KR101863956B1

KR101863956B1 - 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법, 장치, 컴퓨터 프로그램 및 두개악안면 결손 보철 제조 방법

Info

Publication number: KR101863956B1
Application number: KR1020170012050A
Authority: KR
Inventors: 김남국; 배명수; 박종하
Original assignee: 울산대학교 산학협력단; 재단법인 아산사회복지재단
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2018-06-29

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터를 획득하는 단계; 상기 3D 표면 데이터에서, 상기 환자 얼굴의 결손영역을 추출하는 단계; 상기 3D 표면 데이터에서 상기 결손영역을 제외한 나머지 영역의 적어도 일부를 포함하는 선택영역을 추출하는 단계; 상기 선택영역의 대칭면을 추출하는 단계; 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손영역을 미러링(mirroring)시킨 영역에 대응하는 결손대응영역을 추출하는 단계; 및 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손대응영역을 미러링시킨 영역에 기반하여 상기 결손영역의 보철 모델을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법, 장치, 컴퓨터 프로그램 및 두개악안면 결손 보철 제조 방법{Method, apparatus, computer program of generating craniofacial implant model and method of manufacturing craniofacial implant}

본 발명은 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법, 장치, 컴퓨터 프로그램 및 이를 이용하여 두개악안면 결손 보철을 제조하는 방법에 관한 것이다.

두개악안면 결손 보철(craniofacial　implant), 또는 안면보철은 선천적/후천적으로 발생한 안면 기형(malformation) 또는 안면 결손(defect)을 가리기 위해 결손 부위에 삽입, 고정되는 보철물을 의미한다.이러한 결손 보철은 주로 전문가에 의해 주로 수작업으로 제작된다. 이때 환자 얼굴의 사진을 찍고 수치를 재서 환자 맞춤형 보철을 만들고, 주위의 피부 색깔과 차이가 나지 않도록 피부, 눈썹 등을 채색하는 작업을 하게 된다. 이러한 작업에는 정교한 손기술이 요구된다.

최근에는 CT(computed tomography) 등으로부터 3차원 얼굴 표면 데이터를 얻어, CAD(computer-aided design) 소프트웨어 등으로 보철을 모델링한 후 이를 통해 보철을 생산하는 방법이 대두되고 있다. 이때 결손 부위의 대칭 영역에 해당하는 부위를 미러링(mirroring)하는 경우 편하게 결손 부위를 모델링 할 수 있다.

미국 등록특허 제9,216,084호 (공고일 2015.12.22) 한국 공개특허 제2010-0102753호 (공개일 2010.09.24)

그러나 수작업으로 제작되는 결손 보철의 경우, 결손 부위와 보철과의 오차가 커 체적일치성이 나쁘고, 많은 시간과 비용이 소모되는 단점이 있다. 또한 CAD 소프트웨어를 이용한 방법의 경우, 대부분 고가일 뿐만 아니라 대칭면 생성, 미러링된 데이터와 결손 부위와의 정합 등을 위해 사용자가 일일이 손으로(manually) 결손 보철 모델을 만들거나 편집하여야 하여 다루기가 복잡하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 더욱 경제적이고 신속한 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법, 장치, 컴퓨터 프로그램 및 두개악안면 결손 보철 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3D 표면 데이터를 획득하는 단계는, 상기 환자의 CT 또는 MRI의 데이터를 얻는 단계; 상기 CT 또는 MRI 데이터에서 상기 환자의 피부 영역을 분할하는 단계; 및 상기 분할된 피부 영역에서 상기 3D 표면 데이터를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 상기 보철 모델을 생성하는 단계 전에, 상기 환자의 얼굴 3D 스캔 데이터를 획득하는 단계; 상기 3D 표면 데이터와 상기 3D 스캔 데이터를 정합하는 단계; 및 상기 정합된 3D 스캔 데이터로부터 획득한 상기 환자의 얼굴 색상 정보를 상기 3D 표면 데이터에 부가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3D 표면 데이터와 상기 3D 스캔 데이터를 정합하는 단계는, 상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터에서 각각 기준점(feature point)을 찾는 단계; 상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터에서 상기 기준점 주위의 기준점 주변영역을 각각 추출하는 단계; 및 상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터의 상기 각 기준점 주변영역을 정합하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 선택영역을 추출하는 단계는, 상기 3D 표면 데이터의 하나 이상의 기준점(feature point)을 찾는 단계; 상기 기준점 주위의 기준점 주변영역을 추출하는 단계; 및 상기 기준점 주변영역에서 상기 결손영역을 제외하여 상기 선택영역을 얻는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기준점은 상기 환자의 코끝(nose tip) 점 및/또는 콧등(nose bridge) 점을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 선택영역의 대칭면을 추출하는 단계는, 초기 대칭면(initial symmetry plane)을 생성하는 단계; 및 ICP 알고리즘(Iterative closest point algorithm)을 통해 상기 초기 대칭면으로부터 상기 선택영역의 대칭면을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 상기 결손영역을 추출하는 단계 후에, 상기 결손영역을 둘러싸는 결손주변영역을 추출하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 결손대응영역을 추출하는 단계는, 상기 대칭면에 대한 상기 결손주변영역의 대칭영역을 정합하여 결손주변 대응영역을 추출하는 단계; 및 상기 결손주변 대응영역의 안쪽 영역을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 결손영역을 둘러싸는 결손주변영역을 추출하는 단계는, 상기 결손영역으로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳의 데이터 점 및/또는 면을 추출하는 단계일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보철 모델을 생성하는 단계는, 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손주변 대응영역 및 상기 결손대응영역을 미러링시켜 미러링 영역을 생성하는 단계; 및 상기 결손주변영역과, 상기 미러링 영역을 정합하여, 상기 환자 얼굴의 결손부위에 대응하는 보철 모델을 얻는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보철 모델을 얻는 단계는, 상기 미러링 영역이 정합된 후에, 상기 결손주변 대응영역의 대칭 영역과 상기 결손주변영역을 비강체 정합(non-rigid registration)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 제조 방법은, 상술한 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법을 이용하여 상기 보철 모델의 금형(mold)를 제조하는 단계; 및 상기 금형을 이용하여 상기 환자 얼굴의 결손 부위의 보철을 제조하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금형을 제조하는 단계는 3D 프린팅을 통해 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 보철은 소정의 연성(flexible)을 가진 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연성을 가진 물질은 실리콘을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치는, 안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 상기 3D 표면 데이터에서, 상기 환자 얼굴의 결손영역을 추출하고, 상기 3D 표면 데이터에서 상기 결손영역을 제외한 나머지 영역의 적어도 일부를 포함하는 선택영역을 추출하고, 상기 선택영역의 대칭면을 추출하고, 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손영역을 미러링(mirroring)시킨 영역에 대응하는 결손대응영역을 추출하는 데이터 처리부; 및 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손대응영역을 미러링시킨 영역에 기반하여 상기 결손영역의 보철 모델을 생성하는 모델 생성부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 컴퓨터를 이용하여 전술한 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 개시한다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법, 장치, 프로그램에 따르면, CT / MRI 데이터 사용으로 환자맞춤형 얼굴 표면 정보를 얻을 수 있을 그뿐만 아니라, 3D 스캔 데이터(SCAN)를 이용하는 경우 이를 3D 표면 데이터(SUR)와 정합하여 색상 정보(CI)가 부가된 3D 표면 데이터(SUR)를 얻을 수 있다.

또한 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역(10R) 중 전부 또는 일부인 선택영역(20)을 이용하여 대칭면(SP)을 찾는 경우 대칭면(SP)을 추출할 수 있다. 따라서 결손부위와 대칭인 영역의 얼굴 표면 데이터를 가지고 있는 결손대응영역(30)을 미러링시킨 영역(30R)과 결손 부위의 정합성이 향상된다.

본 발명의 두개악안면 결손 보철 제조 방법에 따르면, 모든 단계가 컴퓨터를 통해 자동으로 수행되므로 전체 보철 제작 기간이 단축되고, 디지털 기반 모델링으로 인한 보철-결손 부위간의 체적일치성이 우수하다. 그뿐만 아니라, 보철 제작을 위한 금형 제작 역시 3D 프린팅을 이용해 수행되므로 환자 개개인 맞춤형 보철을 신속하고 오류 없이 제조할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델의 생성 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 3D 스캔 데이터(SCAN)를 추가로 이용하여 3D 표면 데이터(SUR)에 색상 정보(CI)를 부가하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 선택영역(20)을 추출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 대칭면(SP)을 추출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 결손주변영역(11)을 추출하여 보철 모델을 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7은 보철 모델을 생성하는 단계(S600)를 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 같거나 대응하는 구성 요소는 같은 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델의 생성 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터(SUR)를 획득하는 단계(S100); 3D 표면 데이터(SUR)에서, 환자 얼굴의 결손영역(10)을 추출하는 단계(S200); 3D 표면 데이터(SUR)에서 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역(10R)의 적어도 일부를 포함하는 선택영역(20)을 추출하는 단계(S300); 선택영역(20)의 대칭면(SP)을 추출하는 단계(S400); 결손영역(10)을 대칭면(SP)에 미러링(mirroring)시킨 부위에 대응하는 결손대응영역(30)을 추출하는 단계(S500); 및 결손대응영역(30)을 대칭면(SP)에 대해 미러링시킨 영역(30R)에 기반하여 결손영역(10)의 보철 모델을 생성하는 단계(S600)를 포함한다.

도 1의 (a)를 참조하면, 먼저 안면 결손 환자의 3D 표면 데이터(SUR)를 획득하는 단계(S100)가 수행된다. 도 1의 (a)에서는 도면을 기준으로 오른쪽 눈 부위가 결손된 환자의 3D 표면 데이터(SUR)가 예시되어 있다. 이러한 결손 부위는 예시적인 것으로, 결손 부위는 얼굴의 어느 부분에도 있을 수 있으나, 얼굴의 좌우대칭의 기준이 되는 대칭면(SP)이 결손 부위를 지나지 않는 것이 본 발명을 실시하기에 바람직할 수 있다.

결손 부위가 생긴 부분의 3D 표면 데이터(SUR)를 획득하는 단계(S100)는, 환자의 CT 또는 MRI의 데이터를 얻는 단계; CT 또는 MRI 데이터에서 환자의 피부 영역을 분할하는 단계; 및 분할된 피부 영역에서 3D 표면 데이터(SUR)를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

CT 또는 MRI 데이터에서 환자의 피부 영역을 분할하는 단계는 Thresholding 방법, Seeded Region Growing 방법, Hold Filling 방법 등을 이용할 수 있고, 분할된 피부 영역에서 3D 표면 데이터(SUR)를 추출하는 단계는 Marching Cube 알고리즘을 이용하여 3D 격자 표면(Mesh surface) 추출하는 방법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이후, 도 1의 (b)를 참조하면, 3D 표면 데이터(SUR)에서 환자 얼굴의 결손영역(10)을 추출하는 단계(S200)가 수행된다. 결손영역(10)은 환자 얼굴 중 피부/뼈가 결손된 부위의 데이터 영역, 즉 3D 표면 데이터(SUR)에서 결손 부위에 해당하는 영역의 데이터 점 및/또는 면(데이터 점이 이루는 삼각형 또는 폴리곤(polygon))이 분포한 영역을 의미한다. 결손된 부위의 데이터 영역은, 결손 부위 주변의 영역과 비교했을 때 명암에 차이가 있고 데이터 좌표값 역시 급격하게 변한다. 따라서 전체 영역으로부터 특정 영역을 추출하는 소정의 알고리즘을 이용하여 결손영역(10)을 자동으로 추출할 수 있다.

한편, 결손영역의 경계 부분이 급격하게 변하지 않아 결손영역(10)을 추출하는 것이 어려운 경우라면, 사용자가 결손영역(10)의 경계선 커브를 그리는 방법 등을 통해 결손영역(10)을 직접 추출할 수도 있다.

이후, 도 1의 (c) 및 (d)를 참조하면, 3D 표면 데이터(SUR)에서 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역(10R)의 적어도 일부를 포함하는 선택영역(20)을 추출하는 단계(S300)가 수행된다. 나머지 영역(10R)은 전체 3D 표면 데이터(SUR) 중, 결손영역(10)의 데이터를 제외한 나머지 데이터 점 또는 면이 분포한 영역을 의미한다. 예컨대 선택영역(20)은 결손영역(10)을 둘러싸도록 형성되어 내부에 구멍(cavity)이 형성된 듯한 모양을 가질 수 있으며, 여기서 선택영역(20)은 나머지 영역(10R)의 전부 또는 일부일 수 있다. 나머지 영역(10R) 중 일부를 선택하는 방식에 대해서는 후술한다.

이후, 도 1의 (e)를 참조하면, 환자 얼굴의 대칭면(SP)을 추출하는 단계(S400)가 수행된다. 정상인의 경우, 얼굴의 좌우는 대략 대칭이므로 신체의 좌우 대칭의 기준이 되는 구결면(sagittal plane)을 찾는 것이 크게 어렵지 않다. 그러나 안면 결손 환자의 경우 결손 부위가 있어 좌우 비대칭의 정도가 더 심한데, 이렇게 되면 자동으로 대칭면(SP)을 추출하는데 실패할 가능성이 있다. 그러나 본 발명과 같이 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역(10R) 중 전부 또는 일부인 선택영역(20)을 이용하여 대칭면(SP)을 찾는 경우, 기존에 결손 환자의 안면 결손영역을 포함한 영역으로부터 대칭면을 추출했던 것에 비해 보다 정확하게 대칭면(SP)을 추출할 수 있게 된다. 이에 대해서는 후술한다.

이후, 도 1의 (f)를 참조하면, 결손영역(10)을 대칭면(SP)에 대해 미러링시킨 부위에 대응하는 결손대응영역(30)을 추출하는 단계(S500)가 수행된다. 결손대응영역(30)은, 환자의 결손 부위에 대칭인 정상적인 부위의 영역을 의미한다. 결손대응영역(30)을 추출하는 방법은 기 추출한 대칭면(SP)을 이용하여 수행될 수 있는데, 이는 후술한다.

이후, 도 1의 (g) 및 (h)를 참조하면, 결손대응영역(30)을 대칭면(SP)에 대해 미러링시킨 영역(30R)에 기반하여 결손영역(10)의 보철 모델을 생성하는 단계(S600)가 수행된다. 사람의 얼굴은 원래 좌우대칭성을 가지고 있으므로, 결손부위와 대칭인 영역의 얼굴 표면 데이터를 가지고 있는 결손대응영역(30)을 미러링시킨 후, 이 영역(30R)을 원래의 결손 부위에 맞도록 조절하는 단계를 거치면, 결손 부위의 보철 모델을 생성할 수 있게 된다.

이하 각각의 단계 및 추가로 수행될 수 있는 단계를 상세히 서술한다.

도 2는 3D 스캔 데이터(SCAN)를 추가로 이용하여 3D 표면 데이터(SUR)에 색상 정보(CI)를 부가하는 방법을 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 상기 보철 모델을 생성하는 단계(S600) 전에, 환자의 얼굴 3D 스캔 데이터(SCAN)를 획득하는 단계(S120); 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합하는 단계(S140); 및 정합된 3D 스캔 데이터(SCAN)로부터 획득한 환자의 얼굴 색상 정보(CI)를 3D 표면 데이터(SUR)에 부가하는 단계(S160)를 더 포함한다.

도 2의 (a)는 사람 얼굴의 3D 표면 데이터(SUR)를 나타낸 그림이고, 도 2의 (b)는 동일인의 3D 스캔 데이터(SCAN)를 나타낸 그림이다.

앞서 서술하였듯, 3D 표면 데이터(SUR)는 CT 또는 MRI 촬영을 통하여 얻을 수 있다. 한편, 3D 스캔 데이터(SCAN)는 얼굴 3D 스캐너 등을 이용하여 얻을 수 있는데, CT와는 달리 3D 스캔 데이터(SCAN)는 CT/MRI에서는 얻을 수 없는 얼굴의 상세한 정보, 예를 들어 색상, 수염, 머리, 점 등을 표현하는 데이터를 포함할 수 있다.

그러나 이러한 수염, 머리카락, 털 등의 세세한 데이터는, 피부 보철 제작을 위한 얼굴 표면의 데이터와는 이질적인 것으로서, 데이터 처리 또는 정합시 오히려 에러(error)율을 크게 하는 요소가 될 수 있다. 또한 CT 또는 MRI로부터 얻은 경조직(bone)에 관한 데이터를 분할하는 경우, 추후 제조될 보철의 식립 위치 및 방향 등을 정확히 계산할 수 있게 된다. 이에 본 발명에서는 CT 또는 MRI로부터 얻은 데이터를 3D 표면 데이터(SUR)로 활용하고, 3D 스캔 데이터(SCAN)는 부가적으로 활용된다.

그러나 CT/MRI로부터 얻은 데이터에는 추후 보철을 분장(색상을 입히는 작업)할 때 활용될 피부의 색상 정보(CI)가 포함되지 아니하는데, 이러한 색상 정보(CI)를 가지고 있는 3D 스캔 데이터(SCAN)를 3D 표면 데이터(SUR)에 부가할 방법이 필요하다. 이하에서는 이에 대해 상세히 기술하도록 한다.

도 2의 (c), (d)를 참조하면, 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)가 정합된다. 같은 사람에 대해 촬영을 하더라도, 촬영시점에 따라 다른 미묘한 근육의 변화 등으로 인하여 CT/MRI로부터 얻은 데이터(SUR)의 얼굴 표면 굴곡과 3D 스캔으로부터 얻은 데이터(SCAN)의 얼굴 표면 굴곡은 완벽하게 일치하지 않는 것이 보통이다. 따라서 3D 스캔 데이터(SCAN)의 색상 정보(CI)를 3D 표면 데이터(SUR)에 부가하기 위해서는, 3D 스캔 데이터(SCAN)의 데이터 점(data point)과 3D 표면 데이터(SUR)의 데이터 점을 알맞게 매칭시키는 과정이 필요한데, 이를 정합(registration)이라고 한다. 도 2의 (c), (d)는 두 데이터(SUR, SCAN)를 정합시키는 과정을 보여주고, 도 2의 (e)는 색상 정보(CI)가 부가된 3D 표면 데이터(SUR)를 얻는 단계(S160)를 거쳐서 두 데이터(SUR, SCAN)가 정합된 결과를 나타낸다.

도 2에서는 3D 스캔 데이터(SCAN) 획득 단계(S120), 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)의 정합 단계(S140), 색상 정보(CI)를 3D 표면 데이터(SUR)에 부가하는 단계(S160)가 S100 단계 바로 이후에 이루어지는 것을 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 단계(S120, S140, S160)는 보철 모델 생성 단계(S600) 전이라면 언제든지 수행될 수 있다. 나아가 3D 스캔 데이터(SCAN) 획득 단계(S120)가 3D 표면 데이터(SUR) 획득 단계(S100) 보다 먼저 일어나는 것도 가능하다 할 것이다.

도 3은 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합하는 방법을 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따르면, 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합하는 단계(S140)는, 3D 표면 데이터(SUR) 및 3D 스캔 데이터(SCAN)에서 각각 기준점(feature point)을 찾는 단계(S142), 기준점 주위의 기준점 주변영역을 각각 추출하는 단계(S144); 및 각 추출된 기준점 주변영역을 정합하는 단계(S146)를 포함한다.

도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 먼저 3D 표면 데이터(SUR) 및 3D 스캔 데이터(SCAN)에서 각각 기준점을 찾는 단계(S142)가 수행된다. 여기서 기준점은 환자의 코끝(nose tip, FP1) 점 및/또는 콧등(nose bridge, FP2) 점일 수 있다. 코끝은 가장 볼록, 콧등은 가장 오목한 부분이므로, 기준점은 데이터 표면을 미분하는 등의 공지된 알고리즘을 통해 자동으로 찾을 수 있는 지점이다.

도 3의 (c) 및 (d)를 참조하면, 다음으로, 기준점 주위의 기준점 주변영역(51, 52)을 각각 추출하는 단계(S144)가 수행된다. 기준점 주변영역(51, 52)은, 기준점에서 소정 거리 안에 있는 데이터 영역으로, 예컨대 눈, 코, 입 부위를 포함할 수 있다. 도 3에서는 기준점 주변영역(51, 52)이 코끝 기준점에서 소정 거리 안에 있는 영역인 것을 예시하였으나, 기준점 주변영역(51, 52)은 이외에도 다양한 모양을 가질 수 있다.

여기서, 3D 표면 데이터(SUR) 전체 및 3D 스캔 데이터(SCAN) 전체를 사용하지 않고 각각의 데이터에서 기준점 주변영역(51, 52)의 데이터만을 추출하여 정합 단계(S146)에 이용하는 것은, 3D 스캔 데이터(SCAN)에서의 수염, 머리카락, 털 등의 정보를 제외하는 것이 더 좋은 정합 결과를 주기 때문이다.

도 3의 (e)를 참조하면, 각 기준점 주변영역(51, 52)을 정합하는 단계(S146)가 수행된다. 우선, 각 기준점(예컨대, FP1)과 기준점에서의 수직 벡터(normal vector)를 이용하여, 각 기준점 주변영역(51, 52)을 초기 배열(initial alignment)할 수 있다. 이후, ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘을 이용하여 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합시킨다. 이후 3D 스캔 데이터(SCAN) 점의 각각의 색상 정보(CI)를, 대응하는 3D 표면 데이터(SUR) 점에 추가하여, 색상 정보(CI)가 부가된 3D 표면 데이터(SUR)를 얻는다.

같은 사람에게서 얻은 두 개의 다른 데이터, 즉 CT/MRI 에서 획득한 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)에서는 거의 비슷한 기준점 주변영역(51, 52)이 추출되기 때문에, 정합이 정확하게 수행될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3에서는 3D 표면 데이터(SUR)에 색상 정보(CI)를 부가하는 방법을 서술하기 위해 안면 부위 결손이 없는 정상인의 3D 표면 데이터(SUR)를 나타낸 것일 뿐, 도 2 및 도 3을 바탕으로 서술된 방법은 당연히 안면 부위 결손 환자의 보철 모델을 생성할 때도 적용될 수 있다.

도 4는 선택영역(20)을 추출하는 방법을 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따르면, 선택영역(20)을 추출하는 단계(S300)는, 3D 표면 데이터(SUR)의 하나 이상의 기준점(feature point)을 찾는 단계(S320); 기준점 주위의 기준점 주변영역을 추출하는 단계(S340); 및 기준점 주변영역에서 결손영역(10)을 제외하여 선택영역(20)을 얻는 단계(S360)를 포함한다.

도 4의 (a)를 참조하면, 먼저, 얼굴의 기준점(FP1, FP2)을 찾는 단계(S320)가 수행된다. 기준점은 환자의 코끝(nose tip, FP1) 점 및/또는 콧등(nose bridge, FP2) 점일 수 있다. 코끝은 가장 볼록, 콧등은 가장 오목한 부분이므로, 데이터 표면을 미분하는 등의 공지된 알고리즘을 통해 자동으로 찾을 수 있는 지점이다.

도 4의 (b)를 참조하면, 다음으로 기준점 주변영역(51)을 추출하는 단계(S340)가 수행된다. 기준점 주변영역(51)은, 기준점에서 소정 거리 안에 있는 데이터 영역으로, 예컨대 눈, 코, 입 부위를 포함할 수 있다. 이때 '소정 거리'는 기준점 주변영역이 결손영역(10)을 포함하도록 정해질 수 있다. 도 4의 (b)에서는 기준점 주변영역(51)이 코끝 기준점(FP1)에서 소정 거리 안에 있는 영역인 것으로, 도 4의 (c)에서는 기준점 주변영역(51)이 2개의 기준점(FP1, FP2)을 이은 선을 대칭선으로 하는 직사각형 모양의 영역인 것으로 예시하였으나, 기준점 주변영역(51)은 다양한 모양을 가질 수 있다. 이러한 모양은 수염, 머리카락, 털이 있는 부분을 제외하고, 데이터 획득의 시점, 즉 촬영 시점과 관계없이 데이터에 크게 변동이 없을 만한 영역을 고려하여 선택될 수 있으며, 기준점 주변영역(51)의 크기는 결손 부위에 따라 달라질 수 있다.

도 4의 (d) 및 (e)를 참조하면, 기준점 주변영역(51)에서 결손영역(10)을 제외하여 선택영역(20)을 얻는다. 이때 결손영역(10)을 제외한다는 것은 결손영역(10)의 데이터 점 또는 면을 제외한다는 것을 의미할 수 있다. 예컨대 도 4의 (d) 및 (e)와 같이 기준점 주변영역(51)이 결손영역(10)을 둘러싸는 경우, 선택영역(20)은 안에 구멍이 뚫린 형태의 영역이 된다. 도시되지는 않았으나, 예컨대 기준점 주변영역(51)은 결손영역(10)의 일부와 중첩될 수 있다. 이 경우에 선택영역(20)은 움푹 파인 형태의 영역이 된다. 한편, 기준점 주변영역(51)과 결손영역(10)이 중첩하지 않는 경우에는 기준점 주변영역(51)과 선택영역(20)은 같은 영역이 된다. 본 발명과 같이 결손영역(10)이 제외된 선택영역(20)을 사용하는 경우, 에러(error)의 요인으로 작용하는 결손영역(10)이 제외되어 후술할 대칭면(SP)을 더 정확하게 추출할 수 있다.

도 5는 대칭면(SP)을 추출하는 방법을 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따르면, 선택영역(20)의 대칭면(SP)을 추출하는 단계(S400)는, 초기 대칭면(SP(1))을 생성하는 단계(S420); ICP 알고리즘(Iterative closest point algorithm)을 수행하는 단계(S440) 및 선택영역(20)의 최종 대칭면(SP)을 산출하는 단계(S460)를 포함한다.

도 5의 (a)를 참조하면, 먼저 초기 대칭면(SP(1))을 생성 또는 설정하는 단계(S420)가 수행된다. 이때 실제 구결면(sagittal plane, 미도시)에 가까운 최종 대칭면(SP)을 찾기 위해서는 초기 대칭면(SP(1))을 어느 정도 구결면에 가깝게 설정하여야 한다. 이때 예컨대 코끝, 콧등 기준점(FP1, FP2)으로 이루어지는 벡터 및 선택영역의 점 전체의 최소 제곱 평면(least squares plane)의 법선 벡터가 이루는 평면을 초기 대칭면(SP(1))으로 생성 또는 설정할 수 있다. 초기 대칭면(SP(1))을 생성 또는 설정하는 방법은 상기 예에 제한되지 않으며 다양한 알고리즘을 통해 구현될 수 있다.

이후, 도 5의 (b)를 참조하면, ICP 알고리즘을 수행하는 단계(S440)가 진행된다. 선택영역(20)을 초기 대칭면(SP(1))에 대해 대칭시킨 후, 선택영역(20)과 대칭-선택영역 간의 거리를 측정한다. 이때 두 영역 간의 거리는 예컨대 각 점의 최근접점(closest point)과의 거리의 제곱의 합 등으로 정의될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 오차를 줄이기 위하여 각 점의 최근접점과의 거리가 소정 값 이상인 경우 이 점을 데이터에서 제외시키는 것도 가능하다.

이후, 선택영역(20)의 각 점(벡터)에 회전 행렬(rotation matrix, R)을 곱하고 평행이동 벡터(translation vector, t)를 더해 얻은 점 세트(set)와 대칭-선택영역 간의 거리가 일정 값 이하가 될 때까지 R과 t를 바꾸는 것을 반복한다.

이후, 최종적으로 변환된 선택영역의 한 점과 이에 대응하는 대칭-선택영역의 점의 중점을 지나는 평면(SP(n))을 통해 최종 대칭면(SP)을 산출한다(S460). 상술한 ICP 알고리즘은 개략적인 아이디어만을 서술한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 6은 결손주변영역(11)을 추출하여 보철 모델을 생성하는 방법을 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은, 결손영역(10)을 추출하는 단계(S200) 후에, 결손영역(10)을 둘러싸는 결손주변영역(11)을 추출하는 단계(S220)를 더 포함하고, 결손대응영역(30)을 추출하는 단계(S500)는, 대칭면(SP)에 대한 결손주변영역의 대칭영역(11S)을 정합하는 단계(S520) 및 결손주변 대응영역(31)을 추출하는 단계(S540); 및 결손주변 대응영역(31)의 안쪽 영역(30)을 추출하는 단계(S560)를 포함한다.

도 6의 (a)는 안면 결손 환자의 3D 표면 데이터(SUR) 중 결손영역(10)을 나타내고, 도 6의 (b)는 결손주변영역(11)을 추출하는 단계(S220)를 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 결손영역(10)을 둘러싸는 결손주변영역(11)을 추출하는 단계(S220)는, 결손영역(10)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳의 데이터 점 또는 면을 추출하는 단계이다. 즉 결손주변영역(11)은 결손영역(10)의 경계선으로부터 소정 거리 이내에 있는 데이터 영역일 수 있다. 이때 '소정 거리'는 결손영역(10)의 외접원의 지름에 대해 일정비율을 가지도록 미리 설정될 수도 있고, 절대적으로 약 0.5mm에서 3cm의 값을 가지도록 설정될 수도 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 결손영역(10)의 크기에 따라 '소정 거리'는 달라질 수 있다.

도 6의 (c) 및 (d)를 참조하면, 대칭면(SP)에 대해 결손주변영역(11)을 대칭시킨 영역, 즉 대칭영역(11S)이 원래의 3D 표면 데이터(SUR)와 정합되어(S520) 결손주변 대응영역(31)이 추출된다(S540). 결손주변영역(11)의 대칭영역(11S)은 원래의 3D 표면 데이터(SUR)와는 별개로 생성된 영역이다. 결손주변 대응영역(31)은, 원래의 3D 표면 데이터(SUR) 중 결손주변영역(11)의 대칭영역(11S)과 정합되는 영역을 의미한다. 결손주변영역(11)의 대칭영역(11S)과 원래의 3D 표면 데이터(SUR)를 정합시켜, 결손주변 대응영역(31)을 추출한다.

이후, 도 6의 (e)를 참조하면, 결손주변 대응영역(31)의 안쪽 영역(31)을 추출하는 단계가 수행된다. 결손주변 대응영역(31)의 안쪽 영역(31)은 결손대응영역(30)으로 정의된다. 즉 결손대응영역(30)은 결손부위의 대칭 위치에 존재하는 정상 영역이다. 이 '정상 영역'인 결손대응영역(30)은 추후 다시 대칭면(SP)에 의해 미러링되어 보철 모델의 기초가 된다.

도 7은 보철 모델을 생성하는 단계(S600)를 나타낸 순서도이다.

일 실시예에 따르면, 보철 모델을 생성하는 단계(S600)는, 결손주변 대응영역(31) 및 결손대응영역(30)을 대칭면(SP)에 대해 미러링시켜(S620) 미러링 영역(40)을 생성하는 단계(S640); 및 결손주변영역(11)과 미러링 영역(40)을 정합하여, 환자 얼굴의 결손 부위에 대응하는 보철 모델을 얻는 단계(S680)를 포함한다.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 먼저 결손주변 대응영역(31) 및 결손대응영역(30)을 대칭면(SP)에 대해 미러링시킨 후 미러링 영역(40)을 생성하는 단계(S620, S640)가 수행된다. 결손주변 대응영역(31) 및 결손대응영역(30)은 3D 표면 데이터(SUR)의 일부이나, 이를 미러링시킨 데이터는 원래의 3D 표면 데이터(SUR)와 다른 별개의 데이터이다. 이때 미러링 영역(40)은 결손주변 대응영역의 대칭영역(31R) 및 결손대응영역의 대칭영역(30R)을 포함한다. 한편, 결손주변 대응영역의 대칭영역(31R)은, 결손주변영역(11)과 비슷하지만 약간 다른 모양을 가질 수 있다.

이후 도 7의 (c)를 참조하면, 결손주변영역(11)과 미러링 영역(40)을 정합하는 단계(S660)가 수행된다.

결손주변 대응영역(31)의 대칭영역을 결손주변영역(11)과 정합시키면, 미러링 영역(40) 전체의 데이터 점 좌표가 미세하게 조정된다. 즉 미러링 영역(40)은, 결손주변 대응영역(31)의 대칭영역(31R)이 결손주변영역(11)과 가장 잘 정합되도록 그 좌표가 전체적으로 조절된다.

일 실시예에 따르면, 보철 모델을 얻는 단계(S680)는, 미러링 영역(40)이 정합된 후에, 결손주변 대응영역(31)의 대칭 영역(31R)과 결손주변영역(11)을 비강체 정합(non-rigid registration)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 비강체 정합된 대칭영역(31R)이 결손주변영역(11)과 일치하게 되므로, 생성한 보철 모델은 실제 환자의 얼굴에 잘 맞아 틈새가 없게 된다.

조절된 미러링 영역(40)은 정상 영역의 얼굴 표면 데이터를 가지게 되고, 따라서 보철 모델로 기능할 수 있게 된다. 도 7의 (d)를 참조하면, 얼굴 표면 정보 및 색상 정보(CI)를 모두 포함하는 보철 모델이 얻어진다(S680). 본 발명의 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법에 따르면, CT / MRI 데이터 사용으로 환자맞춤형 얼굴 표면 정보를 얻을 수 있을 그뿐만 아니라, 3D 스캔 데이터(SCAN)를 이용하는 경우 이를 3D 표면 데이터(SUR)와 정합하여 색상 정보(CI)가 부가된 3D 표면 데이터(SUR)를 얻을 수 있다.

또한 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역(10R) 중 전부 또는 일부인 선택영역(20)을 이용하여 대칭면(SP)을 찾는 경우, 정확하게 대칭면(SP)을 추출할 수 있다. 따라서 결손부위와 대칭인 영역의 얼굴 표면 데이터를 가지고 있는 결손대응영역(30)을 미러링시킨 영역(30R)과 결손 부위의 정합성이 향상된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 제조 방법을 나타낸 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 제조 방법은, 위의 결손 보철 모델 생성 방법을 이용하여 보철 모델의 금형(mold)를 제조하는 단계(S700); 및 금형을 이용하여 상기 환자 얼굴의 결손 부위의 보철을 제조하는 단계(S800)를 포함한다.

상기 단계(S100 내지 S600)에 의해 생성된 보철 모델은 컴퓨터에 의해 처리되는 데이터이므로, 이를 물리적인 보철로 만들기 위해서는 하드웨어(hardware)적인 처리가 필요하다. 이때 보철 모델과 반대 형상을 갖는 금형(mold) 모델을 소프트웨어적으로 먼저 생성한 후, 예컨대 3D 프린팅을 통하여 금형을 자동으로 제조할 수 있다. 이후, 보철의 원료 물질을 금형에 부어, 보철을 제조한다.

이때 보철은 소정의 연성(flexible)을 가진 물질, 예컨대 실리콘(silicon)과 같은 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 보철이 연성을 가진 물질로 제조되는 경우, 피부와 유사한 질감을 줄 수 있으며 보철 착용시의 환자의 불편함을 최소화시킬 수 있다. 이후, 머리카락, 털, 피부색을 표현하기 위한 최종 분장 단계(S900)를 거쳐 보철 제조를 완료한다.

본 발명의 두개악안면 결손 보철 제조 방법에 따르면, 모든 단계가 컴퓨터를 통해 자동으로 수행되므로 전체 보철 제작 기간을 단축할 수 있고, 디지털 기반 모델링으로 인한 보철-결손 부위간의 체적일치성이 우수하다. 그뿐만 아니라, 보철 제작을 위한 금형 제작 역시 3D 프린팅을 이용해 수행되므로 환자 개개인 맞춤형 보철을 신속하고 오류 없이 제조할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치(100)를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 9에 도시된 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치(100)는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예와 관련된 구성요소들만을 도시한 것이다. 따라서, 도 9에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

본 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치(100)는 적어도 하나 이상의 프로세서(processor)에 해당하거나, 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치(100)는 마이크로 프로세서나 범용 컴퓨터 시스템과 같은 다른 하드웨어 장치에 포함된 형태로 구동될 수 있다.

본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 본 발명의 구성요소들이 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치(100)는, 안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터(SUR)를 획득하는 데이터 획득부(110); 3D 표면 데이터(SUR)에서, 환자 얼굴의 결손영역(10)을 추출하고, 3D 표면 데이터(SUR)에서 결손영역(10)을 제외한 나머지 영역의 적어도 일부를 포함하는 선택영역(20)을 추출하고, 선택영역(20)의 대칭면(SP)을 추출하고, 대칭면(SP)을 기준으로 결손영역(10)을 미러링(mirroring)시킨 영역에 대응하는 결손대응영역(30)을 추출하는 데이터 처리부(120); 및 대칭면(SP)을 기준으로 결손대응영역(30)을 미러링시킨 영역에 기반하여 결손영역(10)의 보철 모델을 생성하는 모델 생성부(130)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 획득부(110)는 환자의 CT 또는 MRI의 데이터를 얻고, 데이터 처리부(120)는 CT 또는 MRI 데이터에서 환자의 피부 영역을 분할하고, 분할된 피부 영역에서 3D 표면 데이터를 추출하여 3D 표면 데이터를 획득한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 획득부(110)는 환자의 얼굴 3D 스캔 데이터(SCAN)를 획득하고, 데이터 처리부(120)는 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합하고, 정합된 3D 스캔 데이터로부터 획득한 환자의 얼굴 색상 정보를 3D 표면 데이터(SUR)에 부가한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 3D 표면 데이터(SUR) 및 3D 스캔 데이터(SCAN)에서 각각 기준점(feature point)을 찾고, 3D 표면 데이터(SUR) 및 3D 스캔 데이터(SCAN)에서 기준점 주위의 기준점 주변영역(51, 52)을 각각 추출하고, 3D 표면 데이터(SUR) 및 3D 스캔 데이터(SCAN)의 각 기준점 주변영역(51, 52)을 정합하여 3D 표면 데이터(SUR)와 3D 스캔 데이터(SCAN)를 정합한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 3D 표면 데이터(SUR)의 하나 이상의 기준점(feature point)을 찾고, 기준점 주위의 기준점 주변영역(51, 52)을 추출하고, 기준점 주변영역(51, 52)에서 결손영역(10)을 제외하여 선택영역(20)을 얻어 선택영역(20)을 추출한다.

일 실시예에 따르면, 기준점은 환자의 코끝(nose tip) 점 및/또는 콧등(nose bridge) 점을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 초기 대칭면(initial symmetry plane)을 생성하고, ICP 알고리즘(Iterative closest point algorithm)을 통해 초기 대칭면으로부터 선택영역(20)의 대칭면(SP)을 산출하여 선택영역(20)의 대칭면(SP)을 추출한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 결손영역(10)을 추출한 후 결손영역(10)을 둘러싸는 결손주변영역(11)을 추출하고, 대칭면(SP)에 대한 결손주변영역(11)의 대칭영역(11S)을 정합하여 결손주변 대응영역(31)을 추출하고, 결손주변 대응영역(31)의 안쪽 영역을 추출하여 결손대응영역(30)을 추출한다.

일 실시예에 따르면, 데이터 처리부(120)는 결손영역(10)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳의 데이터 점 및/또는 면을 추출하여 결손영역(10)을 둘러싸는 결손주변영역(11)을 추출한다.

일 실시예에 따르면, 모델 생성부(130)는 대칭면(SP)을 기준으로 결손주변 대응영역(31) 및 결손대응영역(30)을 미러링시켜 미러링 영역(40)을 생성하고, 결손주변영역(11)과 미러링 영역(40)을 정합하여 환자 얼굴의 결손부위에 대응하는 보철 모델을 얻는다.

일 실시예에 따르면, 모델 생성부(130)는 미러링 영역(40)이 정합된 후에, 결손주변 대응영역의 대칭 영역(31R)과 결손주변영역(11)을 비강체 정합(non-rigid registration)하여 보철 모델을 얻는다.

한편, 도 1 내지 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 결손영역 10R: 나머지 영역
11: 결손주변영역 11S: 결손주변영역 대칭영역
20: 선택영역 30: 결손대응영역
30R: 결손대응영역 대칭영역 31: 결손주변 대응영역
31R: 결손주변 대응영역 대칭영역
40: 미러링 영역
51, 52: 기준점 주변영역
SUR: 3D 표면 데이터 SCAN: 3D 스캔 데이터
100: 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치
110: 데이터 획득부 120: 데이터 처리부
130: 모델 생성부

Claims

안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터를 획득하는 단계;
상기 3D 표면 데이터에서, 상기 환자 얼굴의 결손영역을 추출하는 단계;
상기 결손영역을 둘러싸는 결손주변영역을 추출하는 단계;
상기 3D 표면 데이터에서 상기 결손영역을 제외한 나머지 영역의 적어도 일부를 포함하는 선택영역을 추출하는 단계;
상기 선택영역의 대칭면을 추출하는 단계;
상기 대칭면을 기준으로 상기 결손영역을 미러링(mirroring)시킨 영역에 대응하는 결손대응영역을 추출하는 단계; 및
상기 대칭면을 기준으로 상기 결손대응영역을 미러링시킨 영역에 기반하여 상기 결손영역의 보철 모델을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 결손대응영역을 추출하는 단계는,
상기 대칭면에 대한 상기 결손주변영역의 대칭영역을 정합하여 결손주변 대응영역을 추출하는 단계; 및
상기 결손주변 대응영역의 안쪽 영역을 추출하는 단계를 포함하며,
상기 보철 모델을 생성하는 단계는,
상기 대칭면을 기준으로 상기 결손주변 대응영역 및 상기 결손대응영역을 미러링시켜 미러링 영역을 생성하는 단계; 및
상기 결손주변영역과, 상기 미러링 영역을 정합하여, 상기 환자 얼굴의 결손부위에 대응하는 보철 모델을 얻는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 표면 데이터를 획득하는 단계는,
상기 환자의 CT 또는 MRI의 데이터를 얻는 단계;
상기 CT 또는 MRI 데이터에서 상기 환자의 피부 영역을 분할하는 단계; 및
상기 분할된 피부 영역에서 상기 3D 표면 데이터를 추출하는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 보철 모델을 생성하는 단계 전에,
상기 환자의 얼굴 3D 스캔 데이터를 획득하는 단계;
상기 3D 표면 데이터와 상기 3D 스캔 데이터를 정합하는 단계; 및
상기 정합된 3D 스캔 데이터로부터 획득한 상기 환자의 얼굴 색상 정보를 상기 3D 표면 데이터에 부가하는 단계를 더 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제3항에 있어서,
상기 3D 표면 데이터와 상기 3D 스캔 데이터를 정합하는 단계는,
상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터에서 각각 기준점(feature point)을 찾는 단계;
상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터에서 상기 기준점 주위의 기준점 주변영역을 각각 추출하는 단계; 및
상기 3D 표면 데이터 및 상기 3D 스캔 데이터의 상기 각 기준점 주변영역을 정합하는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 선택영역을 추출하는 단계는,
상기 3D 표면 데이터의 하나 이상의 기준점(feature point)을 찾는 단계;
상기 기준점 주위의 기준점 주변영역을 추출하는 단계; 및
상기 기준점 주변영역에서 상기 결손영역을 제외하여 상기 선택영역을 얻는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제4항에 있어서,
상기 기준점은 상기 환자의 코끝(nose tip) 점 또는 콧등(nose bridge) 점을 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 선택영역의 대칭면을 추출하는 단계는,
초기 대칭면(initial symmetry plane)을 생성하는 단계; 및
ICP 알고리즘(Iterative closest point algorithm)을 통해 상기 초기 대칭면으로부터 상기 선택영역의 대칭면을 산출하는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 결손영역을 둘러싸는 결손주변영역을 추출하는 단계는,
상기 결손영역으로부터 소정 거리만큼 떨어진 곳의 데이터 점 또는 면을 추출하는 단계인, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 보철 모델을 얻는 단계는,
상기 미러링 영역이 정합된 후에, 상기 결손주변 대응영역의 대칭 영역과 상기 결손주변영역을 비강체 정합(non-rigid registration)하는 단계를 더 포함하는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 방법.
제1항의 방법을 이용하여 상기 보철 모델의 금형(mold)를 제조하는 단계; 및
상기 금형을 이용하여 상기 환자 얼굴의 결손 부위의 보철을 제조하는 단계를 포함하는, 두개악안면 결손 보철 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 금형을 제조하는 단계는 3D 프린팅을 통해 수행되는, 두개악안면 결손 보철 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 보철은 소정의 연성(flexible)을 가진 물질을 포함하는, 두개악안면 결손 보철 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 연성을 가진 물질은 실리콘을 포함하는, 두개악안면 결손 보철 제조 방법.
안면 결손 환자 얼굴의 3D 표면 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
상기 3D 표면 데이터에서, 상기 환자 얼굴의 결손영역을 추출하고, 상기 결손영역을 둘러싸는 결손주변영역을 추출하고, 상기 3D 표면 데이터에서 상기 결손영역을 제외한 나머지 영역의 적어도 일부를 포함하는 선택영역을 추출하고, 상기 선택영역의 대칭면을 추출하고, 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손영역을 미러링(mirroring)시킨 영역에 대응하는 결손대응영역을 추출하는 데이터 처리부; 및
상기 대칭면을 기준으로 상기 결손대응영역을 미러링시킨 영역에 기반하여 상기 결손영역의 보철 모델을 생성하는 모델 생성부;를 포함하고,
상기 데이터 처리부는,
상기 대칭면에 대한 상기 결손주변영역의 대칭영역을 정합하여 결손주변 대응영역을 추출하고, 상기 결손주변 대응영역의 안쪽 영역을 추출하여 상기 결손대응영역을 추출하고,
상기 모델 생성부는, 상기 대칭면을 기준으로 상기 결손주변 대응영역 및 상기 결손대응영역을 미러링시켜 미러링 영역을 생성하고, 상기 결손주변영역과 상기 미러링 영역을 정합하여 상기 환자 얼굴의 결손부위에 대응하는 보철 모델을 얻는, 두개악안면 결손 보철 모델 생성 장치.
컴퓨터를 이용하여 제1항 내지 제7항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.