KR20160146568A

KR20160146568A - 귀 재건 및 재건의 필요성을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160146568A
Application number: KR1020160072338A
Authority: KR
Inventors: 최태현; 김성완; 김희찬; 김석화; 이치원; 김명준; 전병준; 박우정
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2016-12-21
Also published as: KR101818007B1; WO2016200201A1

Abstract

인공 귀 생성장치는 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝하는 정보 획득부, 상기 정보 획득부에 연결되어 상기 촬영 및 스캐닝의 위치와 각도를 변경시키고, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부, 상기 위치와 각도의 정보, 상기 스캐닝을 통해 생성된 상기 귀의 각 부분에 대한 형상 정보 및 상기 촬영을 통해 생성된 2D 이미지를 제공받는 제어부, 상기 형상 정보, 상기 위치와 각도의 정보 및 상기 2D 이미지를 기반으로 3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 병합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 이미지 프로세싱부 및 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.

Description

귀 재건 및 재건의 필요성을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHODS FOR EAR RECONSTRUCTION AND ITS CONVENIENCE}

본원은 귀의 각 부분을 정확하게 스캐닝하여 3D 모델링 데이터를 생성하고, 이를 기반으로 인공 귀를 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

소이증은 한쪽 또는 양쪽의 귀가 정상보다 훨씬 작고 모양이 변형되어 있는 기형을 말한다. 소이증의 원인으로써, 환경적인 요인의 중요성이 이미 밝혀진 바 있으나, 유전적 요인 또한 영향이 클 것으로 추정되고 있다. 신생아 7000~8000명 중 1명꼴로 나타나며, 약 95%는 한쪽 귀에서만 나타나고, 약 5% 정도는 양쪽 귀에서 나타나고 있다.

상기와 같은 소이증을 치료하기 위해서는 귀 스캐닝 및 귀 재건 기술이 필수적이다.

그러나, 다른 신체 부위와 달리 귀의 경우 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus)의 구조가 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등의 구조에 가려져서 내부 구조가 정확하게 스캐닝되지 않는 문제점이 있다.

본원의 배경기 되는 기술은 한국공개특허공보 제2009-0049761호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본원은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 귀의 내부 구조를 정확하게 촬영 및 스캐닝하여 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원은 귀의 각 부분을 스캐닝하기 위한 위치와 오일러 각도를 정확하게 제어하여 귀 각 부분에 대한 스캐닝과 촬영을 통해 2D 이미지를 획득하고, 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 기반으로 산출된 뎁스 정보를 이용하여2D 이미지를 3D 이미지로 변환함으로써, 인공 귀 생성에 있어서 필요한 3D 모델링 데이터에 대한 정확도를 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 시 해당 부분에서의 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 수집하고, 이를 기반으로 3D 이미지를 정합하여 귀 모형에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성함으로써, 귀의 각 부분에 대한 데이터 정합 시 정확도를 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원은 3D 모델링 데이터를 생체 적합성 물질 및 생체 적합성 물질과 다공성(Porous) 구조를 위한 소금과 같은 soluble 결정체의 혼합물을 이용하여 3D 프린팅함으로써, 환자에게 적합한 인공 귀를 제작할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 인공 귀 생성을 위한 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공함으로써, 사용자가 원하는 형태의 인공 귀를 제작할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 신체로부터 본 뜬 귀를 이용하여 환자에게 적합한 인공 귀를 제작할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 비생체 적합성 또는 생체 적합성 물질을 이용해 제작된 주형을 제작하고, 생체 적합성 물질을 이용하여 성형함으로써 환자에게 적합한 인공 귀를 제작할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치는 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝하는 정보 획득부, 상기 정보 획득부에 연결되어 상기 촬영 및 스캐닝의 위치와 각도를 변경시키고, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부, 상기 위치와 각도의 정보, 상기 스캐닝을 통해 생성된 상기 귀의 각 부분에 대한 형상 정보 및 상기 촬영을 통해 생성된 2D 이미지를 제공받는 제어부 및 상기 형상 정보, 상기 위치와 각도의 정보 및 상기 2D 이미지를 기반으로 3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 병합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 이미지 프로세싱부를 포함할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치는 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝하는 정보 획득부; 상기 정보 획득부에 연결되어 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 위치와 각도를 변경시키며, 상기 정보 획득부의 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부; 상기 위치 조절부에 작동 신호를 인가하여 상기 정보 획득부의 촬영 및 스캐닝 위치 및 각도를 조절하며, 상기 귀의 각 부분에 대한 상기 위치와 각도의 정보, 상기 정보 획득부의 스캐닝을 통해 생성된 상기 귀의 각 부분에 대한 형상 정보 및 상기 정보 획득부의 촬영을 통해 생성된 2D 이미지를 제공받는 제어부; 및 상기 귀의 각 부분에 대한 상기 형상 정보, 상기 위치와 각도에 대한 정보 및 상기 귀의 각 부분에 해당하는 2D 이미지를 기반으로 3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 기반으로 상기 생성한 3D 이미지를 병합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 이미지 프로세싱부를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 위치 조절부는 상기 위치와 각도의 정보로 상기 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 제공하는 리니어 스테이지와 끝단에 상기 정보 획득부가 연결되는 액추에이터로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 위치 조절부는 말단 부분에 상기 정보 획득부가 연결되는 6축 로봇 팔 일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 정보 획득부의 촬영을 통해 획득한 2D 이미지에서 촬영한 부분의 특징점을 추출하는 특징점 추출 모듈; 및 상기 추출한 특징점과 기 저장된 귀의 각 부분별 특징점 정보간의 비교를 통해 상기 위치 조절부를 동작시켜 상기 정보 획득부의 위치 및 각도를 조절하기 위한 작동 신호를 발생시키는 작동 신호 발생 모듈을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 귀의 각 부분에는 마커가 부착되며, 상기 특징점 추출 모듈은 상기 촬영된 2D 이미지에서의 마커 추출을 통해 상기 특징점을 추출할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 귀의 각 부분은 예컨대 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix) 및 이주(tragus) 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 이미지 프로세싱부는 상기 2D 이미지에 대한 형상 정보를 기반으로 상기 2D 이미지의 뎁스 정보를 산출하는 뎁스 정보 산출 모듈을 포함할 수 있다.

상기 2D 이미지에 대한 뎁스 정보를 기반으로 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 변환하는 변환 모듈; 및 상기 위치 및 각도에 대한 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 정합 모듈을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 이미지 프로세싱부는 상기 3D 모델링 데이터가 건측 귀에 대한 것일 경우 미러링 변환 기법을 적용하여 상기 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 환측 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터로 변환시키는 변환 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 이미지 프로세싱부는 상기 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공하며, 상기 편집 인터페이스를 통해 입력된 정보를 기반으로 상기 3D 모델링 데이터를 변환시키는 편집 모듈을 더 포함 할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 인공 귀 생성 장치는 기 설정된 생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 귀를 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 출력부는 기 설정된 비생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅일 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 출력부는 상기 출력된 인공 귀에 대한 주형을 제작하고, 상기 제작된 주형에 기초하여 상기 인공 귀를 출력할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 주형은 상기 3D 모델링 데이터에 기초하여 제작되는 것일 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 출력부는 기 설정된 생체 적합성 물질에 대한 플라스틱 성형 방법을 통해 인공 귀를 출력할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 생체 적합성 물질은 polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA), polylactic acid(PLA), poly(D,L-lactic-co-glycolic-acid)(PLGA), poly(alkyl cyanoacrylate)(PAC), hyaluronic acid(HA), hydrogel, 타이타니움, tricalcium, phosphate, hydroxylapatite, 실리콘, acrylates, 콜라겐, 젤라틴, 키토산(chitosan), high density polyethylene(HDPE), low density polyethylene(LDPE), polyethylene(PE), Linear low-density polyethylene (LLDPE), Medium-density polyethylene (MDPE), Ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), polymethyl methacrylate(PMMA), polytetrafluoroethylene(PTFE), polydimethylsiloxane(PDMS) 및 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 하나 이상의 혼합물일 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 실시예에 따른 인공 귀 생성 방법은 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝을 통해 2D 이미지 및 형상 정보를 제공하는 정보 획득부 및 상기 정보 획득부에 연결되어 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 위치와 각도를 변경시키며, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부를 포함하는 인공 귀 생성 장치를 이용한 인공 귀 생성 방법으로서, 상기 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝을 위해 상기 위치 조절부를 제어하는 단계, 상기 귀의 각 부분에 대한 2D 이미지, 상기 위치와 각도의 정보 및 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 수집하는 단계 및 상기 2D 이미지, 상기 위치와 각도의 정보 및 형상 정보를 기반으로 상기 귀의 각 부분에 대한3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지의 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 실시예에 따른 인공 귀 생성 방법은 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝을 통해 2D 이미지 및 형상 정보를 제공하는 정보 획득부 및 상기 정보 획득부에 연결되어 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 위치와 각도를 변경시키며, 상기 정보 획득부의 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부를 포함하는 인공 귀 생성 장치를 이용한 인공 귀 생성 방법으로서, 상기 귀의 각 부분에 대한 내부 구조가 판독 가능하도록 상기 위치 조절부를 제어하는 단계; 상기 위치 조절부의 제어를 통해 상기 귀의 각 부분에 대한 2D 이미지, 촬영 및 스캐닝 시 상기 위치 조절부로부터 수신되는 위치와 각도의 정보 및 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 수집하는 단계; 및 상기 수집된 귀의 각 부분에 대한 2D 이미지, 위치와 각도의 정보 및 형상 정보를 기반으로 상기 귀의 각 부분에 대한3D 이미지를 생성한 후 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지의 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 위치와 각도의 정보는 상기 데카르트 좌표와 오일러 각도 또는 상기 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 생성된 좌표계를 통해 생성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 제어하는 단계는 상기 정보 획득부의 촬영을 통해 획득한 2D 이미지에서 촬영한 부분의 특징점을 추출하는 단계; 및 상기 추출한 특징점과 기 저장된 귀의 각 부분별 특징점 정보간의 비교를 통해 상기 위치 조절부를 동작시켜 상기 정보 획득부의 위치 및 각도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 귀의 각 부분에는 마커가 부착되며, 상기 특징점을 추출하는 단계는 상기 촬영된 2D 이미지에서의 마커 추출을 통해 상기 특징점을 추출할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계는 상기 2D 이미지에 대한 형상 정보를 기반으로 상기 2D 이미지의 뎁스 정보를 산출하는 단계; 상기 2D 이미지에 대한 뎁스 정보를 기반으로 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 변환하는 단계; 및 상기 위치 및 각도에 대한 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 인공 귀 생성 방법은 상기 3D 모델링 데이터가 건측 귀에 대한 것일 경우 미러링 변환 기법을 적용하여 상기 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 환측 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터로 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 인공 귀 생성 방법은 상기 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공하는 단계; 및 상기 편집 인터페이스를 통해 입력된 정보를 기반으로 상기 3D 모델링 데이터를 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 인공 귀 생성 방법은 기 설정된 생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 귀를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 인공 귀 생성 방법은 비생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 출력하는 단계는 상기 출력된 인공 귀에 대한 주형을 제작하고, 상기 제작된 주형에 기초하여 상기 인공 귀를 출력할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 출력하는 단계는 기 설정된 생체 적합성 물질에 대한 플라스틱 성형 방법을 통해 상기 인공 귀를 출력할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 귀의 각 부분을 스캐닝하기 위한 위치와 오일러 각도를 정확하게 제어하여 귀 각 부분에 대한 스캐닝과 촬영을 통해 2D 이미지를 획득하고, 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 기반으로 산출된 뎁스 정보를 이용하여 2D 이미지를 3D 이미지로 변환함으로써, 인공 귀 생성에 있어서 필요한 3D 모델링 데이터에 대한 정확도를 높일 수 있다.

또한, 본원은 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 시 해당 부분에서의 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 수집하고, 이를 기반으로 3D 이미지를 정합하여 귀 모형에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성함으로써, 귀의 각 부분에 대한 데이터 정합 시 정확도를 높일 수 있다.

본원은 3D 모델링 데이터를 생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅함으로써, 자에게 적합한 인공 귀를 제작할 수 있다.

또한, 본원은 인공 귀 생성을 위한 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공함으로써, 사용자가 원하는 형태의 인공 귀를 제작할 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치에 적용된 마커가 부착된 예시도이다.
도 4a 및 4b는 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치에 적용된 미러링 변환 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 상세히 도시한 흐름도이다.
도 7은 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다.
도 8은 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치를 도시한 도면이며, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 인공 귀 생성 장치는 정보 획득부(100), 위치 조절부(110), 제어부(120), 이미지 프로세싱부(130) 및 출력부(140)로 구성될 수 있다.

정보 획득부(100)는 영상 촬영 수단, 예컨대 카메라(102)와 3D 스캐너(104)로 구성되어 귀를 촬영하거나 스캐닝하여 제어부(120)를 통해 출력할 수 있다. 구체적으로, 본원의 일 실시예에 따른 정보 획득부(100)는 위치 조절부(110)에 물리적으로 연결되며, 위치 조절부(110)에 의해 X, Y 및 Z 축 방향으로 이동되어 대상물에 해당하는 귀를 스캐닝하여 형상 정보와 귀의 영상을 제어부(120)에 제공할 수 있다.

정보 획득부(100)의 카메라(102)는 스캐닝될 귀의 부분을 촬영하고, 촬영한 영상을 제어부(120)에 제공할 수 있다.

3D 스캐너(104)는 레이저, 적외선, 백색광을 귀에 투사하여 대상물의 형상 정보를 취득한 후 이를 제어부(120)에 제공할 수 있다.

귀는 생체귀로부터 본 뜬 귀일 수 있다. 예를 들면, 귀는 실제 귀 외에 실제 귀를 본 뜬 석고본이 될 수 있고, 정보 획득부(100)는 본 뜬 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝할 수 있다. 이 경우, 석고본은 귀의 구멍을 솜으로 막고 사각형의 아크릴 틀을 귀에 맞게 고정한 뒤, 알지네이트(Alginate)를 붓고 경화될 때까지 기다린 후, 귀의 음각 형태를 갖고 있는 알지네이트를 분리하여 음각 형태의 알지네이트에 석고를 주입하여 만들 수 있다. 다만, 생체 귀에 대해 본을 뜨는 방법은 예시와 같은 석고본에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방식을 통해 본 뜬 귀를 만들 수 있다. 예를 들면, 생체 귀에 대한 본은 전문가에 의해 직접 제작될 수 있으나, 기계 장치를 이용하여 제작될 수도 있다.

위치 조절부(110)는 제어부(120)의 제어에 의거하여 물리적으로 연결된 정보 획득부(100)를 X, Y 및 Z 축 방향으로 이동시키거나 오일러 각도(yaw, pitch, roll)를 변경시킬 수 있다.

또한, 위치 조절부(110)는 정보 획득부(100)의 위치 정보, 즉 정보 획득부(100)가 촬영 및 스캐닝하는 위치와 각도에 대한 정보를 제어부(120)에 제공할 수 있다. 구체적으로, 위치 조절부(110)는 정보 획득부(100)가 촬영 및 스캐닝하고자 하는 귀 영역에 대한 데카르트 좌표(Cartesiancoordinate) 및 오일러 각도(Euler angle)를 제어부(120)에 제공할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따른 위치 조절부(110)는 XYZ 리니어 스테이지(linear stage)(112)에 액추에이터(114), 예컨대 힙 조인트 액추에이터, 볼 조인트 액추에이터 등을 연결시킨 구조를 가지며, 액추에이터(114)에 정보 획득부(100)를 물리적으로 연결시켜 정보 획득부(100)를 다양한 각도와 위치로 이동시켜 대상물인 귀를 촬영 및 스캐닝할 수 있다. 구체적으로, 위치 조절부(110)는 제어부(120)의 제어에 의거하여 XYZ 리니어 스테이지(112)를 이동시켜 정보 획득부(100)의 위치를 변경시키고, 액추에이터(114)의 구동을 통해 다양한 각도로 촬영 및 스캐닝할 수 있도록 정보 획득부(100)의 촬영 및 스캐닝 각도를 변경시킬 수 있다.

또한, 위치 조절부(110)는 XYZ 리니어 스테이지(112)를 이용하여 촬영 및 스캐닝한 영역에 대한 데카르트 좌표를 획득하고, 액추에이터(114)를 통해 오일러 각도에 대한 정보를 획득하여 데카르트 좌표계 정보와 오일러 각도를 제어부(120)에 제공할 수 있다.

본원의 일 실시예에서 오일러 각도는 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw) 등을 의미하며, 데카르트 좌표는 원점(origin)에서의 상대적인 X, Y, Z 좌표, 즉 카메라(102)와 3D 스캐너(104)의 위치 정보를 의미할 수 있다. 여기에서, 피치는 XYZ 리니어 스테이지(112)의 이동 방향에 대한 수직의 수평면에 있는 축 주위의 회전각도이며, 롤은 이동 방향에 대한 평행한 수평면에 있는 축의 회전각도이며, 요는 이동 방향에 대해 수직의 수직면에 있는 축 주위의 회전각도를 의미할 수 있다. 또한 제어의 용이함을 위하여, 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 이용하여 새로운 좌표계가 정의될 수도 있다.

본원의 일 실시예에서는 XYZ 리니어 스테이지(112)와 액추에이터(114)를 결합한 형태를 이용하여 위치 조절부(110)를 구현하였지만, 6축 로봇팔을 이용하여 구현할 수도 있다. 즉, 6축 로봇팔의 말단부(end-effector)에 정보 획득부(100)를 부착하여 데카르트 좌표와 오일러 각도를 획득하고, 정보 획득부(100)의 카메라(102)와 3D 스캐너(104)의 촬영 및 스캐닝 위치 및 각도를 변경시킬 수도 있다.

제어부(120)는 위치 조절부(110)로부터 제공받은 데카르트 좌표 및 오일러 각도와 3D 스캐너(104)의 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 기반으로 3D 스캐너(104)에 의해 촬영된 영상(이하, '2D 이미지'이라고 함)의 뎁스 정보를 획득할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 데카르트 좌표 및 오일러 각도 각각 대신 데카르트 좌표 및 오일러 각도에 의해 정의된 새로운 형태의 좌표계 또는 다른 파라미터에 의해 정의된 새로운 형태의 좌표계가 이용될 수도 있다.

또한, 제어부(120)는 위치 조절부(110)로부터 제공받은 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 이용하여 새로운 좌표계를 정의할 수 있으며, 새로운 좌표계, 데카르트 좌표, 오릴러 각도 및 3D 스캐너(104)에 의해 촬영된 영상의 뎁스 정보를 획득할 수 있다.

제어부(120)는 카메라(102)로부터 제공받은 2D 이미지와 저장매체(122)에 저장된 귀 영역별 특징점 정보간의 비교를 통해 위치 조절부(110)의 조절을 위한 작동 신호를 제공할 수 있다. 이러한 작동 신호에 의거하여 XYZ 리니어 스테이지(112)와 액추에이터(114)는 작동되어 정보 획득부(100)의 촬영 및 스캐닝 위치와 각도가 조절될 수 있다.

또한, 제어부(120)는 2D 이미지, 형상 정보, 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 저장매체(122)에 저장할 수 있다.

상술한 바와 같은 제어부(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장매체(122), 특징점 추출 모듈(124) 작동 신호 발생 모듈(126) 및 제어 모듈(128) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 저장매체(122)는 귀의 각 부분, 예컨대 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등의 대한 내부 구조에 대한 비교 영상과 특징점 정보를 저장하고 있다. 이러한 비교 영상과 특징점 정보는 정보 획득부(100)의 카메라(102)로부터 제공받은 영상과의 비교를 위해 이용될 수 있다.

특징점 추출 모듈(124)은 정보 획득부(100)의 카메라(102)로부터 입력받은 2D 이미지에서 촬영한 부분의 특징점을 추출하며, 추출한 특징점을 작동 신호 발생 모듈(126)에 제공할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 귀의 각 주요 부분 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등에 마커를 부착할 경우, 특징점 추출 모듈(124)은 2D 이미지에서 마커 추출을 통해 귀의 각 부분에 대한 특징점을 추출할 수 있다.

본원의 실시예에서는 마커는 소정의 인식 문자, 예컨대 숫자 형태로 귀의 각 부분에 부착되거나 카메라(102)에 의해 영상 촬영 시 인식 가능한 원형 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

작동 신호 발생 모듈(126)은 추출한 특징점과 저장매체(122)에 저장된 귀의 각 부분별 특징점 정보간의 비교를 통해 정보 획득부(100)의 위치 및 각도 조절을 위한 작동 신호를 발생시켜 제어 모듈(128)에 제공할 수 있다.

제어 모듈(128)은 작동 신호에 대응하는 제어 신호를 위치 조절부(110)에 출력하여 위치 조절부(110)의 XYZ 리니지 스테이지(112) 및 액추에이터(114)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 위치 조절부(110)는 XYZ 리니지 스테이지(112)와 액추에이터(114)를 구동시켜 정보 획득부(100)의 촬영 및 스캐닝 위치 및 각도를 조절할 수 있다.

또한, 제어 모듈(128)은 위치 조절부(110)로부터 입력되는 데카르트 좌표와 오일러 각도, 정보 획득부(100)로부터 입력되는 2D 이미지와 형상 정보를 매칭시켜 저장매체(122)에 저장할 수 있다.

이미지 프로세싱부(130)는 저장매체(122)에 저장된 데이터, 즉 데카르트 좌표, 오일러 각도 및 형상 정보를 기반으로 2D 이미지에 대한 뎁스(depth) 정보를 산출하며, 산출한 뎁스 정보를 기반으로 2D 이미지를 3D 이미지로 변환시킬 수 있다.

또한, 이미지 프로세싱부(130)는 변환된 3D 이미지 각각을 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 정합하여 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다.

한편, 이미지 프로세싱부(130)는 3D 모델링 데이터 및 이를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 표시부(미도시됨)에 디스플레이하여 사용자의 편집 인터페이스 조작에 따라 3D 모델링 데이터를 변환할 수 있다.

상술한 바와 같은 이미지 프로세싱부(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 뎁스 정보 산출 모듈(132), 변환 모듈(134), 정합 모듈(135), 변형 모듈(136) 및 편집 모듈(138) 등을 포함할 수 있다.

뎁스 정보 산출 모듈(132)은 2D 이미지에 매칭되어 있는 데카르트 좌표, 오일러 각도 및 형상 정보를 이용하여 2D 이미지 각각에 대한 뎁스 정보를 산출하며, 산출한 뎁스 정보를 변환 모듈(134)에 제공할 수 있다.

변환 모듈(134)은 뎁스 정보를 기반으로 2D 이미지 각각을 3D 이미지로 변환할 수 있다.

정합 모듈(135)은 3D 이미지를 데카르트 좌표와 오일러 각도를 기반으로 3D 이미지를 정합하여 정보 획득부(100)에 의해 촬영 및 스캐닝된 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다.

변형 모듈(136)은 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 미러링 변환 기법을 이용하여 환측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 구체적으로, 변형 모듈(136)은 기 설정된 기준점, 예컨대 귀 스캐닝 대상자의 얼굴 중심 부분을 기준으로 미러링 변환 기법을 적용하여 환측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다.

예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같은 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터가 입력되면, 변형 모듈(136)은 미러링 변환 기법을 이용하여 건축 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 도 4b에 도시된 바와 같은 환측 귀에 대한 3D 모델링 데이터로 변형할 수 있다. 이 때, 일 예로 건측 귀가 왼쪽 귀이고, 환측 귀가 오른쪽 귀일 수 있으며, 다른 예로, 건측 귀가 오른쪽 귀이고, 환측 귀가 왼쪽 귀일 수도 있다.

편집 모듈(138)은 3D 모델링 데이터, 예컨대 변형 모듈(136)에 의해 변형된 3D 모델링 데이터 또는 정합 모듈(135)의 정합을 통해 생성된 3D 모델링 데이터와 이를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공하며, 편집 인터페이스를 통해 입력된 정보를 기반으로 3D 모델링 데이터를 변환시켜 제공할 수 있다. 여기에서, 편집 인터페이스는 귀의 각 영역, 예컨대 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등의 대한 내부 구조를 변경할 수 있는 인터페이스를 의미할 수 있다.

출력부(140)는 3D모델링 데이터를 입력받아 3D 프린팅을 통해 3D 모델링 데이터에 대응하는 귀를 출력할 수 있다. 구체적으로, 출력부(140)는 액체, 파우더 형태의 생체 적합성 물질을 3D 모델링 데이터를 기반으로 적층 제조법, 광경화수지 조형 방식, 레이저 소결 방식, 분말 분사 방식 등으로 귀를 형상화하여 출력할 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 방식을 채택할 수 있다.

출력부(140)에서 이용되는 생체 적합성 물질의 예로는 polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA), polylactic acid(PLA), poly(D,L-lactic-co-glycolic-acid)(PLGA), poly(alkyl cyanoacrylate)(PAC), hyaluronic acid(HA), hydrogel, 타이타니움, tricalcium, phosphate, hydroxylapatite, 실리콘, acrylates, 콜라겐, 젤라틴, 키토산(chitosan), high density polyethylene(HDPE), low density polyethylene(LDPE), polyethylene(PE), Linear low-density polyethylene (LLDPE), Medium-density polyethylene (MDPE), Ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), polymethyl methacrylate(PMMA), polytetrafluoroethylene(PTFE), polydimethylsiloxane(PDMS) 및 피브리노겐(fibrinogen) 등과 같은 세포 지지체 생성을 위한 물질 중 적어도 하나 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

한편, 본원의 일 실시예에서는 출력부(140)가 인공 귀 생성 장치의 내부에 포함된 것으로 예를 들어 설명하였지만, 출력부(140)가 인공 귀 생성 장치와 네트워크를 통해 연결되어 3D 모델링 데이터를 네트워크를 통해 전송받아 출력할 수도 있다.

3D 프린팅으로 통해 출력된 3D 모델링 데이터에 대응하는 귀는 환자의 갈비 연골로 귀를 조각할 때의 견본용으로 이용될 수도 있다. 이 경우, 생체 적합성 물질이 아닌 일반적인 조형물질을 이용한 3D 프린팅으로 견본용 귀를 출력할 수 있다.

또한, 생체 적합성 재료를 이용한 3D 프린팅을 통해 출력되는 귀는 환측 귀의 지지체(scaffold)의 역할을 할 수 있기 때문에 환자의 갈비 연골을 이용하지 않고 귀를 재건할 수 있다.

본원의 다른 실시예에 따르면, 출력부(140)는 설정된 비생체 적합성 물질을 이용해 실제 귀와 같도록 인공 귀를 출력하고, 이를 이용해 주형을 제작할 수도 있다. 제작되는 주형은 3D 모델링 데이터에 기초할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 비생체 적합성 물질은 비생체 적합성 모래, 플라스틱, 석고, 납, 합금, 및 금속 중 적어도 하나 이상의 혼합물 일 수 있다.

출력부(140)는 생체 적합성 물질을 이용해 실제 귀와 같도록 인공 귀를 출력하고, 이를 이용해 주형을 제작할 수도 있다.

주형의 제작 방법은 바닥 주형법, 혼성 주형법, 조립 주형법, 회전 주형법, 고르개 주형법 및 3차원 프린팅 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 모래가 가득한 두 개의 틀 사이에 출력한 인공 귀를 고정하여 두 틀을 겹친 후 귀 모형에 대한 주형을 제작할 수 있으며, 다른 실시예에서 3차원 프린팅 기술을 이용하여 인공 귀에 대한 주형을 직접 출력할 수도 있다. 인공 귀의 경우, 수백 마이크로 미터의 다공성 구조로 만들어야 하므로 해상도가 높은 3D 프린터를 이용하여 이를 구현할 수 있다.

주형의 재질이 특정 물질로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 적정한 컨테이너에 3차원 프린팅으로 출력된 귀를 위치시키고, Polydimethylsiloxane (PDMS) base와 curing agent를 일정 비율로 섞어 부어준 뒤 desiccator 안에 위치하여 기포를 없애준 이후, 이를 70°C 에서 일정시간 동안 incubation시켜주어 PDMS를 굳혀준다. PDMS를 절단 또는 구멍을 내어 3차원 프린팅으로 출력된 귀를 제거하고, 음각 형태를 가지고 있는 절단된 PDMS의 절단면에 oxygen plasma 처리를 하여 PDMS 주형을 제작할 수 있다.

일반적으로, 주형은 단단한 재질로 이루어질 수 있으나, 본원 발명의 다양한 실시예에 따르면, 연성 주형이 될 수도 있다. 일 예로, 물에 녹는 재질인 PVA와 같은 재질의 필라멘트로 출력된 인공귀는 주형을 절단하는 과정 없이 물에서 녹여내 음각을 만들 수도 있다. 이 경우, PVA 외에 PLA와 같이 특정 용매에 녹는 재질을 사용할 수 있으며, 난연성 재질이 아닌 다른 재질로 출력된 인공 귀를 주형에서 제거하기 위해 다양한 방법이 이용될 수 있다.

출력부(140)는 기 설정된 생체 적합성 물질에 대한 플라스틱 성형 방법을 통해 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 제작할 수도 있다. 예를 들어, 출력부(140)는 기 제작된 주형에 생체 적합성 물질을 녹여 사출 등으로 인공 귀를 제작하는 경우, 소금 결정과 같이 물이나 특정 용매에만 녹는 물질(이 경우, 녹는 점이 매우 높은 물질이 될 수 있다.)을 수백 마이크로 미터로 갈아 함께 넣어 섞어주는 과정을 거친 후, 이 것을 기 제작된 주형에 주입한 이후, 특정 용매에 해당 물질을 녹여냄으로써 다공성 구조를 갖는 인공 귀를 제작할 수 있다. 또는 특정 물질을 섞고 녹여내지 않더라도 생체 적합성 물질을 주형에 주입하기 전에 많은 기포를 발생시킨 후 이를 바로 굳히는 방법으로 다공성 구조의 인공 귀를 제작할 수도 있다.

생체 적합성 물질로 인공 귀를 직접 출력하거나, 주형을 통해 제작하는 경우, 다공성(Porous) 구조가 필수적일 수 있다. 다공성 구조를 만드는 방법과 관련하여 soluble 결정체를 생체 적합성 물질과 함께 넣어 만든 출력 전 재료로 이용하거나, 주형에 넣기 전 용융된 상태의 생체 적합성 물질에 soluble 결정체를 첨가하여 제작하는 방법이 이용될 수 있고, 생체 적합성 물질이 용융된 상태에서 기포를 발생시켜 빠르게 굳히는 방법이 이용될 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 플라스틱 성형 방법은 압축 성형, 이송성형, 사출성형, 압출성형, 적층성형, 블로우성형, 진공성형 및 회전성형 중 적어도 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 성형 방법이 실시될 수 있다. 예를 들어, 기 제작된 주형에 다수의 구멍을 내고, 플라스틱 사출 하듯이 각 구멍에 압출 실린더의 노즐을 고정한 후, 용해상태의 생체 적합성 물질을 주형에 주입하여 생체 적합성 물질로 3D 모델링 데이터에 대응하는 귀를 제작할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 인공 귀 생성 장치가 동작하는 방법에 대해 도 5을 참조하여 설명한다.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 과정은 제어 단계(S210), 데이터 수집 단계(S220), 3D 모델링 데이터 생성 단계(S230) 및 출력 단계(S240)로 구성될 수 있다.

제어 단계(S210)는 정보 획득부(100)의 카메라(102) 및 3D 스캐너(104)가 촬영 및 스캐닝하는 위치와 각도를 제어하기 위한 것으로서, 귀의 각 부분인 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등의 내부 구조가 판독될 수 있는 위치와 각도를 갖도록 카메라(102)와 3D 스캐너(104)의 위치와 각도를 제어한다. 구체적으로, 제어 단계(S210)는 카메라(102)에 의해 촬영된 2D 이미지를 기반으로 귀의 촬영 및 스캐닝하고자 하는 부분이 잘 나타나는지를 판단하고, 이를 기반으로 위치 조절부(110)의 제어를 통해 카메라(102)와 3D 스캐너(104)의 위치 및 각도를 변경시킨다.

상기의 제어 단계(S210) 후 데이터 수집 단계(S220)는 촬영 및 스캐닝하고자 하는 부분의 내부 구조가 판독 가능할 경우 해당 위치와 각도에 대응하는 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 위치 조절부(110)로부터 제공받아 수집하고, 정보 획득부(100)의 카메라(102)와 3D 스캐너(104)에서 출력되는 2D 이미지와 형상 정보를 수집하여 저장한다.

3D 모델링 데이터 생성 단계(S230)는 데이터 수집 단계(S220)에서 수집한 데이터, 2D 이미지, 형상 정보, 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 뎁스 정보를 산출하며, 산출한 뎁스 정보를 이용하여 2D 이미지를 3D 이미지로 변환한 후 이를 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성한다. 이때, 3D 모델링 데이터는 사용자의 요청에 의거하여 변형(미러링 변형) 또는 편집될 수 있다.

출력 단계(S240)는 3D 모델링 데이터 생성 단계(S230)에서 생성된 3D 모델링 데이터를 기반으로 생체 적합성 물질을 이용한 3D 프린팅을 통해 인공 귀를 출력하거나 환자의 갈비 연골을 조각하여 인공귀를 생성할 수 있다.

도 6은 본원의 일 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 상세히 도시한 흐름도이다.

본원의 일 실시예에 따른 과정에 대한 설명에 앞서, 귀는 건측 귀를 의미하며, 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터의 생성을 통해 환측 귀에 부착될 귀 모형을 생성하는 과정을 예를 들어 설명하기로 한다.

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 정보 획득부(100)의 카메라(102)로부터 2D 이미지를 제공받음과 더불어 위치 조절부(110)로부터 데카르트 좌표 및 오일러 각도에 대한 정보를 제공받는다(S302).

이후, 제어부(120)는 2D 이미지에서 특징점을 추출하고(S304), 추출한 특징점과 저장매체(122)에 저장된 특징점 정보간의 비교를 통해 정보 획득부(100)가 정확한 위치와 각도에 배치되었는지를 판단한다(S306).

S306의 판단 결과, 배치된 경우 제어부(120)는 정보 획득부(100)로부터 입력되는 2D 이미지 및 형상 정보와 와 위치 조절부(110)로부터 입력되는 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 매칭시켜 저장매체(122)에 저장한다(S308).

한편, S306의 판단 결과, 배치되지 않은 경우 제어부(120)는 위치 조절부(110)로부터 입력된 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 위치 조절부(110)의 XYZ 리니지 스테이지(112)와 액추에이터(114)를 작동시키기 위한 제어 신호를 발생시켜 위치 조절부(110)를 동작시켜 정보 획득부(100)의 위치와 각도를 변경시킨다(S310). 그런 다음, 제어부(120)는 S302로 진행하여 이후 단계를 수행한다.

상기와 단계 S302 내지 S310를 반복적으로 수행하여 귀를 다양한 각도와 위치에서 스캐닝하여 저장매체(122)에 저장한다. 구체적으로, 제어부(120)는 귀의 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등을 다양한 각도와 위치에서 촬영 및 스캐닝하여 각 부분에 대한 형상 정보, 2D 이미지, 데카르트 좌표 및 오일러 각도 등을 수집하여 저장매체(122)에 저장한다.

이후, 이미지 프로세싱부(130)는 각각의 2D 이미지에 대한 형상 정보, 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 2D 이미지 각각에 대한 뎁스 정보를 산출한다(S312).

그런 다음, 이미지 프로세싱부(130)는 각 뎁스 정보를 기반으로 2D 이미지를 3D 이미지로 변환(S314)하여 저장매체(122)에 저장한다.

그리고 나서, 이미지 프로세싱부(130)는 3D 이미지 각각에 대한 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 3D 이미지를 정합하여 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 생성한다(S316).

그런 다음, 이미지 프로세싱부(130)는 3D 모델링 데이터에 대해 미러링 변환 기법을 적용하여 환측 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성한다(S318).

이후, 이미지 프로세싱부(130)는 네트워크(미도시됨)를 통해 연결된 출력부(140) 또는 내부의 출력부(140)에 S318에서 생성한 3D 모델링 데이터를 제공하여 출력을 요청한다(S320).

이에 따라, 출력부(140)는생체 적합성 물질을 이용하여 3D 모델링 데이터를 3D 프린팅함으로써, 귀 모형을 출력한다(S322).

도 7은 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 정보 획득부(100)의 카메라(102)로부터 2D 이미지를 제공받음과 더불어 위치 조절부(110)로부터 데카르트 좌표 및 오일러 각도에 대한 정보를 제공받는다(S402).

이후, 제어부(120)는 2D 이미지에서 마커가 추출되는지를 판단한다(S404), S404의 판단 결과, 마커가 추출되는 경우 제어부(120)는 정보 획득부(100)로부터 입력되는 2D 이미지 및 형상 정보와 와 위치 조절부(110)로부터 입력되는 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 매칭시켜 저장매체(122)에 저장한다(S406).

한편, S404의 판단 결과, 마커가 추출되지 않을 경우 제어부(120)는 위치 조절부(110)로부터 입력된 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 위치 조절부(110)의 XYZ 리니지 스테이지(112)와 액추에이터(114)를 작동시키기 위한 제어 신호를 발생시켜 위치 조절부(110)를 동작시켜 정보 획득부(100)의 위치와 각도를 변경시킨다(S408). 그런 다음, 제어부(120)는 S402로 진행하여 이후 단계를 수행한다.

상기와 단계 S402 내지 S408를 반복적으로 수행하여 귀를 다양한 각도와 위치에서 스캐닝하여 저장매체(122)에 저장한다. 구체적으로, 제어부(120)는 귀의 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix), 이주(tragus) 등을 다양한 각도와 위치에서 촬영 및 스캐닝하여 각 부분에 대한 형상 정보, 2D 이미지, 데카르트 좌표 및 오일러 각도 등을 수집하여 저장매체(122)에 저장한다.

이후, 단계인 S410∼S420은 도 6에서 설명한 단계 S312∼S322와 동일하기 때문에 생략하기로 한다.

도 8은 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다. 도 8을 참조하면, 단계 S801에서 생체귀로부터 본 뜬 귀를 제작할 수 있다. 이 때, 본 뜬 귀는 석고본으로 제작될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 단계 S802에서 본 뜬 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 단계 S802는 도 6 내지 도 7을 통해 설명되는 인공 귀 생성 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 단계 S803에서 생체 적합성 물질을 이용해 주형을 제작할 수 있다. 예를 들면, Polydimethylsiloxane (PDMS) base와 curing agent를 일정 비율로 섞어 부어준 뒤 PDMS를 굳히고, PDMS를 절단 또는 구멍을 내어 3차원 프린팅으로 출력된 귀를 제거하고, 음각 형태를 가지고 있는 절단된 PDMS의 절단면에 oxygen plasma 처리를 함으로써, 생체 적합성 물질을 이용한 PDMS 주형을 제작할 수 있다.

단계 S804에서 기 제작된 주형에 생체 적합성 물질을 이용해 플라스틱 성형함으로써 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 제작할 수 있다. 예를 들면, 주형에 생체 적합성 물질을 녹여 사출 등으로 인공 귀를 제작할 때 소금 결정과 같이 특정 용매에만 녹는 물질을 수백 마이크로미터로 갈아 함께 넣고 섞은 후, 이를 주형에 넣는 방법으로 인공 귀를 제작할 수 있다.

도 9는 본원의 다른 실시예에 따른 인공 귀 생성 과정을 도시한 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 단계 S901에서 생체귀로부터 본 뜬 귀를 제작할 수 있다. 단계 S901은 단계 S801의 동작과 동일하므로 자세한 설명은 생략된다.

도 8을 참조하면, 단계 S801에서 생체귀로부터 본 뜬 귀를 제작할 수 있다. 이 때, 본 뜬 귀는 석고본으로 제작될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 단계 S902에서 본 뜬 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터를 생성할 수 있다. 단계 S902는 도 6 내지 도 7을 통해 설명되는 인공 귀 생성 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 단계 S903에서 비생체 적합성 물질을 이용해 주형을 제작할 수 있다. 예를 들면, 모래가 가득한 두 개의 틀 사이에 기 출력된 인공 귀를 고정하여 두 틀을 겹친 후 인공 귀를 빼내어 귀 모형에 대한 주형을 제작할 수 있고, 3차원 프린팅 기술을 이용하여 인공 귀에 대한 주형을 직접 출력할 수도 있다. 단계 S904에서 기 제작된 주형에 생체 적합성 물질을 이용해 플라스틱 성형함으로써 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 제작할 수 있다

상술한 바와 같은 인공 귀 생성 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 정보 획득부
102: 카메라
104: 3D 스캐너
110: 위치 조절부
112: XYZ 리니어 스테이지
114: 액추에이터
120: 제어부
122: 저장매체
124: 특징점 추출 모듈
126: 작동 신호 발생 모듈
128: 제어 모듈
130: 이미지 프로세싱부
132: 뎁스 정보 산출 모듈
134: 변환 모듈
135: 정합 모듈
136: 변형 모듈
138: 편집 모듈
140: 출력부

Claims

귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝하는 정보 획득부;
상기 정보 획득부에 연결되어 상기 촬영 및 스캐닝의 위치와 각도를 변경시키고, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부;
상기 위치와 각도의 정보, 상기 스캐닝을 통해 생성된 상기 귀의 각 부분에 대한 형상 정보 및 상기 촬영을 통해 생성된 2D 이미지를 제공받는 제어부; 및
상기 형상 정보, 상기 위치와 각도의 정보 및 상기 2D 이미지를 기반으로 3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 병합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 이미지 프로세싱부를 포함하는 인공 귀 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 위치 조절부는, 상기 정보 획득부에 연결되어 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 위치와 각도를 변경시키며, 상기 정보 획득부의 위치와 각도에 대한 정보를 출력하되,
상기 제어부는, 상기 위치 조절부에 작동 신호를 인가하여 상기 정보 획득부의 촬영 및 스캐닝 위치 및 각도를 조절하며, 상기 귀의 각 부분에 대한 상기 위치와 각도의 정보, 상기 정보 획득부의 스캐닝을 통해 생성된 상기 귀의 각 부분에 대한 형상 정보 및 상기 정보 획득부의 촬영을 통해 생성된 2D 이미지를 제공받는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 위치 조절부는
상기 위치와 각도의 정보로 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 제공하는 리니어 스테이지와 끝단에 상기 정보 획득부가 연결되는 액추에이터로 이루어진, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 위치 조절부는
말단 부분에 상기 정보 획득부가 연결되는 6축 로봇팔인, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어부는
상기 정보 획득부의 촬영을 통해 획득한 2D 이미지에서 촬영한 부분의 특징점을 추출하는 특징점 추출 모듈; 및
상기 추출한 특징점과 기 저장된 귀의 각 부분별 특징점 정보간의 비교를 통해 상기 위치 조절부를 동작시켜 상기 정보 획득부의 위치 및 각도를 조절하기 위한 작동 신호를 발생시키는 작동 신호 발생 모듈을 포함하는, 인공 귀 생성 장치.
제5항에 있어서,
상기 귀의 각 부분에는 마커가 부착되며,
상기 특징점 추출 모듈은 상기 촬영된 2D 이미지에서의 마커 추출을 통해 상기 특징점을 추출하는, 인공 귀 생성 장치.
제6항에 있어서,
상기 귀의 각 부분은 예컨대 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix) 및 이주(tragus) 중 적어도 하나 이상인, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 이미지 프로세싱부는
상기 2D 이미지에 대한 형상 정보를 기반으로 상기 2D 이미지의 뎁스 정보를 산출하는 뎁스 정보 산출 모듈;
상기 2D 이미지에 대한 뎁스 정보를 기반으로 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 변환하는 변환 모듈; 및
상기 위치 및 각도에 대한 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 정합 모듈을 포함하는, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 이미지 프로세싱부는
상기 3D 모델링 데이터가 건측 귀에 대한 것일 경우 미러링 변환 기법을 적용하여 상기 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 환측 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터로 변환시키는 변환 모듈을 더 포함하는, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 이미지 프로세싱부는
상기 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공하며, 상기 편집 인터페이스를 통해 입력된 정보를 기반으로 상기 3D 모델링 데이터를 변환시키는 편집 모듈을 더 포함하는, 인공 귀 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 인공 귀 생성 장치는,
3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 출력부를 더 포함하는, 인공 귀 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 출력부는,
기 설정된 생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 출력부는,
기 설정된 비생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 출력부는,
조형물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 견본용 귀를 출력하는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 출력부는 상기 출력된 인공 귀에 대한 주형을 제작하고, 상기 제작된 주형에 기초하여 상기 인공 귀를 출력하는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 15항에 있어서,
상기 주형은 상기 3D 모델링 데이터에 기초하여 제작되는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 주형은 비생체 적합성 물질을 이용해 제작되는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 출력부는 기 설정된 생체 적합성 물질에 대한 플라스틱 성형 방법을 통해 상기 인공 귀를 제작하는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 출력부는 특정 용매에만 녹는 물질(Soluble 결정체)을 상기 생체 적합성 물질에 첨가하는 방법 또는 상기 생체 적합성 물질이 용융된 상태에서 기포를 발생시켜 빠르게 굳히는 방법 중 적어도 하나를 통해 상기 인공 귀를 제작하되,
상기 인공 귀는 다공성 구조를 가지는 것인, 인공 귀 생성 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 귀는 생체귀로부터 본 뜬 귀인 것인, 인공 귀 생성 장치.
제12항에 있어서,
상기 생체 적합성 물질은 polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA), polylactic acid(PLA), poly(D,L-lactic-co-glycolic-acid)(PLGA), poly(alkyl cyanoacrylate)(PAC), hyaluronic acid(HA), hydrogel, 타이타니움, tricalcium, phosphate, hydroxylapatite, 실리콘, acrylates, 콜라겐, 젤라틴, 키토산(chitosan), high density polyethylene(HDPE), low density polyethylene(LDPE), polyethylene(PE), Linear low-density polyethylene (LLDPE), Medium-density polyethylene (MDPE), Ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), polymethyl methacrylate(PMMA), polytetrafluoroethylene(PTFE), polydimethylsiloxane(PDMS) 및 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 하나 이상의 혼합물인 것인, 인공 귀 생성 장치.
귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝을 통해 2D 이미지 및 형상 정보를 제공하는 정보 획득부 및 상기 정보 획득부에 연결되어 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝 위치와 각도를 변경시키며, 상기 위치와 각도에 대한 정보를 출력하는 위치 조절부를 포함하는 인공 귀 생성 장치를 이용한 인공 귀 생성 방법으로서,
상기 귀의 각 부분에 대한 촬영 및 스캐닝을 위해 상기 위치 조절부를 제어하는 단계;
상기 귀의 각 부분에 대한 2D 이미지, 상기 위치와 각도의 정보 및 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 수집하는 단계; 및
상기 2D 이미지, 상기 위치와 각도의 정보 및 형상 정보를 기반으로 상기 귀의 각 부분에 대한3D 이미지를 생성하고, 상기 위치와 각도의 정보를 기반으로 상기 3D 이미지의 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제 22항에 있어서,
상기 위치 조절부를 제어하는 단계는 상기 귀의 각 부분에 대한 내부 구조가 판독 가능하도록 상기 위치 조절부를 제어하되,
상기 수집하는 단계는 상기 위치 조절부의 제어를 통해 상기 귀의 각 부분에 대한 2D 이미지, 촬영 및 스캐닝 시 상기 위치 조절부로부터 수신되는 위치와 각도의 정보 및 스캐닝을 통해 획득한 형상 정보를 수집하는 것인, 인공 귀 생성 방법.
제23항에 있어서,
상기 위치와 각도의 정보는 데카르트 좌표와 오일러 각도 또는 상기 데카르트 좌표 및 오일러 각도를 기반으로 생성된 좌표계를 통해 생성되는, 인공 귀 생성 방법.
제24항에 있어서,
상기 제어하는 단계는
상기 정보 획득부의 촬영을 통해 획득한 2D 이미지에서 촬영한 부분의 특징점을 추출하는 단계; 및
상기 추출한 특징점과 기 저장된 귀의 각 부분별 특징점 정보간의 비교를 통해 상기 위치 조절부를 동작시켜 상기 정보 획득부의 위치 및 각도를 제어하는 단계를 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제25항에 있어서,
상기 귀의 각 부분에는 마커가 부착되며,
상기 특징점을 추출하는 단계는 상기 촬영된 2D 이미지에서의 마커 추출을 통해 상기 특징점을 추출하는, 인공 귀 생성 방법.
제26항에 있어서,
상기 귀의 각 부분은 예컨대 포사(fossa), 이갑개(concha), 외이도(external auditory meatus), 이륜(helix), 대이륜(antihelix) 및 이주(tragus) 중 적어도 하나 이상인, 인공 귀 생성 방법.
제22항에 있어서,
상기 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계는
상기 2D 이미지에 대한 형상 정보를 기반으로 상기 2D 이미지의 뎁스 정보를 산출하는단계;
상기 2D 이미지에 대한 뎁스 정보를 기반으로 상기 2D 이미지를 3D 이미지로 변환하는 단계; 및
상기 위치 및 각도에 대한 정보를 기반으로 상기 3D 이미지를 정합하여 3D 모델링 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제22항에 있어서,
상기 인공 귀 생성 방법은
상기 3D 모델링 데이터가 건측 귀에 대한 것일 경우 미러링 변환 기법을 적용하여 상기 건측 귀에 대한 3D 모델링 데이터를 환측 귀에 대응하는 3D 모델링 데이터로 변환시키는 단계를 더 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제22항에 있어서,
상기 인공 귀 생성 방법은
상기 3D 모델링 데이터를 편집할 수 있는 편집 인터페이스를 제공하는 단계; 및
상기 편집 인터페이스를 통해 입력된 정보를 기반으로 상기 3D 모델링 데이터를 변환시키는 단계를 더 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제22항에 있어서,
상기 인공 귀 생성 방법은
기 설정된 생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 단계를 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 인공 귀 생성 방법은
비생체 적합성 물질을 이용하여 3D 프린팅을 통해 상기 3D 모델링 데이터에 대응하는 인공 귀를 출력하는 단계를 포함하는, 인공 귀 생성 방법.
제31항에 있어서,
상기 출력하는 단계는 상기 출력된 인공 귀에 대한 주형을 제작하고, 상기 제작된 주형에 기초하여 상기 인공 귀를 출력하는, 인공 귀 생성 방법.
제33 항에 있어서,
상기 출력하는 단계는
기 설정된 생체 적합성 물질에 대한 플라스틱 성형 방법을 통해 상기 인공 귀를 제작하는 인공 귀 생성 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 출력하는 단계는
특정 용매에만 녹는 물질(Soluble 결정체)을 상기 생체 적합성 물질에 첨가하는 방법 또는 상기 생체 적합성 물질이 용융된 상태에서 기포를 발생시켜 빠르게 굳히는 방법 중 적어도 하나를 통해 상기 인공 귀를 제작하되,
상기 인공 귀는 다공성 구조를 가지는 것인, 인공 귀 생성 방법.
제31항에 있어서,
상기 생체 적합성 물질은 polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA), polylactic acid(PLA), poly(D,L-lactic-co-glycolic-acid)(PLGA), poly(alkyl cyanoacrylate)(PAC), hyaluronic acid(HA), hydrogel, 타이타니움, tricalcium, phosphate, hydroxylapatite, 실리콘, acrylates, 콜라겐, 젤라틴, 키토산(chitosan), high density polyethylene(HDPE), low density polyethylene(LDPE), polyethylene(PE), Linear low-density polyethylene (LLDPE), Medium-density polyethylene (MDPE), Ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), polymethyl methacrylate(PMMA), polytetrafluoroethylene(PTFE), polydimethylsiloxane(PDMS) 및 피브리노겐(fibrinogen) 중 적어도 하나 이상의 혼합물인 것인, 인공 귀 생성 방법.
제22항 내지 제36항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.