KR20210013384A - 수술위치 정보제공방법 및 수술위치 정보제공장치 - Google Patents

수술위치 정보제공방법 및 수술위치 정보제공장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술위치정보제공방법과 제공장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 뼈 또는 병변에 대한 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는, 자기공명영상분할 및 모델링단계; 상기 뼈 또는 병변에 대한 초음파분할이미지정보를 토대로 초음파영상 3차원모델링정보를 얻는, 초음파영상분할 및 모델링단계; 자기공명영상 3차원모델링정보와 초음파영상 3차원모델링정보를 정합하여 이미지정합정보를 얻는 정합단계; 및 이미지정합정보를 토대로 3차원시각화정보를 형성하는 시각화단계; 포함하므로, 수술위치 확인시 피폭량을 감축시켜주는 기술이 개시된다.

Description

수술위치 정보제공방법 및 수술위치 정보제공장치{Surgical Location Information Providing Method and Device Thereof}
본 발명은 수술위치 정보제공에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정형외과 수술과 같은 의료시술 중에 의사와 같은 이용자가 뼈의 형태와 수술이 계획된 수술위치를 정확하게 확인할 수 있도록 정보를 제공하는 기술에 관한 것이다.
골절 및 골종양수술 등과 같은 정형외과 수술에는 정확한 수술위치 확인 및 시술을 위해 방사선 촬영이 동반된다. X선과 같은 방사선 촬영은 투과성이 있으므로 신체 내부의 상태를 촬영하여 확인해 볼 수 있으므로 널리 이용되고 있다.
그러나 이러한 X선 과 같은 방서선 촬영에는 방사선 피폭의 위험이 있다. 따라서, X선 촬영시 환자와 의료진은 방사선 차폐복장을 착용하고 촬영하기도 한다. 하지만, 수술 또는 시술 중에 X 선을 이용하여 촬영하는 경우에는 방사선 피폭을 피하기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 방사선 피폭의 위험이 없으면서 뼈의 형태를 확인할 수 있으며, 아울러 수술 중에 계획된 수술위치를 의사가 파악할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1253115호
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정형외과 수술 중에 방사능 피폭의 위험성을 감축시키면서, 뼈의 형태를 의사가 정확히 파악할 수 있으며, 수술이 계획된 수술위치를 정확하게 확인 또는 파악할 수 있는 기술을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법은, 뼈 또는 병변에 대한 자기공명영상정보를 분할하여 얻어지는 자기공명영상 분할이미지정보를 토대로 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는, 자기공명영상분할 및 모델링단계; 상기 뼈 또는 병변에 대한 초음파영상정보를 분할하여 얻어지는 초음파분할이미지정보를 토대로 초음파영상 3차원모델링정보를 얻는, 초음파영상분할 및 모델링단계; 상기 자기공명영상 분할 모델링단계에서 얻어진 상기 자기공명영상 3차원모델링정보와 상기 초음파영상분할 모델링단계에서 얻어진 상기 초음파영상 3차원모델링정보를 정합시켜서 이미지정합정보를 얻는 정합단계; 및 이용자가 상기 뼈 또는 병변에서의 뼈의 형태 또는 계획된 수술위치를 확인할 수 있도록 상기 이미지정합정보를 토대로 3차원시각화정보를 형성하는 시각화단계;를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 자기공명영상 분할 모델링단계는, 상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 자기공명영상정보에서 상기 뼈 또는 병변 부분의 이미지를 분할해내어 상기 자기공명영상분할이미지정보를 얻는 자기공명영상 분할단계; 및 상기 자기공명영상 분할단계에서 분할되어 얻어진 상기 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 상기 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는 자기공명영상-모델링단계;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 자기공명영상 분할단계에서, 상기 자기공명영상분할이미지정보는 자기공명영상분할-인공신경망을 통해 상기 자기공명영상정보에서 상기 뼈 또는 병변 부분을 분할하여 얻어지는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
또한, 상기 초음파영상 분할 모델링단계는, 상기 뼈 또는 병변에 대한 초음파영상정보에서 상기 뼈 부분의 이미지를 분할해내어 상기 초음파분할이미지정보를 얻는 초음파영상 분할단계; 및 상기 초음파영상 분할단계에서 분할되어 얻어진 상기 초음파분할이미지정보를 토대로 하여 상기 초음파 3차원모델링정보를 얻는 초음파영상-모델링단계;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 초음파영상 분할단계에서, 상기 초음파분할이미지정보는 초음파영상분할-인공신경망을 통해 상기 초음파영상정보에서 뼈 부분을 분할하여 얻어지는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공장치는, 뼈 또는 병변에 관한 이종(異種)의 영상정보를 토대로 하여 얻어지는 분할이미지정보를 관리하는 데이터관리모듈; 상기 데이터관리모듈과 연결되고, 상기 데이터관리모듈로부터 전달받은 상기 분할이미지정보를 토대로 하여 이미지정합정보를 형성하는 정합모듈; 및 상기 정합모듈과 연결되고, 상기 정합모듈로부터 전달받은 상기 이미지정합정보를 토대로 하여 이용자가 환자의 뼈의 형태 또는 계획된 수술위치를 확인하기 위한 3차원 시각화정보를 형성하는 3차원시각화모듈;을 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 뼈 또는 병변에 관한 상기 이종(異種)의 영상정보는, 자기공명영상정보 및 초음파영상정보인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터관리모듈은, 상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 자기공명영상정보를 관리하는 자기공명영상관리부; 및 상기 자기공명영상정보를 자기공명영상분할-인공신경망을 통해 분할(segmentation)하여 얻어지는 상기 자기공명영상분할이미지정보를 관리하는 자기공명영상-분할이미지관리부;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 데이터관리모듈은, 상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 초음파영상정보를 관리하는 초음파영상관리부; 및 상기 초음파영상정보를 초음파영상분할-인공신경망을 통해 분할(segmentation)하여 얻어지는 상기 초음파분할이미지정보를 관리하는 초음파영상-분할이미지관리부;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터관리모듈은, AHRS센서 또는 위치센서와 연결되며, 상기 AHRS센서 또는 상기 위치센서로부터 얻어지는 센싱정보를 전달받아 관리하는 센서관리부;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 정합모듈은, 상기 데이터관리모듈로부터 전달받은 상기 초음파분할이미지정보 또는 상기 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 하여 3차원모델링을 하기 위한 3차원 좌표를 산출하는 3차원 좌표 산출부; 및 상기 3차원 좌표 산출부에서 3차원 좌표를 산출하여 얻어지는 3차원모델링정보인 초음파뼈모델링정보, 자기공명영상병변모델링정보 및 자기공명영상뼈모델링정보를 정합하여 이미지정합정보를 얻는 이미지정합부;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 수술위치 정보제공방법과 수술위치 정보제공장치는 정형외과 수술시 초음파 진단장치를 이용하여 수술이 이루어져야 하는 정확한 수술위치를 의사와 같은 이용자가 정확하게 파악할 수 있으므로 시술의 정확성이 확보될 수 있으며, 방사선 촬영이 요구되지 않으므로 의사와 환자의 방사선 피폭의 위험을 대폭 감축시켜줄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 실행할 수 있는 수술위치 정보제공장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법에서 자기공명영상을 기반으로 한 3차원모델과 초음파영상을 기반으로 한3차원모델을 정합하기 전과 정합된 후의 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법에 따라 초음파 진단기구의 프로브를 조작하면서 위치 및 자세 정보를 바탕으로 수술위치와 현재위치를 비교할 수 있는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
먼저, 설명 및 이해의 편의를 돕고자 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 실행할 수 있는 수술위치정보 제공장치에 대하여 설명한 후에 도 2를 더 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 구현할 수 있는 수술위치정보 제공장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공장치는 데이터관리모듈(300), 정합모듈(200) 및 시각화모듈(100)을 포함한다.
데이터관리모듈(300)은 환자 신체상의 뼈 또는 병변에 관한 이종(異種)의 영상정보로부터 얻어지는 분할이미지정보와 3차원모델링정보를 관리한다.
여기서, 뼈 또는 병변에 관한 이종(異種)의 영상정보는 동일한 신체부위 상의 뼈 또는 병변에 대하여 얻은 서로 다른 종류의 영상정보를 말한다. 이러한 이종의 영상정보의 바람직한 예로서 자기공명영상(Magnetic Resonance Image)정보와 초음파영상정보를 들을 수 있다.
본 실시 예 에서는 이종의 영상정보로서 자기공명영상정보와 초음파영상정보를 예로 들어 설명한다. 참고로 자기공명영상정보와 초음파영상정보를 이종의 영상정보의 예로 들어서 설명하지만, 이러한 영상정보의 종류나 형태에만 국한되는 것은 아니다.
데이터관리모듈(300)은 환자 신체상의 뼈 또는 병변에 관한 자기공명영상정보와 초음파영상정보로부터 얻어지는 분할이미지정보와 3차원모델링정보를 관리한다.
자기공명영상정보는 자기공명영상장치를 이용하여 뼈 또는 병변에 대하여 촬영하여 얻어지는 영상정보를 말한다. 그리고, 초음파영상정보는 초음파진단장치를 이용하여 환자의 뼈에 대하여 촬영하여 얻어지는 영상정보를 말한다.
그리고 분할이미지정보에는 자기공명영상정보로부터 얻어지는 자기공명영상분할이미지정보와 초음파영상정보로부터 얻어지는 초음파영상분할이미지정보가 있다.
여기서, 자기공명영상분할이미지정보는 자기공명영상뼈분할이미지정보와 자기공명영상병변분할이미지정보를 총칭한 것이다. 자기공명영상뼈분할이미지정보는 자기공명영상정보에서 뼈 부분을 분할해낸 이미지정보이며, 자기공명영상병변분할이미지정보는 자기공명영상정보에서 병변 부분을 분할해낸 이미지정보를 말한다.
그리고, 초음파영상분할이미지정보는 초음파영상정보에서 뼈에 대한 부분을 분할해낸 이미지정보를 말한다.
3차원모델링정보에는 자기공명영상분할이미지정보로부터 얻어지는 자기공명영상3차원모델링정보인 자기공명영상뼈모델링정보 또는 자기공명영상병변모델링정보가 있으며, 초음파영상뼈분할이미지정보로부터 얻어지는 초음파영상 3차원모델링정보인 초음파뼈모델링정보가 있다.
자기공명영상뼈모델링정보는 자기공명영상뼈분할이미지정보를 토대로 3차원으로 모델링한 정보를 말하며, 자기공명영상병변모델링정보는 자기공명영상병변분할이미지정보를 토대로 하여 3차원으로 모델링한 정보를 말한다.
아울러, 초음파영상3차원모델링정보인 초음파뼈모델링정보는 초음파영상분할이미지정보를 토대로 3차원으로 모델링한 정보를 말한다.
이러한 데이터관리모듈(300)에는 자기공명영상관리부(311), 자기공명영상-분할이미지관리부(315), 초음파영상관리부(321), 초음파영상-분할이미지관리부(325)와 센서관리부(330)가 포함되는 것이 바람직하다.
자기공명영상관리부(311)는 뼈 또는 병변에 대한 자기공명영상정보를 관리한다. 이를 위해 자기공명영상관리부(311)는 자기공명영상정보가 저장된 데이터베이스(410)와 연결되어 있으며, 데이터베이스(410)에 저장된 자기공명영상정보를 관리한다.
자기공명영상-분할이미지관리부(315)는 자기공명영상정보에서 뼈 또는 병변 부분을 분할(segmentation)하여 얻어지는 자기공명영상분할이미지정보를 관리한다.
여기서, 자기공명영상분할이미지정보는 자기공명영상분할-인공신경망(350)을 통해 얻어질 수 있다. 즉, 도면에서 참조되는 바와 같이, 자기공명영상분할-인공신경망(350)은 자기공명영상관리부(311)와 연결되어 있다.
그리고 자기공명영상분할-인공신경망(350)은 자기공명영상관리부(311)로부터 전달된 자기공명영상정보에서 뼈 또는 병변 부분을 분할해내어 자기공명영상분할이미지정보를 얻는다.
자기공명영상분할-인공신경망(350)은 자기공명영상-분할이미지관리부(315)와도 연결되어 있다. 자기공명영상-분할이미지관리부(315)는 자기공명영상분할-인공신경망(350)을 통해 얻어진 자기공명영상분할이미지정보를 자기공명영상분할-인공신경망(350)부터 전달받아서 관리한다.
참고로, 도 1에 나타낸 블록도에서는 자기공명영상분할-인공신경망(350)이 데이터관리모듈(300)에 포함되지 않는 것을 예시적으로 도시하였으나, 자기공명영상 분할이미지정보를 얻기 위한 자기공명영상분할-인공신경망(350)이 데이터관리모듈(300) 내에 포함되어 있는 실시 형태 또한 충분히 가능하다.
초음파영상관리부(321)는 뼈에 대한 초음파영상정보를 관리한다. 이를 위해 초음파영상관리부(321)는 초음파진단장치(420)와 연결되어 있으며, 초음파진단장치(420)에서 얻어진 초음파영상정보를 초음파진단장치(420)로부터 전달받아서 관리한다.
초음파영상-분할이미지관리부(325)는 초음파영상정보에서 뼈 부분을 분할하여 얻어지는 초음파분할이미지정보를 관리한다.
여기서, 초음파분할이미지정보는 초음파영상분할-인공신경망(360)을 통해 얻어질 수 있다.
즉, 도 1에서 참조되는 바와 같이, 초음파영상분할-인공신경망(360)은 초음파영상관리부(321)와 연결되어 있다. 그리고 초음파영상분할-인공신경망(360)은 초음파영상관리부(321)로부터 전달되는 초음파영상정보에서 뼈 부분을 분할해내어 초음파분할이미지정보를 얻는다.
초음파영상분할-인공신경망(360)은 초음파영상-분할이미지관리부(325)와도 연결되어 있다. 초음파영상-분할이미지관리부(325)는 초음파영상분할-인공신경망(360)을 통해 얻어진 초음파분할이미지정보를 초음파영상분할-인공신경망(360)부터 전달받아서 관리한다.
참고로, 도 1에 나타낸 블록도에서는 초음파영상분할-인공신경망(360)이 데이터관리모듈(300)에 포함되지 않는 것을 예시적으로 도시하였으나, 초음파분할이미지정보를 얻기 위한 초음파영상분할-인공신경망(360)이 데이터관리모듈(300) 내에 포함되어 있는 실시 형태 또한 충분히 가능하다.
그리고, 데이터관리모듈(300)에는 센서관리부(330)가 포함되어 있다. 센서관리부(300)는 AHRS(Attitude Heading Reference System)센서(430) 또는 위치센서(440)와 연결되며, AHRS센서(430) 또는 위치센서(440)로부터 얻어지는 센싱정보를 전달받아 관리한다.
AHRS센서(430) 또는 위치센서(440)는 초음파진단장치(420)에 마련되어 있는 것도 바람직하다.
이와 같이 AHRS센서(430)와 위치센서(440)가 마련된 초음파진단장치(420)에 관련하여서는 본 발명의 출원인이 특허출원한 대한민국 특허출원 제10-2019-0039737호에 설명되어 있으며, 대한민국 특허출원 제10-2019-0039737호의 내용을 본 발명의 명세서에 포함시키기로 한다.
AHRS센서(430) 또는 위치센서(440)가 센싱하여 얻은 센싱정보는 정합모듈(200)의 3차원좌표산출부(210)에서 초음파분할이미지의 3차원좌표 산출에 이용된다.
정합모듈(200)은 데이터관리모듈(300)과 연결되고, 데이터관리모듈(300)로부터 전달받은 분할이미지정보 즉, 자기공명영상분할이미지정보와 초음파분할이미지정보를 토대로 하여 3차원 모델링을 하고 정합하여 이미지정합정보를 형성한다.
이러한 정합모듈(200)은 3차원좌표산출부(210) 및 이미지정합부(220)를 포함한다.
3차원 좌표 산출부(210)는 데이터관리모듈(300)로부터 전달받은 초음파영상 분할이미지정보 또는 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 하여 3차원모델링을 하기 위한 3차원 좌표를 산출한다. 산출된 3차원좌표를 통해 3차원모델링이 이루어진 초음파뼈모델링정보, 자기공명영상뼈모델링정보 또는 자기공명영상병변모델링정보를 얻는다.
참고로 여기서, 자기공명영상분할이미지정보의 경우, 자기공명영상은 시상면, 관상면, 수평면으로 촬영된 여러 장의 이미지 각각에 대하여 자기공명영상 촬영장치 자체의 좌표계를 기준으로 하는 상대 좌표를 가지고 있으므로 이러한 상대 좌표를 이용하여 3차원모델링이 가능하다. 따라서, 이러한 상대 좌표를 이용하여 자기공명영상분할이미지정보로부터 자기공명영상3차원모델링정보를 얻을 수도 있다.
3차원 좌표 산출부(210)에서 얻어진 초음파뼈모델링정보, 자기공명영상뼈모델링정보와 자기공명영상병변모델링정보는 이미지정합부(220)으로 전달된다.
이미지정합부(220)는 3차원 좌표 산출부(210)에서 3차원 좌표를 산출하여 얻어지는 3차원모델링정보인 초음파뼈모델링정보 그리고 자기공명영상병변모델링정보 및 자기공명영상뼈모델링정보를 정합하여 이미지정합정보를 얻는다.
이와 같이 정합모듈(200)에서 얻어진 이미지정합정보는 3차원시각화모듈(100)로 전달된다.
3차원시각화모듈(100)은 정합모듈(200)과 연결되고, 정합모듈(200)로부터 전달받은 이미지정합정보를 토대로 하여 이용자가 환자의 뼈의 형태 또는 계획된 수술위치를 확인하기 위한 3차원 시각화정보를 형성한다.
3차원시각화모듈(100)에서 형성된 3차원시각화정보는 시각화모듈(100)에 연결된 모니터와 같은 디스플레이장치(미도시)로 전달된다. 따라서 디스플레이장치는 3차원시각화정보에 따라 화면에 3차원 입체이미지를 전시하며, 의사와 같은 이용자가 화면에 전시된 3차원 입체이미지를 통해 수술위치에 관한 위치정보를 제공받을 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법에 따라 초음파 진단장치의 프로브를 조작하면서 위치 및 자세 정보를 바탕으로 수술위치와 현재위치를 비교할 수 있는 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4를 더 참조하면, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 이용자가 화면에 전시된 3차원 입체이미지를 통하여 수술이 계획된 위치인 계획위치 즉 수술위치와 현재위치를 비교판단을 하면서 초음파 진단장치를 정확하게 조작할 수 있도록 도와준다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공장치를 이용하여 이용자는 수술위치에 대한 정보를 제공받을 수 있다. ,
이어서, 도 2를 더 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법은 앞서 설명한 바와 같은 수술위치정보 제공장치에서 실행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 수술위치정보 제공방법은 자기공명영상분할 및 모델링단계(S111), 초음파영상분할 및 모델링단계(S116), 정합단계(S120) 및 시각화단계(S130)를 포함한다.
<< S111 >>>
자기공명영상분할 및 모델링단계(S111)는 뼈 또는 병변에 대한 자기공명영상정보를 분할하여 얻어지는 자기공명영상 분할이미지를 토대로 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는 단계이다.
이러한 자기공명영상 분할 및 모델링단계(S111)는 자기공명영상 분할단계(S1111) 및 3차원모델링단계(S1113)를 포함한다.
<< S1111 >>
자기공명영상 분할단계(S1111)는 신체부위에 대한 자기공명영상정보에서 뼈 또는 병변 부분의 이미지를 분할해내어 자기공명영상분할이미지정보를 얻는 단계이다.
앞서 언급한 바와 같이, 자기공명영상정보는 자기공명영상촬영장치를 이용하여 환자의 뼈 또는 병변부위를 촬영함으로써 얻을 수 있다.
그리고, 자기공명영상분할이미지정보는 자기공명영상분할-인공신경망을 이용하여 자기공명영상정보에서 뼈 또는 병변 부분을 분할해내어 얻을 수 있다.
<< S1113 >>
3차원모델링단계(S1113)에서는 자기공명영상 분할단계(S1111)에서 얻어진 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 하여 3차원모델링이 이루어진다.
참고로, 자기공명영상은 시상면, 관상면, 수평면으로 촬영된 여러 장의 이미지 각각에 대하여 자기공명영상 촬영장치 자체의 좌표계를 기준으로 하는 상대 좌표를 가지고 있으므로 3차원모델링이 가능하다. 따라서, 이러한 상대 좌표를 이용하여 자기공명영상분할이미지정보로부터 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻을 수도 있다.
<< S116 >>>
초음파영상분할 및 모델링단계(S116)는 뼈에 대한 초음파영상정보를 분할하여 얻어지는 초음파분할이미지정보를 토대로 초음파영상 3차원모델링정보를 얻는 단계이다.
여기서, 초음파영상분할 및 모델링이 이루어지기 이전에 뼈에 대한 초음파영상정보가 마련되는데, 초음파영상정보가 마련되는 것을 먼저 언급하면 다음과 같다.
초음파진단장치를 통해 환자의 뼈 부위에 대한 초음파영상 1프레임(frame)을 얻을 때 AHRS(Attitude Heading Reference System)센서와 위치센서는 뼈에서 초음파영상 1프레임이 촬영된 위치를 센싱한다.
이렇게 얻어지는 다수 프레임의 초음파영상은 초음파영상정보로서 초음파영상관리부(321)로 전달되고, 초음파영상의 각 프레임마다 위치센서 및 AHRS센서를 통해 얻은 센싱정보는 센서관리부(330)로 전달된다.
이와 같이 초음파영상정보와 센싱정보가 데이터관리모듈(300)으로 전달되어 저장된다.
이와 같이 마련되는 초음파영상정보는 초음파영상분할 및 모델링단계(S116)에서 분할 및 모델링이 이루어지게 된다. 초음파영상분할 및 모델링단계(S116)는 초음파영상 분할단계(S1161) 및 3차원모델링단계(S1163)를 포함한다.
<< S1161 >>
초음파영상 분할단계(S1161)는 신체부위에 대한 초음파영상정보에서 뼈 부분의 이미지를 분할해내어 초음파분할이미지정보를 얻는 단계이다.
여기서, 초음파분할이미지정보는 초음파분할-인공신경망(360)을 통해 초음파영상정보에서 뼈 부분을 분할하여 얻을 수 있다.
초음파분할이미지정보를 얻기 위하여 초음파영상정보가 초음파영상관리부(321)에 의해 초음파영상분할-인공신경망(360)으로 전달된다. 초음파영상분할-인공신경망(360)에 의해 뼈 부분의 초음파영상이 초음파영상정보에서 분할되어 초음파분할이미지가 형성된다.
이와 같이 초음파영상정보에 대한 분할과정은 초음파영상정보의 큐(queue)길이가 0 이하가될 때까지 반복적으로 이루어진다.
초음파영상분할-인공신경망(360)에서 분할되어 얻어지는 초음파분할이미지정보는 초음파영상-분할이미지관리부(325)로 전달된다.
이와 같이 초음파영상정보로부터 초음파분할이미지정보를 얻을 수 있다.
<< S1163 >>
초음파영상-모델링단계(S1163)는 초음파영상분할단계(S1161)에서 분할되어 얻어진 초음파분할이미지정보를 토대로 하여 3차원 모델링이 이루어지는 단계이다.
초음파분할이미지정보의 각 분할영상마다 분할이미지를 나타내는 픽셀이 있으며, 각 픽셀별로 3차원좌표를 산출한다.
각 픽셀별로 3차원좌표를 산출하기 위하여 초음파영상 촬영시 센싱된 센싱정보에 포함된 위치데이터 및 AHRS데이터를 포함하는 센싱정보가 데이터관리모듈(300)의 센서관리부(330)에 의해 정합모듈(200)의 3차원좌표산출부(210)로 전달된다. 이 때 데이터관리모듈(300)의 초음파영상-분할이미지관리부(325)에서 초음파분할이미지정보가 정합모듈(200)의 3차원좌표 산출부(210)로 전달된다.
3차원좌표산출부(210)는 초음파분할이미지정보와 센싱정보를 토대로 하여 초음파분할이미지 상의 각 픽셀별로 3차원 좌표를 산출해낸다. 그리고 산출해낸 3차원좌표를 저장한다.
이와 같이 각 픽셀별로 3차원좌표를 산출해내어 뼈에 대한 3차원 모델링이 이루어진다. 그리고, 초음파분할이미지정보의 큐(queue)의 길이가 0 이하가 될 때까지 되풀이하여 실행한다.
이와 같이 초음파영상 분할 및 모델링단계(S116)을 통해 초음파영상 3차원모델링정보를 얻을 수 있다.
<< S120 >>
정합단계(S120)는 자기공명영상 분할 및 모델링단계(S111)에서 얻어진 자기공명영상 3차원모델링정보와 초음파영상 분할 및 모델링단계(S116)에서 얻어진 상기 초음파영상 3차원모델링정보를 정합시켜서 이미지정합정보를 얻는 단계이다.
여기서, 자기공명영상 3차원모델링정보에는 자기공명영상 뼈모델링정보와 자기공명영상병변모델링정보가 있다. 그리고 초음파영상 3차원모델링정보에는 초음파뼈모델링정보가 있다.
자기공명영상뼈모델링정보, 자기공명영상병변모델링정보와 초음파뼈모델링정보의 정합은 ICP(Interative Closet Point)알고리즘을 이용하여 정합할 수도 있다.
기구적인 종속성을 고려하여 볼 때, 먼저 초음파영상뼈모델의 초기 위치를 기준으로 하여 자기공명영상뼈모델을 정합한다. 그리고, 초음파영상뼈모델에 자기공명영상뼈모델이 정합된 후 자기공명영상병변모델을 정합시킨다.
앞서 언급한 바와 같이 도 3에서는 자기공명영상뼈모델링정보, 자기공명영상병변모델링정보와 초음파뼈모델링정보가 정합되기 전을 도 3의 좌측에 나타내었으며, 도 3의 우측에 정합된 후의 모습을 개략적으로 나타내었다.
이와 같이 자기공명영상뼈모델링정보, 자기공명영상병변모델링정보와 초음파영상뼈모델링정보를 정합시켜서 이미지정합정보를 얻는다.
<< S130 >>
시각화단계(S130)는 의사와 같은 이용자가 상기 뼈 또는 병변에서의 수술위치를 확인할 수 있도록 하기 위하여 정합단계(S120)에서 얻은 이미지정합정보를 토대로 하여 3차원시각화정보를 형성시키는 단계이다.
모니터와 같은 디스플레이장치의 화면에 전시시킬 수 있도록 이미지정합정보를 토대로 하여 시각화모듈을 통해 3차원시각화정보를 형성시킨다. 그리고, 시각화모듈과 연결된 디스플레이장치는 시각화모듈을 통해 전달받은 3차원시각화정보에 따라 화면에 뼈와 병변의 3차원형상을 전시시키게 된다.
따라서 이용자는 도 4에서 참조되는 바와 같이, 화면에 전시된 뼈와 병변의 입체적 형상을 보고 수술위치와 현재위치를 정확히 비교판단할 수 있으며, 이를 토대로 하여 초음파 진단장치를 조작할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수술위치정보 제공방법과 수술위치정보 제공장치는 정형외과 수술시 초음파 진단장치를 이용하여 뼈의 형태를 파악할 수 있으며, 수술이 이루어져야 하는 정확한 수술위치를 의사와 같은 이용자가 정확하게 파악할 수 있으므로 시술의 정확성이 확보될 수 있으며, 방사선 촬영이 요구되지 않으므로 의사와 환자의 방사선 피폭의 위험을 대폭 감축시켜줄 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
100 : 3차원시각화모듈
200 : 정합모듈
210 : 3차원좌표산출부 220 : 이미지정합부
300 : 데이터관리모듈
311 : 자기공명영상 관리부
315 : 자기공명영상-분할이미지관리부
321 : 초음파영상 관리부
325 : 초음파영상-분할이미지관리부
330 : 센서관리부
350 : 자기공명영상분할-인공신경망 360 : 초음파영상분할-인공신경망
410 : 데이터베이스 420 : 초음파 진단 장치
430 : AHRS 센서 440 : 위치센서

Claims (11)

  1. 뼈 또는 병변에 대한 자기공명영상정보를 분할하여 얻어지는 자기공명영상 분할이미지정보를 토대로 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는, 자기공명영상분할 및 모델링단계;
    상기 뼈 또는 병변에 대한 초음파영상정보를 분할하여 얻어지는 초음파분할이미지정보를 토대로 초음파영상 3차원모델링정보를 얻는, 초음파영상분할 및 모델링단계;
    상기 자기공명영상 분할 모델링단계에서 얻어진 상기 자기공명영상 3차원모델링정보와 상기 초음파영상분할 모델링단계에서 얻어진 상기 초음파영상 3차원모델링정보를 정합시켜서 이미지정합정보를 얻는 정합단계; 및
    이용자가 상기 뼈 또는 병변에서의 뼈의 형태 또는 계획된 수술위치를 확인할 수 있도록 상기 이미지정합정보를 토대로 3차원시각화정보를 형성하는 시각화단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기공명영상 분할 모델링단계는,
    상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 자기공명영상정보에서 상기 뼈 또는 병변 부분의 이미지를 분할해내어 상기 자기공명영상분할이미지정보를 얻는 자기공명영상 분할단계; 및
    상기 자기공명영상 분할단계에서 분할되어 얻어진 상기 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 상기 자기공명영상 3차원모델링정보를 얻는 자기공명영상-모델링단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 자기공명영상 분할단계에서,
    상기 자기공명영상분할이미지정보는 자기공명영상분할-인공신경망을 통해 상기 자기공명영상정보에서 상기 뼈 또는 병변 부분을 분할하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파영상 분할 모델링단계는,
    상기 뼈 또는 병변에 대한 초음파영상정보에서 상기 뼈 부분의 이미지를 분할해내어 상기 초음파분할이미지정보를 얻는 초음파영상 분할단계; 및
    상기 초음파영상 분할단계에서 분할되어 얻어진 상기 초음파분할이미지정보를 토대로 하여 상기 초음파 3차원모델링정보를 얻는 초음파영상-모델링단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공방법.

  5. 제 4항에 있어서,
    상기 초음파영상 분할단계에서,
    상기 초음파분할이미지정보는 초음파영상분할-인공신경망을 통해 상기 초음파영상정보에서 뼈 부분을 분할하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공방법.
  6. 뼈 또는 병변에 관한 이종(異種)의 영상정보를 토대로 하여 얻어지는 분할이미지정보를 관리하는 데이터관리모듈;
    상기 데이터관리모듈과 연결되고, 상기 데이터관리모듈로부터 전달받은 상기 분할이미지정보를 토대로 하여 이미지정합정보를 형성하는 정합모듈; 및
    상기 정합모듈과 연결되고, 상기 정합모듈로부터 전달받은 상기 이미지정합정보를 토대로 하여 이용자가 환자의 뼈의 형태 또는 계획된 수술위치를 확인하기 위한 3차원 시각화정보를 형성하는 3차원시각화모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 뼈 또는 병변에 관한 상기 이종(異種)의 영상정보는,
    자기공명영상정보 및 초음파영상정보인 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 데이터관리모듈은,
    상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 자기공명영상정보를 관리하는 자기공명영상관리부; 및
    상기 자기공명영상정보를 자기공명영상분할-인공신경망을 통해 분할(segmentation)하여 얻어지는 상기 자기공명영상분할이미지정보를 관리하는 자기공명영상-분할이미지관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 데이터관리모듈은,
    상기 뼈 또는 병변에 대한 상기 초음파영상정보를 관리하는 초음파영상관리부; 및
    상기 초음파영상정보를 초음파영상분할-인공신경망을 통해 분할(segmentation)하여 얻어지는 상기 초음파분할이미지정보를 관리하는 초음파영상-분할이미지관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 데이터관리모듈은,
    AHRS센서 또는 위치센서와 연결되며, 상기 AHRS센서 또는 상기 위치센서로부터 얻어지는 센싱정보를 전달받아 관리하는 센서관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 정합모듈은,
    상기 데이터관리모듈로부터 전달받은 상기 초음파분할이미지정보 또는 상기 자기공명영상분할이미지정보를 토대로 하여 3차원모델링을 하기 위한 3차원 좌표를 산출하는 3차원 좌표 산출부; 및
    상기 3차원 좌표 산출부에서 3차원 좌표를 산출하여 얻어지는 3차원모델링정보인 초음파뼈모델링정보, 자기공명영상병변모델링정보 및 자기공명영상뼈모델링정보를 정합하여 이미지정합정보를 얻는 이미지정합부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술위치 정보제공장치.
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