KR102357001B1 - Scoliosis Diagnosis Method and System using 3D Depth Camera - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 프로세서가, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 포함하여 피진단체의 척추 구조를 유추하는 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템이 개시된다.According to the present invention, the processor acquires an image of a body to be examined for diagnosing a spinal deformity, extracting a plurality of feature points from the image of the body to be examined using an image processing algorithm, the key points calculating the surface height information by measuring the relative height between points of the evacuated body using distance information between the Disclosed are a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system using a 3D depth camera for inferring a structure of the spine of a body to be examined, including the steps of:

Description

3차원 심도 카메라를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 시스템 {Scoliosis Diagnosis Method and System using 3D Depth Camera}Scoliosis Diagnosis Method and System using 3D Depth Camera}

본 발명은 척추 측만 진단 방법에 관한 것으로, 특히 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a scoliosis diagnosis method, and more particularly, to a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system using a 3D depth camera.

척추는 시상면(Sagittal), 관상면(Axial) 및 축상면(Coronal)의 삼차원적인 구조로 분석하게 된다. 특히 이 중 시상면 및 관상면 정렬과 골반/척추 관계가 중요하며 이를 분석하기 위하여 전신 시상면 및 관상면 X-ray를 촬영하고 각종 수치들을 분석하고 있다.The spine is analyzed as a three-dimensional structure of the sagittal, coronal, and coronal surfaces. In particular, the sagittal and coronal plane alignment and the pelvic/vertebral relationship are important.

전신 시상면 및 관상면 X-ray 를 시행할 경우 정확한 분석이 가능하나 분석하는데 시간이 많이 필요하며, 제한점이 존재하므로 실제 불편이 있는 환자들에게 제한적으로만 시행하고 있다.When performing whole-body sagittal and coronal X-rays, accurate analysis is possible, but it takes a lot of time to analyze, and there are limitations, so it is only used for patients with actual discomfort.

이에 따라, 영상 기술 및 컴퓨터 기술을 이용하여 X-ray를 사용하지 않고서도 환자의 척추 구조를 유추할 수 있는 기술이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technology capable of inferring the spine structure of a patient without using X-rays using imaging technology and computer technology.

본 발명은 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템으로 프로세서가, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 포함하여 피진단체의 척추 구조를 유추하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a method for diagnosing a scoliosis using a 3D depth camera and a system for diagnosing a scoliosis, in which a processor acquires an image of a cortex for diagnosing a spinal deformity; extracting a plurality of feature points from an image using an image processing algorithm; calculating surface height information by measuring a relative height between one point of the body to be examined using distance information between the feature points to calculate surface height information; and the surface height information The purpose of the present invention is to infer the structure of the vertebral body of the evacuated body using

또한, 척추 균형 확인을 위하여 필요하지만 실제 3차원 심도 카메라(3D depth camera)로는 알기 어려운 지점인 척추뼈, 꼬리뼈, 대퇴골 두부의 위치를 알아내는데 또 다른 목적이 있다.In addition, another purpose is to find out the positions of the vertebrae, tailbone, and femur head, which are necessary for checking the balance of the spine but are difficult to understand with a 3D depth camera.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified in the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 심도 카메라를 이용한 척추 측만 진단 방법은, 프로세서가, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, a method for diagnosing a scoliosis using a three-dimensional depth camera according to an embodiment of the present invention includes the steps of: acquiring, by a processor, an image obtained by photographing a body to be diagnosed with spinal deformity; extracting a plurality of feature points using an image processing algorithm from an image taken of and modeling the vertebral structure of the evacuated body by using surface height information and analyzing the degree of deformation of the vertebrae.

여기서, 상기 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계는, 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득한다.Here, the step of acquiring the image of the body to be evacuated includes acquiring images of the front, side, and back of the body to be evacuated.

여기서, 상기 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함한다.Here, the characteristic points include a position of both shoulder joints, a nose position, an ear position, and a pelvic joint position on both sides of the evacuated body.

여기서, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치는, 상기 피진단체가 기립 상태에서 팔 및 다리를 움직이는 경우 이동의 중심점으로 확인되는 위치이다.Here, the shoulder joint positions and the pelvic joint positions of the body to be examined are positions identified as center points of movement when the object to be tested moves its arms and legs in a standing state.

여기서, 상기 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계는, 상기 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산하는 단계, 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리와 기준 배경영상까지의 거리를 비교하여 상기 피진단체의 외곽선을 검출하는 단계, 검출한 상기 피진단체의 외곽선에서 제1 특징점들을 추출하는 단계 및 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리 정보 별로 상기 피진단체의 표면에서 제2 특징점들을 추출하는 단계를 포함한다.Here, the step of extracting a plurality of feature points using the image processing algorithm includes calculating 3D depth map data using the image taken of the body to be examined, and the distance to the object to be diagnosed from the depth map data. Comparing the distance to the reference background image to detect the outline of the object to be diagnosed, extracting first feature points from the detected outline of the object to be diagnosed, and the distance information to the object to be tested identified from the depth map data for each and extracting second feature points from the surface of the body to be examined.

여기서, 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계는, 상기 피진단체의 외곽선을 기준으로 가상의 표면을 이루는 직교선을 생성하여 상기 직교선의 교차점들을 기준 좌표로 설정하는 단계, 추출한 상기 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정하는 단계 및 상기 상대 좌표를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 거리를 계산하고, 상기 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치를 비교하여 상기 기준 좌표와의 거리와 각도를 상기 표면 높이 정보로 산출하는 단계를 포함한다.Here, the step of calculating the surface height information by measuring the relative heights between points of the body to be tested includes generating an orthogonal line forming a virtual surface based on the outline of the body to be tested and setting the intersection points of the orthogonal lines as reference coordinates. setting the plurality of extracted feature points as relative coordinates, calculating a distance between one point of the body to be examined using the relative coordinates, and comparing the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates to obtain the reference and calculating the distance and angle with respect to the coordinates as the surface height information.

여기서, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추의 수평면 상의 회전 반경을 추정하는 단계, 상기 회전 반경 정보와 어깨 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이, 중심축의 이동 정도를 포함하는 정보를 종합하여 척추 구조를 모델링하는 단계 및 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 포함한다.Here, the step of modeling the spine structure of the body to be examined using the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine includes: estimating a rotation radius on a horizontal plane of the spine of the body covered by using the surface height information; Modeling the spinal structure by synthesizing the information including the rotation radius information, the shoulder joint position difference on both sides of the shoulder, the position difference of the pelvic joints on both sides, and the degree of movement of the central axis, and analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled vertebral structure including the steps of

여기서, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하여 변형 정도를 분석한다.Here, in the step of modeling the spine structure of the body to be examined and analyzing the degree of deformation of the spine by using the surface height information, the degree of deformation is analyzed by dividing the cervical thoracic and lumbar portions of the spine of the body to be examined.

여기서, 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 모델링한 척추 구조에서 상기 회전 반경 정보와 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이를 포함하는 정보를 이용하여 척추의 측만 변형의 발생 방향을 확인한다.Here, the step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled vertebral structure comprises: using information including the rotation radius information, the position difference of both shoulder joints, and the position difference of both pelvic joints in the modeled vertebral structure. Check the direction of occurrence of the scoliosis strain.

여기서, 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 척추의 경흉추부와 요추부의 경계를 확인하여, 양측 골반 관절 위치 차이로부터 척추의 진행 방향과 만곡을 결정하고, 양측 골반 관절의 중심점부터 흉요추부경계의 중심 사이의 곡선을 각도를 통하여 추정한다.Here, the step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled vertebral structure comprises determining the boundary between the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the spine, and determining the direction and curvature of the spine from the difference in the position of the pelvic joints on both sides, The curve between the center of the pelvic joint and the center of the thoracolumbar border is estimated through the angle.

여기서, 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 흉요추부 경계 및 양측 어깨 관절의 중심점을 이용하여 흉추 만곡을 확인하고 회전 반경을 고려하여 변곡 정도를 결정한다.Here, in the step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spine structure, the curvature of the thoracic spine is checked using the thoracolumbar boundary and the center point of both shoulder joints, and the degree of inflection is determined in consideration of the rotation radius.

여기서, 상기 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하는 것은, 요추 굴곡의 변곡점을 측정하여 경흉추부와 요추부를 분리하는 기준으로 하여 상기 피진단체의 전체 신장에서의 높이를 측정한다.Here, to distinguish the cervical thoracic and lumbar parts of the spine of the body covered, the height at the total height of the body covered is measured by measuring the inflection point of the lumbar vertebrae and separating the cervical thoracic and lumbar parts.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 심도 카메라를 이용한 척추 측만 진단 시스템은, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영하는 영상 촬영부 및 상기 피진단체를 촬영한 영상으로부터 상기 피진단체의 척추 변형을 진단하는 방법을 수행하는 프로세서를 포함하며, 상기 프로세서는, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 수행한다.A scoliosis diagnosis system using a three-dimensional depth camera according to an embodiment of the present invention includes an image capturing unit that captures an evacuated body for diagnosing a spinal deformity, and a spinal deformity of the evacuated body from an image captured by the evacuated body. A method comprising: a processor for performing a diagnosis method, wherein the processor includes: acquiring an image of an evacuated body for diagnosing a spinal deformity; extracting, calculating the surface height information by measuring the relative height between points of the body under investigation by using the distance information between the feature points, and modeling the spine structure of the body covered by using the surface height information, Perform the steps of analyzing the degree of deformation of the spine.

여기서, 상기 영상 촬영부는, 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득한다.Here, the image capturing unit includes a 3D depth camera, and the processor acquires images obtained by photographing the front, side, and rear surfaces of the body to be examined.

여기서, 상기 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함한다.Here, the characteristic points include a position of both shoulder joints, a nose position, an ear position, and a pelvic joint position on both sides of the evacuated body.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 프로세서가, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 포함하여 피진단체의 척추 구조를 유추할 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the processor includes the steps of: acquiring, by the processor, an image obtained by photographing the body to be diagnosed; extracting feature points, calculating the surface height information by measuring the relative height between points of the body to be examined using distance information between the feature points, and calculating the spine structure of the body to be examined using the surface height information Including modeling and analyzing the degree of deformation of the spine, the structure of the spine of the subcutaneous tissue can be inferred.

또한, 척추 균형 확인을 위하여 필요하지만 실제 3차원 심도 카메라(3D depth camera)로는 알기 어려운 지점인 척추뼈, 꼬리뼈, 대퇴골 두부의 위치를 알아낼 수 있다.In addition, it is possible to find out the positions of the vertebrae, the tailbone, and the head of the femur, which are necessary for checking the balance of the spine but are difficult to understand with an actual 3D depth camera.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if it is an effect not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as if they were described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템의 블록도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 피진단체 영상 촬영을 예로 들어 도시한 것이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 특징점 추출 과정을 예로 들어 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 표면 높이 정보 산출 과정을 예로 들어 도시한 것이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 척추의 변형 정도 분석 과정을 예로 들어 도시한 것이다.
1 is a block diagram of a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are flowcharts for explaining a scoliosis diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating, as an example, imaging of a cortex of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
7 to 10 are diagrams illustrating a process of extracting feature points of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a process of calculating surface height information of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention as an example.
12 to 15 are diagrams illustrating, as an example, a process of analyzing the degree of deformation of the spine of the scoliosis diagnosis method and the scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 3차원 심도 카메라를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.Hereinafter, a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system using a three-dimensional depth camera according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.

본 발명은 3차원 심도 카메라를 이용한 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system using a three-dimensional depth camera.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)은 프로세서(10), 영상 촬영부(20), 메모리(30), I/O 인터페이스(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention includes a processor 10 , an image capturing unit 20 , a memory 30 , and an I/O interface 40 .

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)은 피진단체의 표면해부 구조 및 높낮이를 3D 카메라를 이용하여 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영된 이미지를 이용하여 척추 구조를 모델링하고 변형 정도를 제시해주는 시스템이다.The scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention uses a 3D camera to measure the surface anatomical structure and height of an evacuated body, and models the spinal structure using images taken of the front, side, and back of the cortex. and it is a system that suggests the degree of deformation.

척추 정렬 분석에서 중요한 수치들 (시상 정렬을 볼 수 있는 SVA, C7-plumb line, T1 기울기, 무릎의 굴곡 정도, 골반의 틸팅, 척추 전반/후만, 어깨높이, 골반 틀어짐, 척추좌우정렬, 척추 측만증, Q-angle 등)을 3D-camera based postural analysis machine 에서 시행하여 환자의 body line을 통하여 정확히 추정하기 위한 시스템이다.Important values in spinal alignment analysis (SVA to see sagittal alignment, C7-plumb line, T1 tilt, degree of knee flexion, tilting of the pelvis, anterior/kyphosis, shoulder height, pelvic misalignment, left-right alignment, scoliosis , Q-angle, etc.) is performed on a 3D-camera based postural analysis machine to accurately estimate the patient's body line.

척추는 시상면(Sagittal), 관상면(Axial) 및 축상면(Coronal)의 삼차원적인 구조로 분석하게 된다. 특히 이 중 시상면 및 관상면 정렬과 골반/척추 관계가 중요하며 이를 분석하기 위하여 전신 시상면 및 관상면 X-ray를 촬영하고 각종 수치들을 분석하고 있다. 전신 시상면 및 관상면 X-ray 를 시행할 경우 정확한 분석이 가능하나 분석하는데 시간이 많이 필요하며, 제한점이 존재하므로 실제 불편이 있는 환자들에게 제한적으로만 시행하고 있다.The spine is analyzed as a three-dimensional structure of the sagittal, coronal, and coronal surfaces. In particular, the sagittal and coronal plane alignment and the pelvic/vertebral relationship are important. When performing whole-body sagittal and coronal X-rays, accurate analysis is possible, but it takes a lot of time to analyze, and there are limitations, so it is only used for patients with actual discomfort.

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)은 영상 기술 및 컴퓨터 기술을 이용하여 X-ray를 사용하지 않고서도 환자의 척추 구조를 유추할 수 있는 장점이 있다.The scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention has the advantage of inferring the structure of a patient's spine without using X-rays using imaging technology and computer technology.

영상 촬영부(20)는 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영하며, 프로세서(10)는 상기 피진단체를 촬영한 영상으로부터 상기 피진단체의 척추 변형을 진단하는 방법을 수행한다.The image capturing unit 20 captures an object to be diagnosed with a spinal deformity, and the processor 10 performs a method of diagnosing the deformation of the spine of the object to be diagnosed from the image captured by the image capturing unit.

프로세서(10)는 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 구분될 수도 있고, 하나의 프로세서에서 기능들을 수행할 수도 있다.The processor 10 may be divided into a plurality of modules according to functions, and functions may be performed by one processor.

프로세서(10)는, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 수행한다.The processor 10 may perform the steps of: obtaining an image of a body to be diagnosed for diagnosing a spinal deformity; The steps of calculating the surface height information by measuring the relative height between the points of the evacuated body using distance information, and modeling the spine structure of the evacuated body using the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine carry out

여기서, 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함한다.Here, the feature points include a position of both shoulder joints, a nose position, an ear position, and a position of both pelvic joints of the evacuated body.

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)에서 영상 촬영부는, 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 포함하며, 프로세서는, 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득한다.In the scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention, the image capturing unit includes a 3D depth camera, and the processor captures images of the front, side, and rear surfaces of the body to be examined. acquire

3차원 심도 카메라(3D depth camera)는 이미지 각 픽셀의 깊이 값을 계산할 수 있다.A 3D depth camera may calculate a depth value of each pixel of an image.

기존의 1개의 카메라 모듈만으로 처리했던 2D 방식과는 다르게 카메라 모듈 2대를 사용하여 다양한 기법들로 픽셀의 깊이를 계산하여 3D 이미지를 나타낸다.Unlike the 2D method, which was processed with only one camera module, 2 camera modules are used to calculate the pixel depth using various techniques to display a 3D image.

메모리(30)는 프로세서(10)의 처리 및 제어를 위한 프로그램들(하나 이상의 인스트럭션들)을 저장할 수 있다.The memory 30 may store programs (one or more instructions) for processing and controlling the processor 10 .

I/O 인터페이스(40)는 시스템 또는 장비를 연결 할 수 있는 연결매체를 장착할 수 있는 장치로서 본 발명에서는 영상 촬영부와 프로세서를 연결한다.The I/O interface 40 is a device capable of mounting a connection medium capable of connecting a system or equipment, and in the present invention, an image capturing unit and a processor are connected.

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)은 3D depth 카메라를 이용한 척추 변형을 판단 방법을 이용하며, 척추 만곡상태 인식을 위해 3D 카메라를 기설정된 거리에서 사용자의 전면, 측면, 후면 포함하여 영상을 획득하고, 획득된 영상으로부터 영상처리 알고리즘에 근거하여 특징점을 추출해낸다. The scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention uses a method for determining spinal deformity using a 3D depth camera, and uses a 3D camera at a predetermined distance to recognize a curvature of the spine. to acquire an image, and extract feature points from the acquired image based on an image processing algorithm.

여기서, 특징점은 양측 어깨 높이, 코 위치, 귀 위치, 양측 골반 중심점 등을 의미한다. 이 부분들의 거리 정보를 이용하여 상대적인 높낮이를 측정하는 과정을 거친 후 특징점들의 데이터를 이용하여 척추의 3차원적인 변형 정도를 데이터 분석을 통해 제시한다.Here, the characteristic point means the height of both shoulders, the nose position, the ear position, the center point of both sides of the pelvis, and the like. After going through the process of measuring the relative height using the distance information of these parts, the three-dimensional deformation degree of the spine is presented through data analysis using the data of the feature points.

이후 측정을 통해 얻은 데이터를 기존의 데이터들을 이용한 표준데이터와 비교하여 대상자에게 변형의 정도를 어플리케이션 시스템에 전송하여 알려준다.After that, the data obtained through measurement is compared with standard data using existing data, and the degree of deformation is transmitted to the application system and informed to the subject.

척추 변형 방법은 하기 도 2 내지 도 5에서 상세히 설명한다.The method of deforming the spine will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5 below.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 to 5 are flowcharts illustrating a scoliosis diagnosis method according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법은 프로세서가, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계(S100)에서 시작한다.Referring to FIG. 2 , the method for diagnosing scoliosis according to an embodiment of the present invention starts in step S100 in which the processor acquires an image of a body to be examined for diagnosing spinal deformity.

피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계에서, 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득한다.In the step of acquiring an image of the body to be covered, images obtained by photographing the front, side, and rear of the body to be covered are obtained.

하기 도 6에 나타난 바와 같이, 환자를 3D 카메라로부터 특정 거리에 위치하도록 세우고, 전면, 측면, 후면을 측정한다.As shown in FIG. 6, the patient is placed at a specific distance from the 3D camera, and the front, side, and back are measured.

단계 S200에서, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출한다.In step S200, a plurality of feature points are extracted from the image captured by the diagnosed body by using an image processing algorithm.

여기서, 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함하며, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치는, 상기 피진단체가 기립 상태에서 팔 및 다리를 움직이는 경우 이동의 중심점으로 확인되는 위치이다.Here, the characteristic points include a position of both shoulder joints, a nose position, an ear position, and a position of both pelvic joints of the body to be examined, and the positions of both shoulder joints and pelvic joints of the body to be examined are: and a position identified as a center point of movement when the leg is moved.

단계 S300에서, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출한다.In step S300, the surface height information is calculated by measuring the relative height between the points of the body to be tested using the distance information between the feature points.

단계 S400에서, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석한다.In step S400, the spine structure of the evacuated body is modeled using the surface height information and the degree of deformation of the spine is analyzed.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계(S200)는, 단계 S210에서 상기 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산한다.Referring to FIG. 3 , in the method for diagnosing scoliosis according to an embodiment of the present invention, the step of extracting a plurality of feature points using an image processing algorithm (S200) is performed using the image captured by the body to be examined in step S210. Compute the 3D depth map data.

본 발명에 따르면, 3차원 심도 카메라를 이용하여 피진단체를 촬영한다. 3차원 심도 카메라(3D depth camera)는 이미지 각 픽셀의 깊이 값을 계산할 수 있다.According to the present invention, a group to be evacuated is photographed using a three-dimensional depth camera. A 3D depth camera may calculate a depth value of each pixel of an image.

기존의 1개의 카메라 모듈만으로 처리했던 2D 방식과는 다르게 카메라 모듈 2대를 사용하여 다양한 기법들로 픽셀의 깊이를 계산하여 3D 이미지를 나타낸다.Unlike the 2D method, which was processed with only one camera module, 2 camera modules are used to calculate the pixel depth using various techniques to display a 3D image.

본 발명의 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산하는 단계에서는 2개의 카메라를 이용하여 획득한 3D 심도 맵(Depth Map) 데이터를 기반으로 피진단체를 인식하고, 특징점들을 추출하게 된다.In the step of calculating the 3D depth map data using the image captured by the present invention, the evacuated body is recognized based on 3D depth map data obtained using two cameras, and feature points are extracted. will do

3차원 공간상의 심도 맵(Depth Map) 데이터는 3차원 공간상의 피사체와의 거리를 의미한다.Depth map data in 3D space means a distance to a subject in 3D space.

3D 카메라를 이용하면 두 가지 정보를 얻을 수 있으며, 하기 도 7에 나타난 바와 같이 배경과 환자와의 거리 차이를 이용하여 대상자의 외곽을 확인 가능하고, 하기 도 8에 나타난 바와 같이 카메라와 대상자 표면 사이의 거리 정보를 획득 가능하다.Using a 3D camera, two types of information can be obtained, and as shown in FIG. 7 below, the outside of the subject can be identified using the difference between the background and the patient, and between the camera and the subject's surface as shown in FIG. 8 below distance information can be obtained.

단계 S220에서 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리와 기준 배경영상까지의 거리를 비교하여 상기 피진단체의 외곽선을 검출한다.In step S220, the distance to the body to be tested and the distance to the reference background image checked from the depth map data are compared to detect the outline of the body to be tested.

기준 배경영상까지의 거리와 다른 데이터들을 피진단체로 판단하고, 외곽선 검출을 수행한다. 외곽선 검출은 객체의 경계선 형태에 따라 여러 종류의 형태의 에지를 사용하여 처리된다.The distance to the reference background image and other data are judged as the subject, and outline detection is performed. Edge detection is processed using various types of edges according to the shape of the boundary line of the object.

단계 S230에서 검출한 상기 피진단체의 외곽선에서 제1 특징점들을 추출한다.First feature points are extracted from the outline of the body to be diagnosed in step S230.

단계 S240에서 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리 정보 별로 상기 피진단체의 표면에서 제2 특징점들을 추출한다.In step S240, second feature points are extracted from the surface of the body to be tested for each distance information from the depth map data to the body to be tested.

이 두 가지 정보를 이용하여, 영상처리 알고리즘을 통하여 환자 등 표면의 높이 정보를 획득 가능하다.Using these two pieces of information, it is possible to obtain information on the height of a surface such as a patient through an image processing algorithm.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법에서 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계(S300)는, 단계 S310에서 상기 피진단체의 외곽선을 기준으로 가상의 표면을 이루는 직교선을 생성하여 상기 직교선의 교차점들을 기준 좌표로 설정한다.Referring to FIG. 4 , in the method for diagnosing scoliosis according to an embodiment of the present invention, the step of calculating surface height information by measuring the relative heights between points of the body covered (S300) is, in step S310, the outline of the body of the body covered. An orthogonal line forming a virtual surface is generated based on , and intersection points of the orthogonal line are set as reference coordinates.

단계 S320에서 추출한 상기 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정한다.The plurality of feature points extracted in step S320 are set as relative coordinates.

단계 S330에서 상기 상대 좌표를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 거리를 계산하고, 상기 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치를 비교하여 상기 기준 좌표와의 거리와 각도를 상기 표면 높이 정보로 산출한다.In step S330, the distance between one point of the body to be tested is calculated using the relative coordinates, and the distance and angle with the reference coordinates are calculated as the surface height information by comparing the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates. do.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법에서 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계(S400)는, 단계 S410에서 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추의 수평면 상의 회전 반경을 추정한다.Referring to FIG. 5 , in the method for diagnosing scoliosis according to an embodiment of the present invention, the step (S400) of modeling the structure of the vertebral body of the evacuated body and analyzing the degree of deformation of the spine using surface height information (S410) Using the surface height information, the radius of rotation on the horizontal plane of the spine of the evacuated body is estimated.

단계 S420에서 상기 회전 반경 정보와 어깨 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이, 중심축의 이동 정도를 포함하는 정보를 종합하여 척추 구조를 모델링한다.In step S420, the spinal structure is modeled by synthesizing the information including the rotation radius information, the position difference between the shoulder and shoulder joints, the position difference between the pelvic joints, and the degree of movement of the central axis.

단계 S430에서 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석한다.In step S430, the degree of deformation of the spine is analyzed based on the modeled spine structure.

표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계(S400)는, 상기 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하여 변형 정도를 분석한다.In the step (S400) of modeling the structure of the spine of the body covered by the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine, the degree of deformation is analyzed by dividing the cervical thoracic and lumbar sections of the spine of the body covered.

여기서, 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하는 것은, 요추 굴곡의 변곡점을 측정하여 경흉추부와 요추부를 분리하는 기준으로 하여 상기 피진단체의 전체 신장에서의 높이를 측정한다.Here, to distinguish the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the vertebra of the body covered, the height at the total height of the body covered is measured as a reference for separating the cervical thoracic and lumbar vertebrae by measuring the inflection point of the lumbar vertebrae.

모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계(S430)는, 상기 모델링한 척추 구조에서 상기 회전 반경 정보와 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이를 포함하는 정보를 이용하여 척추의 측만 변형의 발생 방향을 확인하며, 상기 척추의 경흉추부와 요추부의 경계를 확인하여, 양측 골반 관절 위치 차이로부터 척추의 진행 방향과 만곡을 결정하고, 양측 골반 관절의 중심점부터 흉요추부경계의 중심 사이의 곡선을 각도를 통하여 추정한다.The step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spinal structure (S430) is performed by using information including the rotation radius information, the position difference of both shoulder joints, and the position difference of both pelvic joints in the modeled spinal structure. Check the direction of occurrence of scoliosis of the spine, check the boundary between the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the spine, determine the direction and curvature of the spine from the difference in the position of the pelvic joints on both sides, Estimate the curve between the angles.

또한, 흉요추부 경계 및 양측 어깨 관절의 중심점을 이용하여 흉추 만곡을 확인하고 회전 반경을 고려하여 변곡 정도를 결정한다.In addition, the curvature of the thoracic spine is checked using the thoracolumbar border and the center point of both shoulder joints, and the degree of inflection is determined by considering the radius of rotation.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 피진단체 영상 촬영을 예로 들어 도시한 것이다.6 is a diagram illustrating, as an example, imaging of a cortex of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 시스템(1)에서 센서부(21)는 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 포함하며, 프로세서는, 상기 피진단체(2)의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득한다.In the scoliosis diagnosis system 1 according to an embodiment of the present invention, the sensor unit 21 includes a 3D depth camera, and the processor includes the front, side, and rear surfaces of the body 2 to be examined. Acquire an image of the

3차원 심도 카메라(3D depth camera)는 이미지 각 픽셀의 깊이 값을 계산할 수 있다.A 3D depth camera may calculate a depth value of each pixel of an image.

기존의 1개의 카메라 모듈만으로 처리했던 2D 방식과는 다르게 카메라 모듈 2대를 사용하여 다양한 기법들로 픽셀의 깊이를 계산하여 3D 이미지를 나타낸다.Unlike the 2D method, which was processed with only one camera module, 2 camera modules are used to calculate the pixel depth using various techniques to display a 3D image.

본 발명의 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산하는 단계에서는 2개의 카메라를 이용하여 획득한 3D 심도 맵(Depth Map) 데이터를 기반으로 피진단체를 인식하고, 특징점들을 추출하게 된다.In the step of calculating the 3D depth map data using the image captured by the present invention, the evacuated body is recognized based on 3D depth map data obtained using two cameras, and feature points are extracted. will do

3차원 공간상의 심도 정보(Depth Map)는 3차원 공간상의 피사체와의 거리를 의미하며 심도 정보는, 스테레오 카메라를 이용하는 방법, 레이저 스캔을 이용하는 방법, TOF(Time of Flight)를 이용하는 방법 등을 이용하여 얻을 수 있다.Depth map in 3D space means the distance to the subject in 3D space. Depth information uses a method using a stereo camera, a method using a laser scan, a method using a TOF (Time of Flight), etc. can be obtained by

스테레오 카메라를 이용하는 스테레오 정합(Stereo Matching)은, 동일한 피사체를 두 개의 카메라로 촬영하여 획득한 한 쌍의 이미지에 대한 해석과정을 통해 공간에서의 깊이(또는 거리)에 대한 정보를 추출하는 방법이다. 이를 위해, 두 개의 카메라로부터 획득한 영상의 동일한 에피폴라 선(Epipolar Line)상의 양안차를 계산한다. 양안차는 거리 정보를 포함하며, 이러한 양안차로부터 계산된 기하학적 특성이 깊이(depth)가 된다. 입력 영상으로부터 실시간으로 양안차값을 계산하면 관측 공간의 삼차원 거리 정보 등을 측정할 수 있다.Stereo matching using a stereo camera is a method of extracting information on depth (or distance) in space through an analysis process for a pair of images obtained by photographing the same subject with two cameras. To this end, the binocular difference on the same epipolar line of the images obtained from the two cameras is calculated. The binocular disparity includes distance information, and a geometrical characteristic calculated from the binocular disparity becomes a depth. By calculating the binocular difference value in real time from the input image, it is possible to measure the three-dimensional distance information in the observation space.

환자를 3D 카메라로부터 특정 거리에 위치하도록 세우고, 전면/측면/후면을 측정한다. 3D 카메라를 이용하면 두 가지 정보를 얻을 수 있다.Position the patient at a certain distance from the 3D camera and measure the front/side/back. Using a 3D camera, you can obtain two types of information.

다양한 실시예에 따르면, 센서부(21)는 자이로스코프, 가속도 센서, 위치 트래킹 센서를 이용할 수도 있으며, 척추측만증의 보다 정확한 측정을 하기 위하여 접촉용 프로브(22)를 이용한다.According to various embodiments, the sensor unit 21 may use a gyroscope, an acceleration sensor, and a position tracking sensor, and use the contact probe 22 to measure scoliosis more accurately.

접촉용 탐침자에는 자이로스코프 센서, 가속도 센서가 내장되어 프로브의 속도, 3d 구조 내에서의 방향을 추정한다.The contact probe has a built-in gyroscope sensor and an acceleration sensor to estimate the probe's speed and direction within the 3D structure.

접촉용 탐침자의 위치를 3차원에서 파악할 수 있는 위치 센서를 이용한다. 예를 들어 프로브에서 적외선(infrared)를 발산하고 이를 감지하여 위치를 파악하는 방법 등으로 현재 프로브가 어느 위치를 지나는지 확인이 가능하다. 즉 접촉용 탐침자는 6 자유도를 갖는다.A position sensor that can grasp the position of the contact probe in three dimensions is used. For example, it is possible to check which position the probe is currently passing by, for example, by emitting infrared rays from the probe and detecting the position to determine the position. That is, the contact probe has 6 degrees of freedom.

프로브가 시작되는 위치(C7 spinous process) 및 끝나는 위치 (l4 spinous process, PSIS 중앙)에 스티커를 부착, 기준점으로 삼도록 한다. 프로브를 시작점 ~끝점사이 척추의 spinous process를 따라 펜으로 긋듯 선을 긋고 이를 센서로 측정, 척추의 휨 정도를 추정, 척추 모양을 3차원으로 모델링하여 이를 기존 프로그램과 병합하여 척추 측만증 정도를 확인한다.Attach a sticker to the starting position (C7 spinous process) and ending position (l4 spinous process, PSIS center) of the probe and use it as a reference point. The probe is drawn along the spinous process of the spine between the starting point and the end point, as if drawn with a pen, measured with a sensor, and the degree of curvature of the spine is estimated. .

도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 특징점 추출 과정을 예로 들어 도시한 것이다.7 to 10 are diagrams illustrating a process of extracting feature points of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an exemplary embodiment of the present invention.

3D 카메라를 이용하면 두 가지 정보를 얻을 수 있으며, 하기 도 7에 나타난 바와 같이 배경과 환자와의 거리 차이를 이용하여 대상자의 외곽을 확인 가능하고, 하기 도 8에 나타난 바와 같이 카메라와 대상자 표면 사이의 거리 정보를 획득 가능하다.Using a 3D camera, two types of information can be obtained, and as shown in FIG. 7 below, the outside of the subject can be identified using the difference between the background and the patient, and between the camera and the subject's surface as shown in FIG. 8 below distance information can be obtained.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에서 피진단체의 외곽선을 검출하는 것을 예로 들어 도시한 것이다.7 is a diagram illustrating, as an example, detecting an outline of a body to be examined in a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)를 참조하면, 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리와 기준 배경영상까지의 거리를 비교하여 상기 피진단체의 외곽선을 검출한다.Referring to (a) of FIG. 7 , an outline of the body to be diagnosed is detected by comparing the distance to the body to be examined from the depth map data and the distance to the reference background image.

구체적으로, 심도 맵 데이터들 중 일정한 데이터들로 기준 배경영상(222)을 판단하고, 일정한 데이터와 피진단체가 위치한 거리로 판별되는 데이터들을 이용하여 피진단체 영역(221)을 구별한다.Specifically, the reference background image 222 is determined using certain data among the depth map data, and the subject area 221 is distinguished using the constant data and the data determined by the distance at which the object is located.

이후, 객체 추출 과정을 통해 외곽선 검출을 수행하여 움직이는 피진단체의 외곽선(223)을 검출한다.Thereafter, the outline 223 of the moving target body is detected by performing outline detection through an object extraction process.

이후, 검출한 상기 피진단체의 외곽선에서 제1 특징점들을 추출한다.Thereafter, first feature points are extracted from the detected outline of the body to be diagnosed.

여기서, 제1 특징점들은 정수리 중심점(224), 양측 귀 중심점(225), 어깨관절 중심점(226), 골반 관절 중심점(227), 발목 관절 중심점(228), 양측 귀 중심점(225), 코 중심점(229)을 포함할 수 있으며, 외곽선에 위치한 피진단체의 각 신체 지점을 심도 맵 데이터별로 구별하여 추출할 수 있다.Here, the first feature points are the center point of the crown 224, the center point of both ears 225, the center point of the shoulder joint 226, the center point of the pelvis joint 227, the center point of the ankle joint 228, the center point of both ears 225, the center point of the nose ( 229), and each body point of the evacuated body located on the outline may be extracted by distinguishing it for each depth map data.

여기서, 어깨 관절 중심점, 골반 관절 중심점, 무릎 관절 중심점은 하기 도 9에서 지렛대의 원리를 이용하여 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치를 확인하여 특징점을 명확히 판별할 수 있다.Here, the shoulder joint center point, the pelvic joint center point, and the knee joint center point can be clearly identified by using the principle of the lever in FIG.

또한, 정수리 중심점(224), 양측 귀 중심점(225), 코 중심점(229)은 신체의 축을 판별하여 척추의 변형 정도를 쉽게 파악하도록 할 수 있다.In addition, the center point of the crown 224, the center point of both ears 225, and the center point of the nose 229 can determine the axis of the body to easily grasp the degree of deformation of the spine.

도 7의 (b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법은 경흉추부와 요추부를 분리(D1)해서 변형을 측정한다.As shown in (b) of FIG. 7 , the scoliosis diagnosis method according to an embodiment of the present invention measures the deformation by separating the cervical thoracic and lumbar vertebrae (D1).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에서 피진단체의 표면을 검출하는 것을 예로 들어 도시한 것이다.FIG. 8 is a diagram illustrating the detection of the surface of the body to be examined in the scoliosis diagnosis method and the scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention as an example.

심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리 정보 별로 상기 피진단체의 표면에서 제2 특징점들을 추출한다.Second feature points are extracted from the surface of the body to be tested for each distance information from the depth map data to the body to be tested.

제1 특징점은 외곽선을 기준으로 추출한 것이고, 제2 특징점은 피진단체의 표면에서 거리 정보 별로 추출한 것이다.The first feature point is extracted based on the outline, and the second feature point is extracted for each distance information from the surface of the body to be evacuated.

도 8의 (a)를 참조하면, 각 표면의 좌표 별로 심도 데이터를 측정하여, 피진단체의 표면에서 각각의 좌표 정보(211)와 데이터 정보(212)를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8A , by measuring depth data for each coordinate of each surface, coordinate information 211 and data information 212 may be checked on the surface of the body to be tested.

각각의 좌표 정보에서 정수리 중심점, 어깨 관절, 골반 관절(213) 등 주축이 되는 부분을 +로 표기하고, 다수의 특징점들을 점으로 표기할 수 있다.In each coordinate information, a part serving as a main axis, such as a center point of the crown, a shoulder joint, and a pelvic joint 213, may be denoted as +, and a plurality of characteristic points may be denoted by a dot.

이에 따라, 시각적으로 신체의 표면에서 자세의 어긋남을 파악할 수 있다.Accordingly, it is possible to visually grasp the displacement of the posture on the surface of the body.

도 8의 (a)는 피진단체가 기울어져 위치하는 것으로 특징점들이 비대칭으로 위치하고 있는 것을 확인할 수 있다.In (a) of FIG. 8 , it can be confirmed that the target object is positioned at an angle, and the feature points are asymmetrically positioned.

도 8의 (b)는 피진단체가 기립한 상태에서 신체의 축을 정렬한 경우의 각 특징점들을 나타낸 것으로, 어깨 관절의 위치(241), 골반 관절 위치(242), 코 중심 위치(243), 무릎 관절 위치(244)를 나타낼 수 있다.Fig. 8 (b) shows each characteristic point when the axis of the body is aligned in a standing state of the subject. The joint position 244 may be indicated.

본 발명에서는 신체의 축을 정렬한 상태에서 척추 변형을 판별해야 하므로, 도 8의 (b)와 같이 특징점들이 정렬된 상태에서의 영상으로 척추 변형을 자세히 분석하도록 한다.In the present invention, since it is necessary to determine the spinal deformity in a state in which the axes of the body are aligned, the spinal deformity is analyzed in detail with an image in a state in which the feature points are aligned as shown in FIG. 8( b ).

이후, 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정하여, 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하며, 하기 도 11에서 상세히 설명한다.Thereafter, surface height information is calculated by setting a plurality of feature points as relative coordinates and measuring the relative heights between points of the body to be tested, which will be described in detail with reference to FIG. 11 below.

도 9는 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치를 확인하는 것을 도시한 것이다.9 is a view showing the confirmation of the position of the shoulder joint and the pelvic joint on both sides of the evacuated body.

피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출한다.A number of feature points are extracted from the image of the evacuated body by using an image processing algorithm.

여기서, 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치(251), 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치(252)를 포함하며, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치는, 상기 피진단체가 기립 상태에서 팔 및 다리를 움직이는 경우 이동의 중심점으로 확인되는 위치이다.Here, the feature points include the position of both shoulder joints 251, the nose position, the ear position, and the bilateral pelvic joint positions 252 of the group to be covered. When a group moves its arms and legs in a standing state, it is a position identified as the center of movement.

본 발명에 따르면 피진단체가 가만히 서 있는 상태에서 팔 및 다리를 움직이고, 이를 통해서 어깨 관절/ 엉덩이 관절의 중심점을 확인할 수 있다.According to the present invention, the subject moves arms and legs while standing still, and through this, the center point of the shoulder joint/hip joint can be identified.

어깨와 엉덩이 관절의 경우 지렛대와 같이 구성되어 있으며, 어깨를 예로 들면, 어깨 관절이 받침점이 되고, 팔이 지레가 되어 움직이는 구조이다.In the case of the shoulder and hip joint, it is configured like a lever, and for example, the shoulder joint becomes the fulcrum and the arm moves as a lever.

도 9에 나타난 바와 같이 팔을 위 아래로 움짐일 경우 팔(지렛대)의 위치를 통하여 어깨관절의 중심점(받침점)을 파악할 수 있으며, 같은 원리로 관상면(Frontal plane)과 시상면(Sagittal plane)으로 촬영한다면 3차원에서의 중심점의 위치를 파악할 수 있게 되며, 이를 통하여 어깨 관절, 골반 관절 양측 총 4군데의 위치를 파악할 수 있게 된다.As shown in Fig. 9, when the arm is moved up and down, the center point (support point) of the shoulder joint can be grasped through the position of the arm (leverage), and in the same principle, the coronal plane and the sagittal plane If you take a picture, you can figure out the position of the center point in 3D, and through this, you can figure out the positions of a total of four places on both sides of the shoulder joint and the pelvis joint.

또한, 무릎을 구부리는 움직임을 통해 무릎 중심점(253)을 파악할 수 있다. 여기서, 무릎을 구부릴 때 가장 앞으로 튀어나오는 점을 무릎 중심점으로 파악한다. 또한 3d depth camera를 이용 추가적인 기준점을 확인한다. 추가적인 기준점들 상기 특징점들을 의미하며, 상기 도 7 및 도 8에 나타난 바와 같다.In addition, the knee center point 253 may be identified through the movement of bending the knee. Here, the point most protruding when bending the knee is identified as the knee center point. In addition, additional reference points are checked using a 3d depth camera. Additional reference points The feature points are as shown in FIGS. 7 and 8 .

어깨 관절, 골반 관절 양측 총 4군데의 위치를 파악하여 척추 균형의 확인을 위하여 반드시 알아야 하지만 실제 3d depth 카메라로는 알기 어려운 지점 (7번 척추뼈 위치의 x-y-z 좌표, 1번 꼬리뼈 위치의 x-y-z축 좌표, 대퇴골 두부의 x-y-z 좌표, 골반뼈 tilting 정도 등)을 알아낼 수 있게 된다.Points that must be known in order to check the balance of the spine by identifying the positions of the shoulder joint and the pelvic joint in a total of 4 places, but difficult to know with a real 3d depth camera (xyz coordinates of the 7th vertebra position, the xyz axis coordinates of the 1st tailbone position) , the xyz coordinates of the femur head, the degree of tilting of the pelvis, etc.) can be found.

본 발명의 통해 시상 균형(Sagittal balance)에서 중요한 마커를 찍는 알고리즘을 이용하여 척추 및 근골격 부정렬에 대한 측정을 위하여 x-ray 촬영을 대치할 수 있다.Through the present invention, x-ray imaging can be substituted for measurement of spine and musculoskeletal misalignment by using an algorithm that takes important markers in sagittal balance.

도 10은 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치의 획득의 예를 도시한 것이다.Fig. 10 shows an example of acquiring the position of the shoulder joint and the position of the pelvis joint on both sides of the evacuated body.

본 발명에 따르면 도 10에 나타난 바와 같이 어깨 관절, 골반 관절 양측 총 4군데의 위치를 파악할 수 있으며 3d depth camera를 이용 추가적인 기준점을 확인하게 된다.According to the present invention, as shown in FIG. 10 , a total of four locations on both sides of the shoulder joint and the pelvic joint can be identified, and additional reference points are checked using a 3d depth camera.

여기서, P1, P2는 어깨관절 중심점(우/좌), P3, P4는 엉덩이 관절 중심점(우/좌), P5, P6은 무릎 관절 중심점(우/좌), P7, P8은 발 중심점, P9는 Auricular canal, P10은 어깨관절중심점(시상면), P11은 엉덩이관절중심점(시상면), P12는 무릎관절중심점(시상면), P13은 발목 관절 중심점(시상면), P14, P14’, P15는 ASIS 마커의 위치이다.Here, P1, P2 are shoulder joint center points (right/left), P3, P4 are hip joint center points (right/left), P5, P6 are knee joint center points (right/left), P7, P8 are foot center points, and P9 is Auricular canal, P10 is the shoulder joint center point (sagittal plane), P11 is the hip joint center point (sagittal plane), P12 is the knee joint center point (sagittal plane), P13 is the ankle joint center point (sagittal plane), P14, P14', P15 are The location of the ASIS marker.

이후, 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하며, 구체적으로 P1과 P2의 높이를 비교하여 어깨 높이 차이를 확인하고, P3과 P4의 높이를 비교하여 골반 높이 차이를 확인한다.Thereafter, the relative height between points of the evacuated body is measured. Specifically, the difference in shoulder height is checked by comparing the heights of P1 and P2, and the height of the pelvis is confirmed by comparing the heights of P3 and P4.

또한, P1과 P2의 중심점과 P3과 P4의 중심점을 비교하여 척추의 좌우 편향을 확인하고, P10과 P11의 위치 차이를 이용하여 척추 숙임 정도 확인하며, P9와 P10 위치 차이를 이용하여 거북목 증후군을 확인한다.In addition, the left and right deflection of the spine is checked by comparing the center points of P1 and P2 and the center points of P3 and P4, the degree of spine bending is confirmed using the position difference between P10 and P11, and turtle neck syndrome using the position difference between P9 and P10. check

또한, P11-P12/P12-P13 각도를 이용하여 무릎 굴곡 정도 확인하고, P14, P14' 마커를 이용하여 골반의 틀어짐 정도를 확인한다.Also, check the degree of knee flexion using the P11-P12/P12-P13 angle, and check the degree of distortion of the pelvis using the P14 and P14' markers.

또한, P3-P5-P7 및 P4-P6-P8을 이용하여 Q-angle의 확인하고, P14-P14' 마커 높이 및 P3/P4의 높이 차이를 이용하여 골반 위아래 틀어짐을 확인한다.In addition, the Q-angle is checked using P3-P5-P7 and P4-P6-P8, and the pelvis up and down is checked using the difference between the height of the P14-P14' marker and the height of P3/P4.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 표면 높이 정보 산출 과정을 예로 들어 도시한 것이다.11 is a diagram illustrating a process of calculating surface height information of a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention as an example.

도 11은 카메라에서부터의 표면 정보를 이용하여, 왼쪽 어깨를 기준으로 등 표면의 높이 정보를 구하는 방식을 예로 들어 나타낸 것이다.11 illustrates a method of obtaining height information of the back surface with respect to the left shoulder using surface information from a camera as an example.

본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법에서 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계(S300)는, 단계 S310에서 상기 피진단체의 외곽선을 기준으로 가상의 표면을 이루는 직교선(311, 312)을 생성하여 상기 직교선의 교차점들을 기준 좌표(313)로 설정한다.In the scoliosis diagnosis method according to an embodiment of the present invention, the step (S300) of calculating the surface height information by measuring the relative height between points of the body to be examined is a virtual surface based on the outline of the body to be examined in step S310. Orthogonal lines 311 and 312 are generated, and intersections of the orthogonal lines are set as reference coordinates 313 .

여기서, 기준 좌표는 피진단체의 체형을 기준으로, 척추가 바르게 위치하였을 때를 기준으로 설정한 좌표이다.Here, the reference coordinates are coordinates set based on the body type of the body to be tested and when the spine is correctly positioned.

단계 S320에서 추출한 상기 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정한다. 심도 맵 데이터들을 기반으로 설정한 상대 좌표들은 이상적으로는 기준 좌표값과 일치해야 하나, 척추의 변형이 있는 경우 기준선에 대해 좌우 대칭이 아니며, 기준 좌표와 상대 좌표의 위치가 어긋나게 된다. 이를 이용하여 표면 높이 정보를 산출하게 된다.The plurality of feature points extracted in step S320 are set as relative coordinates. The relative coordinates set based on the depth map data should ideally match the reference coordinate values. However, if the spine is deformed, it is not symmetrical with respect to the baseline, and the positions of the reference coordinates and the relative coordinates are misaligned. Using this, surface height information is calculated.

예를 들어, 도 11의 경우, 어깨 관절(321)은 직교선에 위치하지만, 골반 관절(323)의 경우 직교선에 위치하지 않음을 알 수 있다. 또한, 귀의 위치(322)는 중심점을 기준으로 좌우 대칭이 아님을 판단할 수 있다.For example, in the case of FIG. 11 , it can be seen that the shoulder joint 321 is located on the orthogonal line, but the pelvic joint 323 is not located on the orthogonal line. Also, it may be determined that the position 322 of the ear is not symmetrical with respect to the central point.

단계 S330에서 상기 상대 좌표를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 거리를 계산하고, 상기 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치를 비교하여 상기 기준 좌표와의 거리와 각도를 상기 표면 높이 정보로 산출한다.In step S330, the distance between one point of the body to be tested is calculated by using the relative coordinates, and the distance and angle with the reference coordinates are calculated as the surface height information by comparing the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates. do.

여기서, 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치는 직각 좌표계에서 두 좌표 사이의 거리로 1차로 측정하며, 척추로부터의 거리를 판별하기 위해 구면 좌표계 상에서 척추를 원점으로 하여 측정한 거리와, 양의 방향으로 이루는 각도를 표면 높이 정보로 산출하게 된다.Here, the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates is primarily measured as the distance between the two coordinates in the rectangular coordinate system, and in order to determine the distance from the spine, the distance measured with the spine as the origin on the spherical coordinate system and the positive The angle formed in the direction is calculated as surface height information.

도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템의 척추의 변형 정도 분석 과정을 예로 들어 도시한 것이다.12 to 15 are diagrams illustrating, as an example, a process of analyzing the degree of deformation of the spine of the scoliosis diagnosis method and the scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 12의 (a)를 참조하면, 척추의 변형은 3차원적인 과정으로 횡단면에서의 척추의 회전이 척추 측만증에도 큰 영향을 미친다. 이 때 척추의 회전은 척추와 부착되어 있는 구조물인 갈비뼈 및 어깨뼈의 위치(A1, A2, A3)에도 영향을 미치게 되는데 이 두 구조물의 높이 차 및 각도, 중심 이동 정도를 고려하여 척추 회전 반경을 추정할 수 있다.Referring to (a) of FIG. 12 , the deformation of the spine is a three-dimensional process, and the rotation of the spine in the cross section has a great influence on scoliosis. At this time, the rotation of the spine also affects the positions (A1, A2, A3) of the ribs and shoulder blades, which are structures attached to the spine. can be estimated

도 12의 (b)에 나타난 바와 같이, 격자의 상대적 높이를 비교하였을 때 측만이 심한 화살표 단면에서 좌우 높이차 및 중앙으로부터의 격차를 이용하여 관상면에서의 회전 각도를 추정하게 된다.As shown in (b) of FIG. 12 , when the relative heights of the grids are compared, the angle of rotation in the coronal plane is estimated using the height difference between the left and right and the gap from the center in the cross section of the arrow with severe scoliosis.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에서 회전 반경을 추정하는 것을 나타낸 것이다.13 is a diagram illustrating a method for diagnosing a scoliosis and estimating a radius of gyration in a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 13의 (a)에서 상대 좌표의 척추의 정렬 축(331)으로부터의 각도(332)를 각각 구하여 회전 반경을 추정하게 된다.In (a) of FIG. 13 , the rotation radius is estimated by obtaining the angle 332 from the alignment axis 331 of the spine of the relative coordinates.

도 13의 (a)에 나타난 바와 같이, 표면 높이 정보를 통해 환자의 척추가 Axial rotation(수평면 상의 회전 반경)을 추정하고, 이 정보 및 어깨 높낮이, 골반 높낮이, 중심축의 이동 정도 등의 정보를 종합하여 척추의 변형이 얼마나 심한 지 확인할 수 있다.As shown in Fig. 13 (a), the patient's spine estimates axial rotation (radius of rotation on the horizontal plane) through surface height information, and information such as shoulder height, pelvis height, and central axis movement degree is synthesized with this information. This allows you to check how severe the deformity of the spine is.

도 13의 (b)에 나타난 바와 같이, 표면 높이 정보를 통해 척추의 axial rotation의 정도를 분석할 수 있다.As shown in (b) of FIG. 13 , the degree of axial rotation of the spine can be analyzed through surface height information.

회전 반경은 한 점이 다른 점 주위를 회전할 때, 두 점 사이의 거리를 의미하므로, 척추의 각 부분의 회전 반경을 측정하여 일정하지 않은 경우 척추가 변형되었음을 판단하게 된다.Since the radius of rotation means the distance between two points when one point rotates around another point, the rotation radius of each part of the spine is measured to determine that the spine is deformed when it is not constant.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에서 관상면 상 척추 변형(척추측만) 측정을 예로 들어 도시한 것이다.14 is a diagram illustrating, as an example, measurement of spinal deformity (scoliosis) in a coronal plane in a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 14는 회전 반경 정보와 어깨 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이, 중심축의 이동 정도를 포함하는 정보를 종합하여 척추 구조를 모델링하는 것을 설명하기 위한 것이다.14 is for explaining the modeling of the spinal structure by synthesizing information including the rotation radius information, the position difference between the shoulder and shoulder joints, the position difference between the pelvic joints on both sides, and the degree of movement of the central axis.

도 14의 (a)와 같은 상태에서, 먼저, 골반 높이와 어깨 높이의 차이, 환자 등 표면 높이 정보를 이용하여 도 14의 (b)에 나타난 바와 같이, 척추의 측만변형이 어느 방향으로 발생했는지 확인한다. 여기서, 어깨 높이 차이(431)가 발생하고, 골반 높이(432)는 일정하며, 척추의 측만변형(433)이 좌측으로 휘어지는 방향으로 발생함을 확인할 수 있다.In the state as shown in (a) of Figure 14, first, as shown in Figure 14 (b) using the difference between the pelvic height and the shoulder height and the patient's back surface height information, in which direction the scoliosis of the spine occurred Check it. Here, it can be seen that the shoulder height difference 431 occurs, the pelvic height 432 is constant, and the scoliosis deformity 433 of the spine occurs in the leftward curved direction.

도 14의 (c)에 나타난 바와 같이, 경흉추부/요추부의 경계(436)를 확인하여, 골반 높이 차이로부터 척추의 진행 방향 및 만곡을 결정하고, 골반 중심점 ~ 흉요추부경계의 중심(438) 사이의 곡선을 각도를 통하여 추정한다.As shown in FIG. 14(c), the cervical thoracic/lumbar border 436 is checked, the direction and curvature of the spine are determined from the pelvic height difference, and the center of the pelvic center - the center 438 of the thoracic-lumbar border. The curve of is estimated through the angle.

골반(435)과 흉요추부 경계(436) 및 어깨 중심점(434)을 이용하여 흉추 만곡(437)을 확인하고 Axial rotation을 고려하여 변곡 정도를 결정한다.Check the thoracic curve 437 using the pelvis 435, the thoracolumbar boundary 436, and the shoulder center point 434, and determine the degree of inflection in consideration of axial rotation.

이 때 경흉추부와 요추부를 가르는 방법은 다음과 같은 방법들이 있다. At this time, there are the following methods to separate the cervical thoracic and lumbar vertebrae.

시상면 정보를 이용한 경흉추부/요추부 분리 방법은 시상면에서 요추 굴곡의 변곡점을 측정하여 흉추와 요추부를 분리하는 기준으로 하여 전체 신장에서의 높이를 측정한다.The cervical thoracic/lumbar part separation method using sagittal plane information measures the inflection point of lumbar flexion in the sagittal plane, and measures the height in total height as a standard for separating the thoracic vertebrae and lumbar vertebrae.

이 높이 정보를 바탕으로 관상면에서도 흉추/요추부를 결정한다.Based on this height information, the thoracic/lumbar spine is also determined in the coronal plane.

또한, 환자들의 평균 데이터를 이용하여 골반중심점에서의 높이를 추정하며, 환자들의 키, 나이, 체중을 고려하여 평균적인 흉요추변곡점을 설정한다.In addition, the height at the center of the pelvis is estimated using the average data of the patients, and the average thoracolumbar inflection point is set in consideration of the height, age, and weight of the patients.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 척추 측만 진단 방법 및 척추 측만 진단 시스템에서 시상면 상 척추 변형 측정을 예로 들어 도시한 것이다.15 is a diagram illustrating, as an example, measurement of a sagittal spinal deformity in a scoliosis diagnosis method and a scoliosis diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

시상면에서 환자의 표면 정보 및 중심 축 정보를 이용, 후방 등뼈 기울기, 골반의 전방 이동 등의 데이터를 얻어 척추 전후만(kyphosis) 데이터를 확보한다.Using the patient's surface information and central axis information in the sagittal plane, data such as posterior spine inclination and forward movement of the pelvis are obtained to secure kyphosis data.

이후, 관상면 및 시상면 데이터를 종합하여, 알고리즘을 통해 척추의 3차원적 변형에 대한 데이터를 얻는다.Thereafter, by synthesizing the coronal and sagittal data, data on the three-dimensional deformation of the spine is obtained through an algorithm.

요약하여 설명하면, 환자 정면에서 팔을 위로 드는 움직임을 통하여 좌우측 어깨 관절 중심점 측정하고, 환자 정면에서 다리를 드는 움직임(제자리 걸음 등)을 통하여 좌우측 골반 중심점 및 무릎 중심점을 측정한다.In summary, the center point of the left and right shoulder joints is measured through the movement of raising the arm from the front of the patient, and the center point of the left and right pelvis and the center of the knee are measured through the movement of lifting the leg from the front of the patient (step in place, etc.).

이후, 3D 카메라를 심도 이용, 정면에서 가장 깊이 들어간 점을 측정하여 발목 중심점 측정하고, 3D 마커를 이용하여 ASIS 위치 측정한다.Thereafter, the center point of the ankle is measured by measuring the deepest point from the front using the 3D camera, and the ASIS position is measured using a 3D marker.

환자 측면에서 팔을 위로 드는 움직임 및 다리를 드는 움직임(제자리 걸음 등)을 통하여 측면 어깨 중심점, 골반 중심점, 무릎 중심점, 발목 중심점을 측정한다.Measure the midpoint of the lateral shoulder, midpoint of the pelvis, midpoint of the knee, and midpoint of the ankle through the movement of raising the arm from the patient's side and lifting the leg (such as walking in place).

측면에서 3D 카메라의 심도를 이용 귀 중심 측정 및 마커 이용 ASIS 위치 확인하고, 각 위치 차이를 조합하여 다리 길이 차이, Q-앵글, 척추 숙임정도, 거북목, 무릎 굴곡, 골반 틀어짐 확인한다.From the side, use the depth of the 3D camera to measure the center of the ear and check the ASIS position using a marker, and check the leg length difference, Q-angle, spine bending degree, turtle neck, knee flexion, and pelvic distortion by combining each position difference.

6-자유도 접촉용 탐침자를 이용하여 척추 휨 추정 및 척추 모델링 구축하고, 환자 자세 모델 구축 및 정상 여부를 판정한다.Using the probe for 6-DOF contact, estimate the spine curvature and build the spine model, build the patient posture model, and determine whether it is normal or not.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.The above description is only one embodiment of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to implement in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to the content described in the claims.

Claims (15)

프로세서가, 척추 변형을 측정하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계;
상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계;
상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계; 및
상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계;를 포함하며,
상기 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계는, 상기 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산하는 단계; 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리와 기준 배경영상까지의 거리를 비교하여 상기 피진단체의 외곽선을 검출하는 단계; 검출한 상기 피진단체의 외곽선에서 제1 특징점들을 추출하는 단계; 및 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리 정보 별로 상기 피진단체의 표면에서 제2 특징점들을 추출하는 단계;를 포함하고,
상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계는, 상기 피진단체의 외곽선을 기준으로 가상의 표면을 이루는 직교선을 생성하여 상기 직교선의 교차점들을 기준 좌표로 설정하는 단계; 추출한 상기 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정하는 단계; 및 상기 상대 좌표를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 거리를 계산하고, 상기 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치를 비교하여 상기 기준 좌표와의 거리와 각도를 상기 표면 높이 정보로 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추의 수평면 상의 회전 반경을 추정하는 단계; 상기 회전 반경 정보와 어깨 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이, 중심축의 이동 정도를 포함하는 정보를 종합하여 척추 구조를 모델링하는 단계; 및 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
obtaining, by the processor, an image obtained by photographing a cortical body for which a spinal deformity is to be measured;
extracting a plurality of feature points using an image processing algorithm from the image of the body to be evacuated;
calculating surface height information by measuring a relative height between points of the body to be tested using distance information between the feature points; and
Modeling the structure of the spine of the evacuated body by using the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine;
The step of extracting a plurality of feature points using the image processing algorithm may include: calculating 3D depth map data using the image captured by the body to be evacuated; detecting an outline of the body to be diagnosed by comparing the distance to the body to be examined from the depth map data and the distance to a reference background image; extracting first feature points from the detected outline of the body to be diagnosed; and extracting second feature points from the surface of the body to be tested for each distance information from the depth map data to the body to be diagnosed.
The step of calculating the surface height information by measuring the relative heights between points of the body to be tested includes generating an orthogonal line forming a virtual surface based on the outline of the body to be tested, and setting the intersection points of the orthogonal lines as reference coordinates. ; setting the plurality of extracted feature points as relative coordinates; and calculating the distance between the points of the body to be tested using the relative coordinates, comparing the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates, and calculating the distance and angle with the reference coordinates as the surface height information. including;
The step of modeling the spine structure of the body to be evacuated by using the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine may include: estimating a rotation radius on a horizontal plane of the spine of the body covered by using the surface height information; modeling the spinal structure by synthesizing the information including the rotation radius information, the shoulder joint position difference, the bilateral pelvic joint position difference, and the degree of movement of the central axis; and analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spinal structure.
제1항에 있어서,
상기 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계는,
상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
The method of claim 1,
The step of obtaining an image of the evacuated group includes:
Scoliosis measurement method, characterized in that the image obtained by photographing the front, side, and rear of the cortex.
제1항에 있어서,
상기 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
According to claim 1,
The characteristic points, scoliosis measurement method, characterized in that it includes the position of both shoulder joints, nose position, ear position and both sides of the pelvic joint position of the evacuated body.
제3항에 있어서,
상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치 및 골반 관절 위치는,
상기 피진단체가 기립 상태에서 팔 및 다리를 움직이는 경우 이동의 중심점으로 확인되는 위치인 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
4. The method of claim 3,
The shoulder joint position and the pelvic joint position of the evacuated body are,
The method for measuring a scoliosis, characterized in that the position is identified as a center point of movement when the subject moves an arm and a leg in a standing state.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는,
상기 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하여 변형 정도를 분석하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
According to claim 1,
The step of modeling the structure of the spine of the evacuated body and analyzing the degree of deformation of the spine using the surface height information includes:
Scoliosis measurement method, characterized in that the degree of deformation is analyzed by dividing the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the spine of the cortex.
제1항에 있어서,
상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는,
상기 모델링한 척추 구조에서 상기 회전 반경 정보와 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이를 포함하는 정보를 이용하여 척추의 측만 변형의 발생 방향을 확인하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
The method of claim 1,
The step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spine structure comprises:
Scoliosis measurement method, characterized in that the generation direction of the scoliosis deformation of the spine is confirmed by using the information including the rotation radius information, the position difference of both shoulder joints, and the position difference of the pelvic joints in the modeled spinal structure.
제1항에 있어서,
상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는,
상기 척추의 경흉추부와 요추부의 경계를 확인하여, 양측 골반 관절 위치 차이로부터 척추의 진행 방향과 만곡을 결정하고, 양측 골반 관절의 중심점부터 흉요추부경계의 중심 사이의 곡선을 각도를 통하여 추정하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
The method of claim 1,
The step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spine structure comprises:
Checking the boundary between the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the spine, determining the direction and curvature of the spine from the difference in the position of the pelvic joints on both sides, and estimating the curve between the center point of both pelvic joints and the center of the thoracolumbar boundary through the angle Characterized scoliosis measurement method.
제1항에 있어서,
상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는,
흉요추부 경계 및 양측 어깨 관절의 중심점을 이용하여 흉추 만곡을 확인하고 회전 반경을 고려하여 변곡 정도를 결정하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
According to claim 1,
The step of analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spine structure comprises:
A scoliosis measurement method, characterized in that the thoracic spine curve is checked using the thoracolumbar region and the center point of both shoulder joints, and the degree of inflection is determined by considering the radius of rotation.
제8항에 있어서,
상기 피진단체의 척추의 경흉추부와 요추부를 구분하는 것은,
요추 굴곡의 변곡점을 측정하여 경흉추부와 요추부를 분리하는 기준으로 하여 상기 피진단체의 전체 신장에서의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 방법.
9. The method of claim 8,
Distinguishing between the cervical thoracic and lumbar vertebrae of the spine of the cortex is,
A method for measuring a scoliosis, characterized in that by measuring an inflection point of lumbar flexion and measuring the height of the body under the diaphragm as a standard for separating the cervical thoracic vertebrae and the lumbar vertebrae.
척추 변형을 측정하고자 하는 피진단체를 촬영하는 영상 촬영부; 및
상기 피진단체를 촬영한 영상으로부터 상기 피진단체의 척추 변형을 측정하는 방법을 수행하는 프로세서;를 포함하며,
상기 프로세서는, 척추 변형을 진단하고자 하는 피진단체를 촬영한 영상을 획득하는 단계, 상기 피진단체를 촬영한 영상에서 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계, 상기 특징점들 사이의 거리 정보를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계 및 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계를 수행하며,
상기 영상처리 알고리즘을 이용하여 다수의 특징점들을 추출하는 단계는, 상기 피진단체를 촬영한 영상을 이용하여 3차원 심도 맵 데이터를 계산하는 단계; 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리와 기준 배경영상까지의 거리를 비교하여 상기 피진단체의 외곽선을 검출하는 단계; 검출한 상기 피진단체의 외곽선에서 제1 특징점들을 추출하는 단계; 및 상기 심도 맵 데이터로부터 확인한 상기 피진단체까지의 거리 정보 별로 상기 피진단체의 표면에서 제2 특징점들을 추출하는 단계;를 포함하고,
상기 피진단체의 일 지점 간의 상대적인 높낮이를 측정하여 표면 높이 정보를 산출하는 단계는, 상기 피진단체의 외곽선을 기준으로 가상의 표면을 이루는 직교선을 생성하여 상기 직교선의 교차점들을 기준 좌표로 설정하는 단계; 추출한 상기 다수의 특징점들을 상대 좌표로 설정하는 단계; 및 상기 상대 좌표를 이용하여 상기 피진단체의 일 지점 간의 거리를 계산하고, 상기 상대 좌표에 인접한 상기 기준 좌표와의 위치를 비교하여 상기 기준 좌표와의 거리와 각도를 상기 표면 높이 정보로 산출하는 단계;를 포함하며,
상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추 구조를 모델링하고 척추의 변형 정도를 분석하는 단계는, 상기 표면 높이 정보를 이용하여 상기 피진단체의 척추의 수평면 상의 회전 반경을 추정하는 단계; 상기 회전 반경 정보와 어깨 양측 어깨 관절 위치 차이, 양측 골반 관절 위치 차이, 중심축의 이동 정도를 포함하는 정보를 종합하여 척추 구조를 모델링하는 단계; 및 상기 모델링한 척추 구조를 기반으로 척추의 변형 정도를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 시스템.
an image capturing unit for photographing a cortical body to measure spinal deformity; and
a processor for performing a method of measuring a spinal deformity of the body covered by the image captured by the body;
The processor may include: acquiring an image of a body to be diagnosed for diagnosing a spinal deformity; extracting a plurality of feature points from the image of the body to be diagnosed; Calculating surface height information by measuring the relative height between points of the body covered by using ,
The step of extracting a plurality of feature points using the image processing algorithm may include: calculating 3D depth map data using the image captured by the body to be evacuated; detecting an outline of the body to be diagnosed by comparing the distance to the body to be examined from the depth map data and the distance to a reference background image; extracting first feature points from the detected outline of the body to be diagnosed; and extracting second feature points from the surface of the body to be tested for each distance information from the depth map data to the body to be diagnosed.
The step of calculating the surface height information by measuring the relative heights between points of the body to be tested includes generating an orthogonal line forming a virtual surface based on the outline of the body to be tested, and setting the intersection points of the orthogonal lines as reference coordinates. ; setting the plurality of extracted feature points as relative coordinates; and calculating the distance between the points of the body to be tested using the relative coordinates, comparing the position with the reference coordinates adjacent to the relative coordinates, and calculating the distance and angle with the reference coordinates as the surface height information. including;
The step of modeling the spine structure of the body to be evacuated by using the surface height information and analyzing the degree of deformation of the spine may include: estimating a rotation radius on a horizontal plane of the spine of the body covered by using the surface height information; modeling the spinal structure by synthesizing the information including the rotation radius information, the shoulder joint position difference, the bilateral pelvic joint position difference, and the degree of movement of the central axis; and analyzing the degree of deformation of the spine based on the modeled spinal structure.
제13항에 있어서,
상기 영상 촬영부는, 3차원 심도 카메라(3D depth camera)를 포함하며,
상기 프로세서는, 상기 피진단체의 전면, 측면, 후면을 촬영한 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 시스템.
14. The method of claim 13,
The image capturing unit includes a 3D depth camera,
The processor, scoliosis measurement system, characterized in that to acquire the image of the front, side, and rear of the body to be examined.
제13항에 있어서,
상기 특징점들은, 상기 피진단체의 양측 어깨 관절 위치, 코 위치, 귀 위치 및 양측 골반 관절 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 측만 측정 시스템.
14. The method of claim 13,
The feature points, scoliosis measurement system, characterized in that it includes the position of both shoulder joints, nose position, ear position and both sides of the pelvic joint position of the cortex.
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