KR101831514B1 - 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 증강현실 제공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예로써, 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(Augmented Reality, AR) 시스템 및 증강현실 제공 방법이 개시될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 시스템은, 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하기 위한 영상획득장치, 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하기 위한 영상변환장치, 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 환자에 대한 좌표계를 정의하기 위한 좌표계설정장치, 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 환자에 부착된 복수개의 마커들, 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하기 위한 마커인식장치, 정의된 좌표계에 기초하여 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하기 위한 좌표추정장치, 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하기 위한 증강현실 영상생성장치 및 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이장치를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 그 증강현실의 제공 방법에 관한 것이다.
악교정수술(orthognathic surgery)은 상악골이나 하악골의 성장이 정상에서 벗어나 과잉, 부족, 혹은 비대칭적인 상태를 가지고 있을 때 이러한 형태와 크기의 변이를 바로 잡기 위하여 행해지는 수술을 지칭한다. 악교정수술은 턱뼈(예컨대, 위 턱뼈 또는 아래 턱뼈)의 위치 변화를 가져오기 때문에 수술 전후에 교정 치료가 수반되는 것이 일반적이다. 수술의 모든 준비 단계와 수술 후의 교합을 조절하는 단계의 기간이 길고 치료도 복잡하므로 일반적인 수술과는 차이가 있다. 악교정수술 전 교정치료로 치아를 정렬하기 위한 치열교정 치료가 선행될 수 있다. 발치가 필요한 경우 발치가 수행될 수도 있다. 또한, 인상 채득, 사진 및 엑스선 촬영 등이 수행될 수 있다. 수술 시에 사용될 교합장치(surgical wafer)가 환자의 구강 구조 등에 적합하게 사전 제작될 수 있다. 악교정수술은 수술의 종류에 따라 수 시간 정도가 소요될 수 있고, 수술 후 재위치된 위아래 턱뼈를 기준으로 치열이 고른지, 기능상에 문제가 있지는 않은지를 검사한 후 교정치료가 수행될 수 있다.
악교정수술 준비 및 수행 과정이 까다롭고, 수술 시 소요 시간을 단축시키기 위하여 악교정수술 시 턱뼈가 교정 목표 위치에 빠르고 정확하게 위치하도록 할 필요가 있다.
본 발명은 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 그 증강현실의 제공 방법에 관한 것으로, 수술 시 환자의 악골의 움직임을 실시간으로 추정하여 증강현실 시스템으로 나타냄으로써 사용자가 악골의 현재 위치 및 목표 위치 등을 직관적으로 파악할 수 있도록 하기 위한 증강현실 시스템 및 그 증강현실의 제공 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예로써, 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(Augmented Reality, AR) 시스템 및 증강현실 제공 방법이 개시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(Augmented Reality, AR) 시스템은, 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하기 위한 영상획득장치, 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하기 위한 영상변환장치, 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 환자에 대한 좌표계를 정의하기 위한 좌표계설정장치, 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 환자에 부착된 복수개의 마커들, 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하기 위한 마커인식장치, 정의된 좌표계에 기초하여 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하기 위한 좌표추정장치, 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하기 위한 증강현실 영상생성장치 및 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치에서는 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 데이터를 이용하여 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 3차원 영상으로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계설정장치에서는 3차원 영상에서 3개 이상의 점들을 이용하여 환자에 대한 프랑크포트 수평(Frankfort Horizontal, FH)면을 생성하고, 비근점(Nasion)과 기저점(Basion)을 이용하여 정중시상 기준(midsagittal reference, MSR)면을 생성하며, 생성된 두 면이 교차하는 중심 지점에 환자에 대한 좌표계를 정의할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 마커들은 각각의 면에 상이한 패턴이 표시된 다각형의 형태이고, 환자의 이마에 인접하여 배치 가능한 제 1 마커(MP), 환자의 치아의 형상을 따라 제작된 웨이퍼에 부착 가능한 제 2 마커(MM), 환자의 악골의 움직임 추적의 기준지점의 지정(pointing)을 위한 제 3 마커(MR)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마커인식장치는 상이한 패턴이 표시된 각각의 마커에 대한 영상을 획득하기 위한 듀얼(dual) 카메라일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 마커(MR)는 환자의 악골의 움직임 추적의 기준이 되는 지점의 지정(pointing)을 위하여 사용 가능하고, 지정된 지점에는 환자의 중절치 사이 지점, 우측 송곳니 지점, 좌측 송곳니 지점, 우측 제1대구치 지점 및 좌측 제1대구치 지점이 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표추정장치에서는 환자의 악골의 움직임과 상응하게 움직일 수 있는 웨이퍼 상에서의 지정된 지점과 상응하는 지점의 좌표의 변화를 제 2 마커(MM)에 기초하여 추정하고, 좌표의 변화는 지정된 지점으로부터의 이동거리 값으로 추정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표추정장치에 의하여 추정된 좌표에 대한 정보는 이동거리 값의 범위에 따라 상이한 컬러로 디스플레이장치를 통하여 디스플레이되고, 이동거리 값이 0 이상 1 밀리미터 이하라면 녹색, 1초과 1.5 밀리미터 이하라면 노란색, 1.5초과 2밀리미터 이하라면 주황색, 2초과부터 이동거리 값의 한계값까지의 범위에서는 적색으로 좌표에 대한 정보가 디스플레이될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 시스템을 이용한 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법으로서, 증강현실 시스템에는 영상획득장치, 영상변환장치, 좌표계설정장치, 마커인식장치, 복수개의 마커들, 좌표추정장치, 증강현실 영상생성장치 및 디스플레이장치가 포함되고, 영상획득장치가 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하는 단계, 영상변환장치가 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하는 단계, 좌표계설정장치가 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 환자에 대한 좌표계를 정의하는 단계, 마커인식장치가 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하는 단계, 좌표추정장치가 정의된 좌표계에 기초하여 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하는 단계, 증강현실 영상생성장치가 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하는 단계 및 디스플레이장치가 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예로써, 컴퓨터 등과 같은 하드웨어와 결합되어 전술한 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템 및 그 방법을 이용하면, 수술 시 실시간으로 추정된 환자의 악골의 움직임이 증강현실로 나타날 수 있고, 사용자는 악골의 현재 위치 및 목표 위치 등을 직관적으로 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 시스템 및 그 방법을 이용하면, 악골의 이동 정보가 수치뿐만 아니라 컬러로 표시됨에 따라 사용자는 악골의 증강현실 영상의 모니터링을 통하여 악골의 움직임 및 위치를 예상할 수 있고, 악골의 정위치(예컨대, 목표 위치)를 빠르고 정확하게 탐색해낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계 정의의 일 예이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 일 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 좌표 정보 획득의 일 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마커인식장치의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 지점 지정 과정을 나타낸 화면의 일 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 지정된 기준 지점을 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커를 이용한 증강현실 제공의 일 예이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 악골의 추정된 움직임 정보 제공의 일 예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 환자의 추정된 악골의 움직임이 반영된 증강현실(AR) 화면의 일 예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계 정의의 일 예이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 일 예이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 좌표 정보 획득의 일 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마커인식장치의 일 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 지점 지정 과정을 나타낸 화면의 일 예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 지정된 기준 지점을 나타낸다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커를 이용한 증강현실 제공의 일 예이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 악골의 추정된 움직임 정보 제공의 일 예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 환자의 추정된 악골의 움직임이 반영된 증강현실(AR) 화면의 일 예이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 CT 촬영 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "CT(Computed Tomography) 영상"란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 엑스레이 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 뼈, 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(Augmented Reality, AR) 시스템(1000)은, 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하기 위한 영상획득장치(100), 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하기 위한 영상변환장치(200), 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 환자에 대한 좌표계를 정의하기 위한 좌표계설정장치(300), 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 환자에 부착된 복수개의 마커들(10, 20, 30), 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하기 위한 마커인식장치(400), 정의된 좌표계에 기초하여 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하기 위한 좌표추정장치(500), 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하기 위한 증강현실 영상생성장치(600) 및 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이장치(700)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치(200)에서는 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 데이터를 이용하여 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 3차원 영상으로 변환할 수 있다. 다시 말해서, 영상변환장치(200)에서는 환자의 두경부에 대한 CT 영상이 3차원 영상으로 변환될 수 있다. 사용자는 영상변환장치(200)를 통하여 변환된 3차원 영상을 이용하여 환자에 대한 수술 시뮬레이션을 수행해볼 수 있다. 사용자는 환자에 대한 수술 시뮬레이션을 통하여 환자의 턱뼈의 목표 위치(예컨대, 수술을 통하여 위치시키고자 하는 지점, 방향 등)를 미리 추정해볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템의 개략도이다.
수술을 위한 테이블 상에 위치한 환자(1)의 이마 부위의 지지대 상에 제 1 마커(10)가 배치될 수 있다. 또한, 웨이퍼에 부착된 제 2 마커(20)에 기초하여 좌표추정장치(500)를 통하여 턱뼈의 실시간 이동 경로가 인식(추정)될 수 있다. 추정된 이동 경로를 따라 증강현실 영상생성장치(600)에서는 증강현실 영상이 생성될 수 있다. 제 3 마커(30)에 의하여 이동 경로 추적을 위한 기준 지점이 설정될 수 있으며, 마커들(10, 20 및 30)의 이동 경로 추적은 마커인식장치(400)를 통하여 실시간으로 수행될 수 있다. 영상변환장치(200), 좌표계설정장치(300), 좌표추정장치(500) 및 증강현실 영상생성장치(600)는 디스플레이장치(700)가 구비된 사용자 디바이스에 포함되도록 구성될 수 있다. 사용자 디바이스는 개인용 컴퓨터(PC), 태블릿 PC, 노트북, 또는 스마트폰 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다시 말해서, 사용자 디바이스는 타 디바이스와 유/무선 통신이 가능한 전기기일 수 있다. 또한, 사용자 디바이스는 병원 등의 의료 기관에 마련된 서버와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. 다시 말해서, 사용자 디바이스는 PACS(Picture Archiving and Communication System), EMR(Electronic Medical Record), PHR(Personal Health Record), RIS(Radiology Information System) 등과 같은 서버(2000) 등과 연결되어 서버로 하여금 환자 정보를 독출, 저장, 갱신 등을 수행하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계 정의의 일 예이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계설정장치(300)에서는 3차원 영상에서 3개 이상의 점들을 이용하여 환자에 대한 프랑크포트 수평면(Frankfort Horizontal Plane, FHP)을 생성하고, 비근점(Nasion)과 기저점(Basion)을 이용하여 정중시상 기준면(Midsagittal Reference Plane, MSRP)을 생성하며, 생성된 두 면이 교차하는 중심 지점에 환자에 대한 좌표계(patient coordinate)를 정의할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 좌표계는 전술한 방식 이외에도 다양한 지점을 이용하여 새롭게 정의될 수 있다. 예를 들면, 프랑크포트 수평면 생성을 위한 점에는 Porion, Obitale 등이 포함될 수 있다. 또한, 정중시상기준면의 생성을 위한 점에는 Crista galli, Anterior nasal spine, Posterior nasal spine, Basion, Opisthion, Nasion 등이 포함될 수 있고, Crista galli, Anterior nasal spine, Basion 또는 Crista galli, Anterior nasal spine, Opisthion 을 이용하여 정중시상기준면이 생성될 수도 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 일 예이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 마커들(10, 20, 30)은 각각의 면에 상이한 패턴이 표시된 다각형의 형태이고, 환자의 이마에 인접하여 배치 가능한 제 1 마커(MP)(10), 환자의 치아의 형상을 따라 제작된 웨이퍼에 부착 가능한 제 2 마커(MM)(20), 환자의 악골의 움직임 추적의 기준지점의 지정(pointing)을 위한 제 3 마커(MR)(30)일 수 있다.
도 4a에서와 같이 마커들의 각각의 면에는 상이한 패턴이 표시되어 있을 수 있고, 이러한 패턴은 마커의 각면에 대한 식별자 기능을 수행할 수 있다. 다시 말해서, 마커인식장치(400)를 통하여 획득된 영상에 포함된 패턴을 통하여 각각의 마커는 구별될 수 있고, 각각의 마커의 위치(예컨대, 좌표 정보)가 인식될 수 있다.
제 1 마커(MP)(10)는 환자(1)의 이마에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들면, 환자(1)의 도 2에서와 같이 환자(1)의 이마에 부착된 비기관내 삽관 튜브 고정용 지지대의 일 단에 결합될 수 있다. 설명의 편의 및 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도 4a에서와 같이 모형으로 제작된 두개골 상단에 제 1 마커(MP)(10)가 위치할 수 있다. 다시 말해서, 도 4a의 제 1 마커(MP)(10)는 환자(1)의 이마에 부착된 상태의 예를 보여주고 있다.
또한, 제 2 마커(20)는 환자(1)의 치아의 형상을 따라 제작된 웨이퍼(21)(wafer)에 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이 악교정수술 전, 수술 시에 사용될 교합장치(surgical wafer)가 환자의 구강 구조 등에 적합하게 합성소재 등을 이용하여 미리 제작될 수 있다. 웨이퍼(21)에 부착된 제 2 마커(20)는 환자(1)의 상악에 대한 증강현실 영상을 만들어 내기 위한 기준체가 될 수 있다. 다시 말해서, 웨이퍼(21)에 부착된 제 2 마커(20)의 움직임 정보에 기초하여 환자(1)의 상악 움직임이 추정될 수 있고, 추정된 움직임에 따라 증강현실 영상이 생성될 수 있다.
또한, 제 3 마커(30)는 환자(1)의 악골의 움직임 추적을 위하여 기준이 될 지점(예컨대, 기준지점)의 지정(pointing)을 위하여 사용될 수 있다. 제 3 마커(30)의 일 단부는 뾰족한 형상으로 환자의 구강 내 소정의 지점(예컨대, 중절치 사이 지점 등)을 지정에 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커의 좌표 정보 획득의 일 예이다.
환자(1)와 제 1 마커(10)와의 관계는 좌표계설정장치(300)에 의하여 정의된 좌표계에 기초하여 도 5에서와 같이 결정될 수 있다. 또한, 환자(1)와 제 2 마커(20)와의 관계도 정의된 좌표계에 기초하여 결정될 수 있다. 다시 말해서, 환자에 대하여 정의된 좌표계(예컨대, {p})의 중심점에 기초하여 제 1 마커(10)의 좌표 값이 결정될 수 있고, 제 2 마커(20)의 좌표 값도 결정될 수 있다. 마커들(10, 20, 30)의 최초 좌표 값 결정은 등록(registration)이라고 지칭될 수 있다. 마커들(10, 20, 30)은 제 1 마커(10), 제 3 마커(30), 제 2 마커(20)의 순서로 시스템(1000) 상에 등록될 수 있다. 다시 말해서, 환자(1)의 이마에 인접하여 배치된 제 1 마커(10)가 마커인식장치(400)를 통하여 인식되어 좌표추정장치(500)를 통하여 등록(예컨대, 마커인식장치(400)를 통하여 획득된 영상에 따라 좌표가 추정되는 과정)된 후, 제 3 마커(30)에 기초하여 환자(1)의 구강 내의 소정의 지점이 등록되고, 그리고 나서 제 2 마커(20)가 부착된 웨이퍼(21)가 환자(1)의 구강에 접촉된 상태로 제 2 마커(20)가 등록될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마커인식장치의 일 예이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마커인식장치(400)는 상이한 패턴이 표시된 각각의 마커에 대한 영상을 획득하기 위한 듀얼(dual) 카메라일 수 있다. 또한, 마커인식장치(400)는 싱글 카메라일 수도 있다. 본 발명의 일 실시에에 따른 시스템(1000)은 마커를 이용하여 환자의 두경부, 악골 등의 위치를 실시간으로 파악할 수 있고, 이러한 위치의 실시간 파악을 위하여 마커인식장치(400)를 통하여 획득된 영상이 활용될 수 있다. 다시 말해서, 마커인식장치(400)를 통하여 촬영된 영상은 증강현실 영상을 생성하기 위한 기준영상으로 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마커인식장치(400)는 나란히 배열된 복수개의 촬영 모듈을 포함하는 카메라일 수 있고, 바람직하게는 듀얼 카메라일 수 있다. 다시 말해서, 마커인식장치(400)는 수평적 또는 수직적으로 배열된 복수개의 촬영 모듈들의 결합체일 수 있다. 듀얼 카메라의 동작은 일반적인 듀얼 카메라의 동작 원리와 동일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 지점 지정 과정을 나타낸 화면의 일 예이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 지정된 기준 지점을 나타낸다. 또한, 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마커를 이용한 증강현실 제공의 일 예이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 악골의 추정된 움직임 정보 제공의 일 예이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제 3 마커(MR)(30)는 환자의 악골의 움직임 추적의 기준이 되는 지점의 지정(pointing)을 위하여 사용 가능하고, 지정된 지점에는 도 8에서와 같이 환자의 중절치 사이 지점(P1), 우측 송곳니 지점(P2), 좌측 송곳니 지점(P3), 우측 제1대구치 지점(P4) 및 좌측 제1대구치 지점(P5)이 포함될 수 있다. 다만, 도 8의 지점은 설명을 위한 예시적인 것으로, 기준지점의 지정은 수술 부위, 골 절단 부위 등에 의하여 상이하게 결정될 수 있다. 도 7에서와 같이 사용자는 제 3 마커(30)를 이용하여 기준지점을 직접 지정할 수 있다. 또한 이러한 기준지점은 수술 부위, 골 절단 부위 등에 기초하여 미리 결정되어 있을 수도 있다. 지정된 지점에 대한 정보(예컨대, 좌표 값)는 도 7에서와 같이 화면에 표시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표추정장치(500)에서는 환자의 악골의 움직임과 상응하게 움직일 수 있는 웨이퍼(21) 상에서의 지정된 지점과 상응하는 지점의 좌표의 변화를 제 2 마커(20)에 기초하여 추정하고, 좌표의 변화는 지정된 지점으로부터의 이동거리 값(d)으로 추정될 수 있다. 각 지점의 이동거리는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 좌표추정장치(500)에 의하여 추정된 좌표에 대한 정보는 이동거리 값의 범위에 따라 상이한 컬러로 디스플레이장치(700)를 통하여 디스플레이되고, 이동거리 값이 0 이상 1 밀리미터 이하라면 녹색, 1초과 1.5 밀리미터 이하라면 노란색, 1.5초과 2밀리미터 이하라면 주황색, 2초과부터 이동거리 값의 한계값까지의 범위에서는 적색으로 좌표에 대한 정보가 디스플레이될 수 있다. 도 9b에서와 같이 이동거리 값에 따라 움직임 정보가 컬러로 표현될 수 있다. 사용자는 표현된 컬러를 통하여 이동량을 직관적으로 파악할 수 있다. 도 9b에서 distance는 웨이퍼의 움직임에 따른 기준지점(예컨대, 초기위치)으로부터 각각의 지점들의 이동 거리를 나타내고, offset은 3차원 공간 상에서 각각의 지점들이 x축, y축, z축의 각각의 방향으로 이동한 거리를 나타낸다.
또한, 9a에서와 같이 기준지점과 제 2 마커(20)에 의하여 추정된 움직임에 따라 증강현실 영상(VI_2)이 생성될 수 있다. 생성된 증강현실 영상(VI_2)은 도 11과 관련하여 후술되는 바와 같이 환자의 두개골의 증강현실 영상(VI_1)과 함께 디스플레이장치(700)를 통하여 디스플레이될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법은, 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하는 단계(S100), 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하는 단계(S200), 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 환자에 대한 좌표계를 정의하는 단계(S300), 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하는 단계(S400), 정의된 좌표계에 기초하여 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하는 단계(S500), 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하는 단계(S600) 및 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 환자의 추정된 악골의 움직임이 반영된 증강현실(AR) 화면의 일 예이다.
환자의 두개골의 증강현실 영상(VI_1)과 제 2 마커(20)에 기초한 증강현실 영상(VI_2)은 디스플레이장치(700)를 통하여 함께 출력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 실시간으로 추정된 환자의 악골의 움직임은 VI_2로서, 증강현실 영상으로 나타날 수 있고, VI_1과 VI_2가 동시에 제공됨에 따라 사용자는 악골의 현재 위치 및 목표 위치 등을 직관적으로 빠르고 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 사용자가 웨이퍼를 움직임에 따라 이러한 움직임에 상응하게 이동되어 증강현실 영상(VI_2)이 디스플레이장치(700)를 통하여 출력될 수 있다. 사용자는 웨이퍼를 움직여 가며 악골의 위치가 어떻게 변화하는지를 실시간으로 추적해가며 파악할 수 있다. 다시 말해서, 악골의 이동 정보가 수치뿐만 아니라 컬러로 표시됨에 따라 사용자는 수술 대상이 될 악골과 상응하는 웨이퍼 상의 증강현실 영상(VI_2)의 움직임 모니터링을 통하여 악골의 움직임 및 위치를 예상할 수 있고, 악골의 정위치(예컨대, 수술 최종 위치)를 빠르고 정확하게 탐색해낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 관련하여서는 전술한 시스템에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 방법과 관련하여, 전술한 시스템에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 환자
10: 제 1 마커(MP) 20: 제 2 마커(MM)
21: 웨이퍼 30: 제 3 마커(MR)
100: 영상획득장치 200: 영상변환장치
300: 좌표계설정장치 400: 마커인식장치
410: 제 1 촬영 모듈 420: 제 2 촬영모듈
500: 좌표추정장치 600: 증강현실 영상생성장치
700: 디스플레이장치
1000: 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실시스템
2000: 서버
10: 제 1 마커(MP) 20: 제 2 마커(MM)
21: 웨이퍼 30: 제 3 마커(MR)
100: 영상획득장치 200: 영상변환장치
300: 좌표계설정장치 400: 마커인식장치
410: 제 1 촬영 모듈 420: 제 2 촬영모듈
500: 좌표추정장치 600: 증강현실 영상생성장치
700: 디스플레이장치
1000: 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실시스템
2000: 서버
Claims (10)
- 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(Augmented Reality, AR) 시스템으로서,
상기 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하기 위한 영상획득장치;
상기 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하기 위한 영상변환장치;
상기 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 상기 환자에 대한 좌표계를 정의하기 위한 좌표계설정장치;
상기 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 상기 환자에 부착된 복수개의 마커들;
상기 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하기 위한 마커인식장치;
상기 정의된 좌표계에 기초하여 상기 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하기 위한 좌표추정장치;
상기 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하기 위한 증강현실 영상생성장치; 및
상기 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하기 위한 디스플레이장치를 포함하고,
상기 복수개의 마커 중 상기 환자의 악골의 움직임 추적의 기준이 되는 지점의 지정을 위한 제 3 마커(MR)는 상기 환자의 중절치 사이 지점, 우측 송곳니 지점, 좌측 송곳니 지점, 우측 제1대구치 지점 및 좌측 제1대구치 지점 중 어느 하나를 지정하는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 영상변환장치에서는 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 데이터를 이용하여 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 좌표계설정장치에서는 상기 3차원 영상에서 3개 이상의 점들을 이용하여 상기 환자에 대한 프랑크포트 수평(Frankfort Horizontal, FH)면을 생성하고, 비근점(Nasion)과 기저점(Basion)을 이용하여 정중시상 기준(midsagittal reference, MSR)면을 생성하며, 상기 생성된 두 면이 교차하는 중심 지점에 상기 환자에 대한 좌표계를 정의하는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 마커들은 각각의 면에 상이한 패턴이 표시된 다각형의 형태이고, 상기 환자의 이마에 인접하여 배치 가능한 제 1 마커(MP) 및 상기 환자의 치아의 형상을 따라 제작된 웨이퍼에 부착 가능한 제 2 마커(MM)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 마커인식장치는 상기 상이한 패턴이 표시된 각각의 마커에 대한 영상을 획득하기 위한 듀얼(dual) 카메라인 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 삭제
- 제 4 항에 있어서,
상기 좌표추정장치에서는 상기 환자의 악골의 움직임과 상응하게 움직일 수 있는 상기 웨이퍼 상에서의 상기 지정된 지점과 상응하는 지점의 좌표의 변화를 상기 제 2 마커(MM)에 기초하여 추정하고, 상기 좌표의 변화는 상기 지정된 지점으로부터의 이동거리 값으로 추정되는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 좌표추정장치에 의하여 추정된 좌표에 대한 정보는 상기 이동거리 값의 범위에 따라 상이한 컬러로 상기 디스플레이장치를 통하여 디스플레이되고,
상기 이동거리 값이 0 이상 1 밀리미터 이하라면 녹색, 1초과 1.5 밀리미터 이하라면 노란색, 1.5초과 2밀리미터 이하라면 주황색, 2초과부터 이동거리 값의 한계값까지의 범위에서는 적색으로 상기 좌표에 대한 정보가 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 시스템.
- 증강현실 시스템을 이용한 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실(AR) 제공 방법으로서,
상기 증강현실 시스템에는 영상획득장치, 영상변환장치, 좌표계설정장치, 마커인식장치, 복수개의 마커들, 좌표추정장치, 증강현실 영상생성장치 및 디스플레이장치가 포함되고,
상기 영상획득장치가 상기 환자의 두경부에 대한 CT 영상을 획득하는 단계;
상기 영상변환장치가 상기 획득된 CT 영상을 3차원 영상으로 변환하는 단계;
상기 좌표계설정장치가 상기 변환된 영상에 포함된 복수개의 점들을 이용하여 상기 환자에 대한 좌표계를 정의하는 단계;
상기 마커인식장치가 상기 환자의 악골의 움직임 추정을 위한 상기 환자에 부착된 복수개의 마커들을 인식하는 단계;
상기 좌표추정장치가 상기 정의된 좌표계에 기초하여 상기 인식된 복수개의 마커들 각각에 대한 좌표를 추정하는 단계;
상기 증강현실 영상생성장치가 상기 추정된 좌표에 대한 악골의 증강현실 영상을 생성하는 단계; 및
상기 디스플레이장치가 상기 생성된 증강현실 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하고,
상기 증강현실 제공 방법은,
상기 복수개의 마커 중 상기 환자의 악골의 움직임 추적의 기준이 되는 지점의 지정을 위하여, 상기 환자의 중절치 사이 지점, 우측 송곳니 지점, 좌측 송곳니 지점, 우측 제1대구치 지점 및 좌측 제1대구치 지점 중 어느 하나를 지정하여 제 3 마커(MR)로 지정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 악골의 움직임 추정이 반영된 증강현실 제공 방법.
- 제 9 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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