KR102227735B1 - 3D Modeling method for organ and 3D organ model - Google Patents

3D Modeling method for organ and 3D organ model Download PDF

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KR102227735B1
KR102227735B1 KR1020200000849A KR20200000849A KR102227735B1 KR 102227735 B1 KR102227735 B1 KR 102227735B1 KR 1020200000849 A KR1020200000849 A KR 1020200000849A KR 20200000849 A KR20200000849 A KR 20200000849A KR 102227735 B1 KR102227735 B1 KR 102227735B1
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석준걸
정유석
류준선
유창환
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Abstract

The present invention relates to a 3D modeling method of an organ and a 3D organ model. According to the present invention, the 3D organ model includes: a model body consisting of a mesh structure and representing a normal region; and a lesion body connected to the model body, representing a lesion area, and having a lesion ody with a denser structure than the model body, thereby shortening a manufacturing time and cost.

Description

장기의 3D 모델링 방법 및 3D 장기 모델{3D Modeling method for organ and 3D organ model}3D Modeling method for organ and 3D organ model}

본 발명은 제조시간과 비용이 단축되는 장기의 3D 모델링 방법 및 정상조직과 병변의 구분이 명확한 3D 장기 모델에 관한 것이다.The present invention relates to a 3D modeling method of organs that reduce manufacturing time and cost, and a 3D organ model in which normal tissues and lesions are clearly distinguished.

암환자 등의 치료에 있어 환자에게 치료계획을 설명하거나 수술 시 참고하기 위한 3D 장기 모델이 활용되고 있다.In the treatment of cancer patients, a 3D organ model is used to explain the treatment plan to the patient or refer to it during surgery.

3D 장기 모델은 3D 모델링 및 3D 프린팅을 통해 제조되고 있는데, 제조에 시간과 비용이 과도하게 소요되는 문제가 있다.The 3D long-term model is manufactured through 3D modeling and 3D printing, but there is a problem that it takes excessive time and cost to manufacture.

또한 제조된 3D 장기 모델에서는 정상 조직과 병변과의 구분이 명확하지 않은 문제가 있다.In addition, in the manufactured 3D organ model, there is a problem that the distinction between normal tissues and lesions is not clear.

한국등록 제10-1818007호(2018년 2월 21일 공고)Registration in Korea No. 10-1818007 (announced on February 21, 2018)

따라서 본 발명의 목적은 제조시간과 비용이 단축되는 장기의 3D 모델링 방법 및 정상조직과 병변의 구분이 명확한 3D 장기 모델을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a 3D modeling method of organs that reduce manufacturing time and cost, and a 3D organ model in which normal tissues and lesions are clearly distinguished.

상기 본 발명의 목적은 3D 장기 모델에 있어서, 메시 구조로 이루어져 있으며 정상 영역을 나타내는 모델 본체; 및 상기 모델 본체에 연결되어 있으며 병변 영역을 나타내며 상기 모델 본체보다 촘촘한 구조로 이루어진 병변체를 포함하며, 3D 프린팅을 통해 제조된 것에 의해 달성된다.An object of the present invention is a 3D organ model, comprising: a model body consisting of a mesh structure and representing a normal region; And a lesion connected to the model body, representing a lesion area, and having a structure that is finer than that of the model body, and is achieved by manufacturing through 3D printing.

상기 병변체는 표면이 솔리드 타입일 수 있다.The lesion may have a solid surface.

상기 병변체는 구형일 수 있다.The lesion may be spherical.

상기 모델 본체에 연결되어 있으며 주변 장기 영역을 나타내며 메시 구조의 주변 장기체를 더 포함하며, 상기 주변 장기체는 상기 모델 본체보다는 촘촘하고 상기 병변체보다는 덜 촘촘할 수 있다.It is connected to the model body and represents a peripheral organ region and further includes a peripheral organ body having a mesh structure, and the peripheral organ body may be denser than the model body and less dense than the lesion.

상기 모델 본체 하부에 위치하며 상기 모델 본체를 지지하는 스탠드를 더 포함할 수 있다.A stand positioned below the model body and supporting the model body may be further included.

상기 본 발명의 다른 목적은 3D 장기 모델링 방법에 있어서, 장기의 단층 영상으로부터 상기 장기의 정상 영역과 병변 영역을 구분하여 인식하는 단계; 인식된 상기 정상 영역 및 병변 영역을 3차원적으로 재구성하여 원좌료를 포함하는 재구성 3차원 영역을 마련하는 단계; 상기 재구성 3차원 영역을 간략화하여 간략 좌표를 추출하는 단계; 상기 간략좌표로부터 상기 정상 영역은 메시로 이루어진 모델 본체로, 상기 병변 영역은 상기 모델본체보다 촘촘한 병변체로 모델링하여 프린팅 모델을 마련하는 단계를 포함하는 것에 의해 달성된다.Another object of the present invention is a 3D organ modeling method, comprising the steps of distinguishing and recognizing a normal region and a lesion region of the organ from a tomography image of the organ; Reconfiguring the recognized normal region and the lesion region in three dimensions to prepare a reconstructed three-dimensional region including the original seat; Extracting simple coordinates by simplifying the reconstructed 3D area; From the simplified coordinates, the normal region is a model body made of a mesh, and the lesion region is modeled as a lesion that is denser than the model body, thereby preparing a printing model.

상기 간략 좌표는, 일정한 간격 내에 위치하는 상기 원좌표 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 얻을 수 있다.The simplified coordinates may be obtained by randomly selecting any one of the original coordinates located within a certain interval.

상기 모델본체는, 상기 간략 좌표는 구로, 상기 간략 좌표 사이는 기둥으로 모델링할 수 있다.In the model body, the simple coordinates may be modeled as spheres, and the simple coordinates may be modeled as columns.

상기 병변체는, 중심 좌표를 구하여 상기 중심 좌표를 중심으로 하는 구로 모델링할 수 있다.The lesion may be modeled as a sphere centered on the center coordinate by obtaining a center coordinate.

상기 프린팅 모델은, 상기 모델본체와 연결되어 있는 스탠드를 더 포함하며, 상기 스탠드는, 상기 원좌표 및 상기 간략 좌표 중 어느 하나를 x, y 및 z의 각 축을 기준으로 복수의 구간으로 나눈 다음에, 각 구간의 최저점을 구하고, 이 최저점을 이은 그래프의 미분값이 음수에서 양수로 변하는 구간에서 미분값이 0을 기록하는 구간을 상기 스탠드의 최상단부로 설정할 수 있다.The printing model further includes a stand connected to the model body, wherein the stand divides any one of the original coordinate and the simplified coordinate into a plurality of sections based on each axis of x, y, and z. , The lowest point of each section is obtained, and a section in which the differential value is 0 in the section in which the differential value of the graph connecting the lowest point changes from negative to positive may be set as the uppermost end of the stand.

상기 프린팅 모델을 기초로 3D 프린팅하여 3D 장기 모델을 얻는 단계를 더 포함할 수 있다.It may further include the step of obtaining a 3D organ model by 3D printing based on the printing model.

상기 프린팅 모델은 주변 장기체를 더 포함하며, 상기 주변 장기체는 상기 원좌표에서 상기 간략 좌표보다 좁은 간격에서 랜덤하게 선택해서 얻은 좌표로부터 마련될 수 있다.The printing model further includes a peripheral organ, and the peripheral organ may be prepared from coordinates obtained by randomly selecting at a narrower interval than the simple coordinate in the original coordinate.

상기 장기는 갑상선이며, 상기 간략 좌표를 추출하기 위한 일정 간격은 3.5mm 내지 4.5mm일 수 있다.The organ is the thyroid gland, and a predetermined interval for extracting the simplified coordinates may be 3.5mm to 4.5mm.

본 발명에 따르면 제조시간과 비용이 단축되는 장기의 3D 모델링 방법 및 정상조직과 병변의 구분이 명확한 3D 장기 모델이 제공된다.According to the present invention, a 3D modeling method of an organ that reduces manufacturing time and cost, and a 3D organ model in which normal tissue and lesion are clearly distinguished are provided.

도 1은 본 발명에 따른 3D 갑상선 모델의 일 실시예를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 3D 갑상선 모델의 다른 실시예를 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 3D 폐 모델의 일 실시예를 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 3D 유방 모델의 일 실시예를 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 장기의 모델링 방법의 순서도를 나타낸 것이고,
도 6은 갑상선의 단층 영상을 컴퓨터로 불러오는 화면을 나타낸 것이고,
도 7은 단층 영상에서 정상 영역과 병변 영역을 구분하는 화면을 나타낸 것이고,
도 8은 재구성 3차원 영역을 나타낸 것이고,
도 9는 정상 영역의 모델링 결과를 나타낸 것이고,
도 10은 병변 영역의 모델링 결과를 나타낸 것이고,
도 11 내지 도 13은 스탠드 모델링 과정을 나타낸 것이다.
1 shows an embodiment of a 3D thyroid model according to the present invention,
2 shows another embodiment of a 3D thyroid model according to the present invention,
3 shows an embodiment of a 3D lung model according to the present invention,
4 shows an embodiment of a 3D breast model according to the present invention,
5 is a flowchart showing a method for modeling a 3D organ according to an embodiment of the present invention,
6 shows a screen in which tomography images of the thyroid gland are loaded into a computer,
7 shows a screen for dividing a normal region and a lesion region in a tomography image,
8 shows a reconstructed three-dimensional area,
9 shows the modeling result of the normal region,
10 shows the modeling result of the lesion area,
11 to 13 show the stand modeling process.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.The accompanying drawings are only an example illustrated to describe the technical idea of the present invention in more detail, and thus the spirit of the present invention is not limited to the accompanying drawings. In addition, in the accompanying drawings, sizes and intervals may be exaggerated differently from the actual in order to explain the relationship between each component.

이하에서는 장기의 일 예로 갑상선을 주로 예시하여 설명하나, 본 발명의 장기는 갑상선에 한정되지 않는다. 본 발명의 장기는 인체에서 기능적 구조적 유사성을 바탕으로 특정한 이름이 붙은 모든 해부학적 구조(labeled anatomical structure)일 수 있으며, 예를 들어, 안구, 구강, 안면부 골(bone)부, 귀, 코, 갑상선, 폐, 심장, 간, 신장 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, the thyroid gland is mainly illustrated as an example of an organ, but the organ of the present invention is not limited to the thyroid gland. Organs of the present invention may be any labeled anatomical structure with a specific name based on functional structural similarity in the human body, for example, the eyeball, oral cavity, facial bone, ear, nose, thyroid gland. , Lung, heart, liver, may be any one of the kidneys, but is not limited thereto.

도 1은 본 발명에 따른 3D 갑상선 모델의 일 실시예를 나타낸 것이고,1 shows an embodiment of a 3D thyroid model according to the present invention,

갑상선 모델(1)은 모델 본체(10) 및 병변체(20)로 이루어져 있다. The thyroid gland model 1 consists of a model body 10 and a lesion 20.

모델 본체(10)는 메시 타입으로 이루어져 있다. 메시의 골격은 원기둥 형태이나, 다른 실시예에서는 사각 기둥 등 다양하게 변경될 수 있다.The model body 10 is made of a mesh type. The skeleton of the mesh is in the form of a cylinder, but in other embodiments, it may be variously changed, such as a square column.

원기둥의 반지름은 0.25mm 내지 0.35mm이다. 반지름이 0.25mm보다 작으면 모델이 약해서 부서질 수 있으며, 반지름이 0.35mm보다 크면 모델이 투박해진다. 적절한 원기둥의 반지름은 갑상선 모델(1)의 재질, 갑상선 모델(1)의 전체 크기 및 메시 간격 등에 의해 변경될 수 있다.The radius of the cylinder is 0.25mm to 0.35mm. If the radius is less than 0.25mm, the model is weak and can be broken, and if the radius is larger than 0.35mm, the model becomes clunky. The appropriate radius of the cylinder can be changed by the material of the thyroid model 1, the total size of the thyroid model 1, and the mesh spacing.

병변체(20)는 솔리드한 구형태이다. 병변체(20)의 내부는 비어있을 수 있다. 병변체(20)는 모델 본체(10)와 일체로 형성되어 있으며 모델 본체(10)에 의해 지지된다.The lesion 20 has a solid spherical shape. The interior of the lesion 20 may be empty. The lesion body 20 is formed integrally with the model body 10 and is supported by the model body 10.

다른 실시예에서 병변체(20)는 모델 본체(10)보다 촘촘한 메시 형태일 수 있다. 또한, 병변체(20)는 모델 본체(10)와 다른 색상으로 마련될 수도 있다.In another embodiment, the lesion 20 may have a finer mesh shape than the model body 10. In addition, the lesion body 20 may be provided in a color different from that of the model body 10.

도 2는 본 발명에 따른 3D 갑상선 모델의 다른 실시예를 나타낸 것이다.2 shows another embodiment of a 3D thyroid model according to the present invention.

갑상선 모델(2)은 모델 본체(10) 및 병변체(20) 외에 스탠드(30)와 주변 장기체(41, 42)를 포함한다.The thyroid gland model 2 includes a stand 30 and peripheral organs 41 and 42 in addition to the model body 10 and the lesion 20.

스탠드(30)는 모델 본체(10) 하부에 위치하며 갑상선 모델(2)을 바닥에 높았을 때 바닥과 접촉하여 모델 본체(10)가 신체 내부에서 위치하는 자세를 유지하도록 한다.The stand 30 is located under the model body 10 and contacts the floor when the thyroid model 2 is high on the floor to maintain the posture in which the model body 10 is located inside the body.

스탠드(30)는 모델 본체(10)와 구별되도록 솔리드하게 마련되며, 내부는 비어있을 수 있다. 스탠드(30)는 모델 본체(10)와 다른 색상으로 마련될 수 있다.The stand 30 is provided to be solid to be distinguished from the model body 10, and the inside may be empty. The stand 30 may be provided in a color different from that of the model body 10.

주변 장기체(41, 42)는 각각 갑상연골 및 기관지를 모델링한 것이다.The surrounding organs 41 and 42 are models of thyroid cartilage and bronchi, respectively.

본 발명의 '주변 장기'는 '해당 병변(종양)이 호발한 해부학적 위치와 연관되어있는 주변 구조물'로 정의될 수 있다. 다만, 대상 장기의 종류 등에 따라 '주변 장기'는 다양하게 선택될 수 있다.The'peripheral organs' of the present invention may be defined as'peripheral structures associated with the anatomical location of the lesion (tumor). However, the'peripheral organ' can be selected in various ways depending on the type of the target organ, etc.

주변 장기는 이에 한정되지 않으나 갑상선의 경우 식도, 기관지, 갑상연골, 경동맥 및/또는 경정맥, 유방의 경우 치밀조직과 성긴조직, 유두, 갈비뼈 및/또는 대흉근, 폐의 경우 폐동맥, 폐정맥 및/또는 기관지일 수 있다.Peripheral organs are not limited thereto, but the esophagus, bronchi, thyroid cartilage, carotid and/or jugular veins for the thyroid gland, dense and sparse tissues for the breast, the nipples, ribs and/or pectoralis muscle, pulmonary arteries, pulmonary veins and/or bronchi for the lungs. Can be

주변 장기체(41, 42)는 모델 본체(10) 및 병변체(20)와의 구별을 위해 다른 밀도의 구조로 마련되어 있다.The peripheral organs 41 and 42 are provided with structures of different densities to distinguish them from the model body 10 and the lesion 20.

도 3은 본 발명에 따른 3D 폐 모델의 일 실시예를 나타낸 것이다.3 shows an embodiment of a 3D lung model according to the present invention.

폐 모델(3)은 모델 본체(10), 병변체(20) 및 주변장기체(41, 42, 43)로 이루어져 있다.The lung model 3 consists of a model body 10, a lesion body 20, and a peripheral organ body (41, 42, 43).

주변장기체(41, 42, 43)는 각각 기관지, 폐 하엽 및 폐 중엽을 모델링한 것이다.Peripheral organs (41, 42, 43) are models of the bronchi, lower lung lobe, and middle lung lobe, respectively.

주변장기체(41, 42, 43)는 모델 본체(10) 및 병변체(20)와 다른 밀도로 표현되어 있으며, 주변장기체(41, 42, 43) 자체도 서로 구별될 수 있도록 다른 밀도로 표현되어 있다.The peripheral organs (41, 42, 43) are expressed in different densities than the model body 10 and the lesion 20, and the peripheral organs (41, 42, 43) themselves have different densities so that they can be distinguished from each other. It is expressed.

도 4는 본 발명에 따른 3D 유방 모델의 일 실시예를 나타낸 것이다.4 shows an embodiment of a 3D breast model according to the present invention.

유방 모델(4)은 모델 본체(10), 병변체(20) 및 주변장기체(41)로 이루어져 있다. 주변장기체(41)는 유두(nipple)를 모델링한 것이다.The breast model 4 is composed of a model body 10, a lesion body 20, and a peripheral organ body 41. The peripheral organ 41 is a model of a nipple.

도 5를 참조하여 본 발명에 따른 3D 모델링 방법을 설명한다. 아래 설명하는 방법 중 프린팅 모델의 마련까지는 컴퓨터 내지 전산처리장치를 이용하여 수행될 수 있다.A 3D modeling method according to the present invention will be described with reference to FIG. 5. Of the methods described below, preparation of a printing model may be performed using a computer or a computer processing apparatus.

먼저 환자의 단층 영상 등으로부터 정상 영역 및 병변 영역을 구분한다(S100).First, the normal area and the lesion area are distinguished from the tomography image of the patient (S100).

단층 영상은 CT 이미지, MRI 이미지 및 PET-CT 이미지 등일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The tomography image may be a CT image, an MRI image, and a PET-CT image, but is not limited thereto.

도 6은 갑상선의 단층 영상을 컴퓨터로 불러오는 화면을 나타낸 것이고, 도 7은 단층 영상에서 정상 영역과 병변 영역을 구분하는 화면을 나타낸 것이다.6 shows a screen in which a tomography image of the thyroid gland is loaded into a computer, and FIG. 7 shows a screen for dividing a normal region and a lesion region in the tomography image.

도 7에서 녹색이 갑상선 영역(정상 영역)이며 점선으로 된 동그라미가 결절(병변 영역)이다.In Fig. 7, green is the thyroid region (normal region), and the dotted circle is the nodule (lesion region).

일반 장기의 경우 고형 장기 영역(정상 영역)과 암종(병변 영역)의 위치를 인식한다.In the case of general organs, the location of the solid organ area (normal area) and carcinoma (lesion area) is recognized.

이 단계와 동시에 해부학적으로 연관된 주변구조물(주변 장기)을 자동으로 분리하여 인식할 수 있다.Simultaneously with this step, anatomically related surrounding structures (peripheral organs) can be automatically separated and recognized.

이상 설명한 이미지의 인식은 통상의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 이에 한정되지 않으나, 수기(manual) 영역 지정, 임계점(threshold)을 이용하는 방법, 경계선 검출(edge detection), 파라메트릭(parametric) 기법, 기계학습(machine learning) 기법, 딥러닝(deep learning)등을 사용할 수 있다.Recognition of the image described above may be performed by a conventional method. For example, but not limited to, manual area designation, a method using a threshold, edge detection, parametric method, machine learning method, deep learning learning), etc.

이후 인식된 영역을 재구성하여 재구성 3차원 영역을 마련한다(S200). 재구성 3차원 영역은 원좌표를 포함한다.Thereafter, the recognized area is reconstructed to prepare a reconstructed 3D area (S200). The reconstructed three-dimensional region contains the original coordinates.

도 5는 재구성 3차원 영역을 나타낸 것이다.5 shows a reconstructed three-dimensional area.

이 단계 역시 통상의 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, FreeCAD, MeshLAB, Blender, Meshmixe 또는 marching cubes 알고리즘 (1987)을 사용할 수 있다.This step can also be carried out in a conventional manner. For example, FreeCAD, MeshLAB, Blender, Meshmixe or the marching cubes algorithm (1987) can be used.

다음으로 재구성 3차원 영역으로부터 간략 좌표를 추출한다(S300).Next, simple coordinates are extracted from the reconstructed 3D area (S300).

이 단계에서는 3차원으로 재구성된 영역을 일정 간격으로 점과 면으로 나누어 간략화한다. 재구성 3차원 영역에서는 삼각 좌표들과 그 좌표가 이루는 면이 구해지게 되는데, 본 단계에서 이 '좌표'와 '면'에 대한 값들을 이용하여 다시 '구'와 '기둥'을 재구성한다.In this step, the reconstructed area is simplified by dividing it into points and planes at regular intervals. In the reconstructed three-dimensional domain, the triangular coordinates and the plane formed by the coordinates are obtained. In this step, the'sphere' and the'column' are reconstructed again using the values of the'coordinate' and'face'.

간략좌표는 원좌표의 좌표의 10% 내지 30%의 개수의 좌표로 이루어질 수 있다.The simplified coordinates may be composed of the number of coordinates of 10% to 30% of the coordinates of the original coordinates.

예를 들어, 원좌표가 약 12,000개의 좌표로 구성되었다면, 이를 간략화한 간략좌표는 1,800개 정도일 수 있다.For example, if the original coordinates are composed of about 12,000 coordinates, the simplified coordinates may be about 1,800.

간략화에서는 일정 간격으로 영역을 나누고, 이 영역에 속해있는 원좌표 중 하나를 랜덤하게 선택한다.In the simplification, regions are divided at regular intervals, and one of the original coordinates belonging to this region is randomly selected.

갑상선의 경우 일정 간격은 3.5mm 내지 4.5mm일 수 있다. 간과 같이 큰 장기는 0.8cm 내지 1.2cm일 수 있으며 유방과 같은 중간 크기의 장기는 4mm 내지 6mm일 수 있다.In the case of the thyroid gland, the predetermined interval may be 3.5mm to 4.5mm. Large organs such as the liver may be 0.8cm to 1.2cm, and medium-sized organs such as breasts may be 4mm to 6mm.

갑상선에서 일정 간격을 4mm로 선택하며, 최종 선택된 좌표 중 랜덤하게 선택된 두 좌표의 간격은 최소 1mm에서 8mm까지 존재한다.In the thyroid gland, a certain interval is selected as 4mm, and the interval between the two randomly selected coordinates among the final selected coordinates exists from at least 1mm to 8mm.

간략화에서 랜덤하게 선택하는 이유는 정해진 좌표로 재구성할 경우, 오히려 모델이 갖고 있는 불규칙적인 특징이 생략되기 때문이다.The reason for selecting randomly in the simplification is that, when reconstructing to a fixed coordinate, the irregular features of the model are rather omitted.

갑상선의 경우 일정 간격이 3.5mm보다 작으면 메시 형태의 내부 관찰이 어려울 수 있으며 일정 간격이 4.5mm보다 크면 좌표의 숫자가 적어져 모델이 갖고 있는 불규적인 특징이 생략된다.In the case of the thyroid gland, if a certain distance is less than 3.5mm, it may be difficult to observe the inside of the mesh form, and if the certain distance is greater than 4.5mm, the number of coordinates decreases, and the irregular features of the model are omitted.

'불규칙'이라는 것은, 해당 장기가 갖고 있는 모양의 세밀함을 의미한다. 인체의 장기는 완전한 곡면 또는 직선이 아닌 어느 정도 요철의 형태를 가지기도 하며, 울퉁불퉁한 표면을 지니는데, 이를 가장 세밀하게 표현하려면 이 '면'을 구성하는 점이 간격이 작으면 작을수록 세밀해질 것이며, 그 점의 간격이 늘어날수록 요철형태에서 점점 평면적인 모양을 띄게 된다. 즉 '장기의 불규칙적 특성'은 '장기가 갖고 있는 고유의 표면의 형태나 복잡성'을 의미한다.'Irregular' means the details of the shape of the organ. The organs of the human body are not completely curved or straight, but have a somewhat uneven shape, and they have a bumpy surface. , As the spacing of the points increases, the irregular shape becomes more and more flat. In other words, the'irregular nature of the organ' means'the shape or complexity of the unique surface of the organ'.

이후 모델링을 통해 프린팅 모델을 마련한다(S400).After that, a printing model is prepared through modeling (S400).

이 단계에서는 추출된 간략좌표를 바탕으로 3차원적으로 구성하여 메시 타입 내지 솔리드 타입으로 표현한다.In this step, it is constructed in three dimensions based on the extracted simple coordinates and expressed as a mesh type or a solid type.

좌표 들은 해당 좌표에서 구로 표현한다. 갑상선이 경우 구의 반지름은 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다.Coordinates are expressed as spheres at the corresponding coordinates. In the case of the thyroid gland, the radius of the sphere may be 0.25 mm to 0.35 mm.

좌표와 좌표를 잇는 기둥은 원기둥(원통)으로 표현한다. 갑상선의 경우 원기둥의 반지름 역시 0.25mm 내지 0.35mm일 수 있다.The column connecting the coordinates and the coordinates is expressed as a cylinder (cylinder). In the case of the thyroid gland, the radius of the cylinder may also be 0.25mm to 0.35mm.

결절의 경우, 검출 시 영역으로 검출하는 것이 아닌 중심점(epicenter)을 구하여 해당 좌표에 구(sphere)로 표현한다. 이는 해당 부위가 가장 중요하기 때문에 원형으로 구현된 균일한 질감으로 시안성을 높이기 위함이다. 해당 구(sphere)가 내부에 위치하여 외형을 둘러싸고 있는 메시와 연결되지 않을 경우, 가장 가까운 세 개의 좌표와 연결하는 다리(bridge)를 만들어 연결한다.In the case of nodules, the epicenter, which is not detected as a region when detected, is obtained and expressed as a sphere at the corresponding coordinates. This is to increase the visibility with a uniform texture implemented in a circular shape because the area is the most important. If the sphere is located inside and is not connected to the mesh surrounding the outer shape, connect it by creating a bridge that connects the three closest coordinates.

도 9는 정상 영역의 모델링 결과를 나타낸 것이고, 도 10은 병변 영역의 모델링 결과까지 같이 나타낸 것이다.9 shows the modeling result of the normal region, and FIG. 10 shows the modeling result of the lesion region.

이상의 모델링에서 선택에 따라 모델을 안정적으로 올려놓을 수 있는 스탠드와 주변 장기를 추가로 모델링할 수 있다.In the above modeling, you can additionally model a stand that can stably place the model and surrounding organs according to your choice.

스탠드의 모델링을 갑상선을 예시로 설명하면 다음과 같다.The modeling of the stand will be described using the thyroid gland as an example.

갑상선은 좌, 우엽으로 나누어지며, 이를 잇는 협부를 찾는다. 찾는 방식은 전체를 일정 개수의 구간, 예를 들어 10구간으로 나누어 가장 좌표가 적은 구간이 협부에 해당한다. 협부를 기준으로 좌, 우를 나누어 양측에서 가장 낮은 위치(lowest z-axis)에 위치한 좌표를 얻어, 이 좌표로 생성된 구(sphere)를 포함하는 최저 높이가 1cm이 되는 육면체를 생성한다.The thyroid gland is divided into left and right lobes, and it finds the isthmus connecting it. The search method divides the whole into a certain number of sections, for example, 10 sections, and the section with the least coordinates corresponds to the isthmus. By dividing left and right based on the isthmus, the coordinates located at the lowest z-axis on both sides are obtained, and a hexahedron with the lowest height including the sphere created by this coordinate is 1 cm.

모든 3D 모델은 x, y, z 축을 기준으로 각각 스탠드를 구성할 수 있다. 각 축을 기준으로 10개의 구간으로 나눈 다음에, 각 구간의 최저점을 구한다. 이 최저점을 이은 그래프의 미분값이 음수에서 양수로 변하는 구간에서 미분값이 0을 기록하는 구간의 값이 스탠드의 상단 높이가 된다.All 3D models can be configured with a stand based on the x, y, and z axes. After dividing into 10 sections based on each axis, the lowest point of each section is obtained. In the section in which the differential value of the graph following this lowest point changes from negative to positive, the value of the section in which the differential value records 0 becomes the height of the top of the stand.

도 11 내지 도 13은 스탠드 모델링 과정을 자세히 나타낸 것이다.11 to 13 illustrate the stand modeling process in detail.

도 11과 같이 z축으로 스탠드를 만든다고 할 경우, x축을 10개의 구간으로 나누게 되고, 그 구간의 z좌표의 최저점으로 그래프를 그린다.As shown in Fig. 11, when the stand is made with the z-axis, the x-axis is divided into 10 sections, and a graph is drawn with the lowest point of the z-coordinate of the section.

10개의 구간의 최저점이므로 구간별 좌표의 변동값(미분값)은 8개가 구해지게 되며 도 12와 같이 -, +, +, -, +, -, 0, + 로 구해진다.Since it is the lowest point of 10 sections, 8 variation values (differential values) of the coordinates for each section are obtained, and as shown in FIG. 12, it is obtained as -, +, +, -, +, -, 0, +.

이 중 - 에서 + 로 옮겨지는 구간은 총 3개이며, 이는 도 13의 빨간색 부분이다.Of these, there are a total of 3 sections transferred from-to +, which are the red parts of FIG. 13.

즉, 3개의 좌표에서 1mm 위의 좌표가, 스탠드의 상단 좌표가 된다. 1mm를 높이는 이유는, 메시 구조의 각 기둥과 좌표점들이 0.3mm의 반지름으로 구성되기 때문에, 3개의 상단 좌표로부터 1mm 높일 경우 메시 구조의 일부가 겹쳐짐으로써 안정성을 높인다.That is, the coordinates 1mm above the three coordinates become the coordinates of the top of the stand. The reason for raising 1mm is that each column and coordinate points of the mesh structure are composed of a radius of 0.3mm, so when increasing by 1mm from the three upper coordinates, part of the mesh structure overlaps to increase stability.

스탠드는 위의 계산을 통해 구해진 3개의 좌표 중, 가장 낮은 좌표로부터 1cm 높이가 되도록 한다.The stand should be 1cm high from the lowest coordinate among the three coordinates obtained through the above calculation.

주변 장기의 모델링을 설명하면 다음과 같다.The modeling of the surrounding organs is as follows.

갑상선의 경우 좌표 선택의 간격을 예를 들어, 3mm로 주는 이유를 내부가 잘 보기 위함이었다. 그러나 '해부학적으로 연관된 장기'는 그 내부를 볼 필요가 없는 구조물이므로, 더 작은 간격, 예를 들어 2mm 또는 1mm 간격의 좌표 선택, 또는 좌표를 통해 구성되는 구(sphere)나 두 좌표를 연결하는 원형기둥의 두께에 차이를 주어 다른 밀도로 표현해낼 수 있다. In the case of the thyroid gland, the reason why the interval of coordinate selection was, for example, 3mm was for the inside to see well. However,'anatomically related organs' are structures that do not need to see their interior, so the selection of coordinates at smaller intervals, e.g. 2mm or 1mm intervals, or a sphere constructed through coordinates or connecting two coordinates. It can be expressed in different densities by giving a difference in the thickness of the circular column.

이 후 프린팅 모델을 이용하여 실제 3D 프린터로 프린팅하여 3D 장기 모델을 얻는다(S500).After that, a 3D organ model is obtained by printing with an actual 3D printer using the printing model (S500).

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The above-described embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited thereto. Since those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement the present invention by various modifications therefrom, the technical protection scope of the present invention should be determined by the appended claims.

Claims (13)

3D 장기 모델에 있어서,
메시 구조로 이루어져 있으며 정상 영역을 나타내는 모델 본체; 및
상기 모델 본체에 연결되어 있으며 병변 영역을 나타내며 상기 모델 본체보다 촘촘한 구조로 이루어진 병변체를 포함하며,
3D 프린팅을 통해 제조되며,
상기 모델 본체에 연결되어 있으며 메시 구조인 주변 장기체를 더 포함하며,
상기 주변 장기체는 주변 장기 영역을 나타내며,
상기 주변 장기체는 상기 모델 본체보다는 촘촘하고 상기 병변체보다는 덜 촘촘한 3D 장기 모델.
In the 3D organ model,
A model body consisting of a mesh structure and representing a normal region; And
It is connected to the model body and represents a lesion area and includes a lesion body having a structure that is denser than that of the model body,
It is manufactured through 3D printing,
It is connected to the model body and further includes a peripheral organ body having a mesh structure,
The peripheral organ body represents the peripheral organ area,
The surrounding organs are denser than the model body and less dense than the lesions 3D organ model.
제1항에서,
상기 병변체는 표면이 솔리드 타입인 3D 장기 모델.
In claim 1,
The lesion is a 3D organ model with a solid surface.
제2항에서,
상기 병변체는 구형인 3D 장기 모델.
In paragraph 2,
The lesion is a spherical 3D organ model.
삭제delete 제1항에서,
상기 모델 본체 하부에 위치하며 상기 모델 본체를 지지하는 스탠드를 더 포함하는 3D 장기 모델.
In claim 1,
3D organ model further comprising a stand positioned under the model body and supporting the model body.
컴퓨터로 수행되는 3D 장기 모델링 방법에 있어서,
장기의 단층 영상으로부터 상기 장기의 정상 영역과 병변 영역을 구분하여 인식하는 단계;
인식된 상기 정상 영역 및 병변 영역을 3차원적으로 재구성하여 원좌표를 포함하는 재구성 3차원 영역을 마련하는 단계;
상기 재구성 3차원 영역을 간략화하여 간략 좌표를 추출하는 단계;
상기 간략좌표로부터 상기 정상 영역은 메시로 이루어진 모델 본체로, 상기 병변 영역은 상기 모델본체보다 촘촘한 병변체로 모델링하여 프린팅 모델을 마련하는 단계를 포함하는 3D 장기 모델링 방법.
In the 3D organ modeling method performed by a computer,
Distinguishing and recognizing a normal region and a lesion region of the organ from the tomography image of the organ;
3D reconstructing the recognized normal area and lesion area to prepare a reconstructed 3D area including original coordinates;
Extracting simple coordinates by simplifying the reconstructed 3D area;
And preparing a printing model by modeling the normal region as a model body made of a mesh from the simplified coordinates, and the lesion region as a lesion body that is denser than the model body.
제6항에서,
상기 간략 좌표는,
일정한 간격 내에 위치하는 상기 원좌표 중 어느 하나를 랜덤하게 선택하여 얻는 3D 장기 모델링 방법.
In paragraph 6,
The simplified coordinates are,
3D organ modeling method obtained by randomly selecting any one of the original coordinates located within a certain interval.
제7항에서,
상기 모델본체에서,
상기 간략 좌표는 구로,
상기 간략 좌표 사이는 기둥으로 모델링하는 3D 장기 모델링 방법.
In clause 7,
In the model body,
The simplified coordinates are Guro,
A 3D organ modeling method for modeling with a column between the simple coordinates.
제8항에서,
상기 병변체는,
중심 좌표를 구하여 상기 중심 좌표를 중심으로 하는 구로 모델링하는 3D 장기 모델링 방법.
In clause 8,
The lesion is,
A 3D long-term modeling method of obtaining a center coordinate and modeling it as a sphere centered on the center coordinate.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
상기 프린팅 모델은,
상기 모델본체와 연결되어 있는 스탠드를 더 포함하며,
상기 스탠드는,
상기 원좌표 및 상기 간략 좌표 중 어느 하나를 x, y 및 z의 각 축을 기준으로 복수의 구간으로 나눈 다음에, 각 구간의 최저점을 구하고,
이 최저점을 이은 그래프의 미분값이 음수에서 양수로 변하는 구간에서 미분값이 0을 기록하는 구간을 상기 스탠드의 최상단부로 설정하는 3D 장기 모델링 방법.
In any one of claims 6 to 9,
The printing model,
Further comprising a stand connected to the model body,
The stand above,
After dividing any one of the original coordinate and the simplified coordinate into a plurality of sections based on each axis of x, y, and z, the lowest point of each section is obtained,
A 3D long-term modeling method in which a section in which a derivative value of 0 is recorded in a section in which the derivative value of the graph following the lowest point changes from negative to positive is set as the uppermost end of the stand.
삭제delete 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
상기 프린팅 모델은 주변 장기체를 더 포함하며,
상기 주변 장기체는 상기 원좌표에서 상기 간략 좌표보다 좁은 간격에서 랜덤하게 선택해서 얻은 좌표로부터 마련되는 3D 장기 모델링 방법.
In any one of claims 6 to 9,
The printing model further includes a peripheral organ,
The 3D organ modeling method in which the peripheral organ is provided from coordinates obtained by randomly selecting at a narrower interval than the simple coordinate in the original coordinate.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
상기 장기는 갑상선이며,
상기 간략 좌표를 추출하기 위한 일정 간격은 3.5mm 내지 4.5mm인 3D 장기 모델링 방법.

In any one of claims 6 to 9,
The organ is the thyroid gland,
A 3D organ modeling method in which a predetermined interval for extracting the simple coordinates is 3.5mm to 4.5mm.

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