KR102367095B1 - 타겟 뼈의 2d 이미지가 반영된 3d 뼈 모형 제조 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 3d 뼈 모형 - Google Patents

타겟 뼈의 2d 이미지가 반영된 3d 뼈 모형 제조 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 3d 뼈 모형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 타겟 뼈의 2D 이미지가 반영된 3D 뼈 모형 제조 방법 및 상기 제조 방법에 따라 제조된 3D 뼈 모형에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 뼈에 대한 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)을 통해 수득한 단층 이미지의 복합화를 통해 해당 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하고, 상기 3D 뼈 이미지를 기반으로 투명 큐브(바람직하게는, 크리스탈 큐브)를 에칭하여 3D 뼈 모형을 제조하는 방법과 상기 방법에 따라 제조된 3D 뼈 모형에 관한 것이다.

Description

타겟 뼈의 2D 이미지가 반영된 3D 뼈 모형 제조 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 3D 뼈 모형{A METHOD FOR PREPARING 3D BONE MODEL REFLECTING 2D IMAGE OF TARGET BONE AND A 3D BONE MODEL PREPARED THEREBY}
본 발명은 타겟 뼈의 2D 이미지가 반영된 3D 뼈 모형 제조 방법 및 상기 제조 방법에 따라 제조된 3D 뼈 모형에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 뼈에 대한 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)을 통해 수득한 단층 이미지의 복합화를 통해 해당 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하고, 상기 3D 뼈 이미지를 기반으로 투명 큐브(바람직하게는, 크리스탈 큐브)를 에칭하여 3D 뼈 모형을 제조하는 방법과 상기 방법에 따라 제조된 3D 뼈 모형에 관한 것이다.
X-ray 촬영이란 X선을 이용하여 조영제나 기구 등을 사용하지 않고 인체를 촬영하는 것으로, 통상적으로 가슴 사진 또는 뼈 사진 등을 얻기 위해 전후 또는 필요에 따라 측면 또는 대각선 촬영 등을 하게 된다.
X선을 이용한 촬영 기반 진단적 검사 기술로서 전산화 단층촬영(CT)도 있다. 전산화 단층촬영(CT)은 일반적인 X-ray 촬영과 달리 X-ray를 이용하여 몸의 단면을 영상화하며, 단순 X-ray선 촬영에 비해 구조물이 겹쳐지는 것이 적어 구조물 및 병변을 좀더 명확히 볼 수 있는 장점이 있다.
최근에는 다중채널 CT (MDCT, multi-detector CT) 등이 보급되면서 촬영 후 영상을 재구성하여 MRI처럼 원하는 단면상 및 입체적인 삼차원(3D) 영상도 얻을 수 있게 되었다.
다만, 이러한 진단적 검사 기술의 발전에도 불구하고, 정형외과나 신경외과 등 뼈 또는 신경 등과 관련된 수술을 하는 의학 분야에서는 아직까지 집도의 또는 시술자수술자(이하, 수술자라 함)의 숙련된 경험에 의존하여 수술 부위에 해당하는 뼈의 정면 및 측면에 대하여 촬영된 X-ray 이미지를 토대로 환자의 해부학적 구조를 예측하여 수술을 진행하는 경우가 빈번하다.
또한, X-ray 이미지뿐만 아니라 CT 또는 MRI 등을 통해 촬영된 영상이 있다 하더라도, 환자의 해부학적 구조의 정확한 이해를 위해 수술(예를 들어, 뼈와 뼈 사이에 도구를 집어넣는 각종 관절경 수술 또는 나사를 박거나 뼈를 제거하는 다양한 수술 등) 중에도 소위 C-arm이라 지칭되는 C자형 X-ray 촬영 장치를 사용하여 수술 부위에 대한 X-ray 이미지를 촬영하기도 한다.
그러나, 다양한 촬영 기반 진단적 검사 기술을 통해 얻은 영상 정보는 뼈에 대한 거시적인 정보를 제공해주기 때문에 이들 영상 정보를 해석하여 수술을 수행하는 수술자의 숙련된 경험은 필수적이라 할 수 있으며, 이러한 경험을 함양하기 위해서는 실제 환자의 해부학적 구조가 반영된 뼈 모형이 필요하다.
관련하여, 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법에 대한 선행기술(한국등록특허공보 제10-1673800호(공고일자 2016. 11. 09))이 소개된 바 있다.
상기 선행기술에 따르면, 인체 척추뼈의 CT 영상들을 조합하여 추출하고자 하는 척추뼈에 대한 부분 3D 모델링 데이터를 생성하고 3D 프린팅용 파일로 변환하는 3D 프린팅을 위한 척추뼈 부분 모델링 장치 및 방법이 제공된다.
그러나, 상기 선행기술은 3D 모델링 데이터 기반으로 3D 프린터 출력용 파일을 변환하는 단계에 그칠 뿐, 상기 3D 모델링 데이터를 토대로 어떠한 3D 뼈 모형을 제조할 것인지에 대한 이해가 부족하다고 할 수 있다.
따라서, 다양한 촬영 기반 진단적 검사 기술을 통해 얻은 영상 정보를 통해 실제 환자의 해부학적 구조를 정확히 반영하여 3D 뼈 모형을 제조하고, 상기 3D 뼈 모형을 통해 수술자로 하여금 실제 환자의 해부학적 구조가 명확히 이해되도록 함과 동시에 실제 수술 또는 시술 과정을 시뮬레이션하는 것이 가능한 3D 뼈 모형에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-1673800호(공고일자 2016. 11. 09)
이러한 기술적 배경 하에서, 본 발명은 타겟 뼈에 대한 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)을 통해 수득한 단층 이미지의 복합화를 통해 생성된 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 사용하여 투명 큐브(바람직하게는, 크리스탈 큐브)를 에칭함으로써 3D 뼈 모형을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 상기 투명 큐브의 레이저 에칭을 통해 상기 투명 큐브 내 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 형성함과 동시에 상기 타겟 뼈의 내부 중 골밀도를 표현하는 것이 가능한 3D 뼈 모형을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지는 쉘이 형성될 수 있도록 상기 투명 큐브를 레이저 에칭 또는 조각할 뿐만 아니라, 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 공(foramen)을 레이저 에칭 또는 조각에 의해 상기 투명 큐브에 구현함으로써 타겟 뼈의 실제 모형에 가까운 투명한 3D 뼈 모형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 타겟 뼈를 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)하여 복수의 단층 이미지를 수득하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 수득한 단층 이미지를 적층하여 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 상기 3D 뼈 이미지로부터 3D 뼈 모델링 데이터를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 생성된 상기 3D 뼈 모델링 데이터를 토대로 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 형성하는 단계;를 포함하는 3D 뼈 모형 제조 방법이 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)는 수득된 상기 단층 이미지를 그레이스케일로 변환한 후 상기 단층 이미지의 그레이스케일을 반전시켜 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 높은 영역에 대한 그레이스케일이 상대적으로 골 밀도가 낮은 영역에 대한 그레이스케일보다 크도록 할 수 있다.
또한, 상기 단계 (d)는 각 단층 이미지의 반전된 그레이스케일에 대한 3D 좌표값에 따라 상기 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도를 표현할 수 있다.
추가적으로, 상기 단계 (d) 이후 상기 투명 큐브의 내부에 형성된 상기 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지도록 상기 투명 큐브를 조각하는 단계 (e)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 단계 (d) 또는 상기 단계 (e)에서 상기 서브 표면 내측으로 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 공(foramen)을 레이저 에칭 또는 조각할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 3D 뼈 모형 제조 방법으로 제조된 3D 뼈 모형이 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 타겟 뼈에 대한 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)을 통해 수득한 단층 이미지의 복합화를 통해 생성된 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 사용하여 투명 큐브(바람직하게는, 크리스탈 큐브)를 에칭함으로써 상기 타겟 뼈에 대한 내외부의 관찰이 가능한 3D 뼈 모형을 구현하는 것이 가능하다.
특히, 본 발명은 상기 투명 큐브의 레이저 에칭을 통해 상기 투명 큐브 내 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 형성함과 동시에 상기 타겟 뼈의 내부 중 골밀도를 표현하는 것이 가능한 바, 수술자뿐만 아니라 환자로 하여금 상기 타겟 뼈의 상태에 대한 정확한 판단이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지는 쉘이 형성될 수 있도록 상기 투명 큐브를 레이저 에칭 또는 조각할 뿐만 아니라, 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 공(foramen)을 레이저 에칭 또는 조각에 의해 상기 투명 큐브에 구현함으로써 상기 3D 뼈 모형을 가지고 C-arm, 관절경 또는 내시경 등과 같은 촬영 기반 진단적 검사 기구 또는 다양한 수술 도구를 이용한 수술 또는 시술 과정을 시뮬레이션하는 것이 가능하다는 이점이 있다.
이와 같은 시뮬레이션 과정을 통해 수술자는 환자의 해부학적 구조를 충분히 숙지하고, 수술적 이해도가 높은 상태로 수술 또는 시술에 임하는 것이 가능한 바, 수술 중 C-arm 촬영에 의한 환자의 방사선 피폭을 줄임과 동시에 수술 시간의 단축 및 수술의 불확실성과 오차를 줄이는데 기여할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 타겟 뼈를 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)하여 수득한 단층 이미지이다.
도 2는 도 1의 단층 이미지의 그레이스케일을 반전시킨 이미지이다.
도 3은 수득한 복수의 단층 이미지를 적층하여 생성된 3D 뼈 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3D 뼈 모델링 데이터를 토대로 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 제조된 3D 뼈 모형을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 투명 큐브의 내부에 형성된 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지도록 상기 투명 큐브를 조각하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 단계에 따라 제조된 3D 뼈 모형을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 3D 뼈 모형의 수평 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 3D 뼈 모형 제조 방법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본원에 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 의자와 관련된 내용은 각각의 독립적인 실시예로서 이해될 것이며, 필요한 경우, 적어도 두 개의 독립적인 실시예가 병합될 수도 있을 것이다. 한편, 본원에 첨부된 도면을 통해 충분히 설명되지 않은 구성 요소는 전술 또는 후술할 실시예의 구성 요소를 원용할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 타겟 뼈를 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)하여 복수의 단층 이미지를 수득하는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 수득한 단층 이미지를 적층하여 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하는 단계; (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 상기 3D 뼈 이미지로부터 3D 뼈 모델링 데이터를 생성하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)에서 생성된 상기 3D 뼈 모델링 데이터를 토대로 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 형성하는 단계;를 포함하는 3D 뼈 모형 제조 방법이 제공된다.
단계 (a) 및 단계 (b)는 타겟 뼈에 대한 CT 촬영을 통해 상기 타겟 뼈에 대한 복수의 단층 이미지와 함께 상기 복수의 단층 이미지가 적층되어 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하는 단계이다.
단계 (a) 및 단계 (b)는 동일한 장치 내에서 수행되거나, 서로 다른 장치 내에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 타겟 뼈에 대한 CT 촬영뿐만 아니라, 상기 CT 촬영을 통해 수득한 복수의 단층 이미지를 적층하여 3D 뼈 이미지를 동시에 생성하는 것이 가능한 다중채널 CT (MDCT, multi-detector CT) 촬영 장치 등과 같은 다양한 촬영 기반 진단적 검사 장치를 사용할 경우, 단계 (a) 및 단계 (b)는 상기 검사 장치 내에서 수행될 수 있다.
반면에, 일반적인 CT 촬영 장치를 사용할 경우, 상기 CT 촬영 장치를 통해 상기 타겟 뼈에 대한 복수의 단층 이미지를 수득한 후, 상기 복수의 단층 이미지를 별도의 처리 장치(예를 들어, 컴퓨터 등)로 전송하여 상기 처리 장치에서 상기 복수의 단층 이미지를 처리하여 3D 뼈 이미지를 생성하도록 할 수 있다.
상기 CT 촬영을 통해 수득한 복수의 단층 이미지를 수득함과 동시에 이들 단층 이미지들이 조합된 3D 뼈 이미지를 생성하는 방식은 공지된 다양한 방식에 의해 수행될 수 있으며, 상기 방식에 대한 구체적인 설명은 편의상 생략하기로 한다.
단계 (a) 및 단계 (b)에 의해 생성된 3D 뼈 이미지는 상기 타겟 뼈의 표면뿐만 아니라, 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen)을 표현하며, 나아가 상기 타겟 뼈의 내부의 골 밀도를 표현하는 것이 가능하다.
한편, 본원에 첨부된 도면에서는 편의상 상기 타겟 뼈가 인체의 척추인 것으로 나타나 있으나, 본 발명에 따른 3D 뼈 모형 제조 방법의 대상이 되는 상기 타겟 뼈는 머리뼈(skull), 척추(vertebral column), 가슴우리(thoracic skeleton), 상지뼈대(bones of the upper limbs) 및/또는 하지뼈대(bones of the lower limbs)를 구성하는 적어도 하나의 뼈일 수 있다.
또한, 상기 타겟 뼈는 반드시 인체 뼈에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 3D 뼈 모형 제조 방법에 의해 3D 뼈 모형의 제조가 필요한 임의의 동물(인간을 제외함)의 뼈일 수 있다.
도 1은 단계 (a)에서 타겟 뼈(척추뼈 중 일부)를 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)하여 수득한 단층 이미지이며, (a)는 상기 타겟 뼈의 측면에 대한 이미지이며, (b)는 상기 타겟 뼈의 단층 이미지 중 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 (a)는 수득된 상기 단층 이미지를 그레이스케일로 변환할 수 있다. 다만, 상기 단계 (a) 중 CT 촬영을 통해 수득된 상기 단층 이미지가 곧바로 그레이스케일로 수득될 경우, 상기 단층 이미지에 대한 그레이스케일 변환이 불필요할 수 있다.
이 경우, 3D 뼈 모델링 데이터의 생성에 적합하도록 그레이스케일 변환된 상기 단층 이미지에 대한 스무딩 처리가 추가적으로 수행될 수 있다.
또한, 필요한 경우, 상기 단층 이미지 내 음영의 정확한 표현을 위해 상기 단층 이미지를 이진화 처리할 수 있다. 상기 단층 이미지의 이진화 처리는 문턱값을 기준으로 상기 단층 이미지 내 픽셀들의 값을 블랙 또는 화이트에 해당하는 값으로 변환하는 처리를 의미한다.
상술한 그레이스케일 변환 및 이진화 처리를 통해 상기 단층 이미지 내 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 정확히 표현될 수 있으며, 나아가 상기 단층 이미지를 기초로 하여 생성된 상기 3D 뼈 모델링 데이터에 따라 3D 뼈 모형을 제조할 때 상기 투명 큐브 내 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 레이저 에칭으로서 정밀하게 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 단층 이미지의 그레이스케일을 반전시켜 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 높은 영역에 대한 그레이스케일이 상대적으로 골 밀도가 낮은 영역에 대한 그레이스케일보다 크도록 할 수 있다.
도 2는 도 1의 단층 이미지의 그레이스케일을 반전시킨 이미지로서, (a)는 상기 타겟 뼈의 측면에 대한 이미지이며, (b)는 상기 타겟 뼈의 단층 이미지 중 하나이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이진화 처리와 무관하게 상기 단층 이미지에 대한 그레이스케일을 반전시킬 경우, 상대적으로 골 밀도가 높은 영역은 어둡게 표현되며, 상대적으로 골 밀도가 낮은 영역 및 상기 타겟 뼈의 내부에 존재하는 공(foramen)은 밝게 표현된 것을 확인할 수 있다.
여기서, 상기 단층 이미지 내 음영은 블랙에 해당하는 값을 가지는 픽셀들의 밀집도로서 표현되는 것으로서, 상대적으로 골 밀도가 높은 영역에는 블랙에 해당하는 값을 가지는 픽셀들의 밀집도가 크며, 상대적으로 골 밀도가 낮은 영역에는 화이트에 해당하는 값을 가지는 픽셀들의 밀집도가 클 것이다.
이 경우, 후술할 단계 (d)에서 상기 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭할 때, 블랙에 해당하는 값을 가지는 픽셀들에 대응하는 좌표값에 따라 상기 투명 큐브를 에칭함으로써 상기 단층 이미지에 표현된 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도를 상기 투명 큐브에 구현하는 것이 가능하다. 나아가, 높이 방향으로 각각의 단층 이미지에 대한 레이저 에칭이 수행됨에 따라 상기 투명 큐브 내 상기 타겟 뼈에 대한 전반적인 내부 골 밀도를 육안으로 확인할 수 있다.
도 3은 단계 (a)에서 수득한 복수의 단층 이미지를 적층하여 생성된 3D 뼈 이미지이며, (a)는 상기 타겟 뼈의 정면에 대한 이미지이며, (b)는 상기 타겟 뼈의 측면에 대한 이미지이다.
단계 (b)에 따라 생성된 3D 뼈 이미지는 상기 타겟 뼈의 표면뿐만 아니라, 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen)을 표현하며, 나아가 상기 타겟 뼈의 내부의 골 밀도를 표현할 수 있다.
단계 (c)에서는 상기 단계 (b)에서 생성된 상기 3D 뼈 이미지로부터 3D 뼈 모델링 데이터를 생성한다.
상기 3D 뼈 모델링 데이터는 상기 3D 뼈 이미지의 표면에 대한 좌표값은 물론, 상기 3D 뼈 이미지의 내외부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen)에 대한 좌표값과 상기 3D 뼈 이미지를 구성하는 복수의 단층 이미지 내 내부 골 밀도에 대한 좌표값을 포함한다.
또한, 상기 3D 뼈 모델링 데이터는 후술할 단계 (d)에서 상기 투명 큐브에 대한 레이저 에칭을 수행하는 장비로 전송될 수 있는 컴퓨터 파일 형태로서 준비될 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단계 (d)에서는 상기 단계 (c)에서 생성된 상기 3D 뼈 모델링 데이터를 토대로 상기 투명 큐브(110)의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈에 대응하는 3D 뼈 모형(120)을 형성할 수 있다. 상기 레이저 에칭은 포인트 에칭 방식으로 수행될 수 있으며, 상기 레이저 에칭에 의해 형성된 포인트들의 집합으로서 상기 타겟 뼈에 대응하는 3D 뼈 모형(120)의 윤곽 및 내부 골 밀도 등이 표현될 수 있다.
이 때, 상기 3D 뼈 모형(120)에는 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면이 구현되며, 상기 서브 표면 이외 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen) 및 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 구현될 수 있다.
레이저 에칭을 통해 상기 타겟 뼈에 대응하는 3D 뼈 모형(120)을 형성하는 상기 투명 큐브(110)는 레이저 에칭이 가능한 투명한 소재의 고상 튜브로서, 상기 고상 튜브는 아크릴 등과 같은 합성 수지 또는 크리스탈 등으로 형성될 수 있다. 상기 투명 큐브로 바람직하게는 크리스탈 큐브가 사용될 수 있다.
상기 타겟 뼈의 내부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen)은 상기 레이저 에칭에 의한 외곽선을 통해 표현되거나, 상기 굴곡 및/또는 공(foramen)에 해당하는 영역이 조각됨으로써 형성될 수 있다.
상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도는 상기 레이저 에칭에 의해 형성된 포인트들의 밀집도를 조절함으로써 내부 골 밀도의 고저를 표현할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 투명 큐브의 내부에 형성된 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지도록 상기 투명 큐브를 조각하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이며, 도 6은 도 5에 도시된 단계에 따라 제조된 3D 뼈 모형을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 6에 도시된 3D 뼈 모형의 수평 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다. 참고로, 도 6 및 도 7에서 도면 부호 110'으로 표시되는 쉘을 제외한 도면 부호 110으로 표시되는 상기 투명 큐브는 레이저 에칭 또는 조각에 의해 제거된 영역을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 단계 (d) 이후 상기 투명 큐브(110)의 내부에 형성된 상기 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지도록 상기 투명 큐브(110)를 조각하는 단계 (e)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 3D 뼈 모형(120)의 서브 표면으로부터 소정의 두께로 쉘(110')이 형성될 수 있다.
이 때, 도 5에서는 상기 쉘(110')의 존재를 특정하기 위해 상기 쉘(110')이 두껍게 형성된 것으로 도시하였으나, 상기 쉘(110')의 두께는 상기 3D 뼈 모형(120)의 서브 표면의 굴곡이 외부에 명확히 드러날 수 있을 정도로 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 3D 뼈 모형(120)이 상기 타겟 뼈와 동일 비율로 제작될 경우, 상기 쉘(110')의 두께를 고려하더라도 전체적인 뼈 모형의 크기가 상기 타겟 뼈의 크기와 거의 동일하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 (e) 전에는 상기 3D 뼈 모형(120)의 상기 서브 표면과 무관하게 상기 투명 큐브(110)의 원래 형상이 남아있기 때문에 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 3D 뼈 모형(120)의 서브 표면의 굴곡 형태(C)를 간접적으로 관찰할 수 밖에 없으나, 상기 서브 표면으로부터 소정의 두께로 쉘(110')이 형성되도록 상기 투명 큐브(110)를 조각할 경우, 실제 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 가지는 상기 3D 뼈 모형(120)을 제조할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 단계 (d) 또는 상기 단계 (e)에서 상기 서브 표면 내측으로 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 공(121)을 레이저 에칭 또는 조각할 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 뼈가 척추인 경우, 상기 공(121)은 횡돌골(transverse foramen) 및 추공(vertebral foramen)일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 단계 (e)에 의해 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지는 쉘(110')이 형성됨으로써 상기 3D 뼈 모형(120)이 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 표면을 가질 수 있으며, 상기 3D 뼈 모형(120)의 내외부에는 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 굴곡(C) 및/또는 공(foramen)이 레이저 에칭 또는 조각됨에 따라, 상기 3D 뼈 모형을 가지고 C-arm, 관절경 또는 내시경 등과 같은 촬영 기반 진단적 검사 기구 또는 다양한 수술 도구를 이용한 수술 또는 시술 과정을 시뮬레이션하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 3D 뼈 모형 제조 방법으로 제조된 3D 뼈 모형이 제공된다.
상기 타겟 뼈가 척추인 경우, 상기 3D 뼈 모형은 실질적으로 도 6에 도시된 형상을 가질 것이다.
즉, 상기 3D 뼈 모형(120)은 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 가지며, 상기 서브 표면으로부터 소정의 두께로 형성된 쉘(110')을 포함한다. 상기 쉘(110')은 상기 3D 뼈 모형(120)의 외부 표면을 형성하며, 상기 서브 표면에 대응하는 형상을 가짐에 따라 실질적으로 상기 타겟 뼈의 외곽과 거의 동일한 표면을 형성할 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 3D 뼈 모형(120)의 서브 표면의 내측으로는 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 굴곡 및/또는 공(foramen)에 대응하는 영역이 레이저 에칭 또는 조각되며, 레이저 에칭에 의해 형성되는 포인트의 밀집도를 통해 골 피질(cortical bone) 및 해면골(cancellouw bone)의 형태 및 내부 골 밀도가 표현된다.
또한, 만약 상기 3D 뼈 모형(120)이 단일의 뼈가 아닌 복수의 뼈의 집합(예를 들어, T1 내지 T12의 흉추)인 경우, 상기 3D 뼈 모형(120)에는 상기 흉추 사이의 추간공(intervertebral foramen) 및 추골절흔(vertebral notch)이 표현될 수 있다.
이와 같이, 실제 타겟 뼈에 대한 내외부의 해부학적 구조가 정밀하게 표현된 상기 3D 뼈 모형은 C-arm, 관절경 또는 내시경 등과 같은 촬영 기반 진단적 검사 기구 또는 다양한 수술 도구를 이용한 수술 또는 시술 과정의 시뮬레이션이 가능하도록 하며, 상기 시뮬레이션 과정을 통해 수술자는 환자의 해부학적 구조를 충분히 숙지하고, 수술적 이해도가 높은 상태로 수술 또는 시술에 임하는 것이 가능한 바, 수술 중 C-arm 촬영에 의한 환자의 방사선 피폭을 줄임과 동시에 수술 시간의 단축을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 타겟 뼈를 전산화 단층촬영(CT, Computed Tomography)하여 복수의 단층 이미지를 수득하는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 수득한 단층 이미지를 적층하여 상기 타겟 뼈의 내외부가 영상화된 3D 뼈 이미지를 생성하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에서 생성된 상기 3D 뼈 이미지로부터 3D 뼈 모델링 데이터를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 단계 (c)에서 생성된 상기 3D 뼈 모델링 데이터를 토대로 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈의 외곽에 대응하는 서브 표면을 형성하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 단계 (a)는 수득된 상기 단층 이미지를 그레이스케일로 변환한 후 상기 단층 이미지의 그레이스케일을 반전시켜 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도가 상대적으로 높은 영역에 대한 그레이스케일이 상대적으로 골 밀도가 낮은 영역에 대한 그레이스케일보다 크도록 하며,
    상기 단계 (d)는 각 단층 이미지의 반전된 그레이스케일에 대한 3D 좌표값에 따라 상기 투명 큐브의 내부를 레이저 에칭하여 상기 타겟 뼈의 내부 골 밀도를 표현하는,
    3D 뼈 모형 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후 상기 투명 큐브의 내부에 형성된 상기 서브 표면으로부터 소정의 두께를 가지도록 상기 투명 큐브를 조각하는 단계 (e)를 더 포함하는,
    3D 뼈 모형 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (d) 또는 상기 단계 (e)에서 상기 서브 표면 내측으로 상기 타겟 뼈의 내외부에 존재하는 공(foramen)을 레이저 에칭 또는 조각하는,
    3D 뼈 모형 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 3D 뼈 모형.
  5. 삭제
  6. 삭제
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