KR102021942B1 - Fracture line calculation method and fracture line calculation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 골강도 및 예상골절조건 산출 방법 및 이를 적용한 예상골절조건 산출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 뼈에 있어서, 골절이 발생할 것으로 예상되는 라인을 신속하고 정확하게 산출하기 위한 골강도 및 예상골절조건 산출 방법 및 이를 적용한 예상골절조건 산출 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 a) 분석대상 뼈 데이터를 추출하는 단계; b) 추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계; c) 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계; d) 설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계; 및 e) 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 d) 단계에서, 상기 뼈의 골밀도, 상기 뼈 데이터에 가해지는 단위 질량당 응력 및 이에 따른 상기 뼈 데이터의 단위 체적당 변위를 종합하여 하중 해석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for calculating bone strength and expected fracture conditions, and a system for calculating expected fracture conditions using the same. More specifically, the bone strength and expected fracture for quickly and accurately calculating a line in which a fracture is expected to occur in a patient's bone. The present invention relates to a condition calculation method and an expected fracture condition calculation system using the same. The composition of the present invention comprises the steps of: a) extracting analyte bone data; b) setting an axis of the extracted bone data; c) setting load conditions for the bone data; d) performing a load analysis on the bone data in accordance with a set load condition; And e) calculating an expected fracture condition according to the load analysis, wherein in step d), the bone density of the bone, the stress per unit mass applied to the bone data, and thus the displacement per unit volume of the bone data. It provides a method of calculating bone strength and expected fracture conditions characterized in that the load analysis is made by combining the.
Description
본 발명은 골강도 및 예상골절조건 산출 방법 및 이를 적용한 예상골절조건 산출 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 뼈에 있어서, 골절이 발생할 것으로 예상되는 라인을 신속하고 정확하게 산출하기 위한 골강도 및 예상골절조건 산출 방법 및 이를 적용한 예상골절조건 산출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calculating bone strength and expected fracture conditions, and a system for calculating expected fracture conditions using the same. More specifically, the bone strength and expected fracture for quickly and accurately calculating a line in which a fracture is expected to occur in a patient's bone. The present invention relates to a condition calculation method and an expected fracture condition calculation system using the same.
골다공증(Osteoporosis)은 뼈의 강도가 약해져서 쉽게 골절되는 골격계 질환 중 하나로, 뼈를 구성하는 미네랄(특히 칼슘)과 기질이 감소한 상태이므로 뼈의 크기나 용적은 같아도 뼈의 질량 자체가 매우 적어져, 뼈에 스펀지처럼 작은 구멍이 많이 나서 무르고 쉽게 부러지는 상태로 작은 충격에도 골절되기 쉬우므로 주의해야 하는 질환이다.Osteoporosis is one of the skeletal diseases that are easily fractured due to weak bone strength. Since the minerals (particularly calcium) and matrix that make up the bone are reduced, the bone mass itself is very small, even though the bone size and volume are the same. It is a disease that you should be careful because it is easy to be broken even with a small impact because it has a lot of small holes like a sponge and is soft and easily broken.
또한, 골다공증 등으로 유발되는 골절은 일반적으로 한번으로 끝나지 않으며, 추가 골절의 가능성이 높다.In addition, fractures caused by osteoporosis and the like generally do not end once, and there is a high possibility of additional fractures.
따라서, 최근에는, 골절이 발생할 가능성이 높은 곳에 골절을 예방할 수 있는 골이식재를 삽입하는 치료법 등의 개발이 이루어지고 있으며, 이에 따라, 골절이 발생할 위치를 정확하게 찾아내는 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.Therefore, in recent years, there has been a development of a treatment method for inserting a bone graft material that can prevent a fracture where there is a high probability of fracture, and accordingly, a research on a technique for accurately finding a location of a fracture has been made.
이에 따라, CT 영상정보를 기반으로 골을 이미징하여 피질골과 해면골 영역으로 나누고, 골밀도를 정량화하여 위치별로 골밀도를 확인함으로써, 골절이 예상되는 부분을 도출하거나, 특정 부위의 응력분포를 통해 뼈를 모델링하여 골절이 예상되는 부분을 도출하는 기술 등의 개발이 이루어졌다.Accordingly, by imaging the bone based on CT image information, the bone is divided into cortical and cancellous bone regions, and the bone density is quantified to check the bone density by location, thereby deriving the expected fracture or modeling the bone through stress distribution of a specific site. The development of techniques, such as deriving the fracture is expected.
그러나, 종래와 같이, 사용자의 신체적 특성 또는 뼈의 종류와 크기를 구분하지 않고, 모두 동일한 기준을 적용하여 단순히 골밀도만을 기준으로 골절면 등을 예측하거나, 응력분포만을 기준으로 골절면을 예측하게 되면, 응력이 가해지는 지점에 따라 정확한 골절면을 예측하기 어렵고, 골밀도나 뼈 두께에 따른 정확한 골절면 예측이 어려운 문제가 있다.However, as in the related art, if the user's physical characteristics or bone types and sizes are not distinguished, all of the same criteria are applied to predict the fracture surface based only on the bone density, or to predict the fracture surface based only on the stress distribution. According to the point where the stress is applied, it is difficult to predict the exact fracture surface, and it is difficult to accurately predict the fracture surface according to the bone density or the bone thickness.
따라서, 보다 정확하게 골절이 예상되는 예상골절조건을 산출할 수 있는 방법 및 시스템이 필요하다.Therefore, there is a need for a method and system that can more accurately calculate the expected fracture conditions for which fractures are expected.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 환자의 뼈에 있어서, 골절이 발생할 것으로 예상되는 라인을 신속하고 정확하게 산출하기 위한 골강도 및 예상골절조건 산출 방법 및 이를 적용한 예상골절조건 산출 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a bone strength and predicted fracture condition calculation method and a predicted fracture condition calculation system applying the same to quickly and accurately calculate the line that is expected to occur in the bone of the patient It is.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 a) 분석대상 뼈 데이터를 추출하는 단계; b) 추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계; c) 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계; d) 설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계; 및 e) 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 d) 단계에서, 상기 뼈의 골밀도, 상기 뼈 데이터에 가해지는 단위 질량당 응력 및 이에 따른 상기 뼈 데이터의 단위 체적당 변위를 종합하여 하중 해석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 제공한다.Configuration of the present invention for achieving the above object comprises the steps of a) extracting analyte bone data; b) setting an axis of the extracted bone data; c) setting load conditions for the bone data; d) performing a load analysis on the bone data in accordance with a set load condition; And e) calculating an expected fracture condition according to the load analysis, wherein in step d), the bone density of the bone, the stress per unit mass applied to the bone data, and thus the displacement per unit volume of the bone data. It provides a method of calculating bone strength and expected fracture conditions characterized in that the load analysis is made by combining the.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계는, a1) 분석 위치를 선택하여 초기이미지를 획득하는 단계; a2) 선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계; 및 a3) 검량선이 작성된 상기 초기이미지에서 분석대상인 상기 뼈 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step a) comprises: a1) obtaining an initial image by selecting an analysis position; a2) creating a calibration curve on the selected initial image; And a3) extracting the bone data to be analyzed from the initial image in which the calibration curve is prepared.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a1) 단계에서, 상기 초기이미지는 대퇴골을 포함하도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in the step a1), the initial image may be characterized in that it is provided to include the femur.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a2) 단계에서, 골염 정량 팬텀을 이용하여 CT값의 보정이 진행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a2), the CT value may be corrected using the osteoarthritis phantom.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a2) 단계에서, 상기 뼈 데이터의 골밀도가 측정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a2), the bone density of the bone data may be measured.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a3) 단계에서, 상기 뼈 데이터는 3차원 형상으로 추출되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in step a3), the bone data may be extracted in a three-dimensional shape.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 3차원 형상의 상기 뼈 데이터는, 하중 방향의 기준이 되는 축이 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the embodiment of the present invention, in the step b), the bone data of the three-dimensional shape may be characterized in that the axis which is a reference of the load direction is set.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템에 있어서, 검사부위의 뼈 데이터를 취득하는 데이터취득부; 취득한 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 조건설정부; 상기 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 이에 따른 단위 체적당 변위를 산출하는 시뮬레이션부; 및 산출된 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위를 종합하여 상기 예상골절조건을 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템을 제공한다.In the configuration of the present invention for achieving the above object, in the expected fracture condition calculation system applying the bone strength and the expected fracture condition calculation method, a data acquisition unit for obtaining bone data of the inspection site; A condition setting unit for setting load conditions for the acquired bone data; A simulation unit for calculating the stress per unit mass of the bone data and the displacement per unit volume according to the load condition; And a calculation unit for calculating the expected fracture condition by combining the calculated stress per unit mass and displacement per unit volume of the bone data, wherein the expected fracture condition calculation system is applied. do.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 뼈 데이터의 골밀도를 측정하는 골밀도측정부를 더 포함하며, 상기 시뮬레이션부는, 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 상기 골밀도를 종합하여 상기 단위 체적당 변위를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, further comprising a bone density measuring unit for measuring the bone density of the bone data, wherein the simulation unit calculates the displacement per unit volume by combining the stress per unit mass of the bone data and the bone density It can be characterized.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 산출부는, 상기 뼈 데이터의 골밀도를 더 종합하여 상기 예상골절조건을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the calculating unit may further calculate the expected fracture condition by further combining the bone density of the bone data.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템이 내장된 예상골절조건 산출 장치를 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object provides a predictive fracture condition calculation device with a built-in predictive fracture condition calculation system applying the bone strength and the expected fracture condition calculation method.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 골밀도, 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위를 도출하고, 이를 종합하여 예상골절조건을 산출하기 때문에, 환자의 뼈의 두께, 크기 등에 따라, 정확하게 예상골절조건을 산출할 수 있다.The effect of the present invention according to the above configuration, derives bone density, stress per unit mass and displacement per unit volume, and calculates the expected fracture conditions by combining them, according to the thickness, size, etc. of the bone of the patient accurately Fracture conditions can be calculated.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but should be understood to include all the effects deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법의 순서도이다.
도 2는은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법의 데이터를 추출하는 단계의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법에 따른 산출흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템의 구성예시도이다.1 is a flow chart of a method of calculating bone strength and expected fracture conditions according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart of the step of extracting data of the bone strength and predictive fracture condition calculation method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a calculation flow chart according to the bone strength and the expected fracture conditions calculation method according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view illustrating the configuration of an expected fracture condition calculation system to which the bone strength and the expected fracture condition calculation method according to an embodiment of the present invention are applied.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes the case. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법의 순서도이고, 도 2는은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법의 데이터를 추출하는 단계의 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법에 따른 산출흐름도이다.1 is a flow chart of a method of calculating bone strength and expected fracture conditions according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a flow chart of the step of extracting data of the method of calculating bone strength and expected fracture conditions in accordance with an embodiment of the present invention 3 is a calculation flow chart according to the method of calculating bone strength and expected fracture conditions according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 골강도 및 예상골절조건 산출 방법은 먼저, 분석대상 뼈 데이터를 추출하는 단계(S110)가 수행될 수 있다.As shown in Figures 1 to 3, the bone strength and expected fracture condition calculation method, first, the step of extracting the analysis target bone data (S110) may be performed.
분석대상 뼈 데이터를 추출하는 단계(S110)는 먼저, 분석 위치를 선택하여 초기이미지를 획득하는 단계(S111)가 수행될 수 있다.Extracting the analysis target bone data (S110) may be performed by first selecting an analysis position and obtaining an initial image (S111).
분석 위치를 선택하여 초기이미지를 획득하는 단계(S111)에서, 상기 초기이미지는 도 3의 (a)에 도시된 것처럼, 대퇴골을 포함하도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 초기이미지는, 골절이 발생할 것으로 예측되는 부위와 그 주변을 촬영한 이미지 및 영상일 수 있다.In the step S111 of selecting an analysis position and acquiring an initial image, the initial image may be provided to include the femur as shown in FIG. That is, the initial image may be an image and an image of a portion where a fracture is expected to occur and its surroundings.
분석 위치를 선택하여 초기이미지를 획득하는 단계(S111) 이후에는, 선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계(S112)가 수행될 수 있다.After the step S111 of selecting an analysis position to acquire an initial image, a step S112 of creating a calibration curve on the selected initial image may be performed.
선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계(S112)에서, 상기 초기이미지에는 도 3의 (b)에 도시된 것처럼 검량선이 작성될 수 있다. 여기서, 상기 검량선은 상기 초기이미지에 포함된 각각의 뼈를 구분할 수 있도록 작성될 수 있다.In the step S112 of creating a calibration curve on the selected initial image, a calibration curve may be created in the initial image as shown in FIG. Here, the calibration curve may be prepared to distinguish each bone included in the initial image.
그리고, 선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계(S112)에서는, 골염 정량 팬텀을 이용하여 CT값의 보정이 진행될 수도 있다.In addition, in the step S112 of creating a calibration curve on the selected initial image, the CT value may be corrected using the osteoarthritis phantom.
또한, 선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계(S112)에서, 상기 뼈 데이터의 골밀도가 측정될 수 있다.In addition, in the step S112 of creating a calibration curve on the selected initial image, the bone density of the bone data may be measured.
선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계(S112) 이후에는, 검량선이 작성된 상기 초기이미지에서 분석대상인 상기 뼈 데이터를 추출하는 단계(S113)가 수행될 수 있다.After the step S112 of creating the calibration curve on the selected initial image, the step S113 of extracting the bone data to be analyzed from the initial image in which the calibration curve is created may be performed.
특히, 검량선이 작성된 상기 초기이미지에서 분석대상인 상기 뼈 데이터를 추출하는 단계(S113)에서, 상기 뼈 데이터는 도 3의 (c) 및 도 3의 (d)에 도시된 것처럼, 3차원 형상의 이미지 또는 영상으로 추출될 수 있다.In particular, in the step (S113) of extracting the bone data to be analyzed from the initial image in which the calibration curve is created, the bone data is an image having a three-dimensional shape, as shown in FIGS. 3C and 3D. Or it may be extracted as an image.
골강도 및 예상골절조건 산출 방법은 먼저, 분석대상 뼈 데이터를 추출하는 단계(S110) 이후에는, 추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계(S120)가 수행될 수 있다.In the method of calculating bone strength and expected fracture condition, first, after extracting the analysis target bone data (S110), setting the axis of the extracted bone data (S120) may be performed.
추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계(S120)에서는, 도 3의 (d)에 도시된 것처럼, 3차원 형상으로 추출된 상기 뼈 데이터의 축이 설정될 수 있다. 그리고 특히, 추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계(S120)에서, 3차원 형상의 상기 뼈 데이터는, 하중 방향의 기준이 되는 축이 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In setting the axis of the extracted bone data (S120), as shown in (d) of FIG. 3, the axis of the bone data extracted in the three-dimensional shape may be set. In particular, in the setting of the axis of the extracted bone data (S120), the three-dimensional bone data may be characterized in that the axis of the load direction is set as a reference.
추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계(S120) 이후에는, 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계(S130)가 수행될 수 있다.After setting the axis of the extracted bone data (S120), setting a load condition for the bone data (S130) may be performed.
상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계(S130)에서, 상기 하중 조건은, 도 3의 (e)에 도시된 것처럼, 하중이 가해지는 방향, 실제 가해지는 하중, 하중이 가해지는 위치 등을 포함할 수 있다.In setting the load condition for the bone data (S130), the load condition, as shown in (e) of FIG. 3, the load is applied, the actual load, the load is applied, etc. It may include.
상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계(S130)이후에는, 설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계(S140)가 수행될 수 있다.After setting the load condition for the bone data (S130), a step S140 of performing load analysis on the bone data may be performed according to the set load condition.
설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계(S140)에서는, 상기 뼈의 골밀도, 상기 뼈 데이터에 가해지는 단위 질량당 응력 및 이에 따른 상기 뼈 데이터의 단위 체적당 변위를 종합하여 하중 해석이 이루어질 수 있다.In the step S140 of performing load analysis on the bone data according to a set load condition, the bone density of the bone, the stress per unit mass applied to the bone data, and thus the displacement per unit volume of the bone data are combined. Load analysis can be made.
여기서, 상기 단위 질량당 응력(SPW, stress per weight) 및 단위 체적당 변위(DPV, Deformation per volume)는 본 발명에 따른 예상골절조건을 산출하기 위해 새로이 고안된 골강도 평가 지표(index)이다.Here, the stress per unit weight (SPW) and the displacement per unit volume (DPV) are newly designed bone strength evaluation indexes for calculating the expected fracture conditions according to the present invention.
설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계(S140) 이후에는, 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계(S150)가 수행될 수 있다.After performing the load analysis on the bone data according to the set load condition (S140), calculating the expected fracture condition according to the load analysis (S150) may be performed.
하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계(S150)에서는, 도 3의 (f)에 도시된 것처럼, 하중 해석 결과에 따라, 골절이 발생할 것으로 예상되는 예상골절조건을 산출할 수 있다.In the step (S150) of calculating the expected fracture condition according to the load analysis, according to the load analysis result, as shown in FIG. 3F, the expected fracture condition in which the fracture is expected to be calculated may be calculated.
일 예로, 상기 뼈 데이터에 설정된 하중 조건에 따라 하중이 가해지면 상기 뼈 데이터의 위치에 따라 단위 질량당 응력이 산출되고, 상기 단위 질량당 응력이 가해지는 뼈의 골밀도에 따라, 뼈 데이터의 위치에 따른 단위 체적당 변위가 산출 될 수 있다. 이때, 기설정된 골절임계치를 초과한 단위 체적당 변위가 발생한 지점을 연결하면, 상기 예상골절조건이 산출될 수 있다. For example, when a load is applied according to the load condition set in the bone data, the stress per unit mass is calculated according to the position of the bone data, and according to the bone density of the bone to which the stress per unit mass is applied, The displacement per unit volume can be calculated accordingly. In this case, when the points of displacement per unit volume exceeding a predetermined fracture threshold are connected, the expected fracture condition may be calculated.
여기서, 상기 예상골절조건은 하중조건에 따라 골절이 발생할 것으로 예정되는 일정한 길이를 갖는 라인(line) 형태의 예상골절라인뿐만 아니라, 면적을 포함하는 예상골절면 등을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다. Here, the expected fracture conditions should be understood to include all of the expected fracture surfaces including the area, as well as the expected fracture lines of a line shape having a predetermined length in which fractures are expected to occur according to the load conditions. .
또는, 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계(S150)는, 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위와 골밀도에 따른 뼈의 강도를 비교하여 골절이 발생할 위험이 있는 지점들을 연결함으로써, 상기 예상 골절라인을 산출할 수도 있다.Or, calculating the expected fracture conditions according to the load analysis (S150), by comparing the stress per unit mass and displacement per unit volume of the bone data and the strength of the bone according to the bone density connects the points of risk of fracture Thus, the expected fracture line may be calculated.
즉, 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계(S150)에서는, 뼈의 골밀도, 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위를 변수로하여 하중 해석을 한 결과에 따라 예상골절조건을 도출함으로써, 각 환자의 뼈 상태에 따라, 실제 골절이 발생하는 위치를 정확하게 도출할 수 있다.That is, in the step (S150) of calculating the expected fracture conditions according to the load analysis, by deriving the expected fracture conditions according to the results of the load analysis using the bone density of the bone, the stress per unit mass and the displacement per unit volume as variables, Depending on the patient's bone condition, the exact location at which the actual fracture occurs can be derived.
또한, 이처럼 산출된 각 환자의 예상골절조건은 각 환자에 부여된 개인 ID와 대응되게 저장되어 도3의 (g)에 도시된 것처럼, ID별로 예상골절조건이 표시된 뼈 데이터 영상이 출력되도록 할 수도 있다.In addition, the estimated fracture conditions of each patient calculated as described above may be stored in correspondence with the personal ID assigned to each patient, so that bone data images showing the expected fracture conditions for each ID may be output as shown in FIG. have.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템의 구성예시도이다.4 is an exemplary view illustrating the configuration of an expected fracture condition calculation system to which the bone strength and the expected fracture condition calculation method according to an embodiment of the present invention are applied.
도 4에 도시된 것처럼, 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템(10)은 데이터취득부(11), 조건설정부(12), 골밀도측정부(13), 시뮬레이션부(14), 산출부(15) 및 출력부(16)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the expected fracture
상기 데이터취득부(11)는 검사부위의 뼈 데이터를 취득할 수 있다. 구체적으로, 상기 데이터취득부(11)는 검사부위에서 상기 초기이미지를 획득한 후에, 상기 초기이미지에 검량선을 작성할 수 있다. 이때, 상기 검량선은 상기 초기이미지에 포함된 뼈를 구분할 수 있도록 뼈 형상에 따라 작성될 수 있다. 그리고, 상기 데이터취득부(11)는 상기 검량선이 작성된 초기이미지에서 분석 대상인 뼈 데이터 추출하여 취득할 수 있다.The
상기 조건설정부(12)는 취득한 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 조건설정부(12)는 상기 데이터취득부(11)와 연결되어 상기 데이터취득부(11)에서 추출하여 취득한 상기 뼈 데이터를 제공받고, 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정할 수 있다.The
상기 골밀도측정부(13)는 상기 데이터취득부(11)와 연결되어 상기 데이터취득부(11)에서 추출하여 취득한 상기 뼈 데이터를 제공받고, 상기 뼈 데이터에 대한 골밀도를 측정할 수 있다.The bone
상기 시뮬레이션부(14)는 설정된 상기 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 이에 따른 단위 체적당 변위를 산출하도록 마련될 수 있다.The
또한, 상기 시뮬레이션부(14)는 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 상기 골밀도를 종합하여 상기 단위 체적당 변위를 산출하도록 마련될 수도 있다.In addition, the
이처럼 상기 시뮬레이션부(14)는 상기 골밀도와 상기 단위 질량당 응력을 종합하여 고려하기 때문에, 보다 정확한 예상골절조건이 산출되도록 할 수 있다. As such, since the
구체적으로, 상기 시뮬레이션부(14)는 상기 골밀도를 예상골절조건의 변수로 설정하였기 때문에, 각 환자마다 서로 다른 뼈의 밀도를 변수에 포함하여 예상골절조건이 산출되도록 할 수 있다. 또한, 상기 단위 질량당 응력은 뼈에 가해지는 하중의 방향, 하중의 크기뿐만 아니라, 뼈의 모양이나 크기에 따라 달라질 수 있다.In detail, since the
더욱이, 상기 시뮬레이션부(14)는 상기 골밀도 및 상기 단위 질량당 응력에 따라 뼈 데이터에 작용하는 단위 체적당 변위량을 산출하여, 실제로 하중이 가해질 때, 뼈의 움직임을 산출하여 정확한 예상골절조건이 산출되도록 할 수 있는 정보를 상기 산출부(15)에 제공할 수 있다.Furthermore, the
상기 산출부(15)는 산출된 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위 및 상기 뼈 데이터의 골밀도를 종합하여 상기 예상골절조건을 산출할 수 있다. The
일 예로, 상기 뼈 데이터에 설정된 하중 조건에 따라 하중이 가해지면 상기 뼈 데이터의 위치에 따라 단위 질량당 응력이 산출되고, 상기 단위 질량당 응력이 가해지는 뼈의 골밀도에 따라, 뼈 데이터의 위치에 따른 단위 체적당 변위가 산출 될 수 있다. 이때, 상기 산출부(15)는 기설정된 골절임계치를 초과한 단위 체적당 변위가 발생한 지점을 연결함으로써, 상기 예상골절조건을 산출하도록 마련될 수 있다. 여기서, 상기 예상골절조건은 일정한 길이를 갖는 라인(line) 형태뿐만 아니라, 면적을 포함하는 의미로 이해되어야 한다.For example, when a load is applied according to the load condition set in the bone data, the stress per unit mass is calculated according to the position of the bone data, and according to the bone density of the bone to which the stress per unit mass is applied, The displacement per unit volume can be calculated accordingly. In this case, the
또는, 상기 산출부(15)는 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위와 골밀도에 따른 뼈의 강도를 비교하여 골절이 발생할 위험이 있는 지점들을 연결함으로써, 상기 예상 골절라인을 산출하도록 마련될 수도 있다.Alternatively, the
상기 표시부(16)는 상기 산출부(15)가 산출한 상기 뼈 데이터의 상기 예상골절조건을 저장하여 모니터 등에 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 표시부(16)는 상기 산출부(15)가 산출한 상기 뼈 데이터의 상기 예상골절조건을 각 환자의 ID에 대응되도록 저장하고, 사용자가 환자의 ID를 입력하면, 입력된 ID에 대응하여 저장된 뼈 데이터와 예상골절조건이 동시에 출력되어 표시되도록 마련될 수 있다.The
이처럼 마련된 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템은 예상골절조건 산출 장치에 내장될 수 있다.The expected fracture condition calculation system applying the prepared bone strength and the expected fracture condition calculation method may be embedded in the expected fracture condition calculation device.
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.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 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.The scope of the present invention is represented by the following claims, and it should be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention.
10: 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템
11: 데이터취득부
12: 조건설정부
13: 골밀도측정부
14: 시뮬레이션부
15: 산출부
16: 출력부10: Estimated fracture condition calculation system applying bone strength and expected fracture condition calculation method
11: Data Acquisition Department
12: Condition setting part
13: bone density measuring unit
14: simulation
15: calculator
16: output
Claims (11)
b) 추출된 상기 뼈 데이터의 축을 설정하는 단계;
c) 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 단계;
d) 설정된 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터에 대한 하중 해석을 수행하는 단계; 및
e) 하중 해석에 따라 예상골절조건을 산출하는 단계를 포함하며,
상기 d) 단계에서,
상기 뼈의 골밀도, 상기 뼈 데이터에 가해지는 단위 질량당 응력 및 이에 따른 상기 뼈 데이터의 단위 체적당 변위를 평가 지표로 하여 골절이 발생할 것으로 예상되는 예상 골절조건 산출을 위한 하중 해석이 이루어지는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.a) extracting analyte bone data;
b) setting an axis of the extracted bone data;
c) setting load conditions for the bone data;
d) performing a load analysis on the bone data in accordance with a set load condition; And
e) calculating the expected fracture conditions according to the load analysis,
In step d),
Load analysis is performed to calculate an expected fracture condition in which fracture is expected to occur based on the bone density of the bone, the stress per unit mass applied to the bone data, and thus the displacement per unit volume of the bone data as an evaluation index. How to calculate bone strength and fracture conditions.
상기 a) 단계는,
a1) 분석 위치를 선택하여 초기이미지를 획득하는 단계;
a2) 선택된 상기 초기이미지에 검량선을 작성하는 단계; 및
a3) 검량선이 작성된 상기 초기이미지에서 분석대상인 상기 뼈 데이터를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 1,
Step a) is
a1) obtaining an initial image by selecting an analysis position;
a2) creating a calibration curve on the selected initial image; And
a3) a method of calculating bone strength and expected fracture conditions, comprising the step of extracting the bone data to be analyzed from the initial image in which a calibration curve is prepared.
상기 a1) 단계에서,
상기 초기이미지는 대퇴골을 포함하도록 마련된 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 2,
In step a1),
The initial image is bone strength and method for calculating the expected fracture conditions, characterized in that it is provided to include the femur.
상기 a2) 단계에서,
골염 정량 팬텀을 이용하여 CT값의 보정이 진행되는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 2,
In step a2),
Bone strength and expected fracture conditions calculation method characterized in that the correction of the CT value by using the bone quantitative determination phantom.
상기 a2) 단계에서,
상기 뼈 데이터의 골밀도가 측정되는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 2,
In step a2),
Bone strength and expected fracture conditions calculation method characterized in that the bone density of the bone data is measured.
상기 a3) 단계에서,
상기 뼈 데이터는 3차원 형상으로 추출되는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 2,
In step a3),
Bone strength and expected fracture conditions calculation method characterized in that the bone data is extracted in a three-dimensional shape.
상기 b) 단계에서,
3차원 형상의 상기 뼈 데이터는, 하중 방향의 기준이 되는 축이 설정되는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법.The method of claim 6,
In step b),
The bone data of the three-dimensional shape, the method of calculating the bone strength and expected fracture conditions, characterized in that the axis of the load direction is set as a reference.
검사부위의 뼈 데이터를 취득하는 데이터취득부;
취득한 상기 뼈 데이터에 대한 하중 조건을 설정하는 조건설정부;
상기 하중 조건에 따라 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 이에 따른 단위 체적당 변위를 산출하는 시뮬레이션부; 및
산출된 상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력 및 단위 체적당 변위를 평가 지표로 하여 골절이 발생할 것으로 예상되는 상기 예상골절조건을 산출하는 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템.In the expected fracture condition calculation system applying the bone strength and the expected fracture condition calculation method according to claim 1,
A data acquisition unit for acquiring bone data of the inspection site;
A condition setting unit for setting load conditions for the acquired bone data;
A simulation unit for calculating the stress per unit mass of the bone data and the displacement per unit volume according to the load condition; And
Applying the method of calculating the bone strength and predicted fracture conditions, comprising a calculation unit for calculating the expected fracture conditions at which fractures are expected to occur by using the calculated stress per unit mass and displacement per unit volume of the calculated bone data as evaluation indexes Expected fracture condition calculation system.
상기 뼈 데이터의 골밀도를 측정하는 골밀도측정부를 더 포함하며,
상기 시뮬레이션부는,
상기 뼈 데이터의 단위 질량당 응력이 가해지는 뼈의 골밀도에 따라 상기 뼈 데이터의 위치에 따른 상기 단위 체적당 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템.The method of claim 8,
Further comprising a bone density measuring unit for measuring the bone density of the bone data,
The simulation unit,
The bone fracture and prediction fracture condition calculation system applying the method of calculating the bone strength and expected fracture conditions, characterized in that for calculating the displacement per unit volume according to the position of the bone data according to the bone density of the bone to which the stress per unit mass of the bone data is applied.
상기 산출부는,
상기 뼈 데이터의 골밀도를 평가 지표로 더 포함하여 골절이 발생할 것으로 예상되는 상기 예상골절조건을 산출하는 것을 특징으로 하는 골강도 및 예상골절조건 산출 방법을 적용한 예상골절조건 산출 시스템.The method of claim 9,
The calculation unit,
And a bone strength of the bone data as an evaluation index, and calculating the expected fracture conditions, wherein the expected fracture conditions are expected to occur.
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