KR102443385B1 - 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템 - Google Patents

의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102443385B1
KR102443385B1 KR1020200131865A KR20200131865A KR102443385B1 KR 102443385 B1 KR102443385 B1 KR 102443385B1 KR 1020200131865 A KR1020200131865 A KR 1020200131865A KR 20200131865 A KR20200131865 A KR 20200131865A KR 102443385 B1 KR102443385 B1 KR 102443385B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
medical
image
light
relative
Prior art date
Application number
KR1020200131865A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220048685A (ko
Inventor
전문영
류승열
Original Assignee
주식회사 고영테크놀러지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 고영테크놀러지 filed Critical 주식회사 고영테크놀러지
Priority to KR1020200131865A priority Critical patent/KR102443385B1/ko
Priority to US18/248,854 priority patent/US20230380927A1/en
Priority to JP2023522567A priority patent/JP2023545450A/ja
Priority to EP21880502.6A priority patent/EP4230171A4/en
Priority to PCT/KR2021/014108 priority patent/WO2022080855A1/ko
Priority to CN202180069856.2A priority patent/CN116322556A/zh
Publication of KR20220048685A publication Critical patent/KR20220048685A/ko
Priority to KR1020220113372A priority patent/KR20220126705A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102443385B1 publication Critical patent/KR102443385B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
    • A61B5/0035—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for acquisition of images from more than one imaging mode, e.g. combining MRI and optical tomography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A61B5/0064—Body surface scanning
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1077—Measuring of profiles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1079—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof using optical or photographic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A61B5/1127—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique using markers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G06T7/246—Analysis of motion using feature-based methods, e.g. the tracking of corners or segments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00982—General structural features
    • A61B2017/00991—Telescopic means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2055—Optical tracking systems
    • A61B2034/2057—Details of tracking cameras
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2059—Mechanical position encoders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2065—Tracking using image or pattern recognition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/30—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure
    • A61B2090/309—Devices for illuminating a surgical field, the devices having an interrelation with other surgical devices or with a surgical procedure using white LEDs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A61B2090/3618—Image-producing devices, e.g. surgical cameras with a mirror
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B2090/364—Correlation of different images or relation of image positions in respect to the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3937—Visible markers
    • A61B2090/3945—Active visible markers, e.g. light emitting diodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39—Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3983—Reference marker arrangements for use with image guided surgery
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/04—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving 3D image data

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

개시된 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치는, 광을 출력하는 광원; 상기 광이 대상체에 반사된 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라; 내부에 상기 카메라가 배치되고, 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구를 형성하는 하우징; 및 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 하우징에 배치되고, 위치 및 자세의 트래킹을 위해 외부의 결상 장치에 의해 촬상되도록 구성된 트래킹용 면을 가진 마커를 포함한다.

Description

의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템 {MEDICAL 3 DIMENSIONAL IMAGE MEASURING DEVICE AND MEDICAL IMAGE MATCHING SYSTEM}
본 개시는 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템에 관한 것이다.
본 개시는 국가연구개발사업인 WC300 프로젝트 기술개발지원의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제고유번호: S2482672, 연구사업명: WC300 프로젝트 기술개발지원, 연구과제명: 정합정밀도 1mm 이하 수술용 내비게이션 융합 두경부 수술로봇 시스템 개발, 기여율: 1/1, 주관기관: 주식회사 고영테크놀러지, 연구기간: 2017.03.01~2021.12.31].
최근 수술용 내비게이션(surgical navigation) 기술이 의사의 외과 수술을 지원하기 위해서 활용되고 있다. 수술용 도구 및 환자의 수술 부위를 촬영하는 의료용 3차원 영상 측정 장치에 각각 마커(marker)를 배치하고, 카메라와 같은 결상 장치를 가진 옵티컬 트래킹 시스템을 통해 마커를 트래킹함으로써, 수술용 도구의 위치 및 자세를 트래킹할 수 있고, 의료용 3차원 영상 측정 장치를 통해 촬영된 수술 부위 영상을 기존에 촬영된 환자의 의료 이미지(예: CT 이미지, MRI 이미지)와 정합시킬 수 있다. 이를 통해, 환자의 의료 이미지 상의 수술용 도구의 위치 및 자세 정보를 시스템 상에서 인지할 수 있다.
옵티컬 트래킹 시스템을 통해 획득된 마커의 이미지를 이용하여, 마커가 배치된 수술용 도구 또는 의료용 3차원 영상 측정 장치의 위치 정보 및 자세 정보가 획득될 수 있다. 예를 들어, 위치 정보는 직교 좌표계의 X, Y, Z축 상에서의 좌표와 같은 공간 좌표로 정의될 수 있고, 자세 정보는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)로 정의될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치는 환자의 수술 부위에 대한 영상 정보를 획득 및 처리하기 위하여, 환자의 수술 부위에 대한 3차원 영상을 측정할 수 있다. 예를 들어, 의료용 3차원 영상 측정 장치는 수술 부위에 일정한 패턴광을 조사하여 발생하는 패턴을 측정하고, 이로부터 대상체의 3차원 영상을 획득하는 방법이 활용되고 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치가 수술 부위를 촬영하기 위하여 위치 및/또는 자세를 변경할 때, 옵티컬 트래킹 시스템이 의료용 3차원 영상 측정 장치의 마커를 트래킹하는 것이 불가능한 위치 및/또는 자세로 의료용 3차원 영상 측정 장치의 위치 및/또는 자세를 변경할 수 없다는 제한이 있다. 종래 기술에서는 환자의 다양한 수술 자세(예를 들어, Parkbench 자세, Prone 자세, Supine 자세)에 따라 환자나 다른 대상물(예를 들어, 받침대, 수술 도구 등)에 의한 간섭으로 인하여 옵티컬 트래킹 시스템의 시야가 가려져 마커를 촬영하는 것에 어려움이 있다는 문제가 있다. 본 개시의 실시예들은 상술한 종래기술의 문제를 해결한다.
본 개시의 일 측면은 의료용 3차원 영상 측정 장치의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치는, 광을 출력하는 광원; 상기 광이 대상체에 반사된 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라; 내부에 상기 카메라가 배치되고, 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구를 형성하는 하우징; 및 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 하우징에 배치되고, 위치 및 자세의 트래킹을 위해 외부의 결상 장치에 의해 촬상되도록 구성된 트래킹용 면을 가진 마커를 포함한다.
본 개시의 다른 측면은 의료 영상 정합 시스템의 실시예들을 제공한다. 대표적 실시예에 따른 의료 영상 정합 시스템은, 광을 출력하는 광원과, 상기 광이 대상체에 반사된 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라와, 내부에 상기 카메라가 배치되고 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구를 형성하는 하우징과, 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 하우징에 배치되고 위치 및 자세의 트래킹을 위해 외부의 결상 장치에 의해 촬상되도록 구성된 트래킹용 면을 가진 마커를 포함하는 의료용 3차원 영상 측정 장치; 및 상기 마커의 상기 트래킹용 면의 적어도 일부를 촬상하여 트래킹용 이미지를 결상하는 결상 장치를 포함하고, 상기 3차원 이미지 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 트래팅용 이미지를 이용하여 상기 마커의 위치 및 자세를 결정하여 상기 3차원 이미지 정보의 좌표를 결정하도록 구성되는 외부 전자 장치를 포함한다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 환자 고정 장치, 수술 도구, 의료용 3차원 영상 측정 장치 자체 및/또는 조작자에 의해 결상 장치의 마커에 대한 시야를 가리지 않도록 마커의 위치 및/또는 자세를 변경하여, 외부 전자 장치에 의한 마커의 트래킹이 원활하게 이루어질 수 있다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 조작자가 옵티컬 트래킹 시스템의 마커에 대한 시야가 가려지지 않도록 하는 번거로움을 경감시켜 편의성을 향상시킬 수 있고, 조작자에게 수술 부위의 촬영 및 수술 도구의 조작에 보다 집중할 수 있는 여건을 제공할 수 있다. 예를 들어 환자의 수술 자세는 엎드린 자세(Prone 자세)이고 수술 부위는 아래를 향하는 어려한 수술 여건에서도, 조작자는 의료용 3차원 영상 측정 장치의 마커의 위치 및/또는 자세를 변경시켜, 쉽게 옵티컬 트래킹 시스템의 마커에 대한 시야를 확보할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 의하면, 의료용 3차원 영상 측정 장치의 마커에 대한 트래킹이 끊김없이 이루어질 수 있도록 마커의 위치 및/또는 자세를 변경시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상 정합 시스템(10)을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상 정합 시스템(10)이 사용되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 단면도이다.
도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)의 사시도이다.
도 5는 도 4의 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)를 라인 S1-S1'를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 개시의 제2 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(102)의 입면도이다.
도 7은 본 개시의 제3 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)의 입면도이다.
도 8은 본 개시의 제4 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(104)의 입면도이다.
도 9는 본 개시의 제5 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)의 입면도이다.
도 10은 본 개시의 제6 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(106)의 입면도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 개시에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상 정합 시스템(10)을 도시한 블록도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 의료 영상 정합 시스템(10)이 사용되는 모습을 보여주는 도면이다. 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 의료 영상 정합 시스템(10)은 의료용 3차원 영상 측정 장치(100) 및 외부 전자 장치(20)를 포함할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100) 및 외부 전자 장치(20)는 서로 유선 또는 무선으로 통신 연결되어 다양한 데이터(예: 이미지)를 송수신할 수 있다. 도 1에 도시된 구성 중 일부가 생략 또는 치환 되더라도 본 문서에 개시된 다양한 실시예를 구현함에는 지장이 없을 것이다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 각 구성 요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 수행할 수 있다. 프로세서(110)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 구성 요소들로부터 수신된 신호를 처리할 수 있다. 프로세서(110)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)가 외부 전자 장치(20)에 신호를 발송하도록 제어할 수 있다. 프로세서(110)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 다른 구성 요소로부터 수신된 명령 또는 데이터를 메모리(미도시)에 로드(load)하고, 메모리에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 저장할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 광원(120)을 포함할 수 있다. 광원(120)은 패턴광을 출력할 수 있다. 광원(120)에서 출력된 패턴광은 대상체(예를 들어, 환자)(P)에 조사될 수 있다. 패턴광은 대상체(P)에 대한 3차원 이미지를 측정하기 위하여 특정한 무늬를 갖는 광이거나, 일정한 또는 특정 주기의 패턴을 갖는 광일 수 있다. 패턴광은, 예를 들어, 랜덤 도트(random dot) 형태의 패턴광, 체크 무늬 형태의 패턴광, 줄무늬의 밝기가 사인파 형태의 패턴광, 밝은 부분과 어두운 부분이 반복되어 표시되는 온-오프(on-off) 형태의 패턴광 또는 밝기의 변화가 삼각형 파형인 삼각파 패턴광을 포함할 수 있으나, 패턴광의 형태는 이에 제한되지 않는다.
광원(120)은 복수의 패턴이 형성된 패턴부 및 패턴부에 광을 조사하는 LED를 포함할 수 있다. 광원(120)은 LED(121)로부터 출력된 광을 집광시켜서 패턴부에 조사되도록 구성된 집광 렌즈(condensing lens)(125)를 포함할 수 있다. LED(121)로부터 출력된 광은 복수의 패턴이 형성된 패턴부(123)를 통과하여 패턴이 반영될 수 있다. LED(121)는, 예를 들어, 적외선 광을 방출할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 카메라(130)를 포함할 수 있다. 카메라(130)는 대상체(P)의 이미지를 촬영하는 구성일 수 있다. 카메라(130)는 대상체(P)를 촬영하여 대상체(P)의 3차원 이미지 데이터를 획득할 수 있으며, 상기 획득한 이미지 데이터를 가공하여 대상체(P)의 3차원 이미지를 획득할 수 있다.
예를 들어, 카메라(130)는 패턴광이 조사된 대상체(P)를 촬영하여 대상체(P)의 이미지를 획득할 수 있다. 프로세서(110)는 패턴광을 이용한 위상 천이 방식에 기초하여 대상체(P)의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 광원(120)을 통해 일정한 형태의 패턴광을 대상체(P)에 조사한 경우, 대상체(P)의 표면 상의 굴곡에 따라 표면 상에 나타나는 빛의 세기가 달라질 수 있다. 프로세서(110)는 카메라(130)를 통해 생성된 이미지로부터 위상 데이터를 생성하여 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 카메라(130)는 라이트 필드 이미지(light field image)를 생성하는 라이트 필드 카메라(130)일 수 있다. 라이트 필드 카메라(130)는 대상체(P)를 촬영한 후에 대상체(P)의 심도를 사후적으로 결정하고, 서로 다른 대상체(P) 심도를 갖는 이미지를 조합하도록 구성될 수 있다. 라이트 필드 카메라(130)의 이미지 센서는 사후적이면서 가변적인 대상체(P) 심도를 가질 수 있다. 카메라(130)는 패턴이 반영된 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서(110)는 상기 라이트 필드 이미지로부터 위상 데이터를 생성하여 대상체(P)의 표면을 구성하는 각 점들의 높이를 계산함으로써 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다.
카메라(130)는 집광 렌즈(137), 렌즈 어레이(lens array)(135) 및 이미지 센서(131)를 포함할 수 있다. 집광 렌즈(137)는 대상체(P)로부터 들어오는 빛을 집광할 수 있다. 렌즈 어레이(135)는 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 렌즈일 수 있다. 이미지 센서(131)는 렌즈 어레이(135)를 통과한 광을 캡쳐하고, 캡쳐한 광을 이용하여 라이트 필드 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센서(131)는 복수의 마이크로 렌즈 각각에 대응하는 영역들로 구분될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(131)는 CCD(charge-coupled device) 센서 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 카메라(130)에서 생성하는 라이트 필드 이미지는 빛의 색상 정보와 방향 정보를 함께 저장하는 복수의 서브 이미지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체(P)에 패턴광이 조사되고 대상체(P)로부터 반사된 반사광이 카메라(130)에 수신된 경우, 라이트 필드 이미지는 반사광의 색상 정보 및 방향 정보를 포함하는 복수의 서브 이미지가 결합된 이미지일 수 있다. 카메라(130)는 라이트 필드 이미지에 포함된 복수의 서브 이미지를 이용하여 재초점(refocusing) 과정을 진행할 수 있다. 예를 들어, 카메라(130)는 재초점 과정에서 라이트 필드 이미지의 픽셀들 중에서 원하는 대상체(P)의 심도 및 그에 따라 역산되는 광경로 및 방향에 상응하는 픽셀들의 정보를 조합하여 원하는 심도의 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 카메라(130)는 재초점 과정에서 대상체(P)의 모든 영역에 대해 초점이 맞는 이미지를 생성할 수도 있다. 카메라(130)에 정확한 촬영 대상 영역의 상이 맺히도록 하기 위해서는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 대상체(P)의 촬영 대상 영역 사이의 거리가 조절될 필요가 있는데, 라이트 필드 이미지를 생성하는 카메라(130)를 사용하는 경우, 대상체(P)의 심도를 사후적으로 결정할 수 있고, 대상체(P)의 모든 영역에 대해 초점이 맞는 라이트 필드 이미지를 생성할 수 있으므로, 사전에 초점 거리를 조절할 필요가 없다. 라이트 필드 이미지를 생성하는 카메라(130)의 경우, 일반 렌즈를 사용하는 카메라(130)에 비해 측정 가능한 깊이 범위(depth range)가 넓고, 한 번의 촬영으로 대상체(P)의 이미지를 획득할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 광경로 제어 요소(140)를 포함할 수 있다. 광경로 제어 요소(140)는 광원(120)으로부터 출력된 패턴광이 대상체(P)에 조사되도록 패턴광을 특정 방향으로 반사시킬 수 있다. 광경로 제어 요소(140)는 대상체(P)로부터 반사된 반사광이 카메라(130)에 도달하도록 반사광을 투과시킬 수 있다. 광경로 제어 요소(140)는, 예를 들어, 반투과 거울일 수 있다. 일 예로, 광원(120) 및 카메라(130)는 광경로 제어 요소(140)를 기준으로 서로 수직한 방향에 배치될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 외관을 형성하는 하우징(161, 162)을 포함할 수 있다. 하우징(161, 162)은 서로 결합하는 제1 하우징(161) 및 제2 하우징(162)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 상대적으로 운동 가능하게 결합될 수 있다. 제1 하우징(161)에 마커(180)가 배치될 수 있다.
하우징(161, 162)의 내부에 카메라(130)가 배치된다. 하우징(161, 162)에는 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구(162h)가 형성된다. 개구(162h)에는 광 투과성 재질의 렌즈(미도시)가 배치될 수 있다. 하우징(161, 162)의 내부에 광원(120)이 배치될 수 있다. 하우징(161, 162)의 내부에 광경로 제어 요소(140)가 배치될 수 있다.
도 3에 개시된 실시예에서는, 제1 하우징(161)의 내부에 광원(120), 카메라(130) 및 광경로 제어 요소(140)가 배치되고, 제2 하우징(162)에는 광원(120)으로부터 출력된 패턴광이 대상체(P)에 조사되도록 개구(162h)가 형성되나, 본 개시는 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 제2 하우징(162)에 광원(120), 카메라(130) 및 광경로 제어 요소(140)가 배치되고 및 개구(162h)가 형성될 수도 있다.
일 실시예에서, 사용자는 제1 하우징(161) 또는 제2 하우징(162)을 잡은 상태로 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)를 사용할 수 있다. 제1 하우징(161) 또는 제2 하우징(162)은 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)가 사용자로 하여금 이동과 운반 및 사용을 용이하게 하는 구성(예를 들어, 손잡이)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 하우징(161) 또는 제2 하우징(162)은 외부의 다른 장치(예를 들어, 수술대(30)나 바닥 등에 고정된 스탠드(미도시))에 의해 지지될 수 있다. 상기 스탠드는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세를 변경 가능하게 동작하도록 구성될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 무선 또는 유선을 통해 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 통신 회로(150)를 포함할 수 있다. 통신 회로(50)는 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성될 수 있다. 통신 회로(150)는 외부 전자 장치(20)와 통신 채널을 설립하고, 외부 전자 장치(20)와 다양한 데이터를 송수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 회로(150)는 셀룰러 통신 모듈을 포함하여 셀룰러 네트워크(예: 3G, LTE, 5G, Wibro 또는 Wimax)에 연결되도록 구성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 통신 회로(150)는 근거리 통신 모듈을 포함하여 근거리 통신(예: Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy(BLE), UWB)을 이용해 외부 전자 장치(20)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 외부 전자 장치(20)와 정보를 송수신하는 유선의 통신 회선(151, 152, 153)을 더 포함할 수 있다(도 4 내지 도 10 참고).
일 실시예에서, 프로세서(110)는 카메라(130)를 통해 획득한 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 이용하여 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 조사된 패턴광은 대상체(P)의 촬영 영역의 표면 상의 굴곡에 따라 실제 촬영 대상 영역의 표면 상에 나타내는 빛의 세기가 달라질 수 있다. 프로세서(110)는 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 이용하여, 대상체(P)의 표면의 굴곡에 따라 달라진 빛의 세기를 측정하고, 이로부터 위상 데이터를 생성하여 표면을 구성하는 각 점들의 높이를 계산할 수 있다. 프로세서(110)는 대상체(P)의 표면을 구성하는 각 점들의 높이를 계산함으로써, 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서(110)는 통신 회로(150)를 통해 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 외부 전자 장치(20)로 전송할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 컨트롤러(21)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(21)는 외부 전자 장치(20)의 각 구성 요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 수행할 수 있다. 컨트롤러(21)는 외부 전자 장치(20)의 구성 요소들로부터 수신된 신호를 처리할 수 있다. 프로세서(110)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)로부터 수신된 신호를 발송하도록 처리할 수 있다. 컨트롤러(21)는 수신된 명령 또는 데이터를 메모리(미도시)에 로드(load)하고, 메모리에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 저장할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 결상 장치(23)를 포함할 수 있다. 결상 장치(23)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 부착된 마커(180)의 트래킹용 면의 적어도 일부를 촬상하여 트래킹용 면의 적어도 일부에 대한 트래킹용 이미지를 결상할 수 있다. 예를 들어, 상기 트래킹용 면은 패턴면일 수 있고, 이 경우 상기 트래팅용 이미지는 패턴 이미지이다. 결상 장치(23)는, 예를 들어, 마커의 적어도 일부에 대한 이미지 결상이 가능한 적어도 2 이상의 카메라(23a, 23b)를 포함할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 결상된 트래킹용 이미지를 이용하여 마커(180)의 위치 및/또는 자세를 결정할 수 있다.
마커(180)가 상기 트래킹용 면으로서 패턴면을 가진 실시예에서, 외부 전자 장치(20)는 마커(180)의 패턴 이미지가 획득되는 경우, 상기 패턴 이미지로부터 마커(180)의 패턴을 구성하는 기본 단위로서, 서브 패턴들 중 적어도 하나가 추출될 수 있다. 추출된 적어도 하나의 서브 패턴의 전체 패턴 내에서의 위치가 결정되고, 결정된 서브 패턴의 전체 패턴 내의 위치에 기초하여 마커(180)의 자세가 결정될 수 있다. 여기서, 마커(180)의 자세는, 마커(180)의 결상 장치(23)에 대한 상대적인 3차원적 방향 내지 방위를 의미할 수 있다. 예를 들어, 마커(180) 또는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치는, 적어도 2 이상의 카메라(23a, 23b)를 포함하는 결상 장치(23)에 의해 결상된 이미지들 중 스테레오스코픽 관계를 가지는 두 개의 이미지들에 기초한 삼각법(triangulation)을 이용하여 결정될 수 있다. 상기와 같이 마커(180)의 위치 및 자세가 결정되면, 마커(180)와 상기 마커(180)가 부착된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100) 간의 기하학적 관계에 기초하여, 마커(180)가 부착된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세가 결정될 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 스토리지(25)를 포함할 수 있다. 스토리지(25)는 외부 전자 장치(20)의 적어도 하나의 구성 요소(예를 들어, 컨트롤러(21))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 스토리지(25)는, 컨트롤러(21)에 의해, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)로부터 수신한 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 저장할 수 있다. 예를 들어, 스토리지(25)는, 컨트롤러(21)에 의해, 의료 장치(미도시)로부터 수신한 의료 이미지(예를 들어, CT이미지, MRI 이미지 등)를 저장할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 무선 또는 유선을 통해 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 통신 회로(27)를 포함할 수 있다. 외부 전자 장치(20)의 통신 회로(27)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 통신 채널을 설립하고, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 정보를 송수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 외부 전자 장치(20)의 통신 회로(27)는 셀룰러 통신 모듈을 포함하여 셀룰러 네트워크(예: 3G, LTE, 5G, Wibro 또는 Wimax)에 연결되도록 구성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 외부 전자 장치(20)의 통신 회로(27)는 근거리 통신 모듈을 포함하여 근거리 통신(예: Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy(BLE), UWB)을 이용해 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)와 정보를 송수신하는 유선의 통신 회선(미도시)을 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(21)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)로부터 수신한 대상체(P)의 표면에 대한 이미지와 대상체(P)에 대한 상기 의료 이미지 간의 영상 정합을 수행할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)가 생성한 대상체(P)의 표면에 대한 이미지는, 앞서 의료 이미지에 포함된 타겟의 외부 표면 또는 그 일부일 수 있다. 예를 들어, 의료 이미지가, 대상체(P)의 머리의 3차원 형상을 모델링한 이미지인 경우, 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지는 대상체(P)의 머리의 표면에 있는 눈, 코, 입, 귀 등의 외부 형상을 측정한 이미지일 수 있다.
일 실시예에서, 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 관한 고유 좌표계(예를 들어, x1y1z1 좌표계)를 가질 수 있다. 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지의 좌표계는, 의료 이미지의 좌표계(예를 들어, x2y2z2)와 상이할 수 있고, 외부 전자 장치(20)의 좌표계(예를 들어, x0y0z0)와 상이할 수 있다. 외부 전자 장치(20)의 좌표계는, 예를 들어, 외부 전자 장치(20)의 결상 장치(23)의 좌표계를 의미할 수 있다.
도 2를 참조하여, 사용자(예를 들어, 의사)(D)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)를 이용하여 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 획득할 수 있다. 예를 들어, 사용자(D)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)를 이용하여 대상체(P)의 표면에 패턴광을 조사할 수 있다. 조사된 패턴광에 의해 대상체(P)의 표면에는 패턴(PA)이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 대상체(P)로부터 반사된 반사광을 수신하여, 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 생성할 수 있다. 대상체(P)의 라이트 필드 이미지는, 예를 들어, 조사된 패턴(PA)에 관한 복수의 서브 이미지가 결합된 이미지일 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 이용하여 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 생성한 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 외부 전자 장치(20)에 전송할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 결상 장치를 통해 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 부착된 마커(180)의 트래킹용 면의 적어도 일부를 촬상하여 트래킹용 면의 적어도 일부에 대한 트래킹용 이미지를 결상할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 결상한 트래킹용 이미지에 기초하여 마커(180)가 부착된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세를 결정할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지의 좌표계를 외부 전자 장치(20)의 좌표계로 변환할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 장치(20)는 마커(180)를 통해 결정한 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세에 기초하여, 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지의 좌표계를 외부 전자 장치(20)의 좌표계로 변환할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 상기 의료 장치로부터 수신한 대상체(P)의 의료 이미지의 좌표계를 외부 전자 장치(20)의 좌표계로 변환할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 외부 전자 장치(20)는 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지와 대상체(P)의 의료 이미지 간의 좌표계를 서로 통일함으로써, 영상 정합을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 광을 집광시키기 위한 적어도 하나의 집광 렌즈(171, 172)를 포함할 수 있다. 집광 렌즈(171, 172)는 광의 경로 상에 배치될 수 있다. 집광 렌즈(171, 172)는 광경로 제어 요소(140)의 주변에 배치될 수 있다. 적어도 하나의 집광 렌즈(171, 172)는 광원(120)으로부터 광경로 제어 요소(140)로 향하는 광의 경로 상에 배치된 제1 집광 렌즈(171)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 집광 렌즈(171, 172)는 광경로 제어 요소(140)로부터 대상체(P)를 향하는 광의 경로 상에 배치된 제2 집광 렌즈(172)를 포함할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 광을 출력하는 광원(120)을 포함한다. 광원(120)은 LED(121)를 포함할 수 있다. 광원(120)은 복수의 패턴이 형성된 패턴부(123)를 포함할 수 있다. LED(121)에서 출력된 광은 패턴부(123)에 조사될 수 있다. 광원(120)은 패턴부(123) 및 LED(121) 사이에, LED(121)로부터 출력된 광을 집광시켜서 패턴부(123)에 조사되도록 구성된 집광 렌즈(125)를 포함할 수 있다. LED(121)로부터 출력된 광은 패턴부(123)를 통과하여 패턴이 반영될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광원(120)으로부터 출력된 광은 광경로 제어 요소(140)로 입사할 수 있다. 광경로 제어 요소(140)로 입사된 광은 대상체(P)에 조사될 수 있도록 반사 거울(176)이 배치된 방향으로 반사될 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는 광경로 제어 요소(140)를 포함하지 않고, 광원(120)으로부터 출력된 광이 곧바로 반사 거울(176) 방향으로 입사될 수 있다.
일 실시예에서, 광은 반사 거울(176)에 의해 반사되어 제2 하우징(162)의 개구(162h)를 통해 대상체(P)에 조사될 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는 반사 거울(176)을 포함하지 않고, 상기 광은 반사 거울(176)의 반사 없이 광경로(LA) 상에 형성된 개구를 통해 대상체(P)에 조사될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는, 광원(120)으로부터 출력되어 대상체(P)로 조사되는 광의 광경로(LA)와 대상체(P)로부터 반사되어 카메라(130)에 도달하는 반사광의 광경로(LB)가 동축을 이루도록 구성될 수 있다. 광경로(LA) 및 광경로(LB)는 광경로 제어 요소(140)와 대상체(P) 사이의 구간에서 동축을 이루어 중첩할 수 있다.
대상체(P)에 조사된 광은 대상체(P)에 의해 반사될 수 있다. 대상체(P)로부터 반사된 반사광은 다시 개구(162h)를 통해 제2 하우징(162) 내부로 입사될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 반사광은 반사 거울(176)에 의해 반사되어 광경로 제어 요소(140)로 입사할 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는 반사 거울(176)을 포함하지 않고, 상기 반사광은 추가적인 반사 없이 곧바로 광경로 제어 요소(140)로 입사할 수 있다.
광경로 제어 요소(140)로 입사된 반사광은 광경로 제어 요소(140)를 통과하여 카메라(130)에 도달할 수 있다. 도시되지 않은 다른 실시예에서, 상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는 광경로 제어 요소(140)를 포함하지 않고, 상기 반사광은 곧바로 카메라(130)로 입사할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 상기 반사광을 수신하여 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라(130)를 포함할 수 있다. 카메라(130)는 상기 반사광이 통과하는 집광 렌즈(137)를 포함할 수 있다. 카메라(130)는 상기 반사광이 통과하는 복수의 마이크로 렌즈가 배열된 렌즈 어레이(135)를 포함할 수 있다. 카메라(130)는 반사광을 캡쳐하는 이미지 센서(131)를 포함할 수 있다. 상기 반사광은 집광 렌즈(137) 및 렌즈 어레이(135)를 통과하여 이미지 센서(131)에 도달할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(131)는 반사광을 캡쳐하여, 대상체(P)의 라이트 필드 이미지를 생성할 수 있다. 상기 대상체(P)의 라이트 필드 이미지는 대상체(P)에 조사된 패턴에 관한 이미지일 수 있다. 프로세서(110)는 상기 라이트 필드 이미지를 이용하여 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서(110)는 통신 회로(150)를 통해 대상체(P)의 표면에 대한 3차원 이미지를 외부 전자 장치(20)로 전송할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 트래킹용 면을 가진 마커(180)를 포함할 수 있다. 마커(180)는 하우징(161, 162)에 배치된다. 마커(180)는 제1 하우징(161)에 배치될 수 있다.
마커(180)는 개구(162h)에 대한 상대적인 위치 및 개구(162h)에 대한 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 하우징(161, 162)에 배치된다. 구체적으로, 마커(180)는 제1 하우징(161)에 고정되고, 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 위치 및 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 제1 하우징(161)에 결합될 수 있다. 제2 하우징(162)에는 개구(162h)가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 마커(180)는 상기 트래킹용 면으로서 패턴이 형성된 패턴면(미도시)을 포함할 수 있다. 마커(180)는 마커(180)의 외부에서 바라본 방향에 따라 고유하게 나타나는 패턴의 적어도 일부가 마커(180)의 외부에서 식별될 수 있도록 구성된 렌즈(미도시)를 포함할 수 있다. 마커(180)의 상기 렌즈는 볼렌즈(ball lens)일 수 있다. 상기 패턴면은 함몰된 곡면 형상을 가질 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 카메라(130)가 생성한 상기 이미지 정보를 수신하도록 구성된다. 외부 전자 장치(20)는 상기 이미지 정보를 수신하는 통신 회로(27)를 포함할 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 마커(180)의 상기 트래킹용 면의 적어도 일부를 촬상하여 트래킹용 이미지를 결상하는 결상 장치(23)를 포함할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 상기 트래킹용 이미지를 이용하여 마커(180)의 위치 및 자세를 결정하여, 상기 이미지 정보의 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 외부 전자 장치(20)는 결상한 트래킹용 이미지에 기초하여 마커(180)가 부착된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치(location 또는 coordinate) 및 자세(posture 또는 orientation)를 결정할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치는, 직교 좌표계의 x, y, z 축 상에서의 좌표와 같은 공간 좌표로 정의될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 자세는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)로 정의될 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 결상 장치(23)를 통해 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 부착된 마커(180)를 촬상함으로써, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세를 트래킹(tracking)할 수 있다.
예를 들어, 외부 전자 장치(20)의 결상 장치(23)는, 마커(180)의 볼렌즈를 통해 마커(180)의 외부에서 시각적으로 식별되는 패턴의 적어도 일부에 대한 패턴 이미지를 결상할 수 있다. 패턴면의 적어도 일부에 대한 패턴 이미지가 획득되면, 외부 전자 장치(20)는 패턴면의 적어도 일부에 대한 패턴 이미지로부터 추출된 정보를 처리하여 마커(180)의 위치 및 자세를 결정할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 마커(180)의 위치 및 자세에 기초하여 마커(180)가 부착된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 및 자세를 결정할 수 있다. 패턴면의 적어도 일부에 대한 이미지를 이용하여 마커(180)의 위치 및 자세를 계산하는 구체적인 방법은 알려진 옵티컬 트래킹 방법들 중 하나를 적용할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는, 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구(162h)에 대한 마커(180)의 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하도록 구성될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는 마커(180)의 상기 개구에 대한 상기 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나의 변경에 따른 변위 정보를 감지하는 센서(196)를 포함할 수 있다. 통신 회로(150)는 마커(180)의 상기 변위 정보를 외부 전자 장치(20)에 전송하도록 구성될 수 있다.
외부 전자 장치(20)는 마커(180)의 상기 변위 정보를 수신할 수 있다. 외부전자 장치(20)는, 상기 변위 정보를 기초로 하여 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에서 생성된 상기 이미지 정보의 좌표를 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 외부전자 장치(20)는 상기 변위 정보를 기초로 하여 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 또는 자세를 보정하고, 보정된 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 위치 또는 자세에 관한 정보는 상기 이미지 정보(의료용 3차원 영상 측정 장치가 생성한 이미지 정보)와 의료 이미지(예: CT 이미지, MRI 이미지) 간의 영상 정합에 사용될 수 있다.
상기 이미지 정보는 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 관한 고유 좌표계(예를 들어, x1y1z1 좌표계)를 가질 수 있다. 상기 이미지 정보의 좌표계는, 상기 의료 이미지의 좌표계(예를 들어, x2y2z2)와 상이할 수 있고, 외부 전자 장치(20)의 좌표계(예를 들어, x0y0z0)와 상이할 수 있다.
의료 영상 정합 시스템(10)은, 상기 의료 이미지의 좌표계(예를 들어, x2y2z2)와 상기 이미지 정보의 좌표계(예를 들어, x1y1z1)를 외부 전자 장치(20)의 좌표계(예를 들어, x0y0z0)로 변환할 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 좌표계가 서로 상이한 상기 의료 이미지와 상기 이미지 정보의 정합을 수행할 수 있다. 상기 의료 이미지와 상기 이미지 정보의 정합을 수행하기 위하여, 외부 전자 장치(20)는 상기 의료 이미지로부터 표면 이미지를 추출하고, 상기 추출한 표면 이미지와 수신한 상기 이미지 정보 사이의 정합을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 의료 이미지로부터 추출한 표면 이미지는 상기 의료 이미지의 좌표계(예를 들어, x2y2z2)와 동일할 수 있다. 또한, 외부 전자 장치(20)는, 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)에 부착된 마커(180)를 매개로, 상기 이미지 정보의 좌표계(예를 들어, x1y1z1)를 외부 전자 장치(20)의 좌표계(예를 들어, x0y0z0)로 변환할 수 있다. 또한, 상기 의료 이미지 및 상기 의료 이미지로부터 추출된 표면 이미지도 외부 전자 장치(20)의 좌표계(예를 들어, x0y0z0)로 변환될 수 있다. 외부 전자 장치(20)는 다양한 영상 정합 알고리즘 중 어느 하나를 이용하여, 상기 이미지 정보와 상기 의료 이미지 사이의 정합을 수행할 수 있다. 예를 들어, 외부 전자 장치(20)는 ICP(interative closest point) 알고리즘을 이용하여 정합을 수행할 수 있다.
제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 상대 운동 가능하게 배치됨으로써, 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 위치 및/또는 자세를 변경 가능하게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 상대 운동은, 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대해 운동하는 것 및 제1 하우징(161)이 제2 하우징(161)에 대해 운동하는 것을 포괄하는 의미이다. 이를 통해, 제1 하우징(161)에 고정된 마커(180)의 개구(162h)에 대한 상기 상대적인 위치 및 상기 상대적인 자세 중 어느 하나를 변경할 수 있다.
마커(180)는, (i) 개구(162h)에 대한 상대적인 병진 운동 및 (ii) 개구(162h)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동 중 적어도 하나를 수행함으로써, 개구(162h)에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 구성된다. 제2 하우징(162)은, (i) 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 병진 운동 및 (ii) 제1 하우징(161)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동 중 적어도 하나를 수행함으로써, 마커(180)의 개구(162h)에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 구성된다. 본 개시에서 사용되는 '회전축'은 가상의 축으로서 장치의 실제 부품을 지칭하는 것이 아니다. 본 개시에서 '구성A가 구성B에 대한 상대적인 병진 운동'을 하는 것은, 구성A가 구성B에 대한 병진 운동을 하는 것 및 구성B가 구성A에 대한 병진 운동을 하는 것을 포괄하는 의미이다. 또한, 본 개시에서 '구성C가 구성D에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동'을 하는 것은, 구성C가 구성D에 대해 소정의 회전축을 중심으로 회전 운동을 하는 것 및 구성D가 구성C에 대해 소정의 회전축을 중심으로 회전 운동을 하는 것을 포괄하는 의미이다.
일 예로, 마커(180)는 개구(162h)에 대한 상대적인 병진 운동을 수행 가능하게 구성될 수 있다. 구체적으로, 마커(180)가 개구(162h)에 대해 병진 운동할 수도 있고, 개구(162h)가 마커(180)에 대해 병진 운동할 수도 있다. 여기서, 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 병진 운동을 수행 가능하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 마커(180)와 개구(162h) 사이의 거리가 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 7, 도 8 및 도 10을 참고한 후술할 제3 실시예, 제4 실시예 및 제6 실시예에서, 마커(180)는 개구(162h)를 기준으로 한 상대적인 병진 운동을 할 수 있다.
다른 예로, 마커(180)는 개구(162h)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동을 수행할 수 있다. 구체적으로, 마커(180)가 개구(162h)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 회전 운동할 수도 있고, 개구(162h)가 마커(180)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 회전 운동을 수행할 수도 있다. 여기서, 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동을 수행 가능하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 마커(180)의 개구(162h)에 대한 거리 및/또는 자세가 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 4, 도 5, 도 6, 도 9 및 도 10을 참고한 후술할 제1 실시예, 제2 실시예, 제5 실시예 및 제6 실시예에서, 마커(180)는 개구(162h)에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적으로 회전 운동할 수 있다.
도 3을 참고한 일 실시예에서, 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)는, 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대해 상대적으로 회전 운동 가능하도록 제1 하우징(161) 및 제2 하우징(162) 사이에 배치되는 베어링(191)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(162)은 베어링(191)의 중심 축을 기준으로 제1 하우징(161)에 대해 회전할 수 있다.
센서(196)는 제2 하우징(162)에 대한 제1 하우징(161)의 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나의 변경에 따른 변위 정보를 감지할 수 있다. 센서(196)는 다양한 센서들 중 어느 하나가 적용될 수 있고, 두 가지 종류 이상의 센서로 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 센서(196)는 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대하여 상대적으로 회전한 회전각 정보를 감지할 수 있다. 즉, 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대하여 회전하거나 제1 하우징(161)이 제2 하우징(162)에 대하여 회전할 때, 센서(196)은 상기 회전각 정보를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(196)는 자이로 센서 또는 엔코더(encoder)일 수 있다. 이러한 센서는, 도 4, 도 5, 도 6, 도 9 및 도 10을 참고한 후술할 제1 실시예, 제2 실시예, 제5 실시예 및 제6 실시예에 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 센서(196)는 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대하여 상대적으로 이동한 거리 정보를 감지할 수 있다. 즉, 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대하여 이동하거나 제1 하우징(161)이 제2 하우징(162)에 대하여 이동할 때, 센서(196)은 상기 거리 정보를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(196)는 적외선 센서, 3D 센서, 초음파 센서, RF 센서, 지자기 센서, 엔코더 등일 수 있다. 이러한 센서는, 도 7, 도 8 및 도 10을 참고한 후술할 제3 실시예, 제4 실시예 및 제6 실시예에 적용될 수 있다.
프로세서(110)는, 통신 회로(150)를 통해 상기 변위 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(110)는, 통신 회로(150)를 통해 상기 회전각 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(110)는, 통신 회로(150)를 통해 상기 거리 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송할 수 있다.
도 4는 본 개시의 제1 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)의 사시도이다. 도 5는 도 4의 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)를 라인 S1-S1'를 따라 자른 단면도이다. 이하, 상술한 의료용 3차원 영상 측정 장치(100)의 실시예들과의 차이점을 중심으로, 제1 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)를 설명하면 다음과 같다. 도면에는, 개구(162h)를 통해 광이 방출되는 방향(PD) 및 마커(180)가 정면으로 바라보는 방향(MD)이 도시된다.
도 4 및 도 5를 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)의 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 소정의 회전축(X1)을 중심으로 상대적으로 회전 운동 가능하게 배치됨으로써, 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 자세를 변경 가능하게 구성된다. 도면에는 상기 회전 운동의 회전 방향(C1)이 도시된다.
회전축(X1)은 카메라(130)에 도달하기 직전의 상기 반사광의 경로(LB)와 평행하게 연장될 수 있다(도 3 참고). 예를 들어, 회전축(X1)은 광경로(LB)와 일치할 수 있다. 이를 통해, 제1 하우징(161)과 제2 하우징(162)이 서로 상대적인 회전 운동을 하더라도 광경로(LB)의 위치를 유지할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)의 센서(미도시)는 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 자세의 변경에 따른 회전각 정보를 감지하도록 구성될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(101)는 상기 회전각 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성되는 제1 통신 회선(151)을 포함할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)는 카메라(130)가 생성한 상기 이미지 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성되는 제2 통신 회선(152)을 포함할 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)는 카메라(130)가 생성한 상기 이미지 정보와 외부 전자 장치(20)의 결상 장치(23)가 촬상하는 이미지의 싱크(sync)를 수행하기 위한 트리거(trigger) 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성되는 제3 통신 회선(153)을 포함할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(101)는 상기 회전 운동이 자동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)는 구동력을 발생시키는 모터(미도시)와, 상기 구동력이 전달되는 기어들(197a, 162a)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(162)에는 종동 기어(162a)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 종동 기어(162a)는 제2 하우징(162)의 내벽면에 회전 방향(C1)을 따라 형성된 링기어일 수 있다. 주동 기어(197a)는 종동 기어(162a)와 맞물려 회전할 수 있고, 상기 구동력을 종동 기어(162a)에 전달할 수 있다.
도 6은 본 개시의 제2 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(102)의 입면도이다. 이하, 상술한 제1 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101)와의 차이점을 중심으로, 제2 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(102)를 설명하면 다음과 같다.
도 6을 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(102)는 상기 회전 운동이 사용자에 의해 수동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(102)는 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대해 상대적으로 회전 운동 가능하도록 제1 하우징(161) 및 제2 하우징(162)의 사이에 배치되는 베어링(191)을 포함한다. 예를 들어, 베어링(191)은 볼베어링일 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(101)의 센서(196)는 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 자세의 변경에 따른 회전각 정보를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(196)는 엔코더를 포함할 수 있다. 상기 엔코더는 제1 하우징(161) 및 제2 하우징 중 어느 하나에 형성되는 타겟부(196a)와 다른 하나에 형성되는 센싱부(196b)를 포함할 수 있다. 타겟부(196a)는 회전축(X1)을 중심으로 한 회전 방향(C1)을 따라 연장될 수 있다. 센싱부(196b)는 타겟부(196a)의 특정 위치를 바라보게 배치되고, 상기 특정 위치는 상기 회전 운동에 따라 변경되게 구성될 수 있다. 센싱부(196b)가 감지하는 타겟부(196a)의 특정 위치에 대한 정보를 통해 상기 회전각 정보를 감지할 수 있다.
도 7은 본 개시의 제3 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)의 입면도이다. 이하, 상술한 제1 및 제2 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101, 102)와의 차이점을 중심으로, 제3 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)를 설명하면 다음과 같다.
도 7을 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)의 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 병진 운동이 가능하게 배치됨으로써, 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 위치를 변경 가능하게 구성된다. 도면에는 상기 병진 운동의 이동 방향(L1)이 도시된다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(103)는 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 위치 변경에 따른 제1 하우징(161)에 대하여 상대적으로 이동한 거리 정보를 감지하도록 구성되는 센서(196)를 포함한다. 예를 들어, 센서(196)는 적외선 센서일 수 있다. 센서(196)는 적외선(R1)을 발광하는 발광부(196g)와, 적외선(R1)을 감지하여 상기 거리 정보를 생성하는 수광부(196h)를 포함할 수 있다. 제1 통신 회선(151)은 상기 거리 정보를 외부 전자 장치(20)로 전송하도록 구성될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(103)는 상기 병진 운동이 자동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)는 구동력을 발생시키는 모터(미도시)와, 상기 구동력이 전달되는 기어들(197c, 162c)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(162)에는 종동 기어(162c)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 종동 기어(162c)는 제2 하우징(162)의 내벽면에 이동 방향(L1)을 따라 형성된 래크(rack)이고, 주동 기어(197c)는 피니언(pinion)일 수 있다. 주동 기어(197c)는 종동 기어(162c)와 맞물려 회전할 수 있고, 상기 구동력을 종동 기어(162a)에 전달할 수 있다.
도 8은 본 개시의 제4 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(104)의 입면도이다. 이하, 상술한 제3 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(103)와의 차이점을 중심으로, 제4 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(104)를 설명하면 다음과 같다.
도 8을 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(104)는 상기 병진 운동이 사용자에 의해 수동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(104)는 제1 하우징(161) 및 제2 하우징(162) 중 어느 하나에 형성된 슬라이더(192)와 다른 하나에 형성된 가이드(193)를 포함한다. 가이드(193)는 이동 방향(L1)을 따라 연장되어 형성된다. 슬라이더(192)는 가이드(193)를 따라 슬라이딩하며 이동 방향(L1)으로 이동할 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(104)의 센서(196)는 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 위치 변경에 따른 제1 하우징(161)에 대하여 상대적으로 이동한 거리 정보를 감지하도록 구성되는 센서(196)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(196)는 리니어 엔코더를 포함할 수 있다. 상기 리니어 엔코더는 제1 하우징(161) 및 제2 하우징 중 어느 하나에 형성되는 타겟부(196c)와 다른 하나에 형성되는 센싱부(196d)를 포함할 수 있다. 타겟부(196c)는 이동 방향(C1)을 따라 연장될 수 있다. 센싱부(196d)는 타겟부(196c)의 특정 위치를 바라보게 배치되고, 상기 특정 위치는 상기 병진 운동에 따라 변경되게 구성될 수 있다. 센싱부(196d)가 감지하는 타겟부(196c)의 특정 위치에 대한 정보를 통해 상기 거리 정보를 감지할 수 있다.
도 9는 본 개시의 제5 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)의 입면도이다. 이하, 상술한 제1 내지 제4 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101, 102, 103, 104)와의 차이점을 중심으로, 제5 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)를 설명하면 다음과 같다.
도 9를 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)의 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 소정의 회전축(X2)을 중심으로 상대적으로 회전 운동 가능하게 배치됨으로써, 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 자세를 변경 가능하게 구성된다. 도면에는 상기 회전 운동의 회전 방향(C2)이 도시된다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)는 제1 하우징(161)과 제2 하우징(162)이 서로 회전 운동 가능하도록 구성된 힌지(194)를 포함한다. 힌지(194)는 회전축(X2) 상에 배치될 수 있다.
회전축(X2)은 카메라(130)에 도달하기 직전의 상기 반사광의 경로(LB)를 가로지르는 방향으로 연장될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)에서는, 제2 하우징(162)의 내부에 광원(120), 카메라(130) 및 광경로 제어 요소(140)가 배치될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(105)는 상기 회전 운동이 자동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료용 3차원 영상 측정 장치(105)는 구동력을 발생시키는 모터(미도시)와, 상기 구동력이 전달되는 기어들(197e, 162e)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(162)에는 종동 기어(162e)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 종동 기어(162e)는 힌지(194)의 주변 둘레에 형성될 수 있다. 주동 기어(197e)는 종동 기어(162e)와 맞물려 회전할 수 있고, 상기 구동력을 종동 기어(162e)에 전달할 수 있다.
도 10은 본 개시의 제6 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(106)의 입면도이다. 이하, 상술한 제1 내지 제5 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(101, 102, 103, 104, 105)와의 차이점을 중심으로, 제6 실시예에 따른 의료용 3차원 영상 측정 장치(106)를 설명하면 다음과 같다.
도 10을 참고하여, 의료용 3차원 영상 측정 장치(106)의 제2 하우징(162)은 제1 하우징(161)에 대한 회전축(X1)을 중심으로 한 상대적인 회전 운동 및 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 병진 운동이 가능하게 배치됨으로써, 제1 하우징(161)에 대한 상대적인 위치 및 자세를 변경 가능하게 구성된다. 도면에는 상기 회전 운동의 회전 방향(C1) 및 상기 병진 운동의 이동 방향(L1)이 도시된다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(106)는 상기 회전 운동 및 상기 병진 운동이 사용자에 의해 수동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 의료용 3차원 영상 측정 장치(106)는 제2 하우징(162)이 제1 하우징(161)에 대해 상기 상대적인 회전 운동 및 상기 상대적인 병진 운동 가능하도록 제1 하우징(161) 및 제2 하우징(162)의 사이에 배치되는 베어링(191)을 포함한다. 예를 들어, 베어링(191)은 볼베어링일 수 있다. 베어링(191)은 제2 하우징(162)의 내벽면에 배치될 수 있다.
의료용 3차원 영상 측정 장치(106)의 센서(196)는, 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 위치 변경에 따른 상기 제1 하우징에 대하여 상대적으로 이동한 거리 정보를 감지하고, 제2 하우징(162)의 상기 상대적인 자세의 변경에 따른 회전각 정보를 감지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(196)는 적외선 센서일 수 있다. 센서(196)는 적외선(R1)을 발광하는 발광부(196e)와, 적외선(R1)을 감지하여 상기 거리 정보를 생성하는 수광부(196f)를 포함할 수 있다. 복수의 수광부(196f)가 회전 방향(C1)을 따라 배열되어, 복수의 수광부(196f) 중 어느 수광부(196f)가 적외선(R1)을 감지하는지에 따라 상기 회전각 정보를 생성할 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 개시의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 개시의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
10: 의료 영상 정합 시스템, 20: 외부 전자 장치, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106: 의료용 3차원 영상 측정 장치, 161, 162: 하우징, 161: 제1 하우징, 162: 제2 하우징, 162h: 개구, 180: 마커

Claims (17)

  1. 광을 출력하는 광원;
    상기 광이 대상체에 반사된 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라;
    내부에 상기 카메라가 배치되고, 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구를 형성하는 하우징;
    구동력을 발생시키는 모터;
    상기 구동력이 전달되는 복수의 기어; 및
    상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 하우징에 배치되고, 위치 및 자세의 트래킹을 위해 외부의 결상 장치에 의해 촬상되도록 구성된 트래킹용 면을 가진 마커를 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 마커가 고정되는 제1 하우징; 및
    상기 개구가 형성되고, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 제1 하우징에 결합되는 제2 하우징을 포함하고,
    상기 복수의 기어는,
    상기 제2 하우징의 내벽면에 이동 방향을 따라 형성된 종동 기어; 및
    상기 종동 기어와 맞물려서 회전하고 상기 구동력을 상기 종동 기어에 전달하는 주동 기어를 포함하고,
    상기 제2 하우징은, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 병진 운동이 가능하게 배치됨으로써, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 위치를 변경 가능하게 구성되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 패턴광을 출력하도록 구성되고,
    상기 카메라는 상기 패턴광이 상기 대상체에 반사된 상기 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마커의 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상기 상대적인 자세 중 적어도 하나의 변경에 따른 변위 정보를 감지하도록 구성되는 센서; 및
    상기 변위 정보를 외부 전자 장치로 전송하도록 구성되는 통신 회로를 포함하는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마커는,
    (i) 상기 개구에 대한 상대적인 병진 운동 및 (ii) 상기 개구에 대해 소정의 회전축을 중심으로 상대적인 회전 운동 중 적어도 하나를 수행함으로써, 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 구성되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하우징은, 상기 제1 하우징에 소정의 회전축을 중심으로 상대적으로 회전 운동 가능하게 배치됨으로써, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 자세를 변경 가능하게 구성되고,
    상기 제2 하우징의 상기 상대적인 자세의 변경에 따른 회전각 정보를 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함하는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 하우징이 상기 제1 하우징에 대해 상대적으로 회전 운동 가능하도록 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 사이에 배치되는 베어링을 더 포함하는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 제2 하우징의 상기 상대적인 위치 변경에 따른 상기 제1 하우징에 대하여 상대적으로 이동한 거리 정보를 감지하도록 구성되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 회전축은, 상기 카메라에 도달하기 직전의 상기 반사광의 경로와 평행하게 연장되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 회전축은, 상기 카메라에 도달하기 직전의 상기 반사광의 경로를 가로지르는 방향으로 연장되는,
    의료용 3차원 영상 측정 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 의료 영상 정합 시스템에 있어서,
    광을 출력하는 광원과, 상기 광이 대상체에 반사된 반사광을 수신하여 3차원 이미지 정보를 생성하도록 구성된 카메라와, 내부에 상기 카메라가 배치되고 상기 반사광이 내부로 유입되는 개구를 형성하는 하우징과, 구동력을 발생시키는 모터와, 상기 구동력이 전달되는 복수의 기어와, 상기 개구에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 하우징에 배치되고 위치 및 자세의 트래킹을 위해 외부의 결상 장치에 의해 촬상되도록 구성된 트래킹용 면을 가진 마커를 포함하는 의료용 3차원 영상 측정 장치; 및
    상기 마커의 상기 트래킹용 면의 적어도 일부를 촬상하여 트래킹용 이미지를 결상하는 결상 장치를 포함하고, 상기 3차원 이미지 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 트래킹용 이미지를 이용하여 상기 마커의 위치 및 자세를 결정하여 상기 3차원 이미지 정보의 좌표를 결정하도록 구성되는 외부 전자 장치를 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 마커가 고정되는 제1 하우징; 및
    상기 개구가 형성되고, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 위치 및 상대적인 자세 중 적어도 하나를 변경 가능하게 상기 제1 하우징에 결합되는 제2 하우징을 포함하고,
    상기 복수의 기어는,
    상기 제2 하우징의 내벽면에 이동 방향을 따라 형성된 종동 기어; 및
    상기 종동 기어와 맞물려서 회전하고 상기 구동력을 상기 종동 기어에 전달하는 주동 기어를 포함하고,
    상기 제2 하우징은, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 병진 운동이 가능하게 배치됨으로써, 상기 제1 하우징에 대한 상대적인 위치를 변경 가능하게 구성되는,의료 영상 정합 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는,
    상기 마커의 상기 개구에 대한 상기 상대적인 위치 및 상기 상대적인 자세 중 적어도 하나의 변경에 따른 변위 정보를 감지하도록 구성되는 센서를 더 포함하고,
    상기 외부 전자 장치는, 상기 변위 정보를 기초로 하여 상기 3차원 이미지 정보의 좌표를 결정하도록 구성되는,
    의료 영상 정합 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광원은 패턴광을 출력하도록 구성되고,
    상기 카메라는 상기 패턴광이 상기 대상체에 반사된 상기 반사광을 수신하여 라이트 필드 이미지를 생성하도록 구성되고,
    상기 의료용 3차원 영상 측정 장치는, 상기 라이트 필드 이미지를 이용하여 상기 대상체의 표면에 대한 3차원 이미지를 생성하도록 구성되는 프로세서를 더 포함하는,
    의료 영상 정합 시스템.
KR1020200131865A 2020-10-13 2020-10-13 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템 KR102443385B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200131865A KR102443385B1 (ko) 2020-10-13 2020-10-13 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템
US18/248,854 US20230380927A1 (en) 2020-10-13 2021-10-13 Medical three-dimensional image measuring device and medical image matching system
JP2023522567A JP2023545450A (ja) 2020-10-13 2021-10-13 医療用３次元映像測定装置及び医療映像整合システム
EP21880502.6A EP4230171A4 (en) 2020-10-13 2021-10-13 DEVICE FOR MEASURING THREE-DIMENSIONAL MEDICAL IMAGES AND SYSTEM FOR COMPARISONING MEDICAL IMAGES
PCT/KR2021/014108 WO2022080855A1 (ko) 2020-10-13 2021-10-13 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템
CN202180069856.2A CN116322556A (zh) 2020-10-13 2021-10-13 医疗用三维影像测量装置及医疗影像整合系统
KR1020220113372A KR20220126705A (ko) 2020-10-13 2022-09-07 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200131865A KR102443385B1 (ko) 2020-10-13 2020-10-13 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220113372A Division KR20220126705A (ko) 2020-10-13 2022-09-07 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220048685A KR20220048685A (ko) 2022-04-20
KR102443385B1 true KR102443385B1 (ko) 2022-09-16

Family

ID=81208527

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200131865A KR102443385B1 (ko) 2020-10-13 2020-10-13 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템
KR1020220113372A KR20220126705A (ko) 2020-10-13 2022-09-07 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220113372A KR20220126705A (ko) 2020-10-13 2022-09-07 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230380927A1 (ko)
EP (1) EP4230171A4 (ko)
JP (1) JP2023545450A (ko)
KR (2) KR102443385B1 (ko)
CN (1) CN116322556A (ko)
WO (1) WO2022080855A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010054320A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Nikon Corp 形状測定装置及び方法、並びにプログラム
WO2011134083A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Ryerson University System and methods for intraoperative guidance feedback
JP2012530267A (ja) 2009-06-17 2012-11-29 ３シェイプ アー／エス 焦点操作装置
WO2016114834A2 (en) * 2014-10-22 2016-07-21 Think Surgical, Inc. Actively controlled optical tracker with a robot

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10512508B2 (en) * 2015-06-15 2019-12-24 The University Of British Columbia Imagery system
WO2017103046A2 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Koninklijke Philips N.V. Medical instrument tracking

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010054320A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Nikon Corp 形状測定装置及び方法、並びにプログラム
JP2012530267A (ja) 2009-06-17 2012-11-29 ３シェイプ アー／エス 焦点操作装置
WO2011134083A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Ryerson University System and methods for intraoperative guidance feedback
WO2016114834A2 (en) * 2014-10-22 2016-07-21 Think Surgical, Inc. Actively controlled optical tracker with a robot

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220126705A (ko) 2022-09-16
CN116322556A (zh) 2023-06-23
JP2023545450A (ja) 2023-10-30
US20230380927A1 (en) 2023-11-30
EP4230171A1 (en) 2023-08-23
KR20220048685A (ko) 2022-04-20
EP4230171A4 (en) 2024-03-27
WO2022080855A1 (ko) 2022-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9967545B2 (en) System and method of acquiring three-dimensional coordinates using multiple coordinate measurment devices
US9858682B2 (en) Device for optically scanning and measuring an environment
CN108366833B (zh) 手术信息处理设备和方法
EP3076892B1 (en) A medical optical tracking system
US9115986B2 (en) Device for optically scanning and measuring an environment
AU2021273241B2 (en) Methods and systems for imaging a scene, such as a medical scene, and tracking objects within the scene
EP3421930B1 (en) Three-dimensional shape data and texture information generation system, photographing control program, and three-dimensional shape data and texture information generation method
JP2018515774A (ja) 電動移動プラットフォーム上のロボットアームに取外し可能に連結された三次元測定デバイス
JP2007120993A (ja) 物体形状測定装置
US10697754B2 (en) Three-dimensional coordinates of two-dimensional edge lines obtained with a tracker camera
JP2017528714A (ja) ３次元座標の光学測定のための方法および３次元測定デバイスの制御
JP2018527575A5 (ko)
KR102443385B1 (ko) 의료용 3차원 영상 측정 장치 및 의료 영상 정합 시스템
US20230284933A1 (en) Portable three-dimensional image measuring device, three-dimensional image measuring method using same, and medical image matching system
JP3941631B2 (ja) 三次元撮像装置および方法
JP2007093479A (ja) ３次元座標測定方法
JP2020151268A (ja) 医療用画像処理装置及び医療用観察システム
US20230394707A1 (en) Methods and systems for calibrating and/or verifying a calibration of an imaging system such as a surgical imaging system
JP2022102579A (ja) Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像装置用位置ずれ検知ユニット
CN116570222A (zh) 内窥镜摄像机装置和用于摄像机对准误差校正的方法
CN115120256A (zh) 一种自动化x射线设备及自动化x射线设备的拍摄方法
JP2015022138A (ja) 遠隔取合確認検査装置および遠隔取合確認検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent