KR20200106154A - 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법 및 시스템 - Google Patents
정형 외과용 장치를 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법 및 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 관한 것이며, 이 방법은,
a) 환자 데이터(ScanData)를 갖는 적어도 하나의 데이터 세트를 수신하는 단계;
b) 환자 데이터(ScanData)를 처리하여 환자 모델을 생성하는 단계;
c) 환자 모델을 사용하여 환자 파라미터들(P1, P2)을 결정하는 단계;
d) 환자 파라미터들(P1, P2) 및 장치 파라미터들(V1, V2)을 사용하면서 정형 외과용 장치의 가상 표현(virtual representation)을 생성하는 단계;
e) 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하는 단계;
f) 입력에 기초하여 환자 파라미터들(P1, P2) 및/또는 장치 파라미터들(V1, V2) 중 적어도 하나를 수정하는 단계;
g) 정형 외과용 장치를 물리적 생성하는 단계를 포함한다.
a) 환자 데이터(ScanData)를 갖는 적어도 하나의 데이터 세트를 수신하는 단계;
b) 환자 데이터(ScanData)를 처리하여 환자 모델을 생성하는 단계;
c) 환자 모델을 사용하여 환자 파라미터들(P1, P2)을 결정하는 단계;
d) 환자 파라미터들(P1, P2) 및 장치 파라미터들(V1, V2)을 사용하면서 정형 외과용 장치의 가상 표현(virtual representation)을 생성하는 단계;
e) 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하는 단계;
f) 입력에 기초하여 환자 파라미터들(P1, P2) 및/또는 장치 파라미터들(V1, V2) 중 적어도 하나를 수정하는 단계;
g) 정형 외과용 장치를 물리적 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법 및 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 대응 시스템에 관한 것이다.
정형 외과용 장치는 보조기(교정 및 예방)와 보철물(외 인공 삽입물 및 내 인공 삽입물)을 포함한다. 오늘날, 보철물은 대개 모듈식 시스템으로 조립된다. 표준화된 어댑터들에 의해 서로 고정되는, 상이한 베이스 요소들(예를 들어, 보철 소켓, 보철 발 또는 보철 손 및 보철 튜브)이 구성된다. 이러한 기술 구조 주변에는, 일반적으로 자연적인 다리 또는 팔을 최대한 모방하는 성형 장치가 만들어진다. 이와 관련하여, 자연적인 상태에 대해 가능할뿐만 아니라 환자 보조기기의 외관을 적응시킬 필요가 있다. 그럼에도 불구하고, 자연적인 손발과의 차이는 종종 숨겨질 수 없다. 그러므로 이러한 환자 보조기기를 환자 또는 착용자의 개별 요구 사항 또는 선호 사항에 적응시키려는 노력이 이루어지고 있다.
이러한 정형 외과용 장치의 예가 DE 20 2017 000 442 U1로부터 공지되어 있다.
또한 근래에는 내 인공 삽입물이 하나 이상의 의료 전문가에 의해 환자에게 개별적으로 적응된다. 이와 관련하여, 당연하게도 심미적 매칭은 맞춤화된 형태 및 기능보다 덜 중요하다. 패턴화된 표면은 기능적일 가능성이 높으며, 이에 따라 임베딩 동작이 향상될 수 있다.
적합한 정형 외과용 장치, 특히 컴퓨터 보조를 통한 정형 외과용 장치를 제조하는 것이 알려져 있다. 특히 보조기의 최종 제조에는, 컴퓨터 보조 방식이 점점 더 많이 수반되고 있다(US 2014/0180185 A1 참조). 따라서, 환자 보조기기를 나타내는 장치 파라미터들이 개인 선호 사항 및 기능적 세부 사항을 포함하는 고도로 개별적인 보조기를 제조하는 것이 일반적으로 가능하다. 그러나, 종래 기술에서, 정형 외과용 환자 보조기기의 모델의 생성은 종종 환자 및/또는 보조기의 제조를 관리하는 전문 인력, 예를 들어 공인 보철사/교정사, 정형 외과 전문의 또는 의사에 의해 제공되는 매우 적은 정보만을 고려한다. 따라서 관련 보조기를 추가적으로 맞춤화하고, 관련 시스템과 사람 간의 상호 작용을 개선할 필요가 있다.
동일한 사항이 예방 보조기(예방기, 보호기)에도 적용된다. 그러나, 이것들은 또한 예를 들어 접촉 스포츠, 익스트림 스포츠 유형 또는 모터 스포츠에서의 부상으로부터 보호하기 위해 의학적 이유로 착용될 수 있다. 특히, 미적 적응(맞춤화)은 (구매) 결정을 내릴 때 의학적으로 필수적이지 않은 장치에서 중요한 기준이될 수 있다. 이러한 예방 보조기들은 환자에게 또는 운동 중 부상 또는 외력 또는 과부하에 대비한 착용자에게 타겟화된 지원을 제공하기 위한 것이다. 예를 들어, 이것은 무릎 부상 후의 맞춤형 예방 보조기일 수 있으며, 이를 통해 재활 중 또는 운동 중에 있어서 무릎을 일정량 로드할 수 있다. 또한, 오토바이 운전자 또는 모터 레이싱 운전자를 위한 보호기로서 맞춤형 경추 보조기를 고려할 수 있으며, 이것은 충돌 또는 사고 시의 부상을 방지한다. 다른 예로는 아마추어 및 프로 분야에 있어서, 축구 선수, 아이스 하키 선수, 풋볼 및 라크로스 선수 등과 같은 접촉 스포츠인들을 위한 맞춤형 보호기들이 있다.
이러한 종래 기술로부터, 본 발명의 목적은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 특히, 바람직하게는 반복 프로세스에서, 고급 맞춤형 장치를 제조할 가능성이 제공되어야 한다. 또한, 해당 방법의 제공을 통해 대응하는 장치의 기능 및 수용 가능성이 향상되어야 한다.
본 발명은 청구항 1에 따른 컴퓨터 구현 방법을 제공함으로써 이 목적을 달성한다.
특히, 이 목적은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법에 의해 해결되며, 이 방법은,
a) 환자 데이터를 갖는 적어도 하나의 데이터 세트를 수신하는 단계;
b) 환자 데이터를 처리하여 환자 모델을 생성하는 단계;
c) 환자 모델을 사용하여 환자 파라미터들을 결정하는 단계;
d) 환자 파라미터들 및 장치 파라미터들을 사용하면서 정형 외과용 장치의 (가상) 표현(representation)을 생성하는 단계;
e) 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하는 단계;
f) 입력에 기초하여 환자 파라미터들 및/또는 장치 파라미터들 중 적어도 하나를 수정하는 단계;
g) 장치 파라미터들, 환자 파라미터들 및/또는 환자 파라미터들에 기초하여 생성된 정형 외과용 장치의 모델을 사용하여 정형 외과용 장치를 물리적 생성(physical creation)하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 일 개념은 환자 모델을 생성하기 위해, 예를 들어 단층 촬영기 또는 (광학) 스캐너에 의해 공급된 원시 데이터의 사용에 있다.
따라서, 원시 데이터를 얻기 위해, 광학 스캐닝 방법, 예를 들어 레이저 스캐너, 레이저-지원 스캐너 또는 구조적 광을 갖는 입체 광학 스캐너의 사용이 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 카메라, 특히 입체 광학 카메라 및/또는 단 하나의 렌즈 시스템을 갖는 카메라가 일련의 이미지로부터 디지털 3D 재구성을 위해 사용된다. 비-광학 스캔 방법을 사용하여 원시 데이터를 얻을 수도 있다. 이를 위해, CT 스캔 또는 MRI 스캔이 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 필요한 환자 데이터는 또한 예를 들어, 환자에 대한 테이프를 직접 측정하거나, 예를 들어 플래스터 네거티브(plaster negative)로서 환자 인상(impression)을 측정함으로써 수동으로 얻을 수도 있다. 캘리퍼, 룰 또는 자동화된 촉각 측정기와 같은 촉각 측정 가능성도 고려할 수 있다.
그런 다음 이러한 환자 모델을 사용하여 궁극적으로 장치의 최적 기능에 필요한 환자 파라미터들을 도출할 수 있다.
본 발명의 다른 개념은 장치의 제조에 있어서, 공인 보철사/교정사의 입력이든 또는 환자의 입력이든 관계없이, 사용자에 의한 입력을 고려하는 것이다. 적절한 입력은 기능 개선 및 환자 보조기기의 수용 가능성에 크게 기여할 수 있다.
정형 외과용 장치의 물리적 생성은 적어도 하나의 제조 머신, 특히 3D 프린터의 제어를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이 기술 분야에서는, 애더티브법(additive method)들이 바람직할 수 있으며, 그 결과 매우 안정적이고 저중량의 환자 보조기기를 제공하게 된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 예를 들어 CNC 밀링 머신을 사용하는 서브트랙티브법(subtractive method)이 또한 이용될 수 있다. 상이한 프린터들 및/또는 제조 머신들이 사용되는 조합 방법들도 고려할 수 있다.
본 발명의 다른 개념은 제조 프로세스의 최적화에 있다. 이것은 제조를 관리하는 공인 보철사/교정사와 관련 환자가 제조 과정에 가능한 한 밀접하게 관련되어 있음을 전제로 한다. 따라서, 본 발명은 환자 모델 및/또는 장치 및/또는 장치의 모델의 시각화를 제안한다.
그러나 본 발명에 따르면, 추가적으로 또는 대안적으로, 개별 환자 파라미터들 및/또는 장치 파라미터들이 또한 시각화될 수 있다. 이 목적을 위해, 관련 라벨이 있는 (간단한) 그래픽이 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 기술 분야에서 알려진 바와 같은, 그래픽으로 나타나는 측정 시트가 디스플레이될 수 있다.
시각화는 상호 작용식이거나 또는 정적인 것일 수 있다. 시각화는 2D 또는 3D 모델을 통해 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 환자 모델 및/또는 장치 모델의 인쇄는 예를 들어 종이 상의 2D 또는 3D 프린터 상의 3D에서 이루어진다.
일 실시예에서, 이 시각화는 가능한 가장 빠른 시점에 이루어진다. 일 실시예에서는, 환자 모델의 가상 표현이 생성되며, 여기서 정형 외과용 장치가 환자 모델과 함께 표현된다. 웹 서버를 사용하여 해당 표현이 이루어질 수 있다. 따라서, 이미지 또는 3D 데이터가 웹 브라우저를 통해 시각화될 수 있다. 다른 실시예에서는, 환자 모델 및/또는 장치의 적절한 표현을 제공하기 위해, 로컬 프로그램이 사용자(공인 보철사/교정사 또는 환자)의 컴퓨터에 설치될 수 있다.
일 실시예에서는, 시각화가 의료인 사용자 및/또는 환자 모두에게 디스플레이될 수 있다. 정형 외과용 장치의 수용 가능성 수준 증가를 위해, 이것은 도움이 되며, 특히, 사용자가 정형 외과용 장치의 시각화를 3D, 예를 들어 웹 브라우저와 같은 일반적으로 접근 가능한 시스템으로 또는 2D, 예를 들어 PDF 파일 또는 JPG 이미지와 같은 일반적으로 판독 가능한 형식으로 사용자에게 이용 가능한 경우에 그러하다.
프로그램 또는 웹 브라우저를 사용하여 사용자(들)로부터 입력을 받을 수도 있다. 일 실시예에서는, 가상 장치의 표현이 환자 모델에 맞춰 정렬된다. 이러한 정렬 프로세스는 자동화 또는 부분 자동화 방식으로 수행될 수 있다. 본 방법의 사용자는 이러한 표현을 사용하여, 환자 모델 또는 환자 파라미터들에 대해 필요한 적응 사항들을 도출할 수 있다. 환자 모델에서 직접적으로 또는 환자 파라미터들에서 간접적으로 관련 적응들이 이루어질 수 있다. 또한, 장치 파라미터들은 사용자에 의해 적응될 수 있으며, 여기서 사용자는 가상 표현에 의해서 자신의 선택이 지원된다.
환자 파라미터들은 목 둘레, 환자 체중, 하나 이상의 각도, 예를 들어 발 각도, 어깨 폭뿐만 아니라 어댑터(adapter)의 위치를 규정하는 파라미터들을 포함할 수 있다. 장치 파라미터들은 또한 적어도 하나의 설계 파라미터 및/또는 적어도 하나의 기능 파라미터 및/또는 적어도 하나의 설계 파라미터, 예를 들어 정형 외과 환자 보조기기의 색상, 또는 사용된 패턴을 포함할 수 있다. 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 사용자로부터의 적어도 하나의 입력의 수신은 제 1 사용자, 예를 들어 공인 보철사/교정사로부터의 적어도 하나의 제 1 입력의 수신을 포함할 수 있으며, 일 실시예에서, 환자 모델 및/또는 적어도 하나의 환자 파라미터는 제 1 사용자의 입력에 기초하여 발생한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 제 1 사용자, 특히 공인 보철사/교정사와의 상호 작용을 가능하게 한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 수신은 적어도 하나의 제 2 사용자, 예를 들어 환자로부터의 적어도 하나의 제 2 입력의 수신을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 적어도 하나의 장치 파라미터의 수정이 제 2 사용자의 입력에 기초하여 이루어진다. 특히, 제 1 및 제 2 사용자가 입력하는 구성에서, 본 발명에 따른 방법은 이러한 입력의 동기화를 가능하게 하며, 이에 따라 모든 수정 제안들이 고려된다.
일 실시예에서, 본 방법은 제 1 및/또는 제 2 사용자의 인증을 수행하며, 이에 따라 관련 파라미터들에 대한 무단의 또는 원치 않는 변경이 발생할 수 없다. 바람직하게는, 예를 들어, 그 사용자가 처리할 수 있는 복수의 장치를 제 1 사용자에게 할당하는 인증 데이터베이스가 구현된다. 예를 들어, 이러한 인증은 제 1 사용자가 그 장치를 본래 주문했다는 사실을 기반으로 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 인증 데이터베이스는 제 2 사용자에 의해 어떤 파라미터들, 특히 어떤 장치 파라미터들이 수정될 수 있는지를 규정할 수 있다. 제 2 사용자가 환자인 경우, 제 2 사용자가 기능적으로 관련된 파라미터들을 변경하는 것을 방지하는 제한 사항들이 구현될 수 있다. 오히려, 제 2 사용자는 예를 들어 환자 보조기기의 외관 입력과 같은 장치 파라미터 수정을 전적으로 수행하는 것이 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 인증 데이터베이스는 또한 동일한 유형의 특정 사용자들, 예를 들어 공인 보철사/교정사 또는 의사에게 특정 인증 레벨을 할당하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 본 설명된 방법에 따라 복수의 정형 외과용 장치를 이미 수행했거나 시스템에서 전문가로 표시된 공인 보철사/교정사는 복수의 파라미터들에 접근할 수 있다(전문가 모드).
일 실시예에서, 환자 데이터는 제 2 사용자 또는 환자의 접촉 데이터를 추가로 포함한다. 본 방법은 환자에게 입력 또는 전술한 입력들을 수행하도록 프롬프트하는 메시지를 환자에게 전자적으로 전송하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 메시지는 사용자가 대응하는 입력 마스크에 접근할 수 있게 하는 URL을 포함한다. 대안적으로 그리고 추가적으로, 사용자 인식 및/또는 패스워드가 포함될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 환자 데이터가 환자를 인증하는데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 환자는 자신을 성공적으로 인증할 수 있을 경우에만 입력을 행할 수 있다.
도입부에서 언급된 목적은 명령어들이 적어도 하나의 컴퓨터 유닛에서 수행될 때 이미 설명된 방법들 중 하나를 구현하는 명령어들을 갖는 컴퓨터 판독 가능 메모리 기억 장치에 의해 추가로 달성된다.
유사한 이점들이 본 방법과 관련하여 설명된 것들에 대해 발생한다.
또한, 이 목적은 바람직하게는 본 방법과 관련하여 설명된 단계들 중 적어도 일부를 수행하는 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 시스템에 의해서 달성된다.
일 실시예에서, 본 시스템은,
설계 서버를 구비하며, 이 설계 서버는,
- 환자 데이터를 갖는 데이터 레코드를 수신하기 위한 적어도 하나의 디지털 인터페이스;
- 환자 데이터 및 트레이닝 데이터에 기초하여 환자 모델을 생성하기 위한 트레이닝 데이터를 갖는 적어도 하나의 데이터베이스;
- 정형 외과용 장치의 3D 데이터를 생성하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터 유닛; 및
- 그 장치의 가상 표현의 형태로 3D 데이터를 디스플레이하고 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하도록 구성되는 시각화 장치, 특히 웹 서버를 포함하며,
여기서 컴퓨터 유닛은 그 입력을 사용하여,
a) 장치 파라미터들 및/또는 환자 파라미터들을 수정하고, 또한
b) 장치 파라미터들 및 상기 환자 파라미터들에 기초하여, 정형 외과용 장치의 물리적 생성을 위한 제조 데이터를 생성한다.
본 시스템은 또한 본 방법과 관련하여 이미 설명된 것과 유사하거나 동일한 이점들을 생성한다.
이제 본 발명에 대하여 도면에 도시된 몇몇 예시적인 실시예들을 사용하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 시스템의 개별 컴포넌트들이다.
도 2는 도 1의 제조 서버의 요소들이다.
도 3은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 개별 방법 단계들이다.
도 4는 본 발명에 따라 획득되는 발 보철물의 예이다.
도 5는 도 4의 발 보철물에 대한 본 발명에 따른 시각화이다.
이하의 설명에서, 동일하고 유사하게 작용하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용될 것이다.
도 2는 도 1의 제조 서버의 요소들이다.
도 3은 정형 외과용 장치를 제조하기 위한 개별 방법 단계들이다.
도 4는 본 발명에 따라 획득되는 발 보철물의 예이다.
도 5는 도 4의 발 보철물에 대한 본 발명에 따른 시각화이다.
이하의 설명에서, 동일하고 유사하게 작용하는 부분에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제조 방법 과정에서 서로 통신하는 일부 컴포넌트들을 도시한 것이다. 이것은 CPO 컴퓨터(10), 환자 컴퓨터(100), 제조 서버(50) 및 설계 서버(20)를 포함한다. 이들 컴포넌트들 모두는 설명된 예시적인 실시예에서 인터넷(1)을 통해 서로 연결된 네트워크를 통해 통신할 수 있다.
CPO 컴퓨터(10)는 환자의 표면 구조를 획득하기 위한 광학 스캐너(12)를 포함한다. 이것은 원시 데이터(ScanData)를 생성한다.
설명된 예시적인 실시예에서, 제조 서버(50)는 3D 프린터(52)를 구비하며, 따라서 필요한 데이터가 설계 서버(20)에 의해 제공되기만 한다면, 임의의 원하는 보조기를 제조할 수 있다.
이제 설계 서버(20)의 개별 컴포넌트들에 대하여 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다. 설계 서버(20)는 후술하는 방법을 적어도 부분적으로 구현하는 컴퓨터 유닛(24)을 구비한다. 또한, 이미 설명된 CPO 컴퓨터(10) 및 환자 컴퓨터(100)와 통신하기 위한 설계 인터페이스(23)가 제공된다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 이 통신은 웹 서버(40)를 통해 이루어지며, 이에 따라 컴퓨터들(10, 100)은 설계 서버(20)와 통신하기 위해 그들 자신의 소프트웨어가 필요하지 않다. 따라서, 설계 서버(20)에 의해 제공되는 서비스들은 웹 브라우저를 통해 액세스될 수 있다.
또한, 데이터베이스(25)가 제공된다. 이 데이터베이스(25)는 설계 서버(20)가 보조기의 모델들을 생성할 수 있도록 하기 위해 필요한 모델 데이터를 제공할 수 있다. 또한, 개별 환자 모델을 만들 수 있게 하는 템플릿들 또는 파라미터들이 데이터베이스(25)에 저장될 수 있다. 데이터베이스(25)는 설계 서버(20), 특히 이에 의해 제공되는 서비스들에 대한 액세스를 관리하기 위한 인증 정보를 더 포함할 수 있다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 설계 서버(20)는 CPO 컴퓨터(10)에 의해 공인 보철사/교정사에 의해 획득된 원시 데이터를 수신한다. 이 원시 데이터(ScanData)는 예를 들어 DICOM 포맷으로 제공될 수 있다. 전처리 단계(210)에서, 환자의 표면 네트워크(MeshData) 및 뼈 데이터(SkelData)가 원시 데이터로부터 획득된다. 표면 네트워크(MeshData - Mesh -)는 예를 들어 STL 포맷의 삼각 네트워크(triangular network)로서 생성될 수 있다. 표면 네트워크(MeshData)를 얻기 위해, 원시 데이터(ScanData)로부터 표면 포인트들이 추출되고, 획득된 포인트 클라우드(point cloud)가 해당 네트워크에 임베드된다.
뼈 데이터(SkelData)의 경우, 본 발명에 따라 삼각 네트워크로서의 모델링이 또한 가능하다. 그러나, 바람직하게는, 관절들 및 관절 연결들은 예를 들어 벡터에 의해 모델링되며 적절한 데이터 구조에 포함된다. 또한, 각 관절에 대해, 회전 및/또는 병진 이동들에 관한 일반적인 자유도가 저장된다.
표면 네트워크(MeshData) 및 뼈 데이터(SkelData)는 후속의 데이터 검증 및 최적화 단계 220에서 최적화 및 검증될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 데이터의 디스플레이가 단계 220에서 수행되며, 여기서 보정들이 자동으로 수행되거나 또는 컴퓨터 보조로 수행된다. 보정 사항들을 기반으로, 보정된 표면 네트워크(MeshData)의 결과가 만들어진다. 보정은 미리 정의된, 가능하게는 표준화된 정렬에 따른 뼈 데이터(SkelData)의 정렬을 포함할 수 있으며, 여기서 보정된 표면 네트워크(MeshData)는 뼈 데이터(SkelData)의 정렬에 따라 변형된다.
보정된 표면 네트워크(MeshData') 및 뼈 데이터(SkelData)는 환자 파라미터 추출 단계 240에서 처리된다. 바람직하게는, 이 단계 240에서는, 데이터베이스(25)의 도움으로, 환자 모델이 획득된다. 이 환자 모델에 기초하여, 환자 파라미터들(P1, P2)이 도출된다. 이들 환자 파라미터들(P1, P2)은 보조기 모델을 생성하기 위해 보조기 모델 생성 단계 260에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 보조기의 파라미터들을 제공하는 일부 장치 파라미터들(V1, V2)은 이미 이용 가능할 수 있다. 보조기 모델 및 가능하게는 환자 모델은 시각화 단계 220에서 시각화될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 시각화는 일부 파라미터들, 예를 들어 장치 파라미터(V1) 및 환자 파라미터(P2)를 적응시키기 위해 사용될 수 있다. 해당 적응은 공인 보철사/교정사 또는 관련이 있는 경우 환자에 의해서 수행될 수 있다. 적응은 하나의 단계 또는 개별 단계들에서 수행될 수 있다. 파라미터들의 변경 후, 새로운 보조기 모델 생성 단계 260에서는, 예를 들어 수정된 장치 파라미터(V1') 및 수정된 환자 파라미터(P2')를 사용하여, 업데이트된 보조기 모델이 생성될 수 있다. 이로 인해, 갱신된 시각화 단계 280 이후에 사용자의 승인이 이루어지면 보조기 모델 데이터(OrthData)가 보조기 제조 단계 290을 개시하기 위해 제조 서버(50)로 전달된다.
하나의 예시적인 실시예에서, 데이터 검증 및 최적화 단계 220은 예를 들어 특정 표준화된 사양에 따른, 정렬 보정을 포함한다.
스캔의 위치를 보정하기 위해서는, 표면 네트워크(MeshData)와 뼈 데이터(SkelData)가 필요하다. 뼈 데이터(SkelData)는 설명된 바와 같이, 획득된 객체의 내부에 그리고 이에 따라 표면 네트워크(MeshData) 내에 있는 단순화된 뼈 프레임워크일 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서는, 뼈 데이터(SkelData)와 표면 네트워크(MeshData) 사이의 상호 작용을 모델링하는 데이터가 이용될 수 있다.
예를 들어, 벡터들이 표면 네트워크 내의 거리 또는 지지 부위들을 규정할 수 있다. 해당 벡터들은 데이터베이스(25)에 저장된 템플릿들에 기초하여 얻어질 수 있다.
정렬 보정을 위한 뼈들의 움직임은 모델링된 3D 객체의 변형을 일으키며 이에 따라 보정된 표면 네트워크를 발생시킨다.
본 발명에 따르면, 해부학적 상태들이 고려될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서는, 템플릿을 사용하여, 뼈 데이터(SkelData)가, 획득된 표면 네트워크에 적응되며, 가장 현실적인 가능한 변형을 모델링할 수 있도록 추가 프로세스 단계들에 의해 개선된다. 결과적으로 보정된 표면 네트워크(MeshData')는 환자 파라미터들을 추출하는데 사용될 수 있다.
예를 들어, 환자 맞춤형 발목-발 보조기(ankle-foot orthosis, AFO)를 제조할 시에, 하부 다리 스캔이 검사될 수 있다. 본 발명에 따르면, 단계 220에서, 스캔 또는 관련 원시 데이터(ScanData)가 보정된 위치로 될 수 있다. 이를 위해, 제 1 단계에서, 발의 배향이 식별되고 정의된 배향으로 된다.
스캔하는 동안 위치를 평가할 수 있도록 하기 위해, 뼈 모델의 각도들(뼈 데이터(SkelData))을 추가 생체 축들 및 평면들과 함께 조사한다. 이 각도들이 선택된 측정치로부터 벗어나는 경우, 뼈 데이터(SkelData)가 적응/정렬되며, 이에 따라 스캔도 변경된다(보정된 표면 네트워크(MeshData)).
본 발명에 따르면, 예를 들어 다음의 단계들이 수행된다:
- 뼈 데이터(SkelData) 및 표면 데이터(MeshData)에 기초하여 환자 모델을 생성하는 단계;
- 환자 모델에서 발을 찾아내는 단계;
- 기존 데이터를 사용하여 지지 평면을 결정하는 단계;
- 지지 평면이 가상 베이스 표면에 평행하게 배향될 때까지까지(예를 들어 발목 주위의 회전) 뼈 데이터(SkelData)에 기초하여 모델을 수정하는 단계(제 1 정렬 보정);
- 무릎 관절의 각도가 미리 결정된 값을 가질 때까지 모델을 수정하는 단계(제 2 정렬 보정);
- 제 1 및 제 2 정렬 보정에 기초하여 표면 데이터(MeshData)를 수정함으로써 보정된 표면 데이터(MeshData')를 획득하는 단계.
전술한 정렬 보정은 환자 데이터의 추출을 가능하게 하거나 결과를 상당히 개선시킬 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 환자 파라미터 추출 단계 240은 이하의 방식을 따른다.
예를 들어, 환자 맞춤형 발목-발 보조기(AFO)의 구성을 위해, 발 및 하부 다리의 상이한 길이 및 둘레 측정치들(환자 파라미터들)이 필요하다. 원시 데이터(ScanData)에서 이들을 추출하기 위해, 다음과 같이 진행될 수 있다:
환자의 표면 데이터(MeshData)가 정렬되어 레퍼런스 시스템으로 보내지며 이로부터 스캔의 어느 부분이 발을 나타내고 어느 부분이 다리를 나타내는지가 결정될 수 있다. 그 후에 단순화된 발 모델이 표면 데이터(MeshData)에 배치된다.
가능하게는 데이터베이스(25)에 저장될 수 있는 이러한 발 모델은 알려져 있으며, 그것의 자유도(예를 들어, 서브 컴포넌트들의 길이, 스케일링, 회전 등)에 기초하여 수정될 수 있다.
최적화 프로세스에서, 발 모델의 자유도들은 MeshData와 발 모델의 상관 관계가 최적화될 때까지(가능한 가장 작은 편차로), 표면 데이터(MeshData)에 적응된다. 예시적인 실시예에서, 이 프로세스는 측정치들의 추출에 사용되는 SPM(Significant Points Model)에 따라 계속된다.
SPM은 그 사이에서 측정치들이 추출되는 평면들 및 포인트들로 구성된다. SPM의 측정치 추출 포인트들은 표면 데이터(MeshData) 또는 보정된 표면 데이터(MeshData')에 투영된다. 이것은 측정 유형에 따라 다르게 이루어진다. 둘레 측정에서는 단면 평면이 필요하지만 길이 측정에서는 포인트들만이 필요하다.
이러한 투영 포인트들 사이 또는 단면 평면들을 따라 치수들이 추출된다. 예를 들어, 이들은 측정 시트에 입력될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 시각화 단계 220은 보조기의 3D 이미지의 생성을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 환자 데이터의 시각화를 위해, 도 5에 도시된 것과 유사하거나 동일한 측정 시트가 디스플레이 및/또는 인쇄된다.
보조기 제조를 위한 제조 방법 및 시스템이 상술되었다. 본 발명의 본질적인 특징들을 사용할 경우, 보철물, 예를 들어 도 4에 도시된 발 보철물도 어려움없이 생성될 수 있다.
동일한 방법을 이용한 내 인공 삽입물들 또는 예방 보조기들(재활 및 스포츠용 보호기들)의 제조가 또한 고려될 수 있다.
1 인터넷
10 CPO 컴퓨터
12 스캐너
20 설계 서버
23 설계 서버 인터페이스
24 컴퓨터 유닛
25 데이터베이스
40 웹 서버
50 제조 서버
52 3D 프린팅
100 환자 컴퓨터
210 전처리(예를 들면, 뼈 데이터 추출)
220 데이터 검증 및 최적화
240 환자 파라미터 추출
260 보조기 모델 생성
280 시각화
290 보조기 제조
ScanData 원시 데이터
MeshData 표면 네트워크
MeshData' 보정된 표면 네트워크
OrthData 3D 보조기 모델 데이터
SkelData 뼈 데이터
P1, P2, P2' 환자 파라미터들
V1, V2, V1' 보조기 파라미터들
10 CPO 컴퓨터
12 스캐너
20 설계 서버
23 설계 서버 인터페이스
24 컴퓨터 유닛
25 데이터베이스
40 웹 서버
50 제조 서버
52 3D 프린팅
100 환자 컴퓨터
210 전처리(예를 들면, 뼈 데이터 추출)
220 데이터 검증 및 최적화
240 환자 파라미터 추출
260 보조기 모델 생성
280 시각화
290 보조기 제조
ScanData 원시 데이터
MeshData 표면 네트워크
MeshData' 보정된 표면 네트워크
OrthData 3D 보조기 모델 데이터
SkelData 뼈 데이터
P1, P2, P2' 환자 파라미터들
V1, V2, V1' 보조기 파라미터들
Claims (12)
- 정형 외과용 장치, 특히 보조기 또는 보철물을 제조하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
a) 환자 데이터(ScanData)를 갖는 적어도 하나의 데이터 세트를 수신하는 단계;
b) 상기 환자 데이터(ScanData)를 처리하여 환자 모델을 생성하는 단계;
c) 상기 환자 모델을 사용하여 환자 파라미터들(P1, P2)을 결정하는 단계;
d) 상기 환자 파라미터들(P1, P2) 및 장치 파라미터들(V1, V2)을 사용하면서 상기 정형 외과용 장치의 가상 표현(virtual representation)을 생성하는 단계;
e) 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하는 단계;
f) 상기 입력에 기초하여 상기 환자 파라미터들(P1, P2) 및/또는 장치 파라미터들(V1, V2) 중 적어도 하나를 수정하는 단계;
g) 상기 장치 파라미터들(V1, V2), 환자 파라미터들(P1, P2) 및/또는 상기 환자 파라미터들에 기초하여 생성된 상기 정형 외과용 장치의 모델(OrthData)을 사용하여 상기 정형 외과용 장치를 물리적 생성(physical creation)하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 단계 f)는 적어도 하나의 제조 머신(50), 특히 적어도 하나의 3D 프린터의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
단계 d1)에서 상기 환자 모델의 가상 표현이 생성되며, 상기 단계 d)에서 상기 정형 외과용 장치는 특히 웹 서버를 사용하여, 상기 환자 모델과 함께 표현되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
단계 d2)에서 상기 환자 모델의 상기 가상 표현(MeshData)이 상기 정형 외과용 장치의 상기 가상 표현에 대해 정렬되는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환자 파라미터들(P1, P2)은 목 둘레, 어깨 폭을 규정하는 파라미터들을 포함하고/하거나, 상기 장치 파라미터들(V1, V2)은 적어도 하나의 설계 파라미터 및/또는 적어도 하나의 기능 파라미터, 예를 들어 재료 두께, 가요성 및/또는 적어도 하나의 설계 파라미터, 예를 들어 상기 정형 외과용 장치의 색상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 사용자, 특히 의사 또는 공인 보철사/교정사로부터의 적어도 하나의 제 1 입력의 수신하고, 상기 제 1 사용자의 상기 입력에 기초하여 상기 환자 모델 및/또는 적어도 하나의 환자 파라미터(P1, P2)를 수정하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 사용자, 특히 환자로부터 적어도 하나의 제 2 입력의 수신하고, 상기 제 2 사용자의 상기 입력에 기초하여 적어도 하나의 장치 파라미터(V1, V2)를 수정하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
i. 상기 제 1 사용자의 상기 입력을 수신하기 전에 상기 제 1 사용자를 인증하고 및/또는
ii. 상기 제 1 사용자의 상기 제 2 입력을 수신하기 전에 상기 제 2 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 제 7 항에 따르는 방법으로서,
상기 제 2 사용자에 의해서 상기 장치 파라미터들 중의 어떤 장치 파라미터가 보정 가능한지에 대하여 인증 데이터베이스에서 검색되고, 상기 인증 데이터베이스에 따라 상기 제 2 사용자에 의해 보정 가능한 수정을 위한 장치 파라미터들(V1, V2)만을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 환자 데이터(ScanData)는 환자의 접촉 데이터를 포함하며, 상기 방법은,
i. 상기 접촉 데이터를 사용하여 상기 환자에게 [URL]과 함께 메시지를 전자적으로 송신하고;
ii. 상기 환자가 사용자, 특히 상기 제 2 사용자로서 적어도 하나의 입력을 수행할 수 있도록, 상기 접촉 데이터 및/또는 상기 환자 파라미터들을 사용하여 상기 환자를 인증하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법. - 명령어들이 적어도 하나의 컴퓨터 유닛에서 수행될 때 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 상기 명령어들을 갖는, 컴퓨터 판독 가능 메모리 기억 장치.
- 바람직하게는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들 중 적어도 일부가 구현되는, 정형 외과용 장치, 특히 보조기 또는 보철물을 제조하기 위한 시스템에 있어서,
설계 서버(20)로서,
- 환자 데이터(ScanData)를 갖는 데이터 레코드를 수신하기 위한 적어도 하나의 디지털 인터페이스(23);
- 상기 환자 데이터(ScanData) 및 트레이닝 데이터에 기초하여 환자 모델을 생성하기 위한 상기 트레이닝 데이터를 갖는 적어도 하나의 데이터베이스(25);
- 상기 정형 외과용 장치의 3D 데이터를 생성하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터 유닛; 및
- 그 장치의 (가상) 표현의 형태로 상기 3D 데이터를 디스플레이하고 적어도 하나의 사용자로부터 적어도 하나의 입력을 수신하도록 구성되는 시각화 장치, 특히 웹 서버(40)를 포함하는, 상기 설계 서버(20)를 구비하며,
상기 컴퓨터 유닛은 상기 입력을 사용하여
a) 장치 파라미터들(V1, V2) 및/또는 환자 파라미터들(P1, P2)을 수정하고, 또한
b) 상기 장치 파라미터들(V1, V2) 및 상기 환자 파라미터들(P1, P2)에 기초하여, 상기 정형 외과용 장치의 물리적 생성을 위한 제조 데이터를 생성하는,
시스템.
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