KR102162027B1 - 두상 교정모 제작 방법 및 그 제작 방법에 의해 제작된 두상 교정모 - Google Patents
두상 교정모 제작 방법 및 그 제작 방법에 의해 제작된 두상 교정모 Download PDFInfo
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Abstract
두상 교정모 제작 방법 및 그 제작 방법에 의해 제작된 두상 교정모가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법은, 3D 스캔을 통하여 환아의 두상 3D 이미지를 획득하는 단계, 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정을 위한 기준점 및 영역을 구분하여 설정하는 단계, 설정된 기준점 및 영역을 이용하여 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계, 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링하는 단계, 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정모의 외피 및 내피를 각각 설계하는 단계, 설계에 따라 외피 및 내피를 각각 형성하고, 후처리하는 단계 및 후처리된 외피와 내피를 결합하여 두상 교정모를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 두상 교정모 제작 방법 및 그 제작 방법에 의해 제조된 두상 교정모에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔하고, 3D 스캔된 두상 이미지를 이용한 기준점 설정 및 영역 구분을 통하여, 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하고 분석하여 두상 변형 부분을 확인하고, 확인된 두상 변형 부분을 교정된 두상으로 교정하고, 교정된 두상 모델링 데이터를 근거로 두상 교정모의 내피 및 외피를 각각 설계하고 형성하여 두상 교정모를 제작하는 방법 및 그 제작 방법에 의해 제조된 두상 교정모에 관한 것이다.
신생아의 두개골은 분리된 여러 개의 머리뼈들로 구성되어 있으며, 출생 후 성장에 따라서 두뇌의 성장과 함께 두개골을 구성하는 머리뼈들도 같이 성장하면서 점차 모두 하나의 두개골로 결합하게 된다.
다만, 신생아의 두개골은 선천적인 요인으로 어머니의 자궁 속에서 압력을 받아서 변형이 생기는 경우가 있으며, 또한, 후천적인 요인으로는 출생 후 잠 자는 자세, 목 근육 이상으로 두상 변형이 발생할 수 있다.
이러한 두상 변형의 경우에는 유아의 안면 비대칭, 사시, 부정 교합, 뇌의 발달 장애를 초래할 수 있다고 보고되고 있으며, 현재 두상 변형을 교정하기 위해서, 두상 교정모를 사용되는 방법이 주로 사용되고 있다.
다만, 두상 교정모를 제작하기 위해서, 유아의 두상 변형 부분을 측정해야 하는데 측정 방법으로 Upper Facial Symmetry Ratio 방법과 Anterior Symmetry Ratio 방법, Cranial index, Cranial Vault Asymmetry Index 등을 사용하고 있으나, 이들 방법 모두는 어느 특정 지점만을 반영하기 때문에 각 부분별에 따른 비대칭 및 기형은 반영하지 못하는 문제점을 포함하고 있다.
또한, 두상 교정모를 제작하는 방법은 주로 석고 캐스트를 이용하기 때문에 유아의 얼굴에 석고가 묻을 수 있으며, 작업 공정이 복잡하며 시간이 오래 소요되는 문제점이 존재하고 있다.
또한, 두상 교정모는 유아의 머리를 완전히 밀폐하는 형태로 제작되기 때문에 여름과 같이 온도가 높을 때에는 유아의 머리에 착용된 두상 교정모로 인하여 머리쪽 체온이 급격히 상승할 우려가 있으며, 땀으로 인한 피부 습진이나 발진을 유발시킬 문제점이 존재하고 있다.
따라서, 두상 교정모의 제작에 있어서, 두상 변형 부분의 각 부분별 변형 상태의 정확한 측정 방법의 제공, 제작 공정의 단순화 및 두상 교정모의 통풍성 및 경량성을 확보할 필요성이 강구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔하고, 3D 스캔된 두상 이미지를 이용한 기준점 설정 및 영역 구분을 통하여, 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하고 분석하여 두상 변형 부분을 확인하고, 확인된 두상 변형 부분을 교정된 두상으로 교정하고, 교정된 두상 모델링 데이터를 근거로 두상 교정모의 내피 및 외피를 각각 설계하고 형성하여 두상 교정모를 제작하는 방법 및 그 제작 방법에 의해 제조된 두상 교정모를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법은, 3D 스캔을 통하여 환아의 두상 3D 이미지를 획득하는 단계, 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정을 위한 기준점 및 영역을 구분하여 설정하는 단계, 설정된 기준점 및 영역을 이용하여 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계, 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상으로 모델링하는 단계, 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정모의 외피 및 내피를 각각 설계하는 단계, 설계에 따라 외피 및 내피를 각각 형성하고, 후처리하는 단계 및 후처리된 외피와 내피를 결합하여 두상 교정모를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계는, 설정된 기준점 및 구분된 영역을 이용하여, 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환하고 중첩하여 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하는 단계, 좌우 대칭으로 변환하고 중첩된 이미지를 이용하여, New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하는 단계 및 계산된 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI를 이용하여, 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 외피 설계 단계는, 통풍성 및 경량화를 실현하기 위해서, 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 외피 구조를 프레임 구조 및 다공성 3D 구조로 설계할 수 있다.
또한, 내피 설계 단계는, 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 성장 저지 영역에 대하여는 내피 구조가 고밀도 3D 구조를 형성하도록 설계하고, 성장 촉진 영역에 대하여는 내피 구조가 저밀도 3D 구조를 형성하도록 설계할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모는 상기 두상 교정모 제작 방법들 중의 어느 한 방법에 의해 제작될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예로써, 전술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법에 따르면, 3D 스캔된 두상 이미지를 이용한 기준점 설정 및 영역 구분을 통하여, 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하고, 계산된 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI를 분석하여 두상 변형 환아의 두상 각 부분별 비대칭 부분 및 기형 부분을 정확하게 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법에 따르면, 성장 촉진 영역은 저밀도 구조로 설계하고 성장 저지 영역은 고밀도 구조로 설계함으로써, 두상 변형 환아의 두상을 효과적으로 교정할 수 있으며, 두상 교정모의 통풍성 및 경량성도 실현할 수 있다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 기준점 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 영역 구분 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index) 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 내피 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 외피 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 기준점 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 영역 구분 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index) 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 내피 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 외피 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 간략히 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 두상 교정을 위해서 두상 변형 환아가 병원에 내원하면(도 1의 (a)), 3D 스캐너(10)를 통하여 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔하여 두상의 3D 이미지를 획득한다(도 1의 (b)). 획득한 두상의 3D 이미지에서 기준점 설정 및 영역을 구분한 후, 두상 변형 부분을 확인하고, 환아의 3D 두상 이미지를 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링하고(도 1의 (c)), 3D 출력을 위해서 환아의 기본적인 두상 크기를 측정한 후(도 1의 (d)), 확인된 두상 변형 부분 및 교정된 두상 모형으로 조절된 3D 이미지를 이용하여 외피 및 내피를 각각 설계한다(도 1의 (e), (f)). 설계된 각각의 외피 및 내피에 따라서 3D 프린터(20)를 이용하여 외피 및 내피를 각각 형성(출력)하고(도 1의 (g), (h)), 형성(출력)된 내피, 외피 구조를 결합하여 두상 교정모를 완성하고(도 1의 (i)), 완성된 두상 교정모를 환아에게 착용시켜 변형된 두상을 교정할 수 있다(도 1의 (j)). 완성된 두상 교정모를 착용시킨 후 일정 기간이 지나서 환아의 두상 일부가 교정되면, 다시 재스캔을 수행하고, 외피 및 내피를 재설계하여 두상 교정모를 재제작한 후 환아에게 재착용시켜 일련의 두상 교정 과정을 계속 수행할 수 있다(도 1의 (j)). 다만, 일정 기간 후에도 환아의 두상 외부 크기의 변화가 미비하면, 재스캔을 수행한 후 내피만을 재설계하여 원래 외피와 재결합하여 두상 교정모를 재제작할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 단계 S10에서, 3D 스캔을 통하여 환아의 두상 3D 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 두상 교정을 위해서 두상 변형 환아가 병원에 내원하면, 병원에서는 3D 스캐너(10)를 이용하여 환아의 두상을 3D 스캔하여 환아의 두상 3D 이미지를 획득할 수 있다.
즉, 환아의 두상 상태를 정확하게 파악하기 위해서, 3D 스캐너(10)를 이용하여 환아의 두상을 3D 스캔하여, 환아의 두상 3D 데이터를 획득할 수 있다. 물론, 3D 스캐너(10)의 사용 대신에, 환아의 두상을 CT 촬영하여 3차원 영상 정보를 획득하고, 획득된 3차원 영상 정보를 CAD/CAM 프로그램으로 적합한 3D 데이터로 변환하는 것도 가능하다.
단계 S20에서, 제어부(40)는 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정을 위한 기준점 및 영역을 구분하여 설정할 수 있다. 즉, 두상 변형 환아의 두상 상태와 동 연령대의 정상 소아들의 표준 두상 상태와 비교하기 위해서는 환아의 두상 부분 중에서 변형 부분, 예컨대 두상의 비대칭 부분을 측정해야 하는데, 두상 비대칭 부분을 측정하기 위해서는 두상 교정을 위한 기준점 설정 및 영역 구분 설정이 필요하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 기준점 설정 방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 양측 귓 구멍 부위(tragion)를 잇는 직선의 중심점을 기준점(origin)으로 설정할 수 있다. 즉, 양측 귓 구멍 부위(tragion)를 잇는 직선의 중심점을 기준점(origin)으로 설정하고, 설정된 기준점(origin)을 중심으로 X-축, Y-축, Z-축을 정의할 수 있다.
예를 들어, 기준점(Origin)과 미간(selion)과 인중(point 1)으로 이루어지는 평면에 수직인 선을 X-축으로 정의하고, 기준점(Origin)과 미간(selion) 잇는 직선을 Y-축으로 정의하고, X-축과 Y-축에 수직인 선을 Z-축으로 정의할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작을 위한 영역 구분 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 두상 교정을 위한 각 영역 구분의 설정은 XY평면을 level 0으로, XY평면에 평행하면서 두상 정수리를 지나는 평면을 level 10으로 정한 뒤, 이 사이를 균일하게 10등분 하여 각각 level 0 ~ 10로 정의할 수 있다. 또한, Level 0보다 아래 부위이면서 균일한 간격으로 떨어져 있는 평면을 level 0 ~ -2로 정의할 수 있다.
단계 S30에서, 제어부(40)는 설정된 기준점 및 영역을 이용하여 환아의 두상 비대칭 부분을 측정할 수 있다.
기존의 두상의 비대칭 정도를 측정하는 방법으로는 Upper Facial Symmetry Ratio 방법과 Anterior Symmetry Ratio 방법, Cranial index, Cranial Vault Asymmetry Index 등이 있으나, 이들 방법 모두는 어느 특정 지점만을 반영하기 때문에 각 부분별에 따른 비대칭 및 기형은 반영하지 못하는 단점을 포함하고 있다.
즉, 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하기 위해서는 각 부분별 비대칭 및 기형을 반영하여 측정할 수 있는 방법이 요구되는데, 설정된 기준점 및 구분된 영역을 이용하여, 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환, 중첩하여 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index) 계산하고, 계산된 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI를 분석하여, 환아의 두상 비대칭 부분을 각 부분별 또는 전체적인 비대칭 및 기형을 파악할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하기 위해서, 제어부(40)는 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환하고 중첩할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 3D 스캐너(10)를 통하여 획득된 환아 두상 3D 이미지에 기준점을 설정하고, 기준점으로부터 획득된 Y축 방향으로 좌우 대칭으로 변환한 후에, 대칭 두상 볼륨(SV)을 획득할 수 있다. 즉, 제어부(40)는 본래(origin)의 환아 두상 볼륨(OV)과 대칭 두상 볼륨(CV)을 서로 중첩한 뒤, 서로 불일치 하는 부분(RV1, LV1, RV2, LV2, RV3, LV3)들을 확인하고, 불일치하는 부분을 각 영역별로 더한 후 전체 면적으로 나눈 백분율로 계산하여, 다음 <수학식 1>과 같이 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산할 수 있다. 여기에서, LV는 좌측 볼륨(Volume) 영역을 나타내고, RV는 우측 볼륨(Volume) 영역을 나타낸다.
<수학식 1>에 따르면, 환아의 두상 3D 이미지가 정확히 좌우 대칭인 경우에는 체적 대칭(Volume Symmetry)가 0%가 되고, 완벽히 불일치하는 경우에는 100%가 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index) 값은 제어부(40)가 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환, 중첩하여 기준점(Origin)으로부터 제일 멀리 떨어진 거리를 3방향에서 측정한 뒤, 좌우 거리 차이를 합산하고, 이를 각 거리로 나눈 값을 백분율로 계산하여, 다음 <수학식 2>와 같이 New CVAI를 계산할 수 있다.
도 6을 참조하면, LP는 좌측 해당 볼륨(Volume)에서 대칭 최대 거리 위치를 나타내고, RP는 우측 해당 볼륨(Volume)에서 대칭 최대 거리 위치를 나타낸다. LL은 기준 Z축으로부터 LP까지의 거리를 나타내고, RL은 기준 Z축으로부터 RP까지의 거리를 나타낸다.
<수학식 2>의 분모 부분은 기준점(Origin)으로부터 제일 멀리 떨어진 거리를 3방향에서 측정하고, 각 부분 중에서 큰 값을 더하는 방법으로 계산할 수 있다. 예를 들어, 제어부(40)는 좌측 볼륨 부분에서 기준점으로부터 제일 멀리 떨어진 부분을 이용하여 LL1, LL2, LL3를 획득, 계산할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 우측 볼륨 부분에서 기준점으로부터 제일 멀리 떨어진 부분을 이용하여 RL1, RL2, RL3를 획득, 계산할 수 있다.
즉, New CVAI 값의 분모 부분을 계산하기 위해서, LL1과 RL1을 비교하여 큰 값을 추출하고, LL2과 RL2를 비교하여 큰 값을 추출하고, LL3과 RL3을 비교하여 큰 값을 추출한 후, 추출된 값들을 더하면 New CVAI 값의 분모 부분을 계산할 수 있다.
<수학식 2>에 따르면, 좌우 대칭일 경우에는 New CVAI 값이 0%가 된다.
또한, 도 6을 참조하면, 제어부(40)는 각 LP, RP의 위치를 정량화하여 표시할 수 있다. 예를 들어, LP1의 위치는 7.5 level 31도로 정량화하여 표시할 수 있으며, LP2의 위치는 5.6 level 95도로 정량화하여 표시할 수 있다.
단계 S40에서, 제어부(40)는 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링할 수 있다.
제어부(40)는 3D 스캐너(10)를 통하여 획득된 환아의 두상 3D 이미지와 동 연령대의 소아 표준 두상 모형을 비교하여, 환아의 두상 3D 이미지에서 비대칭 부분 또는 기형 부분을 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링할 수 있다.
예를 들어, 제어부(40)는 3D 이미지 소프트웨어 툴을 이용하여, 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상으로 조절하여 모델링할 수 있다.
단계 S50에서, 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정모의 외피 및 내피를 각각 설계할 수 있다.
두상 교정모를 제작하기 위해서는 두상 비대칭 부분에서 표준 두상 모형과 대비하여 돌출된 부분은 성장을 저지시킬 필요가 있으며, 표준 두상 모형과 대비하여 납작하거나 들어간 부분은 성장을 촉진시킬 필요가 있다.
즉, 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분과 교정된 모델링 두상 3D 이미지를 이용하여, 두상 비대칭 부분에서 머리뼈의 성장을 촉진시킬 성장 촉진 영역은 성장이 촉진되도록 내피 구조를 설계할 필요가 있으며, 머리뼈의 성장을 저지시킬 성장 저지 영역은 성장이 저지되도록 내피 구조를 차별적으로 설계할 필요가 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 내피 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 제어부(40)는 성장 저지 영역에 대하여는 머리뼈의 성장이 저지되도록 내피 구조가 고밀도 3D 구조를 형성하도록 설계할 수 있고, 성장 촉진 영역에 대하여는 머리뼈의 성장이 촉진되도록 내피 구조가 저밀도 3D 구조를 형성하도록 설계할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분 및 동 연령대 표준 두상 모형으로 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 성장 촉진 영역 및 성장 저지 영역을 구별하고, 각 영역별로 내피 구조를 설계한다. 즉, 성장 저지 영역은 고밀도 구조로 설계되어 압력을 많이 받도록 설계되며, 성장 촉진 영역은 저밀도 구조로 설계되어 압력을 적게 받도록 설계되어 성장에 따른 변형을 교정할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 성장 촉진 영역을 포함하는 내피 구조를 빈 공간으로 설계하여, 두상 교정모가 프레임 구조를 형성하도록 설계될 수도 있다. 즉, 성장 저지 영역 부분만 고밀도 구조로 프레임을 형성하도록 내피를 설계하고, 성장 촉진 영역은 빈 공간이 되도록 설계하여, 두상 교정모가 프레임 구조를 형성하도록 설계될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모의 외피 구조를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 외피 구조를 프레임 구조 및/또는 다공성 3D 구조로 설계할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 내피, 외피 구조를 설계하고, 외피 구조를 내피 구조와 대응되게 프레임 구조 및 다공성 3D 구조로 설계하여, 두상 교정모의 통풍성 및 경량화를 실현할 수 있다.
단계 S60에서, 3D 프린터(20)는 제어부(40)에 의해 설계된 외피 및 내피에 따라서 외피, 내피를 각각 형성(출력)하고 후처리할 수 있다.
예를 들어, 3D 프린터(20)는 제어부(40)가 설계한 각각의 외피 구조 및 내피 구조에 따라서 외피 및 내피를 각각 형성(출력)할 수 있다. 즉, 3D 프린터(20)는 고탄성 단단한 소재의 외피를 출력할 수 있으며, 통풍성 및 경량화를 실현하기 위해서 외피 구조를 프레임 구조 및/또는 다공성 3D 구조를 포함하도록 형성(출력)할 수 있다.
또한, 3D 프린터(20)는 질기고 부드러우며 플렉서블한 소재를 사용하여 내피를 출력할 수 있으며, 제어부(40)의 내피 구조 설계에 대응되어 성장 저지 영역은 고밀도 구조로 성장 촉진 영역은 저밀도 구조로 형성(출력)할 수 있다.
또한, 두상 비대칭 환아의 두상 교정모 착용을 용이하게 하기 위해서, 내피 및 외피 구조의 형성(출력) 후에 후처리 공정을 포함할 수 있다. 예를 들어, 귀 부분이나 눈 부분 또는 교정 대상인 두상의 비대칭 부분이 환아의 착용시에 불편함을 초래하거나 착용에 문제가 될 가능성을 포함하고 있으면, 그라인더를 이용한 연마 등의 후처리 공정을 통하여 외피 또는 내피의 구조를 수정할 수 있다.
단계 S70에서, 3D 프린터(20)는 후처리된 외피와 내피를 결합하여 두상 교정모를 완성할 수 있다.
즉, 후처리된 외피와 내피를 결합하여 두상 교정모를 완성하고, 완성된 두상 교정모를 두상 변형 환아에게 착용시켜 변형된 두상을 교정할 수 있다.
또한, 두상 변형 환아에게 일정 기간 동안 두상 교정모를 착용시켜 환아의 두상 일부가 교정되면, 환아의 성장 및 변형 부분을 고려하여 재스캔을 수행할 수 있고, 재스캔된 두상 3D 데이터를 이용하여 외피 및 내피를 재설계할 수 있다. 즉, 성장된 환아 두상에 대응되도록 수정된 외피, 내피를 제작하여 두상 교정모를 재제작할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 장치(100)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 두상 교정모 제작 장치(100)는 3D 스캐너(10), 3D 프린터(20), 통신부(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐너(10)는 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔할 수 있다. 예를 들어, 3D 스캐너(10)는 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔하여 두상의 3D 이미지를 획득할 수 있다. 즉, 3D 스캐너(10)는 두상 변형 환아의 두상을 3D 스캔하여 환아의 두상 3D 이미지, 예컨대, 두상의 3D 데이터를 획득함으로써, 두상 변형 부분을 정량적인 수치로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린터(20)는 제어부(40)에 의해 설계된 외피 구조 및 내피 구조에 따라서 외피, 내피를 형성(출력)할 수 있다.
예를 들어, 3D 프린터(20)는 고탄성 단단한 소재를 사용하여 외피를 출력할 수 있으며, 통풍성 및 경량화를 위해서, 외피 구조를 프레임 구조 및/또는 다공성 3D 구조를 포함하도록 출력할 수 있다.
또한, 3D 프린터(20)는 질기고 부드러우며 플렉서블한 소재를 사용하여 내피를 출력할 수 있으며, 두상 변형 부분을 효과적으로 교정하기 위해서 성장 저지 영역은 고밀도 구조로 성장 촉진 영역은 저밀도 구조를 포함하도록 출력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(30)는 외부 전자 장치와 통신을 수행하여, 두상 변형 환아에 대한 두상 변형 상태 정보 및/또는 두상 비대칭 정보 등을 수신하거나 전송할 수 있다. 예를 들어, 3D 스캐너(10)를 통하여 획득한 두상 변형 환아의 3D 이미지를 통신부(30)를 이용하여 외부 전자 장치 또는 다른 병원으로 전송하거나, 이전 병원에서 측정된 두상의 3D 데이터, CT로 측정된 데이터 등을 수신할 수 있다. 또한, 인터넷 등에 접속하여, 두상 교정모 제작을 위한 동 연령대의 소아 표준 두상의 데이터를 수신할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)는 두상 교정모 제작을 위한 두상 교정모 제작 장치(100)의 제어를 위해서 3D 스캐너(10), 3D 프린터(20) 및 통신부(30)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(40)는 두상 교정모 제작을 위해서, 3D 스캐너(10)로 하여금 두상 변형 환아의 두상을 스캔하도록 제어하여, 두상 3D 이미지를 획득하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 3D 프린터(20)로 하여금 두상 변형 환아의 두상 상태에 적합하게 설계된 외피 구조 및 내피 구조에 대응되게 외피, 내피를 각각 출력하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 통신부(30)를 이용하여 외부 전자 장치와 통신을 수행하고, 두상 변형 환아에 관한 두상 상태 정보, CT 데이터 등을 수신할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)는 3D 스캐너(10)를 통해 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정을 위한 기준점 및 영역을 구분하여 설정하고, 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index) 계산할 수 있다. 예를 들어, 두상 교정모를 제작하기 위해서는 두상 변형 환아의 두상에서 변형 부분을 측정해야 하는데, 제어부(40)는 두상 변형 부분의 정량적 측정을 위해서 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 기준점 및 영역을 구분하여 설정하고, 설정된 기준점 및 영역 구분을 이용하여 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 3D 스캐너(10)를 통하여 획득된 환아 두상 3D 이미지에 기준점을 설정하고, 기준점으로부터 획득된 Y축 방향으로 좌우 대칭으로 변환한 후에, 대칭 두상 볼륨(SV)을 획득하여, 본래(origin)의 환아 두상 볼륨(OV)과 대칭 두상 볼륨(SV)을 서로 중첩한 뒤, 서로 불일치 하는 부분(RV1, LV1, RV2, LV2, RV3, LV3)들을 확인하고, 불일치하는 부분을 각 영역별로 더한 후 전체 면적으로 나눈 백분율로 계산함으로써, <수학식 1>의 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산할 수 있다.
또한, 제어부(40)는 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환하고 중첩하여 기준점(Origin)으로부터 제일 멀리 떨어진 거리를 3방향에서 측정한 뒤, 좌우 거리 차이를 합산하고, 이를 각 거리로 나눈 값을 백분율로 계산함으로써, <수학식 2>의 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)는 획득된 환아의 두상 3D 이미지와 동 연령대의 소아 표준 두상 모형을 비교하여, 환아의 두상 3D 이미지에서 두상 변형 부분을 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링할 수 있다.
예를 들어, 제어부(40)는 계산된 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 이용하여 두산 변형 환아의 두상에서 비대칭 부분을 확인하고, 통신부(30) 등을 통하여 수신받은 동 연령대의 소아 표준 두상 모형과 비교하여, 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상 모형으로 조절하여 모델링할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분 및 교정된 두상 모형으로 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 성장 촉진 영역 및 성장 저지 영역을 구별하고, 각 영역별로 내피 구조를 설계할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 두상 변형 부분의 교정을 위해서 내피 구조 설계시 성장 촉진 영역 및 성장 저지 영역을 구별하고, 성장 촉진 영역은 저밀도 구조로 설계하여 압력을 적게 받아 머리뼈 성장이 촉진되도록 설계하고, 성장 저지 영역은 고밀도 구조로 설계하여 압력을 많이 받아 머리뼈 성장이 지연되거나 저지되도록 설계할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(40)는 측정된 두상 비대칭 부분 및 교정된 두상 모형으로 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 외피 구조를 프레임 구조 및/또는 다공성 3D 구조로 설계할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 두상 교정모의 통풍성 및 경량화의 실현을 위해서, 측정된 두상 비대칭 부분 및 교정된 두상 모형으로 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 변형 부분을 확인하고, 기설계된 내피 구조에 대응되도록 외피 구조를 프레임 구조 및/또는 다공성 3D 구조로 설계할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두상 교정모 제작 장치(100)에 관련하여서는 전술한 두상 교정모 제작 방법에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 두상 교정모 제작 장치(100)와 관련하여, 전술한 두상 교정모 제작 방법에 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.
10: 3D 스캐너 20: 3D 프린터
30: 통신부 40: 제어부
100: 두상 교정모 제작 장치
30: 통신부 40: 제어부
100: 두상 교정모 제작 장치
Claims (6)
- 두상 교정모 제작 방법에 있어서,
3D 스캔을 통하여 환아의 두상 3D 이미지를 획득하는 단계;
상기 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정을 위한 기준점 및 영역을 구분하여 설정하는 단계;
상기 설정된 기준점 및 영역을 이용하여 상기 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계;
상기 획득된 환아의 두상 3D 이미지를 교정된 두상으로 모델링하는 단계;
상기 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여 두상 교정모의 외피 및 내피를 각각 설계하는 단계;
상기 설계에 따라 상기 외피 및 내피를 각각 형성하고, 후처리하는 단계; 및
상기 후처리된 외피와 내피를 결합하여 상기 두상 교정모를 완성하는 단계를 포함하고,
상기 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계는,
상기 설정된 기준점 및 구분된 영역을 이용하여, 상기 환아의 두상 3D 이미지를 좌우 대칭으로 변환하고 중첩하여 체적 대칭(Volume Symmetry)을 계산하는 단계;
상기 좌우 대칭으로 변환하고 중첩된 이미지를 이용하여, New CVAI(New Cranial Vault Asymmetry Index)를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 체적 대칭(Volume Symmetry) 및 New CVAI를 이용하여, 상기 환아의 두상 비대칭 부분을 측정하는 단계를 포함하는 두상 교정모 제작 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 외피 설계 단계는,
통풍성 및 경량화를 실현하기 위해서, 상기 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 외피 구조를 프레임 구조 및 다공성 3D 구조로 설계하는 두상 교정모 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 내피 설계 단계는,
상기 측정된 두상 비대칭 부분 및 모델링된 두상 3D 이미지를 이용하여, 성장 저지 영역에 대하여는 내피 구조가 고밀도 3D 구조를 형성하도록 설계하고, 성장 촉진 영역에 대하여는 내피 구조가 저밀도 3D 구조를 형성하도록 설계하는 두상 교정모 제작 방법.
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항의 두상 교정모 제작 방법에 의해 제작된 두상 교정모.
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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| 김세온, "변형 사두증 환아에서 헬멧치료와 능동적 두위변경 치료의 두상 교정 효과 비교", 아주대학교 대학원 석사 학위 논문, 2013, 페이지 1-22* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102537144B1 (ko) | 2023-02-01 | 2023-05-30 | 주식회사 이노야드 | 레이 캐스팅을 활용한 두상 교정 헬멧 설계 방법, 장치 및 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018212632A1 (ko) | 2018-11-22 |
| KR20180127120A (ko) | 2018-11-28 |
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Legal Events
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