 등) 디스플레이할 수 있다.

이때, 디스플레이 제어부(460)는 추천 삽입 위치로서 하나 또는 복수의 추천 삽입 위치의 정보를 디스플레이할 수 있으며, 상기 복수의 추천 삽입 위치에 대한 개수 설정 정보는 사용자로부터 미리 입력받아 설정될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 추천 삽입 위치로서 3개를 미리 설정한 경우, 디스플레이 제어부(460)는 시뮬레이션에 따른 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상위 3개를 인대 삽입 위치 추천 리스트로서 제공할 수도 있다. 그리고, 디스플레이 제어부(460)는 추천 삽입 위치에 대한 수치 정보를 그래프 상에 오버레이(overlay)하여 표시할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템의 제3 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 시스템(500) 프로세서(510)를 포함하며, 상기 프로세서(510)는 인터페이스 제어부(520), 시뮬레이션부(530) 및 디스플레이 제어부(540)를 포함할 수 있다.

이때, 도 5의 프로세서(510), 시뮬레이션부(530), 디스플레이 제어부(540)는, 도 3 또는 도 4에 도시된 프로세서(310, 410), 시뮬레이션부(350, 450), 디스플레이 제어부(460)와 동일하며, 이하에서는 상기의 내용을 기반으로 간단히 설명하기로 한다.

인터페이스 제어부(520)는 미리 저장된 인대 복원 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력받는다.

이때, 미리 저장된 영상 정보로는, 인대 복원 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(즉, 동영상) 외에 무릎 부위의 영상(2차원 영상)과 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델 영상이 있을 수 있으며, 상기의 영상 정보들은 도 2 및 도 3에 도시된 영상 획득부(320, 420)에 의하여 미리 저장되어 있을 수 있다.

인터페이스 제어부(520)는 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상 상에서 입력받을 수도 있고, 또는 3차원 모델 상에서 입력받을 수도 있다. 그리고, 인터페이스 제어부(520)는 가상 인대의 삽입 위치를 마우스 클릭 또는 드래그 등을 통해 입력받을 수 있으며, 이때, 사용자 입력은 하나 또는 복수의 입력이 있을 수 있다.

인터페이스 제어부(520)는 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 복수의 기준점(즉, 이때의 기준점은 가상 인대가 삽입될 위치에 대하여 기준이 되는 점을 의미함)으로서, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받을 수 있다. 즉, 사용자가 3차원 모델 상, 특히 골격 부위 또는 강체 부위에 복수 개의 점을 마킹하면, 인터페이스 제어부(520)는 상기 골격 부위 또는 강체 부위에 마킹된 복수 개의 마킹 점을 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위해 기준이 되는 기준점으로서 인식하고, 이후 시뮬레이션부(530)에서는 상기 인식된 기준점을 기반으로 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션할 수 있다.

한편, 일 예로, 인터페이스 제어부(520)는 사용자로부터 가상 인대의 삽입 위치를 입력받을 때, 제1 부분의 시작점과 끝점, 제2 부분에 대한 시작점과 끝점을 마우스 클릭을 통해 입력받을 수 있다. 이때, 제3 부분의 가상 인대 삽입 위치는 상기 제1,2 부분에서 입력받은 시작점 또는 끝점에 의하여 자동으로 결정될 수 있다.

본 발명에서 가상 인대의 삽입 위치는, 상기와 같이 사용자가 3차원 모델 중 특히 제1 뼈 또는 제2 뼈 상에 입력한 인대 삽입 위치에 대한 마킹 정보를 이용하여 정해질 수 있으며, 또는 시스템(500)에 의하여 자동으로 산출된 인대 삽입 위치의 후보 리스트를 이용하여 정해질 수도 있다. 이에 대한 설명은 상기에 보다 자세히 설명했으므로, 이하 생략하기로 한다.

시뮬레이션부(530)는 상기 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션한다. 이때, 시뮬레이션부(530)는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분 각각에 대한 길이 변화를 시뮬레이션 할 수 있다.

디스플레이 제어부(540)는 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이 한다. 이때, 디스플레이 제어부(540)는 시뮬레이션 결과로서, 가상 인대의 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이 변화를 나타내는 그래프를 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이 제어부(540)는 사용자로 하여금 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이 변화의 정도를 쉽게 식별할 수 있도록, 상기 제1 부분 내지 제3 부분 각각을 3차원 모델 상에 각기 다른 색상으로 디스플레이 할 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 상기에 설명했으므로, 이하 생략하기로 한다.

또한, 디스플레이 제어부(540)는 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이 할 수 있다. 이때, 디스플레이 제어부(540)는 가상 인대의 길이 변화가 최소가 되는 삽입 위치를 가장 적합한 인대 삽입 위치로 산출하고, 상기 산출된 위치 정보를 화면에 디스플레이 할 수 있다.

그리고, 디스플레이 제어부(540)는 추천 삽입 위치 리스트로서, 인대의 길이 변화가 가장 최소가 되는 위치에 대한 정보만 제공, 즉 1개의 정보만 제공할 수도 있고, 사용자에 의하여 기 설정된 기준에 따라 복수 개의 정보들이 리스트 형태로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 추천 삽입 위치로서 3개를 미리 설정한 경우, 디스플레이 제어부(540)는 시뮬레이션에 따른 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상위 3개를 인대 삽입 위치 추천 리스트로서 제공할 수도 있다. 또한, 디스플레이 제어부(540)는 추천 삽입 위치에 대한 세부 정보로서, 추천 삽입 위치에 대응하는 수치 정보를 그래프 상에 오버레이(overlay)하여 표시할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 획득부에 의하여 획득된 무릎 부위의 영상을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 영상 획득부(320, 420)는 무릎 부위의 2차원 영상을 획득하며, 무릎 부위의 x-ray 영상 등일 수 있다. 그리고 영상 획득부(320, 420)에 의하여 획득된 무릎 부위의 영상의 위쪽에는 제1 뼈로서 대퇴골(넙다리뼈, femur)(601)이, 아래쪽에는 제2 뼈로서 경골(정강뼈, 정강이뼈, tibia, shinbone)(602)이 위치해 있음을 확인할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준점의 식별 예를 나타낸 도면이다

도 7을 참조하면, 본 발명은 우선 기준점을 식별하기 이전에, 영상 획득부(320, 420)에서 획득한 2차원 영상을 기반으로 3차원 해부학적 모델을 모델링하며, 상기 모델링된 무릎 부위에 대한 3차원 모델을 기반으로 기준점을 식별한다.

이때, 식별부(330, 430)는 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점(reference point)의 위치를 식별할 때, 3차원 모델 상 특히, 골격 부위 또는 강체 부위 상에서 영상 처리를 통해 자동 추출함으로써 식별할 수도 있고(이때, 영상 처리를 통해 자동으로 추출하여 식별된 기준점은 특징점(feature point)이라 할 수 있음), 또는 사용자로부터 3차원 모델 상에 입력된 마킹 정보를 기반으로 하여 식별할 수도 있다.

또한, 식별부(330, 430)는 환자의 무릎 뼈나 피부 위에 실제로 부착 또는 설치된 마커를 통해 제2 영상(즉, 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상)에서 기준점의 위치를 1차로 식별한 후, 제2 영상과 3차원 모델을 정합(registration)함으로써, 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다. 즉, 식별부(330, 430)는 영상 정합을 이용하여 3차원 모델 상에서 기준점의 위치를 식별할 수도 있다.

즉, 기준점은 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위해 기준이 되는 점으로서, 도 7과 같이 대퇴골인 제1 뼈(701) 상에 복수의 점들(702)로 표시될 수 있으며, 이는 3차원 모델 상에서 영상 처리를 통해 자동으로 추출되어 표시된 것일 수도 있고, 또는, 제2 영상과 3차원 모델의 정합을 통해 표시된 것일 수도 있으며, 또는 사용자에 의하여 입력된 마킹 정보에 대한 표시일 수도 있다.

이때, 본 발명은 앞서 말한 바와 같이 무릎을 움직일 때 인대 길이 변화가 최소가 되는 위치를 찾는 것이 핵심이므로, 무릎의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준점은 무릎 관절을 이루는 견고한 구조물, 즉 골격(skeleton) 부위나 강체(rigid body) 부위(특히, 대퇴골과 경골과 같은 뼈를 의미함)에서 식별될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 기준점이 표시된 영상이 디스플레이되는 예를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 디스플레이 제어부(460, 540)는 다양한 각도에서 촬영된 무릎 부위의 영상 복수 개를 하나의 화면(810)에 함께 디스플레이할 수 있다.

일 예로, 도 8(a)는 컴퓨터 단층촬영(CT, Computed Tomography)에 의하여 촬영된 제2 뼈(801)의 단층 영상을 나타내고(이때, CT 영상 뿐만 아니라 MRI(magnetic resonance imaging) 영상도 디스플레이 할 수 있음), 도 8(b)는 무릎 부위의 측면 영상을 나타내며, 도 8(c)는 무릎 부위의 정면 영상을 나타내고, 도 8(d)는 제1 뼈(802)의 3차원 모델 영상을 나타낸다.

그리고, 도 8(d)의 3차원 모델 상에 표시된 기준점(803)은 도 8(a) 내지 도 8(c)와 같은 2차원 영상에서도 도 8(d)에 표시된 기준점(803)의 위치와 대응되는 위치에 표시될 수도 있다.

그리고, 본 발명의 시스템(300, 400, 500)은 데이터베이스(미도시)를 포함할 수 있으며, 데이터베이스는 영상 획득부(320, 420)에서 획득한 영상 뿐만 아니라, 기준점이 표시된 영상들도 저장할 수 있다. 즉, 도 8에서 기준점(803)이 표시된 2차원 영상(예를 들어, 도 8(b) 또는 도 8(c)의 영상)과 기준점(803)이 표시된 3차원 영상(예를 들어 도 8(d)의 영상)은 데이터베이스에 저장될 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하기 위한 운동의 예를 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 추적부(340, 440)는 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(즉, 무릎 부위의 움직임을 촬영한 동영상)을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적(tracking)하며, 이때, 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하기 위하여, 식별부(330, 430)에서 기준점을 식별한 이후에, 실제로 숙련된 의사에 의하여 환자의 무릎을 움직이게 하는 과정이 수행될 수 있다.

즉, 본 발명은 무릎 부위의 움직임에 따른 기준점의 위치 변화를 추적하기 위하여, 기준점을 식별한 이후에, 의사 또는 환자 스스로에 의하여 굴곡(굽힘, Flexion) 운동, 신전(늘여서 펼침, Extension) 운동 등이 이루어질 수 있다. 이 밖에 기준점을 추출한 이후에는 도 9(a)와 같이 전후방 전위 운동이나 도 9(b)와 같이 축을 중심으로 관절을 회전시키는 피봇(pivot) 운동 등이 이루어질 수 있다. 도 9(c)는 발목 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상의 획득 예로서, 도 9(c)의 영상은 도 9(b)와 같이 발목의 피봇 운동을 수행함에 따라 획득되는 영상일 수 있다.

본 발명의 영상 획득부(320, 420)는 상기와 같은 굴신 운동, 전후방 전위 운동, 피봇 운동 등이 수행될 때, 그 변화에 대응하는 영상을 실시간으로 획득할 수 있으며, 획득한 영상을 데이터베이스에 저장할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입된 가상 인대의 디스플레이 예를 나타낸 도면이다.

도 10을 참조하면, 디스플레이 제어부(460, 540)는 무릎 부위에 대한 3차원 모델 상에서 삽입된 가상 인대를 제1 부분(1010), 제2 부분(1020) 및 제3 부분(1030)으로 구분하여 다른 색상으로 표시할 수 있으며, 이때, 제1 부분(1010)은 제1 뼈(1001)에 삽입된 가상 인대를, 제2 부분(1020)은 제2 뼈(1002)에 삽입된 가상 인대를, 제3 부분(1030)은 상기 제1 뼈(1001)와 상기 제2 뼈(1002) 사이에 위치하여 외부로 노출되는 가상 인대를 나타낸다.

도 10에서는 일 예로, 제1 부분(1010)의 가상 인대 길이가 25 mm, 제2 부분(1020)의 가상 인대 길이가 40 mm, 그리고 외부로 노출되는 제3 부분(1030)의 가상 인대 길이가 25 mm 인 것을 예로 하였다. 이후 본 발명은 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용해 시뮬레이션을 수행함으로써, 상기 제1 부분 내지 제3 부분에 대한 가상 인대의 길이 변화를 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 인대 길이 변화 그래프의 디스플레이 예를 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 디스플레이 제어부(460, 540)는 사용자로부터 입력받은 가상 인대의 삽입 위치에 대한 가상 인대의 길이 변화를 그래프로 디스플레이 할 수 있다.

그래프의 가로축은 사용자가 입력한 가상 인대의 삽입 위치에 대한 시뮬레이션 케이스 정보를 나타낼 수 있으며, 예를 들어, a는 첫번째 삽입 위치 케이스에 대한 시뮬레이션 결과, b는 두번째 삽입 위치 케이스에 대한 시뮬레이션 결과, c는 세번째 삽입 위치 케이스에 대한 시뮬레이션 결과 등을 나타낼 수 있다. 즉, 사용자는 가상 인대의 위치를 다양하게 변경하는 것이 가능하고, 본 발명의 시스템에 의하여 각각의 위치에 대한 시뮬레이션 결과를 확인하는 것이 가능하다. 사용자는 다양한 위치에 대하여 삽입된 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션 하는 것이 가능함에 따라, 삽입된 가상 인대의 길이 변화가 최소가 되는 가장 적합한 삽입 위치를 찾을 수 있다.

한편, 그래프의 세로축은 인대 길이의 정보(단위 mm)를 나타내며, 일 예로, A 그래프는 제1 부분에 대한 가상 인대의 길이 변화 그래프를, B는 제2 부분에 대한 가상 인대의 길이 변화 그래프를, C 부분은 제3 부분에 대한 가상 인대의 길이 변화 그래프를 나타낸다.

도 11의 예에서는 처음 시뮬레이션을 수행한 a 위치에서 제1 부분 내지 제3 부분에 대한 가상 인대의 길이가 가장 적게 변화했으므로, 실제로 인대 복원 수술 시 삽입될 실제 인대의 가장 적합한 위치는 a 위치임을 알 수 있다. 이때, 가상 인대는 삽입될 위치 정보로서, 무릎 부위의 3차원 모델에 기반한 3차원 좌표 정보를 포함하고 있을 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치 예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 인터페이스 제어부(520)에 의하여, 사용자로부터 가상 인대의 삽입 위치를 입력받을 수 있으며, 이때, 인터페이스 제어부(520)는 가상 인대의 삽입 위치로서 제1 뼈 또는 제2 뼈에 삽입될 인대 각각에 대한 시작점과 끝점을 입력받을 수 있다. 즉, 인터페이스 제어부(520)는 제1 부분의 시작점과 끝점, 제2 부분의 시작점과 끝점을 마우스 클릭 등을 통하여 입력받을 수 있으며, 이때, 제3 부분의 위치는 상기 제1,2 부분에 대한 시작점 또는 끝점에 의하여 자동으로 결정될 수 있다.

도 12를 참조하면, 제1 부분(1230)에 대한 가상 인대의 시작점(1210)과 끝점(1220)이 인터페이스 제어부(520)에 의하여 제1 뼈(1200) 상에 입력되었음을 확인할 수 있다.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본 발명의 동작 흐름도를 간단히 설명하기로 한다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법에 대한 제1 동작 흐름도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법은 우선, 영상 획득부(320, 420)에 의하여 인대 복원 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득한다(S1300).

다음으로, 본 발명의 방법은 식별부(330, 430)에 의하여, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 복수의 기준점의 위치를 상기 3차원 모델 상(특히, 골격, 강체 부위)에서 식별한다(S1310).

이때, 단계S1310에서 기준점은 사용자로부터 3차원 모델 상에 입력받은 마킹 정보를 기반으로 하여 식별될 수도 있고, 또는 영상 처리를 통해 자동으로 추출될 수도 있다. 또한, 단계S1310에서 기준점은 환자의 무릎 뼈나 피부 위에 실제로 부착 또는 설치된 마커를 통해 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 기준점의 위치를 1차로 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별할 수 있다. 이에 대한 설명은 상기에 자세히 설명했으므로, 이하 생략하기로 한다.

다음으로, 본 발명의 방법은 추적부(340, 440)에 의하여, 상기 움직임에 따른 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(즉, 동영상)을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적한다(S1320).

이때, 본 발명에서는 추적부(340, 440)를 통해 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 획득하기 위하여, 단계S1310 이후에, 실제로 숙련된 의사, 또는 환자 스스로에 의하여 무릎을 움직이게 하는 과정(즉, 굴신 운동, 전후방 전위 운동, 피봇 운동 등)이 수행될 수 있다. 그리고, 상기 무릎을 움직이게 하는 과정을 통해 획득된 영상(즉, 동영상)을 기반으로, 추적부(340, 440)는 기준점의 위치 변화를 추적한다.

다음으로, 본 발명의 방법은 시뮬레이션부(350, 450, 530)에 의하여, 상기 단계S1320에서 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션한다(S1330).

이때, 가상 인대의 삽입 위치는 인터페이스 제어부(520)를 통해 사용자로부터 입력받을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 방법은, 도면에 도시되지는 않았지만, 디스플레이 제어부(460, 540)에 의하여 단계S1330에서 수행된 시뮬레이션의 결과(즉, 가상 인대의 길이 변화 결과)를 화면에 디스플레이 할 수 있다. 이때, 디스플레이 제어부(460, 540)는 가상 인대의 길이 변화 결과를 그래프 형태로 디스플레이 할 수 있고, 제1 내지 제3 부분에 대한 가상 인대의 색상을 다른 색상으로 디스플레이 할 수도 있으며, 또한, 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상기 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이 할 수도 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 시뮬레이션 방법에 대한 제2 동작 흐름도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 방법은 우선, 인터페이스 제어부(520)에 의하여, 미리 저장된 인대 복원 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력 받는다(S1400).

이때, 미리 저장된 영상 정보로는, 인대 복원 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상(즉, 동영상) 뿐만 아니라, 무릎 부위의 영상(2차원 영상)과 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델 영상이 있을 수 있다.

또한, 단계S1400에서 인터페이스 제어부(520)는 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 복수의 기준점으로서, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 방법은, 시뮬레이션부(350, 450, 530)에 의하여, 상기 단계S1400에서 입력받은 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션한다(S1410).

이때, 시뮬레이션부(350, 450, 530)는 제1 부분, 제2 부분 및 제3 부분 각각에 대한 길이 변화를 시뮬레이션 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 방법은, 디스플레이 제어부(460, 540)에 의하여, 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이 한다(S1420).

이때, 디스플레이 제어부(460, 540)는 시뮬레이션 결과로서, 가상 인대의 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이 변화를 나타내는 그래프를 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이 제어부(460, 540)는 사용자로 하여금 제1 부분 내지 제3 부분 각각에 대한 인대 길이 변화의 정도를 쉽게 식별할 수 있도록, 상기 제1 부분 내지 제3 부분 각각을 3차원 모델 상에 각기 다른 색상으로 디스플레이 할 수 있다. 이에 대한 보다 자세한 설명은 상기에 설명했으므로, 이하 생략하기로 한다.

또한, 디스플레이 제어부(460, 540)는 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이 할 수 있다. 또한, 디스플레이 제어부(460, 540)는 추천 삽입 위치에 대한 세부 정보로서, 추천 삽입 위치에 대응하는 수치 정보를 그래프 상에 오버레이(overlay)하여 표시할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

300, 400, 500: 의료 영상 시뮬레이션 시스템
310, 410, 510: 프로세서
320, 420: 영상 획득부
330, 430: 식별부
340, 440: 추적부
350, 450, 530: 시뮬레이션부
460, 540: 디스플레이 제어부
520: 인터페이스 제어부

Claims

의료 영상 시뮬레이션 시스템의 프로세서에 의하여 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 제1 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하는 단계;
상기 프로세서에 의하여 상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 단계;
상기 프로세서에 의하여 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 획득하는 단계;
상기 프로세서에 의하여 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하는 단계; 및
상기 프로세서에 의하여 상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 단계;
를 포함하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제1항에 있어서,
상기 식별하는 단계는
상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 상기 기준점의 위치를 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제1항에 있어서,
상기 식별하는 단계는
상기 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위를 기반으로 상기 기준점의 위치를 추출하여 식별하거나, 상기 사용자로부터 입력된 마킹 정보를 기반으로 상기 기준점의 위치를 식별하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제1항에 있어서,
상기 프로세서에 의하여 상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제4항에 있어서,
상기 디스플레이하는 단계는
제1 부분, 제2 부분, 및 제3 부분을 포함하는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 제1 뼈에 삽입된 상기 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 상기 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 상기 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제4항에 있어서,
상기 디스플레이하는 단계는
상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각을 다른 색상으로 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제4항에 있어서,
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상기 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
미리 저장된 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력받는 단계;
상기 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 단계; 및
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 단계;
를 포함하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제8항에 있어서,
상기 사용자로부터 입력받는 단계는
상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치로써, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제8항에 있어서,
상기 디스플레이하는 단계는
제1 부분, 제2 부분, 및 제3 부분을 포함하는 상기 가상 인대의 길이 변화 결과로서, 상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치에 따른 제1 뼈에 삽입된 상기 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 상기 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 상기 제3 부분 각각에 대한 길이 변화 그래프를 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제8항에 있어서,
상기 디스플레이하는 단계는
상기 사용자로부터 입력된 상기 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 제1 뼈에 삽입된 제1 부분, 제2 뼈에 삽입된 제2 부분, 및 상기 제1 뼈와 상기 제2 뼈를 기준으로 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 위치한 제3 부분 각각을 다른 색상으로 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
제8항에 있어서,
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 방법.
인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 제1 영상 및 상기 무릎 부위를 포함하도록 생성된 3차원 모델을 획득하는 영상 획득부;
상기 무릎 부위의 움직임의 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 식별부;
상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상을 획득하고, 상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 영상을 이용하여 상기 3차원 모델 상에서 식별된 기준점의 위치 변화를 추적하는 추적부; 및
상기 추적된 위치 변화를 고려하여 사용자로부터 입력된 가상 인대의 삽입 위치를 기반으로, 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부;
를 포함하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 식별부는
상기 획득한 움직임의 변화에 대응하는 제2 영상에서 상기 기준점의 위치를 식별한 후, 상기 제2 영상과 상기 3차원 모델을 정합(registration)하여 상기 제2 영상에서 식별된 기준점의 위치에 대응하는 위치를 상기 3차원 모델 상에서 식별하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 식별부는
상기 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위를 기반으로 상기 기준점의 위치를 추출하여 식별하거나, 상기 사용자로부터 입력된 마킹 정보를 기반으로 상기 기준점의 위치를 식별하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제13항에 있어서,
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 디스플레이 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제16항에 있어서,
상기 디스플레이 제어부는
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과가 최소가 되는 상기 가상 인대의 삽입 위치를 추천 삽입 위치로서 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
미리 저장된 인대 수술이 시행될 피검자의 무릎 부위의 움직임의 변화에 대응하는 영상을 기반으로, 가상 인대의 삽입 위치를 사용자로부터 입력받는 인터페이스 제어부;
상기 사용자의 입력을 기반으로 상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 시뮬레이션하는 시뮬레이션부; 및
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 디스플레이하는 디스플레이 제어부;
를 포함하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제18항에 있어서,
상기 인터페이스 제어부는
상기 무릎 부위의 움직임의 변화에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화를 추적하기 위한 기준이 되는 기준점의 위치로써, 상기 가상 인대의 삽입 위치를 미리 저장된 상기 무릎 부위의 3차원 모델 상의 골격 부위 또는 강체 부위에 기반하여 입력받는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.
제18항에 있어서,
상기 디스플레이 제어부는
상기 시뮬레이션에 따른 상기 가상 인대의 길이 변화 결과를 기반으로 산출된 추천 삽입 위치 리스트를 디스플레이하는 것
을 특징으로 하는 의료 영상을 이용한 시뮬레이션 시스템.