KR20160056829A - 해부학적 구조의 3d 프린트를 위한 의미론적 의료 이미지 - Google Patents

해부학적 구조의 3d 프린트를 위한 의미론적 의료 이미지 Download PDF

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Abstract

환자 특정 해부(patient specific anatomy)의 3D 프린터 준비 모델(3D printer ready model)을 생성하는 프로세스(process)가 자동화된다. 3D 프린터 준비 모델을 생성하기 위해 이미징(imaging)으로부터의 3D 메시(3D mesh)의 수동 조작 대신에, 자동화된 조작이 제공된다. 분할이 또한 자동화될 수 있다. 일 접근방식에서, 해부의 미리 결정된 메시(mesh)와 환자 특정 3D 메시(patient specific 3D mesh) 사이의 변환이 계산된다. 미리 결정된 메시는 대응하는 3D 프린터 준비 모델을 갖는다. 변환을 3D 프린터 준비 모델에 적용함으로써, 3D 프린터 준비 모델은 환자에 특정되도록 변경된다. 부가하여, 해부학적 구조(anatomical structure)의 의미론적 부분(semantic part)들을 변경하는 타겟 조작(target manipulation)이 3D 프린팅(3D printing)에 포함될 수 있다.

Description

해부학적 구조의 3D 프린트를 위한 의미론적 의료 이미지{SEMANTIC MEDICAL IMAGE TO 3D PRINT OF ANATOMIC STRUCTURE}
[0001] 본 실시예들은 의료 이미징(medical imaging)으로부터의 해부학적 구조(anatomic structure)의 3차원(3D; three-dimensional) 프린팅(printing)에 관한 것이다.
[0002] 3D 프린팅(3D printing)은 주로 컴퓨터 제어(computer control) 하에 재료의 연속적인 층들이 놓여지는 부가적인 프로세스(additive process)들을 통해 3D 모델(3D model)로부터 3차원 오브젝트(three-dimensional object)를 프린팅(printing)한다. 3D 프린팅이 임의의 3D 오브젝트(3D object)를 프린팅할 수 있지만, 3D 해부학적 구조(3D anatomical structure)를 프린팅하는 것은 환자들, 내과의사들 및 외과의사들에게 중요한 관심사이다. 임상적으로, 외과의사들은 수술을 계획하기 위해 프린팅된 모델(printed model)들을 이용할 수 있다. 예비부모들은 자신들의 태아의 3D 모델을 즐길 수 있다.
[0003] 3D 해부학적 모델(3D anatomical model)은 3D 의료 스캔(3D medical scan), 이를테면, 컴퓨터화 토모그래피, 자기 공명, 또는 초음파(computed tomography, magnetic resonance, or ultrasound)를 이용한 스캔(scan)으로부터 도출될 수 있다. 3D 의료 이미지 스캔(3D medical image scan)이 서비스(service)에 제공되고, 서비스는 3D 스캔(3D scan)으로부터 해부학적 모델(anatomical model)을 추출한다. 사람이 의료 스캔(medical scan)으로부터 해부학적 모델을 수동으로 추출한다. 추출된 모델(model)은 대개 3D 메시 포맷(3D mesh format)으로 저장된다. 모든 각각의 메시(mesh)가 3D 프린터(3D printer)에 의해 직접적으로 프린팅될 수 있는 것은 아니다. 예를 들어, 3D 볼(3D ball)을 직접적으로 프린팅하는 것은 어렵다. 지지 베이스(supporting base)가 설계되어 3D 볼과 함께 이용되어야 한다. 다른 구조들(예를 들어, 피라미드(pyramid))에 대해, 3D 프린팅을 위해 메시가 적절하게 배향될 필요가 있다(예를 들어, 피라미드는 베이스(base)로부터 피크(peak)로 프린팅되도록 배향됨). 따라서, 3D 메시(3D mesh)가 3D 프린팅에 적절하도록 사람이 3D 메시를 수동으로 조작한다. 그 다음으로, 3D 프린팅은 해부(anatomy)를 프린팅하기 위해 이용된다. 현재의 이미지-투-3D-프린트(image-to-3D-print)는 대개 시간 소모적이고 전문성을 필요로 하는 수동 프로세스(expert requiring manual process)여서, 일반적 사용을 위해 배치될 수 없을 수 있다.
[0004] 서론으로, 아래에 설명되는 바람직한 실시예들은, 의료 스캔 데이터(medical scan data)로부터 3차원 프린팅(three-dimensional printing)을 준비하기 위한 방법들, 시스템(system)들, 명령들, 및 컴퓨터 판독가능 매체들(computer readable media)을 포함한다. 환자 특정 해부(patient specific anatomy)의 3D 프린터 준비 모델(3D printer ready model)을 생성하는 프로세스(process)가 자동화된다. 3D 프린터 준비 모델을 생성하기 위해, 이미징(imaging)으로부터의 3D 메시(3D mesh)의 수동 조작 대신에, 자동화된 조작이 제공된다. 분할(segmentation)이 또한 자동화될 수 있다. 일 접근방식에서, 해부의 미리 결정된 메시(predetermined mesh)와 환자 특정 3D 메시(patient specific 3D mesh) 사이의 변환(transform)이 계산된다. 미리 결정된 메시는 대응하는 3D 프린터 준비 모델(corresponding 3D printer ready model)을 갖는다. 변환을 3D 프린터 준비 모델에 적용함으로써, 3D 프린터 준비 모델은 환자에 특정되도록 변경된다.
[0005] 제 1 양상에서, 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법이 제공된다. 환자의 해부학적 구조를 표현하는 스캔 데이터(scan data)가 의료 이미징 시스템(medical imaging system)으로부터 포착된다. 환자의 해부학적 구조의 표면의 환자 메시(patient mesh)가 생성된다. 프로세서(processor)는, 템플릿 메시(template mesh)로의 환자 메시의 변환을 계산한다. 프로세서는 그 변환을 템플릿 메시에 대응하는 3차원 프린트 모델(three-dimensional print model)에 적용하여, 변환된 3차원 프린트 모델(transformed three-dimensional print model)을 초래한다. 변환된 3차원 프린트 모델은 3차원 프린터(three-dimensional printer)에 출력된다.
[0006] 제 2 양상에서, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(non-transitory computer readable storage medium)는, 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터(data)를 저장한다. 저장 매체는: 해부의 환자-특정 표현과 해부의 미리 결정된 표현 사이를 워핑(warping)하고; 그리고 워핑에 기초하여 해부의 미리 결정된 표현에 대해 3차원 프린트 구성(three-dimensional print construction)을 변경하기 위한 명령들을 포함한다.
[0007] 제 3 양상에서, 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 시스템(system)이 제공된다. 의료 이미징 시스템은 환자를 스캐닝(scanning)하도록 구성된다. 프로세서는 스캐닝으로부터의 환자의 구조를 분할(segment)하고 그리고 그 분할된 구조로부터 3차원 프린팅을 위한 모델(model)을 생성하도록 구성된다. 분할 및 생성은 그 분할 및 생성 동안 사용자 입력 없이 발생된다.
[0008] 본 발명은 뒤따르는 청구항들에 의해 정의되며, 본 부분의 어떠한 것도 그러한 청구항들에 대한 제한으로서 취해지지 않아야 한다. 본 발명의 추가의 양상들 및 이점들은 바람직한 실시예들과 함께 아래에서 논의되며, 이후 독립적으로 또는 조합되어 청구될 수 있다.
[0009] 컴포넌트(component)들 및 도면들은 반드시 실척에 맞는 것은 아니며, 대신에, 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 더욱이, 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 지정한다.
[0010] 도 1은 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이고;
[0011] 도 2는 환자-특정 메시(patient-specific mesh)와 템플릿 메시(template mesh) 사이의 변환의 예를 도시하고;
[0012] 도 3은 그 변환을 3D 프린터 준비 모델(3D printer ready model)에 적용하여, 환자에 특정된 3D 프린터 준비 모델을 초래하는 예를 도시하고; 그리고
[0013] 도 4는 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 시스템의 일 실시예의 블록도(block diagram)이다.
[0014] 자동적 이미지-투-3d-프린트 프로세스(automatic image-to-3d-print process)는 3D 의료 스캔으로부터 장기(organ)들, 뼈(bone)들, 기도(airway)들, 또는 맥관 구조(vasculature)들과 같은 의미론적 구조(semantic structure)들의 메시 모델(mesh model)들을 자동으로 추출한다. 3D 메시(3D mesh)는 3D 프린팅을 위해 자동으로 준비된다. 자동화된 작업흐름은 효율성을 가능하게 할 뿐만 아니라 표준화를 또한 가져온다.
[0015] 도 1은 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법을 도시한다. 방법은 도 4의 시스템, 프로세서, 의료 이미징 시스템, 상이한 시스템(different system), 또는 이들의 조합들에 의해 수행된다. 의료 이미징 스캐너(medical imaging scanner) 또는 의료 이미징 스캐너에 의해 원래 포착된 데이터를 저장하는 메모리(memory)가 동작(30)을 수행한다. 프로세서는 동작들(32 내지 38 및 42)을 수행하도록 소프트웨어(software)를 구현한다. 프로세서는 의료 이미징 스캐너의 부분이거나 또는 의료 이미징 스캐너와 별개이다(예를 들어, 서버(sever), 워크스테이션(workstation), 또는 퍼스널 컴퓨터(personal computer)). 3D 프린터가 동작(40)을 수행한다.
[0016] 작업흐름 또는 방법에 대한 입력은 스캔 데이터(scan data) 또는 스캔 데이터로부터 도출된 포인트 세트(point set)(예를 들어, 분할된 메시(segmented mesh))이다. 이를테면, 리스트(list)로부터 해부를 선택하여, 해당 해부(anatomy of interest)가 표시될 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 템플릿(template)들, 분류기(classifier)들, 또는 간(liver)의 이미지-투-3D 프린트(image-to-3D print)를 위해 이용되는 다른 소프트웨어의 로딩(loading)을 야기하는 애플리케이션(application)(예를 들어, 간(liver))을 선택한다. 대안적으로, 프로세서는, 이를테면, 환자의 진단을 의료 기록(medical record)에 로케이팅(locating)함으로써, 해당 장기(organ of interest)를 식별한다. 식별된 장기는 대응하는 템플릿들 및/또는 분할(corresponding templates and/or segmentation)을 로딩(loading)하기 위해 이용된다.
[0017] 방법은 도시된 순서 또는 상이한 순서로 수행된다. 동작(42)은 동작(32) 후에 또는 동작(38) 전에 수행되는데, 이를테면, 동작(32)의 부분으로서 또는 동작(34) 전에 수행되거나, 또는 동작(36) 전에, 동작(36)의 부분으로서, 또는 동작(36) 후에 수행된다.
[0018] 부가적인, 상이한, 또는 더 적은 동작들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 동작들(30, 32, 40, 및/또는 42)은 수행되지 않는다. 다른 예로서, 변환된 3D 프린트 모델(transformed 3D print model)을 특정 3D 프린터(specific 3D printer)를 위한 포맷(format)으로 컨버전(conversion) 하기 위한 동작들이 제공된다. 방법은 자동화된 이미지-투-3D 프린트(automated image-to-3D print)의 일 예이지만, 상이한 단계들, 이를테면, 특정 해부에 대한 3D 프린팅 모델(3D printing model)을 환자의 스캔 데이터로 직접적으로 변환하는 단계를 가진 다른 방법들이 제공될 수 있다.
[0019] 동작(30)에서, 스캔 데이터가 포착된다. 스캔 데이터는 의료 이미징 시스템을 이용하여 환자를 3차원으로 스캐닝(예를 들어, 볼륨 스캐닝(volume scanning))함으로써 포착된다. 임의의 스캐닝(scanning)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 환자를 스캐닝하기 위해 컴퓨터화 토모그래피(CT; computed tomography) 시스템(system)에 의해 x-레이(x-ray)들이 이용된다. 다른 예에서, 자기 공명(MR; magnetic resonance) 이미저(imager)에 의해 자기 공명이 이용되거나 또는 초음파 스캐너(ultrasound scanner)에 의해 초음파가 이용된다. 양전자 방출(positron emission), 단일 광자 방출(single photon emission) 컴퓨터화 토모그래피(computed tomography), 또는 다른 스캐닝(scanning) 및 대응하는 이미징 시스템(corresponding imaging system)들이 이용될 수 있다. 스캔 데이터는 CT, MR, 초음파 또는 다른 스캔 데이터이다. 대안적으로, 스캔 데이터는 메모리로부터 포착되는데, 이를테면, PACS(picture archiving and communications system)로부터 스캔 데이터가 로딩(loading)된다. 의료 이미징 시스템을 이용하여 이전에 포착된 데이터가 스캔 데이터로서 로딩될 수 있다.
[0020] 스캔 데이터는 프로세싱(processing)의 임의의 스테이지(stage)에 있다. 예를 들어, 스캔 데이터는 미가공 데이터(raw data)(예를 들어, CT로부터의 미가공 데이터의 일련의 프레임(frame)들, MR로부터의 k-공간 데이터(k-space data)의 세트(set), 또는 볼륨(volume)으로 재구성될 수 있는 음향 그리드(acoustic grid)의 음향 빔형성 데이터(acoustic beamformed data))이거나 또는 환자를 스캐닝하는 것으로부터 검출된 바와 같은 데이터이다. 다른 예로서, 데이터는 프로세싱(processing)되는데, 이를테면, 필터링(filtering)되거나 또는 이미지 프로세싱(image processed)된다. 스캔 데이터는 복셀(voxel)들의 세트, 포인트 데이터(point data), 또는 분할된 메시(segmented mesh)들이 되도록 프로세싱될 수 있다. 스캔 데이터는 이미지 데이터(image data)일 수 있다. 이미지 데이터는 실제로 디스플레잉되는 이미지(displayed image)를 나타내거나 또는 디스플레이(display)를 발생시키기 위한 데이터의 프레임(frame)을 나타낼 수 있다.
[0021] 스캔 데이터는 데이터의 프레임으로서 포착된다. 프레임들 이외의 다른 그룹핑(grouping)들이 이용될 수 있다. 스캔 데이터의 프레임은 환자 내의 영역(예를 들어, 볼륨)을 표현한다. 영역은 임의의 해부학적 구조, 이를테면, 장기, 조직, 뼈, 또는 맥관 구조를 포함한다. 임플란트(implant) 또는 카테터(catheter)와 같은 다른 비-해부학적 구조들이 표현될 수 있다. 영역은 하나 또는 둘 이상의 해부학적 구조들의 부분만을 포함할 수 있다. 영역을 스캐닝함으로써, 해부를 표현하는 데이터가 포착된다. 임의의 해부학적 구조가 표현될 수 있다. 예시의 목적들로, 스캔 영역(scan region)은 환자의 하부 토르소(lower torso)이고, 해부학적 구조로서 간을 포함한다.
[0022] 동작(34)에서, 환자의 해부학적 구조의 표면의 환자 메시가 생성된다. 해당 해부학적 구조(anatomic structure of interest)가 스캔 데이터에서 식별된다. 전체 해부학적 구조 또는 해부학적 구조의 부분이 식별된다. 예를 들어, 간이 식별된다. 사용자는 스캔 데이터로부터 발생된 이미지(image)에 대한 식별을 입력할 수 있다. 대안적으로, 프로세서가 해부학적 구조를 식별하는데, 이를테면, 간을 로케이팅(locating)하기 위해 분류기가 적용된다. 식별은 일 유형의 해부에 대한 위치들을 다른 유형들의 해부에 대한 위치들로부터 구분한다.
[0023] 일 실시예에서, 스캔 데이터로부터 해부학적 구조가 분할된다. 해부학적 구조를 표현하는 스캔 데이터가 다른 위치들로부터 구분된다. 분할은 위치들을 식별할 수 있거나, 해부학적 구조의 위치들에 대한 정확한 스캔 데이터를 추출할 수 있거나, 또는 해부학적 구조가 아닌 위치들에 대한 스캔 데이터를 마스킹(masking)할 수 있다.
[0024] 분할은 해부의 유형에 특정되거나, 또는 상이한 유형들의 해부를 구분한다. 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 분할이 이용될 수 있다. 스캔 데이터에서 표현되는 특정 해부학적 구조의 위치들을 식별 및 분할하기 위해, 예를 들어, 임계치화(thresholding), 그레디언트 분석(gradient analysis), 에지 검출(edge detection), 또는 다른 이미지 프로세싱(image processing)이 수행된다. 일 실시예에서, 분할은 머신-학습 분류기(machine-learnt classifier)를 이용한다. 다양한 입력 피쳐(input feature)들 중 임의의 것, 이를테면, 하 웨이블릿(Haar wavelet)들, 그레디언트(gradient)들, 또는 스캔 데이터 그 자체, 및 트레이닝(training)을 위해 분류된 진실(labeled truth)(예를 들어, 분할된 해부(segmented anatomy))을 이용하여, 프로세서는 주어진 유형의 해부를 다른 정보로부터 구분하는 것을 학습한다. 베이스의 정리(Bayesian), 뉴럴 네트워크(neural network), 지지 벡터 머신(support vector machine), 개연론 의거 부스팅 트리(probabilistic boosting tree), 또는 다른 머신 학습(machine learning)이 이용될 수 있다. 일단 트레이닝(training)되면, 머신-학습 분류기의 매트릭스(matrix) 또는 다른 표현이 특정 환자에 대한 스캔 데이터에 적용된다. 입력 피쳐 벡터(input feature vector)를 도출 또는 계산하기 위해 스캔 데이터가 프로세싱된다. 이러한 입력에 기초하여, 분류기는 해당 해부에 대한 위치들을 표시한다. 머신-학습 분류기는 특정 유형의 해부학적 구조를 분할하도록 트레이닝된다. 상이한 해부학적 구조에 대해, 상이한 머신-학습 분류기(different machine-learnt classifier)가 이용된다. 대안적으로, 분류기는 다수의 상이한 유형들의 해부학적 구조들을 분할하도록 트레이닝된다.
[0025] 분할은 사용할 분할 또는 분류기의 표시 이외의 사용자 입력 없이 수행된다. 예를 들어, 사용자는 간의 분할을 표시한다. 그 다음으로, 프로세서는 분할 동안 추가의 사용자 입력 없이 스캔 데이터에서 간을 로케이팅(locating)한다. 대안적으로, 스캔 데이터에 기초하는 이미지가 디스플레잉(displaying)되고, 사용자는 하나 또는 둘 이상의 시드 포인트(seed point)들 또는 트레이스(trace)들을 입력한다. 그 다음으로, 프로세서는 분할을 완료한다. 또 다른 대안들에서, 사용자는 수동으로 분할한다.
[0026] 분할은 해부학적 구조에 대응하는 위치들을 표시한다. 이러한 위치들은 환자 메시 또는 해부학적 구조의 메시를 생성하기 위해 이용된다. 메시는 해부학적 구조의 포인트(point) 또는 이산적 표현(discrete representation)을 제공한다. 일 실시예에서, 해부학적 구조의 표면(예를 들어, 외부 표면 또는 외부 및 임의의 내부 표면들)이 확인된다. 위치들은 저역 통과 필터링(low pass filtered)될 수 있고, 그 다음으로, 표면들을 식별하기 위해 그레디언트 프로세스(gradient process)가 적용될 수 있다. 다른 표면 확인 위치들이 이용될 수 있다. 표면을 따르는 각각의 복셀(voxel)은 메시의 노드(node)이다. 대안적으로, 메시는, 노드들을 할당하고 라인(line)들을 표면에 연결하는 임의의 분해능으로 형성된다. 해부학적 구조의 메시는 환자 메시 모델(patient mesh model)이고, 여기서 M으로 지정된다.
[0027] 메시는 3D 프린팅을 위해 이용될 수 있다. 그러나, 스캔 데이터의 해부학적 구조의 배향에 기초하는 메시의 배향은 3D 프린팅에 대해 안정적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 간의 좁은 또는 둥근 부분은 다운(down)될 수 있다. 결과적으로, 프린팅되는 부분(printed part)은 프린팅 동안 시프트(shift)되거나 회전되어, 프린팅의 실패를 야기할 수 있다. 다른 예로서, 더 두꺼운 또는 더 무거운 부분들을 지지하는 얇은 표면들에 대해 불충분한 구조적 지지가 제공되어, 붕괴(collapse)가 초래될 수 있다. 또 다른 예에서, 메시는 하나의 외측 표면이기만 할 수 있어서, 단단한 오브젝트(solid object)의 3D 프린팅이 초래되어, 프린팅 재료(printing material)(예를 들어, 플라스틱(plastic))가 낭비될 수 있다.
[0028] 3D 프린팅을 위해 해부학적 구조의 생성된 메시를 직접적으로 이용하기 보다는, 3D 프린트 모델(3D print model)을 변경하기 위해 메시가 이용된다. 3D 프린트 모델은 동일한 유형의 해부학적 구조에 대한 템플릿(template)이지만, 해당 환자(patient of interest)에 특정되지는 않는다. 3D 프린트 모델은 붕괴 또는 불완전 프린팅(faulty printing)을 회피하기 위한 대안들, 이를테면, 해부를 재배향하는 것, 베이스(base)를 부가하는 것, 지지 구조를 부가하는 것, 그리고/또는 두께를 최적화하는 것을 포함한다. 특정 환자의 메시는 3D 프린트 모델을 변경하기 위해 이용되어, 3D 프린트 고려사항(3D print consideration)들을 포함하는 변환된 3D 프린트 모델(N)을 제공하지만, 환자에 특정되지는 않는다.
[0029] 동작들(34 내지 38)은, 분할된 환자-특정 메시(patient-specific mesh)(M)에 기초하여 3D 프린트 모델(N)을 변환하기 위해 제공된다. 동작(34)에서, 3D 프린트 모델(N)의 해부에 대응하는 템플릿 메시(template mesh)(M)와 환자 메시(patient mesh)(M)의 관계가 확인된다. 동작(36)에서, 그 관계는 변환된 3D 프린트 모델(N)을 제공하도록 3D 프린트 모델(N)을 변경하기 위해 이용된다. 다른 접근방식들, 이를테면, 3D 프린트 모델의 외측 표면의 해부 특정 부분들을 환자 메시로 직접적으로 변환하는 것이 이용될 수 있다.
[0030] 동작(34)에서, 환자 메시와 템플릿 메시 사이의 변환이 계산된다. 프로세서는 메시(mesh)들 사이의 관계 또는 디스토션(distortion)을 결정한다. 환자 메시가 템플릿 메시에 피팅(fitting)되거나 또는 템플릿 메시가 환자 메시에 피팅된다. 변환은 다른 세트의 노드(node)들에 대한 하나의 세트의 노드들의 변경들 또는 차이들을 표시한다(예를 들어, 메시들을 매칭(matching)함).
[0031] 일 실시예에서, 템플릿 메시는 다른 환자로부터 분할되거나 또는 해부의 모델로부터 비롯된다. 예를 들어, 동작(32) 동안의 메시의 동일한 분할 또는 생성이 상이한 환자, 이를테면, 건강한 상태의 또는 현재 환자와 유사한 건강하지 않은 상태의 해부를 가진 환자의 스캔 데이터에 적용된다. 결과적인 메시는 템플릿 또는 미리 결정된 메시이다. 전문가는 그 메시로부터 3D 프린트 모델을 생성하여, 3D 프린트 모델(N)을 제공할 수 있다. 템플릿 3D 프린트 모델(template 3D print model)(N)은, 전문가에 의해 결정된 바와 같은 배향, 베이스(base), 지지 구조, 또는 다른 최적화된 기준들을 포함하고, 알려진 방식으로 템플릿 메시(M)와 직접적으로 관련된다(예를 들어, 회전됨, 스케일링(scaling)됨, 두꺼워짐(thickened), 부가됨, 감산됨, 그리고/또는 다른 변경(alteration)들). 템플릿 메시(M)를 이용하여 수동으로 생성된 3D 프린트 모델(N)에 기초하여, 환자 특정의 변환된 3D 프린트 모델(N)을 생성하기 위해, 환자 메시(M)가 이용될 수 있다.
[0032] 템플릿 3D 프린트 모델(N)은 수동으로 생성되거나 또는 자동화된 방식으로 생성될 수 있다. 템플릿 3D 프린트 모델(N)을 제공하기 위한 템플릿 메시(M)의 변경들은 제한되거나, 제어되거나, 또는 선택될 수 있다. 예를 들어, 재료 소비가 최적화될 수 있는데, 이를테면, 최소화될 수 있다. 내부 부분들은 중공(hollow)으로 설계될 수 있다. 결과적으로, 이러한 변경들은 변환된 3D 프린트 모델(N)에 포함된다.
[0033] 환자 특정 양상을 부가하기 위해, 환자 메시(M)가 템플릿 메시(M)에 워핑(warping)된다. 메시들 양쪽 모두는 3D 프린팅(3D printing)에 대한 고려 없이, 동일한 해부학적 구조를 표시한다. 메시들 사이의 비-경식 변환(non-rigid transform)이 계산된다. 해부의 미리 결정된 표현에 대한 해부의 환자-특정 표현의 차이들 또는 피팅(fitting)이 확인된다. 하나의 메시를 다른 유사한 메시로 컨버팅(converting)하기 위한 변환이 결정된다. 일단 메시(M)가 상이한 환자와의 템플릿 메시를 위해 이용된 동일한 자동 분할 방법을 이용하여 분할되면, M을 M으로 모핑(morphing)하는 변환 또는 워핑 함수(T)가 도출되는데, 즉, T(M)=M이다.
[0034] 도 2는 단순화된 예를 도시한다. 더 큰 삼각형(50)은 환자의 확대된 해부학적 구조와 같은 해부를 표현하는 메시이다. 더 작은 삼각형(52)은 상이한 환자 또는 모델(model)의 평균 또는 건강한 해부를 표현하는 미리 결정된 메시이다. 메시(50)를 메시(52)로 컨버팅하기 위한 변환이 확인된다. 변환은 변형(deformation)이다.
[0035] 임의의 변환 계산이 이용될 수 있다. 예를 들어, 박판 스플라인(thin plate spline)을 이용하여 비-경식 워핑(non-rigid warping)이 계산된다. 코히런트 포인트 드리프트(coherent point drift), 멀티쿼드릭스(multiquadrics), 또는 미분동형사상(diffeomorphism)과 같은 다른 비-경식 변환들이 계산될 수 있다. 변환은 메시들(M 및 M)의 피팅과 연관된 차이들을 함께 나타낸다. 프로세서는 메시들을 피팅(fitting)하기 위한 변형을 표현하는 변환을 계산한다.
[0036] 이산적 표현을 위해, 메시의 포인트(point)들이 다른 메시의 가장 가까운 포인트들에 매칭(matching)된다. 대안적으로, 메시들은 연속적인 표면들로서 처리되고, 그리고 하나의 메시의 포인트들이 다른 메시에 의해 정의된 표면에 피팅된다. 또 다른 대안들에서는, 2개의 표면들이 함께 피팅된다.
[0037] 동작(36)에서, 프로세서는 템플릿 3D 프린트 모델(N)에 변환을 적용한다. 3D 프린트 모델은 해부의 템플릿 메시(template mesh)를 이용하여 생성된다. 변환을 적용함으로써, 3D 프린트 모델은, 전문가 생성 3D 프린트 특징들(expert created 3D print characteristics)(예를 들어, 배향, 베이스, 보강, 재료의 최적화, 및/또는 다른 고려사항들)을 유지하면서, 환자에 특정한 변형들 또는 차이들을 고려하여 변환된다. 변환은 해부를 표현하는 3D 프린트 모델의 부분들로 이루어진다. 배향의 변경, 베이스의 부가, 얇게 함(thinning), 및/또는 두껍게 함(thickening)과 같이 3D 프린팅을 위해 부가된 부분들은 동일하게 유지된다.
[0038] 해부의 미리 결정된 표현의 3D 프린트 준비 모델(3D print ready model)은 환자에 특정한 3D 프린트 준비 모델로 컨버팅된다. 3D 프린트 모델은 환자의 해부학적 구조에 대해 조정된다. 변환을 적용함으로써, 메시들의 워핑에 대응하는 방식으로, 3D 프린트 모델이 워핑된다. 환자-특정 특징들을 포함하도록 구성이 변경된다. 템플릿 3D 프린트 모델이 변환된다.
[0039] 변환된 3D 프린트 모델(N)을 생성하기 위해, 환자 메시(M)를 템플릿 메시(M)에 피팅하는 워핑이 템플릿 3D 프린트 모델(N)에 적용된다. 환자에 대한 원하는 3D-프린트 모델(N)을 획득하기 위해, 동일한 변환(T)이 3D-프린트 모델(N)에 적용되는데, 즉, N = T(N)이다. 변환의 적용의 결과는 변환된 3D 프린트 모델(N)이다.
[0040] 도 3은 단순화된 예를 도시한다. 미리 결정된 메시(52)(도 2)의 3D 프린트 모델(54)은 하향 표면 상의 평평한 베이스에 놓기 위해 회전되고, 붕괴를 회피하기 위해 벽들이 두꺼워진다. 환자-특정 3D 프린트 모델(patient-specific 3D print mode)(56)을 생성하기 위해, 도 2에 대해 계산된 변환이 3D 프린트 모델(54)에 적용된다. 변환은 더 큰 환자 특정 메시(larger patient specific mesh)로의 더 작은 메시(smaller mesh)의 변형이다. 그 변환을 적용함으로써, 3D 프린트 모델(54)은 확대된 환자 메시(enlarged patient mesh)(50)를 표현하기 위해 확대되지만, 3D 프린트 모델의 배향 및 더 두꺼운 벽들은 변환에서 유지된다.
[0041] 동작(38)에서, 변환된 3D 프린트 모델이 출력된다. 그 출력은, 3D 프린팅을 위해 준비된 환자-특정 변환 모델(patient-specific transformed model)이다. 출력은 특정 3D 프린터(예를 들어, G-코드 파일(G-code file)) 또는 일반적으로 3D 프린터들(STL 파일(STL file))에 대해 포맷팅(formatting)될 수 있는데, 이를테면, 슬라이싱(slicing)된다. 대안적으로, 출력은, 슬라이싱(slicing) 또는 다른 프로세스를 통해 3D 프린팅을 위해 컨버팅될 수 있는 컴퓨터 보조 설계 파일(computer assisted design file) 또는 다른 데이터 구조(data structure)로서 포맷팅된다.
[0042] 변환된 3D 프린트 모델은 출력으로서, 3D 프린팅에 대한 특징들과 특정 환자를 표현하기 위해 워핑된 해부학적 구조의 조합을 포함한다. 변환된 3D 프린트 모델은 베이스, 부가된 지지 구조, 이미징(imaging)을 위한 것보다는 프린팅(printing)을 위한 배향, 얇아진 부분들, 중공화 부분(hollowed portion)들, 및/또는 다른 3D 프린트 고려사항(3D print consideration)들을 포함할 수 있다. 변환된 3D 프린트 모델은 환자의 해부를 갖지만, 그 환자를 위한 이미지-투-3D 프린트 프로세스 동안 차이들을 수동으로 부가함이 없이, 3D 프린팅을 위해 적절한 그 해부로부터의 차이들을 포함한다.
[0043] 출력은 3D 프린터에 대한 것이다. 대안적으로, 출력은 메모리(memory)에 대한 것이거나 또는 네트워크(network)를 통한 전달에 대한 것이다. 또 다른 실시예에서, 출력은 변환된 3D 프린터 모델(transformed 3D printer model)의 디스플레이를 위한 워크스테이션(workstation) 또는 컴퓨터 보조 설계 시스템(computer assisted design system)에 대한 것이다. 변환된 바와 같은 모델은 프린팅(printing)하기 위한 그리고/또는 수동 변경을 위한 준비(readiness)를 확인하기 위해 뷰잉(viewing)될 수 있다.
[0044] 동작(40)에서, 변환된 3D 프린트 모델이 3D 프린팅(3D printing)된다. 모델은 프린팅을 위한 명령들로 재포맷팅(reformatting)되거나 또는 컴파일링(compiling)될 수 있다. 대안적으로, 모델은 컴파일링된 명령(compiled instruction)들을 포함한다. 모델에 응답하여, 3D 프린터는 환자의 해부의 플라스틱(plastic), 금속, 종이, 또는 다른 재료 표현을 프린트 출력(print out)한다. 베이스 또는 부가된 지지 구조와 같은 하나 또는 둘 이상의 부분들은 제거가능하거나 또는 상이하게 컬러링(coloring)될 수 있다. 예를 들어, 부가된 지지부는 깨끗한(clear) 또는 부분적으로 투명한 재료로 프린팅되는 한편, 해부는 하나 또는 둘 이상의 다른, 더 불투명한 컬러(color)들로 프린팅된다. 베이스는, 이를테면, 클리핑(clipping)함으로써 제거가능하다.
[0045] 다른 모델들이 프린팅될 수 있다. 예를 들어, 변환 없는 3D 프린트 모델은 건강한 해부를 표현한다. 이러한 3D 프린트 모델은 환자의 해부를 표현하는 변환된 3D 프린트 모델과의 비교를 위해 프린팅된다.
[0046] 동작(42)에서, 3D 프린트 모델은 환자-특정 해부로 인한 것이 아닌 그리고 3D 프린팅으로 인한 것이 아닌 차이들을 고려하기 위해 변경된다. 해부의 환자-특정 표현으로부터 벗어난 타겟팅된 조작(targeted manipulation)이 제공된다. 예를 들어, 질병(disease) 또는 다른 병리(pathology)의 예측된 진행이 포함된다. 모델은, 기간 이후의 예측된 상태를 보여주도록 변경된다. 다른 예로서, 태아의 얼굴 표정이 미소(smile) 또는 다른 표정으로 변경된다.
[0047] 타겟팅된 조작은 변환에 의해 수행된다. 변환은 템플릿 메시로의 피팅 이전의 환자 메시로 이루어지거나, 메시들을 피팅하는 변환으로 이루어지거나, 템플릿 3D 프린트 모델로 이루어지거나, 또는 변환된 3D 프린트 모델로 이루어진다. 타겟팅된 조작을 제거하는 워핑을 회피하기 위해, 타겟팅된 조작에 대한 변환이 동작(34)에서의 계산 전에 환자 메시에 적용되거나, 메시들 사이의 변환에 적용되거나, 또는 동작(36) 후에 변환된 3D 프린트 모델에 적용된다.
[0048] 타겟팅된 조작에 대한 변경이 초래되는 변환이 적용된다. 메시 또는 표면들의 하나 또는 둘 이상의 부분들이 변경된다. 해부학적 구조의 의미론적 부분들이 변경된다. 변경될 해부의 부분들은, 이를테면, 분류기에 의해 또는 템플릿 메시 또는 3D 프린트 모델에 대해 저장된 라벨링(labeling)에 의해 식별된다. 일단 식별되면, 적절한 변경, 이를테면, 표면을 조정하는 것이 적용된다.
[0049] 가능한 변환들의 라이브러리(library)가 이용될 수 있다. 사용자는 적용될 변환을 라이브러리로부터 선택한다. 예를 들어, 모델(M)을 변형시키기 위해 알려진 변환들의 세트{T1, T2, ..., Tn}가, 타겟팅된 조작을 위해 제공된다. 일 예에서, 일단 태아 얼굴 메시 모델(fetal face mesh model)이 의료 스캔(medical scan)으로부터 추출되면(예를 들어, 3D 초음파(3D ultrasound)로부터 추출됨), 알려진 변환들{T1, T2, ..., Tn} 중 하나 또는 둘 이상이 환자 메시(M)를 변형시키기 위해 이용된다. 각각의 변환(Ti)은 상이한 표정들, 이를테면, 미소, 울음, 화남, 웃음, 또는 다른 것들의 영향을 렌더링(rendering)할 수 있다. 이를테면, 미리 결정된 모델(predetermined model)에 대한 분류 또는 표시들을 통해, 눈들, 입, 코, 또는 다른 것의 위치들을 알아내어, 해부학적 구조들이 의미론적으로 알려진다. 의미론적 부분들을 조작함으로써, 상이한 얼굴 표정들이 시뮬레이팅(simulating)된다. 다른 예들에서, 해부에 대한 상이한 병리들(pathologies)이 시뮬레이팅된다.
[0050] 도 4는 의료 스캔 데이터(medical scan data)로부터 3차원 프린팅(three-dimensional printing)을 준비하기 위한 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 의료 이미징 시스템(medical imaging system)(16), 프로세서(20), 메모리(22), 및 3D 프린터(3D printer)(24)를 포함한다. 부가적인, 상이한, 또는 더 적은 컴포넌트(component)들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 의료 이미징 네트워크(medical imaging network) 또는 데이터 기록보관 시스템(data archival system)과 네트워킹(networking)하기 위한 것과 같은 네트워크(network) 또는 네트워크 연결(network connection)이 제공된다. 다른 예로서, 사용자 인터페이스(user interface)가 제공된다. 또 다른 예에서, 의료 시스템(medical system)(16)은 제공되지 않는다. 환자를 표현하는 데이터(data)는 메모리(22)로부터 획득된다. 다른 예들에서, 해부의 변환된 3D 프린터 모델 또는 스캔 데이터(scan data)로부터 도출된 이미지(image)들을 디스플레잉(displaying)하기 위한 디스플레이(display)가 제공된다.
[0051] 프로세서(20) 및 메모리(22)는 의료 이미징 시스템(16) 또는 다른 시스템의 부분이다. 대안적으로, 프로세서(20) 및/또는 메모리(22)는, 이를테면, 의료 기록 데이터베이스 워크스테이션 또는 서버(medical records database workstation or server)와 연관된 기록보관 및/또는 이미지 프로세싱 시스템(archival and/or image processing system)의 부분이다. 다른 실시예들에서, 프로세서(20) 및/또는 메모리(22)는 데스크톱(desktop) 또는 랩톱(laptop), 워크스테이션, 서버, 태블릿(tablet), 네트워크, 또는 이들의 조합들과 같은 퍼스널 컴퓨터이다.
[0052] 의료 시스템(16)은 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 의료 이미징 시스템 또는 스캐너(medical imaging system or scanner)이다. 예를 들어, 의료 시스템(16)은 컴퓨터화 토모그래피(computed tomography) 또는 다른 x-레이 시스템(x-ray system)(예를 들어, 형광투시경(fluoroscopic))이다. x-레이 소스(x-ray source) 및 검출기는 서로 대향하게 그리고 환자에 인접하게 포지셔닝(positioning)되고 스캐닝(scanning)을 위해 환자를 중심으로 움직일 수 있다. 일 실시예에서, 의료 시스템(16)은 나선형 또는 C-암 컴퓨터화 토모그래피 시스템(spiral or C-arm computed tomography system)이다. 다른 예들에서, 의료 시스템(16)은 자기 공명(magnetic resonance), 양전자 방출(positron emission), 초음파(ultrasound), 단일 광자 방출(single photon emission) 컴퓨터화 토모그래피(computed tomography), 또는 환자를 스캐닝하기 위한 다른 이미징 시스템(imaging system)이다.
[0053] 의료 시스템(16)은 환자 또는 환자의 부분을 스캐닝하기 위해 저장된 설정들에 의해 그리고/또는 사용자 선택 설정들에 의해 구성된다. 스캔은 송신 및 수신에 의해 또는 수신 단독에 의해 발생된다. 환자에 관한 포지셔닝(positioning), 조준(aiming), 및/또는 검출에 의해, 해부가 스캐닝된다. 예를 들어, 간이 스캐닝된다. 이를테면, 다른 해부로부터의 다른 정보가 또한 포착될 수 있거나 또는 포착되지 않을 수 있다.
[0054] 메모리(22)는 그래픽스 프로세싱 메모리(graphics processing memory), 비디오 랜덤 액세스 메모리(video random access memory), 랜덤 액세스 메모리(random access memory), 시스템 메모리(system memory), 캐시 메모리(cache memory), 하드 드라이브(hard drive), 광학 매체들(optical media), 자기 매체들(magnetic media), 플래시 드라이브(flash drive), 버퍼(buffer), 데이터베이스(database), 이들의 조합들, 또는 스캔 데이터를 저장하기 위한 다른 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 메모리 디바이스(memory device)이다. 메모리(22)는 이미징 시스템(imaging system)(16), 프로세서(20)와 연관된 컴퓨터(computer), 데이터베이스, 다른 시스템, 픽쳐 기록보관 메모리(picture archival memory), 또는 독립형 디바이스(standalone device)의 부분이다.
[0055] 메모리(22)는 환자의 영역을 표현하는 스캔 데이터를 저장한다. 데이터의 다수의 프레임(frame)들이 저장될 수 있거나 또는 복셀 데이터(voxel data)의 프레임이 저장된다. 영역은 3차원 영역이다. 영역은 환자의 임의의 부분, 이를테면, 흉부(chest), 복부(abdomen), 다리, 머리, 팔, 또는 이들의 조합들 내의 영역으로 이루어진다. 스캔 데이터는 영역을 스캐닝하는 것으로부터 비롯된다. 데이터는 영역의 해부를 표현한다.
[0056] 메모리(22)는 프로세싱된 데이터(processed data)를 저장할 수 있다. 예를 들어, 필터링된 스캔 데이터(filtered scan data), 이미지 프로세싱된 데이터(image processed data), 분할(segmentation), 생성된 메시, 변환, 미리 결정된 메시, 및/또는 해부의 미리 결정된 3D 프린터 모델(predetermined 3D printer model)이 저장된다.
[0057] 메모리(22) 또는 다른 메모리는 대안적으로 또는 부가적으로, 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)(20)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(computer readable storage medium)이다. 본 명세서에서 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기법들을 구현하기 위한 명령들은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체들 또는 메모리들(non-transitory computer-readable storage media or memories), 이를테면, 캐시(cache), 버퍼, RAM, 착탈식 매체들(removable media), 하드 드라이브 또는 다른 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(computer readable storage media) 상에 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체들(non-transitory computer readable storage media)은 다양한 유형들의 휘발성 및 비휘발성 저장 매체들(volatile and nonvolatile storage media)을 포함한다. 도면들에서 예시되거나 또는 본 명세서에서 설명되는 기능들, 동작들 또는 태스크(task)들은, 컴퓨터 판독가능 저장 매체들에 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체들 상에 저장된 명령들의 하나 또는 둘 이상의 세트들에 응답하여 실행된다. 기능들, 동작들, 또는 태스크들은 특정 유형의 명령 세트, 저장 매체들, 프로세서 또는 프로세싱 전략(processing strategy)과 독립적이고, 단독으로 동작하는 또는 조합되어(in combination) 동작하는 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware), 집적 회로들, 펌웨어(firmware), 마이크로 코드(micro code) 등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱 전략들은 멀티프로세싱(multiprocessing), 멀티태스킹(multitasking), 병렬 프로세싱(parallel processing) 등을 포함할 수 있다.
[0058] 일 실시예에서, 명령들은, 로컬 또는 원격 시스템들(local or remote systems)에 의한 판독을 위해 착탈식 매체 디바이스(removable media device) 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크(computer network)를 통한 또는 전화 라인(telephone line)들을 통한 전달을 위해 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터(given computer), CPU, GPU, 또는 시스템 내에 저장된다.
[0059] 프로세서(20)는 범용 프로세서(general processor), 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit), 제어 프로세서(control processor), 그래픽스 프로세서(graphics processor), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 3차원 렌더링 프로세서(three-dimensional rendering processor), 이미지 프로세서(image processor), 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array), 디지털 회로(digital circuit), 아날로그 회로(analog circuit), 이들의 조합들, 또는 환자의 이미지 또는 스캔 데이터로부터 환자-특정 3D 프린트 모델(patient-specific 3D print model)을 생성하기 위한 다른 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 디바이스(device)이다. 프로세서(20)는 직렬로, 병렬로, 또는 개별적으로 동작하는 다수의 디바이스들 또는 단일 디바이스이다. 프로세서(20)는 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터(desktop computer)와 같은 컴퓨터의 메인 프로세서(main processor)일 수 있거나, 또는 더 큰 시스템에서, 이를테면, 이미징 시스템(imaging system)에서 일부 태스크들을 핸들링(handling)하기 위한 프로세서일 수 있다. 프로세서(20)는 본 명세서에서 논의된 동작들을 수행하는 것이 가능해지도록 명령들, 설계, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 소프트웨어에 의해 구성된다.
[0060] 프로세서(20)는 스캔으로부터 환자의 구조를 분할하도록 구성된다. 해부학적 구조들 또는 해부학적 구조들의 부분들의 위치들 및/또는 표면들을 확인하기 위해, 볼륨(volume)을 표현하는 데이터가 프로세싱된다. 임의의 분할이 이용될 수 있다. 분할 그 자체는 해부에 대한 표면 또는 메시를 제공한다. 대안적으로, 로케이팅된 해부(located anatomy)는 메시 또는 표면을 생성하기 위해 이용된다.
[0061] 프로세서(20)는 분할된 구조로부터 3차원 프린팅을 위한 모델을 생성하도록 구성된다. 모델을 분할된 구조에 피팅함으로써 모델이 직접적으로 생성될 수 있다. 피팅에 대한 비용 함수들 또는 제한들은, 환자에 대한 해부 부분을 형상화하는 동안 3D 프린팅 특징들(3D printing characteristics)을 보존하기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 프로세서는, 분할된 구조와 템플릿 구조(template structure), 이를테면, 평균 해부, 상이한 환자의 해부, 또는 해부의 모델로부터 도출된 메시 사이의 변환을 결정한다. 변환은 템플릿 구조를 환자 특정 구조로 컨버팅하기 위한 워핑 또는 비-경식 디스토션(non-rigid distortion)이다. 그 다음으로, 그 변환은 3차원 프린팅을 위한 모델에 적용된다. 3차원 프린팅을 위한 모델은 템플릿 구조, 또는 3차원 프린트 모델로 컨버팅된 메시에 기초한다(예를 들어, 배향, 베이스 부가, 지지 구조 부가, 및/또는 재료 사용량 최적화). 모델이 변환된다. 변환은 환자의 분할된 해부를 시뮬레이팅하기 위해 3차원 프린팅을 위한 모델을 워핑한다. 그 결과는, 환자 특정 해부를 표현하는 3차원 프린팅을 위해 변환된 모델(transformed model)이다.
[0062] 프로세서(20)는 분할 및/또는 생성 동안 사용자 입력 없이 3차원 프린팅을 위한 환자-특정 모델(patient-specific model)의 분할 및/또는 생성을 수행하도록 구성된다. 사용자는 프로세스를 개시하는데, 이를테면, 스캔 또는 스캔 데이터의 로딩을 야기한다. 사용자는 또한, 해당 해부의 유형, 이를테면, 간 또는 특정 뼈 또는 뼈들의 그룹(group)을 입력할 수 있다. 응답하여, 프로세서(20)는 시드(seed)들 또는 다른 위치 지정들의 입력 없이 분할을 수행한다. 프로세서(20)는 분할된 표면을 생성하고, 템플릿 해부(template anatomy)로의 변환을 계산하고, 그리고 사용자 입력 없이 3차원 프린팅을 위한 템플릿 모델에 그 변환을 적용한다. 그 다음으로, 사용자는 3차원 프린팅을 위한 변환된 또는 환자-특정 모델을 정교화(refine)하거나 또는 하지 않을 수 있다. 3차원 프린팅을 위한 모델은 프린팅을 위해 프로세서(20)에 의해 출력된다.
[0063] 대안적인 실시예들에서, 사용자는 분할, 생성, 및/또는 변환들 동안 정보를 입력한다. 예를 들어, 사용자는 분할에서 이용되는 시드 포인트(seed point)들을 입력한다. 다른 예로서, 사용자는 사용하기 위해 템플릿들의 라이브러리로부터 특정 템플릿들을 선택한다. 다른 예에서, 사용자는 적용하기 위해 부가적인 변환, 이를테면, 타겟팅된 조작을 입력한다. 프로세서(20)는 분할, 생성, 및/또는 변환을 안내 또는 지원하기 위해 사용자 입력을 이용한다.
[0064] 프로세서(20)는 분할된 해부의 디스플레이와 같은 디스플레이를 위해 이미지를 발생시키도록 구성될 수 있다. 해부의 위치들에 대한 스캔 데이터의 3차원 렌더링(three-dimensional rendering)이 발생된다. 분할 없이 또는 상대적 강조를 위해 분할을 이용하여 스캔 데이터의 이미지가 발생될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 이를테면, 컴퓨터 보조 설계 프로그램(computer assisted design program)을 이용하여, 3차원 프린팅을 위한 모델의 이미지가 발생될 수 있다.
[0065] 3D 프린터(3D printer)(24)는 임의의 현재 알려진 또는 나중에 개발되는 3D 프린터이다. 플라스틱, 금속, 또는 다른 재료의 저장소(reservoir)가 증착 헤드(deposit head)와 연결된다. 제어기의 제어 하에, 연속적인 재료를 층들에 부가하기 위해, 증착 헤드 및/또는 지지 플랫폼(support platform)이 이동하여, 3차원 프린트 구성(three-dimensional print construction)의 물리적 모델(physical model)이 생성될 때까지 3차원 구성을 빌딩 업(building up)한다. 임의의 부가적인 제조 시스템(manufacturing system)이 이용될 수 있다.
[0066] 본 발명이 다양한 실시예들과 관련하여 앞서 설명되었지만, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 많은 변경들 및 변형들이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 그러므로, 전술한 상세한 설명은 제한하기보다는 예시적인 것으로 간주되며, 모든 등가물들을 포함하는 뒤따르는 청구항들이 본 발명의 사상 및 범주를 정의하도록 의도됨이 이해된다.

Claims (20)

  1. 의료 스캔 데이터(medical scan data)로부터 3차원 프린팅(three-dimensional printing)을 준비하기 위한 방법으로서,
    환자의 해부학적 구조(anatomic structure)를 표현하는 상기 스캔 데이터(scan data)를 의료 이미징 시스템(medical imaging system)으로부터 포착하는 단계;
    상기 환자의 해부학적 구조의 표면의 환자 메시(patient mesh)를 생성하는 단계;
    프로세서(processor)에 의해, 템플릿 메시(template mesh)로의 상기 환자 메시의 변환을 계산하는 단계;
    상기 프로세서에 의해, 상기 템플릿 메시에 대응하는 3차원 프린트 모델(three-dimensional print model)에 상기 변환을 적용하여, 변환된 3차원 프린트 모델(transformed three-dimensional print model)을 초래하는 단계; 및
    상기 변환된 3차원 프린트 모델을 3차원 프린터(three-dimensional printer)에 출력하는 단계
    를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환된 3차원 프린트 모델을 3차원적으로 프린팅(printing)하는 단계
    를 더 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 포착하는 단계는, 컴퓨터화(computed) 토모그래피 스캐너(tomography scanner), 자기 공명 이미징 시스템(magnetic resonance imaging system), 또는 초음파 스캐너(ultrasound scanner)를 각각 이용하여 컴퓨터화(computed) 토모그래피(tomography), 자기 공명, 또는 초음파 스캔(ultrasound scan) 데이터(data)로서 상기 스캔 데이터를 포착하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 환자 메시를 생성하는 단계는, 상기 스캔 데이터로부터 상기 해부학적 구조를 분할(segmenting)하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분할하는 단계는, 상기 해부학적 구조의 해부(anatomy)의 유형에 대해 머신-학습 분류기(machine-learnt classifier)를 이용하여 상기 해부학적 구조를 분할하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환을 계산하는 단계는 비-경식 워핑(non-rigid warping)으로서 상기 변환을 계산하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비-경식 워핑으로서 상기 변환을 계산하는 단계는 박판 스플라인(thin plate spline)으로 상기 변환을 계산하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환을 계산하는 단계는, 상기 환자 메시를 상기 해부학적 구조와 동일한 해부의 템플릿 메시에 워핑(warping)하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환을 적용하는 단계는, 상기 3차원 프린트 모델을 워핑하는 단계를 포함하고,
    상기 3차원 프린트 모델은 상기 템플릿 메시의 3차원 프린팅을 위해 생성되는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환을 적용하는 단계는, 상기 환자 메시에 대한 상기 템플릿 메시의 워핑에 대응하여 상기 3차원 프린트 모델을 워핑하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적용하는 단계는, 상기 환자의 해부학적 구조에 대해 상기 3차원 프린트 모델을 조정하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 출력하는 단계는, 상기 변환된 3차원 프린트 모델을, 3차원 프린팅을 위한 그리고 상기 환자의 해부학적 구조와 상이한 베이스(base) 및 배향으로 출력하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    타겟팅된 조작(targeted manipulation)에 기초하여, 상기 계산하는 단계 전에 상기 환자 메시를 또는 상기 적용하는 단계 후에 상기 변환된 3차원 프린트 모델을 변환하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 타겟팅된 조작은 3차원적으로 프린팅될 상기 해부학적 구조의 의미론적 부분(semantic part)들을 변경하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 타겟팅된 조작에 기초하여 변환하는 단계는 얼굴 표정(facial expression) 또는 병리(pathology)를 시뮬레이팅(simulating)하는 단계를 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 방법.
  15. 데이터(data)가 저장되는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체(non-transitory computer readable storage medium)로서,
    상기 데이터는 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행가능한 명령들을 나타내고,
    상기 저장 매체는,
    해부의 환자-특정 표현과 상기 해부의 미리 결정된 표현 사이를 워핑하고, 그리고
    상기 워핑에 기초하여 상기 해부의 상기 미리 결정된 표현에 대해 3차원 프린트 구성(three-dimensional print construction)을 변경하기 위한
    명령들을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 워핑하는 것은 메시(mesh)를 상기 환자 특정 표현으로서 변환하는 것을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 3차원 프린트 구성은, 3차원 프린팅을 위한 베이스 및 배향을 포함하도록 컨버팅(converting)된 상기 해부의 미리 결정된 표현의 모델(model)을 포함하고, 그리고
    상기 변경하는 것은, 상기 환자-특정 표현과 상기 미리 결정된 표현의 차이들에 대응하도록 상기 모델을 변경하는 것을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  18. 제 15 항에 있어서,
    타겟팅된 조작을 이용하여, 상기 해부의 상기 환자-특정 표현으로부터 벗어나는 상기 3차원 프린트 구성을 또한 변경하는 것을 더 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
  19. 의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 시스템(system)으로서,
    환자를 스캐닝(scanning)하도록 구성된 의료 이미징 시스템(medical imaging system); 및
    상기 스캐닝으로부터의 상기 환자의 구조를 분할하고, 분할된 구조로부터 3차원 프린팅을 위한 모델을 생성하도록 구성된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 분할 및 생성은 상기 분할 및 생성 동안 사용자 입력 없이 발생되는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 분할된 구조와 템플릿 구조(template structure) 사이의 변환을 결정하고 그리고 상기 변환을 상기 템플릿 구조의 3차원 프린팅을 위한 템플릿(template)에 적용함으로써, 변환된 템플릿 모델(transformed template model)을 생성하도록 구성되고,
    상기 변환된 템플릿 모델은 3차원 프린팅을 위한 모델을 포함하는,
    의료 스캔 데이터로부터 3차원 프린팅을 준비하기 위한 시스템.
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