KR20240044551A - 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 팔의 단부에 부착된 식모기 장착 모듈을 이용한 모발이식을 위해 환자 두피의 모발이식 영역의 좌표 데이터를 생성하는 방법에 관한 것으로, 일 실시예에서, 환자의 두피에 마커를 부착하는 단계; 상기 식모기 장착 모듈에 설치된 카메라로 상기 마커를 포함한 환자의 두피를 촬영하고 촬영 이미지 내에서 상기 마커를 참조하여 수평 좌표 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 식모기 장착 모듈에 설치된 거리센서를 이용하여 두피에서 상기 식모기 장착 모듈까지의 거리를 산출하여 수직 좌표 데이터를 획득하는 단계;를 포함하는 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법을 개시한다.

Description

모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법 및 장치 {Method and apparatus for generating coordinate data of hair transplanting area}

본 발명은 모발 이식 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 로봇 팔의 단부에 부착된 식모기 장착 모듈을 이용한 모발 이식을 위해 환자 두피의 모발이식 영역에 대한 좌표 데이터를 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

모발 이식은 환자 두피의 발모영역으로부터 모발을 채취하여 이를 탈모된 다른 불모영역에 심어서 이식함으로써 일반인과 같이 많은 양의 두발을 가질 수 있도록 하는 모발시술법 중 하나이다.

모발 이식 시술에는 다수개의 모발 식모기(이식기)가 사용된다. 모발 식모기는 두피의 발모 영역으로부터 모발을 채취하여 이를 탈모된 영역에 이식하기 위한 장비로서, 종래에 널리 이용되고 있는 모발 이식기는 하나의 기체 내에 각각 하나씩의 식모침과 이 식모침 내부에 슬라이딩 가능하게 배치되는 심축을 구비하고 있다.

종래 모발 식모기를 사용할 경우 시술자가 손으로 식모기를 잡고 손가락으로 일일이 조작(누르거나 끌어 올리는 등)하여 식모침과 심축을 동작시키는 구조로 이루어져 있다. 이러한 종래의 단발 수동식인 식모기는 하나의 식모기로 하나의 모근 밖에 식모하지 못하기 때문에 많은 수의 모근을 식모하기 위해서는 다수의 식모기를 준비한 상태에서 매 시술시 마다 기기를 일일이 바꿔가며 시행해야 할 뿐 아니라, 식모침과 심축을 동작시키기 위한 시술자의 손가락 조작이 요구되는 상당히 힘든 작업이다.

이러한 불편을 해소하기 위해 다수의 바늘과 심축을 구비한 멀티채널 식모기가 최근 개발되어 사용되고 있다. 예를 들어 한국 공개특허 제2019-0109321호는 다수의 시침채널이 방사상으로 배열되고 각 시침채널이 푸쉬 바에 의해 하나씩 순차적으로 푸쉬되어 식모 동작을 하는 식모기를 개시하였다.

그러나 일반적으로 모발이식 시술이 한 번에 1000회 이상의 횟수와 약 3~5시간이라는 장시간에 걸쳐 이루어지므로 멀티채널 식모기를 사용하는 경우에도 매회 시술시 마다 식모침과 심축을 동작시키기 위한 손가락 조작을 해야 하는 모발이식 작업을 해야 하므로 시술자의 상당한 노동력과 피로도가 불가피하였다.

따라서 모발이식 시술을 자동화하는 기술이 최근 연구되고 있으며, 모발이식 자동화를 위해 일반적으로 식모기를 장착한 말단 모듈을 로봇 팔에 장착하고 로봇 팔을 움직여 모발이식을 수행하는 방법이 개발되고 있다.

1. 한국 공개특허 제2008-0049793호 (2008년 6월 4일 공개) 2. 한국 공개특허 제2019-0109321호 (2019년 9월 25일 공개)

모발이식 자동화를 위해서는 로봇 팔을 제어하여 환자의 두피에 자동으로 모발이식을 하려면 환자 두피에서 모발이식 지점을 정확히 식별하고 이 지점들의 정확한 입체 좌표 값을 제어부가 인식하여 로봇 팔 및 말단 장치를 제어할 필요가 있다. 이에 따라 본 발명은, 비전 카메라와 거리센서를 이용하여 환자 두피의 모발이식 영역에 대한 3차원 좌표 데이터(좌표값)를 획득하고 이에 기초하여 모발 이식을 자동으로 수행할 수 있도록 하는 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 로봇 팔의 단부에 부착된 식모기 장착 모듈을 이용한 모발이식을 위해 환자 두피의 모발이식 영역의 좌표 데이터를 생성하는 방법으로서, 환자의 두피에 마커를 부착하는 단계; 상기 식모기 장착 모듈에 설치된 카메라로 상기 마커를 포함한 환자의 두피를 촬영하고 촬영 이미지 내에서 상기 마커를 참조하여 수평 좌표 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 식모기 장착 모듈에 설치된 거리센서를 이용하여 두피에서 상기 식모기 장착 모듈까지의 거리를 산출하여 수직 좌표 데이터를 획득하는 단계;를 포함하는 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법을 개시한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 로봇 팔의 말단에 부착되는 식모기 장착 모듈에 설치된 카메라와 거리센서를 이용하여 모발이식 영역의 3차원 좌표 데이터를 획득하고 이를 로봇 좌표계로 변환하여 정확한 모발 이식 위치를 확정할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면 이와 같이 확정된 모발이식 영역의 3차원 데이터를 이용하여 이식 포인트를 자동 및/또는 수동으로 결정하고 로봇 좌표계와 연동하여 이식 동작을 자동으로 수행할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 모발이식 시스템을 설명하는 도면,
도2는 일 실시예에 따른 식모기 장착 모듈을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따라 모발이식 영역의 좌표 데이터를 생성하는 흐름도,
도4는 일 실시예에 따른 좌표 데이터 생성용 마커를 설명하는 도면,
도5는 마커를 포함한 환자의 두피를 촬영한 이미지를 도식적으로 나타내는 도면,
도6은 일 실시예에 따른 수평 좌표 데이터 생성 방법의 흐름도,
도7은 일 실시예에 따라 두피-바늘간 거리를 측정하는 방법을 설명하는 도면,
도8은 일 실시예에 따른 수직 좌표 데이터 생성 방법의 흐름도,
도9는 일 실시예에 따라 생성된 좌표 데이터를 이용하여 식모 동작을 수행하는 예시적 방법의 흐름도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '위'(또는 '아래', '오른쪽', 또는 '왼쪽')에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

또한 본 명세서에서 제1 및 제2 구성요소간 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 제1 구성요소에 대한 제2 구성요소의 상대적 위치를 설명하기 위한 표현일 수 있다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)된다고 언급하는 경우 그것은 다른 구성요소에 직접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)되거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소를 개재하여 간접적으로 연결(또는 결합, 체결, 부착 등)될 수 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 두께, 또는 넓이는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이며 어느 한 구성요소와 다른 구성요소의 상대적 크기도 구체적 실시예에 따라 달라질 수 있다.

본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 모발이식 시스템을 설명하는 도면이고 도2는 식모기 장착 모듈(10)의 예시적 구성을 설명하는 도면이다.

도1과 도2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자동 모발이식 시스템은 로봇 팔(30) 및 로봇 팔(30)의 단부(31)에 부착된 식모기 장착 모듈(10)(이하에서 간단히 "장착 모듈"이라고도 함), 장착 모듈(10)에 탈착 가능하게 장착되는 식모기(20), 및 컴퓨터 장치(40)를 포함할 수 있다.

로봇 팔(30)은 다수의 관절, 각 관절을 움직이는 모터, 및 움직임을 감지하는 엔코더 등으로 구성되어 6자유도 또는 그 이상의 자유도로 로봇 팔의 단부(31)를 정밀하게 움직이는 장치일 수 있고 당업계에 공지되어 있다.

식모기 장착 모듈(10)은 로봇 팔(30)의 단부(31)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 식모기 장착 모듈(10)은 식모기(20)를 탈착 가능하게 장착할 수 있고, 또한 적어도 하나의 카메라(15)와 적어도 하나의 거리센서(17)를 구비한다. 도시한 실시예에서는 장착 모듈(10)이 하나의 카메라(15)와 두 개의 거리센서(17)를 구비한 것으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며 카메라(15) 및/또는 거리센서(17)의 장착 개수가 달라질 수 있음은 물론이다.

식모기(20)는 예를 들어 한국 공개특허 제2019-0109321호에 개시된 멀티채널 모발 이식기일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 로봇 팔(30)에 장착되어 자동으로 1회 이상의 식모 동작을 수행할 수 있는 임의의 구성의 식모기를 사용할 수 있다.

카메라(15)는 식모기(20)의 수직 하방을 향해 일정 시야각의 환자 두피를 촬영할 수 있는 이미지 센서이다. 카메라(15)는 실상(가시광) 카메라 또는 열상(적외선) 카메라 등으로 구현될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 거리센서(17)는 식모기(20)와 환자의 두피 사이의 거리를 측정하는 센서이며 예컨대 레이저 센서 등으로 구현될 수 있다. 도시한 실시예에서는 거리측정의 정확도를 높이기 위해 2개의 거리센서(17)를 설치하였다. 이 경우 예컨대 제1 거리센서로 측정한 거리를 실제 측정 데이터로 사용하되 제2 거리센서로 측정한 데이터와 비교하여 소정 오차의 차이가 발생하는 경우 거리센서를 초기화하거나 사용자에게 알람을 하도록 설계할 수 있다.

또한 도면에 별도의 부재번호로 표시하지 않았지만 장착 모듈(10)은 식모기(20)의 상부 캡을 상방향 및/또는 하방향으로 움직이는 구동부를 포함하며, 구동부의 동작에 의해 바늘(25)을 하강시켜 바늘 선단부 속의 모근을 환자의 두피에 이식하는 모발이식 동작을 수행할 수 있다.

컴퓨터 장치(40)는 예를 들어 윈도우, 맥, 또는 리눅스와 같은 운영체제, 컴퓨터 프로세서, 메모리, 응용프로그램들, 및 기억장치(예를 들면, HDD, SSD) 등으로 구현되어 특정 응용 프로그램을 실행할 수 있는 공지의 장치이다. 컴퓨터 장치(40)는 예를 들어 서버 장치나 데스크톱 컴퓨터, 노트북 등일 수 있으나 이는 예시적인 것이고 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에서 컴퓨터 장치(40)는 좌표데이터 생성부(41) 및 제어부(42)를 포함한다. 좌표데이터 생성부(41)는 카메라(15)와 거리센서(17)로부터 데이터를 수신하고 이에 기초하여 식모영역의 3차원 좌표 데이터를 생성하는 기능부이다. 일 실시예에서 좌표데이터 생성부(41)는 도3을 참조하여 후술하는 단계들(예컨대, 단계 S20 내지 S50)을 수행할 수 있다. 또한 좌표데이터 생성부(41)는 3차원 좌표 데이터를 제어부(42)로 전달할 수 있다.

제어부(42)는 이 좌표 데이터에 기초하여 환자의 두피 형상 및/또는 식모 위치를 인식하고 이러한 정보에 기초하여 장착 모듈(10)과 로봇 팔(30)의 구동을 제어하여 식모 동작을 자동으로 수행할 수 있다.

좌표데이터 생성부(41)와 제어부(42)는 컴퓨터 장치(40)에 저장되어 실행되는 컴퓨터 알고리즘, 프로그램, 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.

도3은 일 실시예에 따라 좌표데이터 생성부(41)의 의해 모발이식 영역의 좌표 데이터를 생성하는 예시적 방법의 흐름도이다.

도3을 참조하면 일 실시예에 따른 좌표 데이터 생성 방법은, 환자의 두피에 마커(70)를 부착하는 단계(S10), 식모기 장착 모듈(10)에 설치된 카메라(15)로 마커(70)를 포함한 환자의 두피를 촬영하고 촬영 이미지 내에서 수평(즉, X-Y축 평면) 좌표 데이터를 획득하는 단계(S20), 장착 모듈(10)에 설치된 거리센서(17)를 이용하여 두피에서 장착 모듈(10)까지의 거리를 산출하여 수직(즉, Z축) 좌표 데이터를 획득하는 단계(S30), 수평 좌표 데이터와 수직 좌표 데이터를 이용하여 3차원 좌표 데이터를 생성하는 단계(S40), 및 3차원 좌표 데이터를 로봇 좌표계 기준의 좌표 데이터로 변환하는 단계(S50)를 포함할 수 있다. 또한 이렇게 변환된 3차원 좌표 데이터에 기초하여 식모기 장착 모듈(10) 및 로봇 팔(30)을 제어하여 환자 두피에 모발을 이식하는 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 우선 단계(S10)에서 환자 두피의 모발이식 영역에 마커를 부착하거나 표시한다. 여기서 마커는 X축 및 Y축 중 적어도 하나를 나타내는 기준선 및 적어도 하나의 기준점을 갖는 부재이고, 예를 들어 소정 길이의 직선형 부재, 소정 길이의 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자형 부재, 또는 소정 폭과 길이의 관통영역을 갖는 사각 프레임 부재 중 하나일 수 있다.

예를 들어 도4는 일 실시예에 따른 좌표 데이터 생성용 마커(70)를 개략적으로 나타내었다. 도4의 실시예에서 마커(70)는 관통영역(S)을 갖는 사각 프레임형 부재이다. 관통영역(S)은 소정의 폭과 길이를 갖는 장방형 형상일 수 있다. 마커(70)의 크기는 특별히 제한되지 않으며 예를 들어 폭과 길이가 각각 수 cm의 크기일 수 있다.

일 실시예에서 마커(70)의 적어도 한쪽 변을 따라 일정 간격으로 눈금(71)이 형성될 수 있다. 눈금은 예컨대 1mm 간격으로 형성될 수 있다. 대안적 실시예에서 눈금(71)이 없을 수도 있다. 또한 마커(70)의 네 모서리 중 적어도 하나에 기준점(72)이 형성되어 있다. 기준점(72)은 사각 프레임의 표면에 음각의 요홈 또는 양각의 돌기 구조로 형성되거나 인쇄될 수 있고 도시한 것처럼 예를 들어 '+' 형상 또는 'ㄱ' 형상 또는 도트(점) 일 수 있지만 이는 예시적인 것이다.

마커(70)는 유연한 플라스틱이나 고무 등 플렉시블한 재질로 제작될 수 있고 두피에 확실히 밀착될 수 있다. 또한 접착 테이프나 접착제 등을 이용하여 마커(70)를 두피에 밀착하여 일시적으로 고정시킬 수 있다. 도5는 마커(70)를 환자의 두피에 부착한 후 카메라(15)로 촬영한 이미지를 도식적으로 나타낸 것으로, 도5에 도시한 것처럼 환자 두피 중 모발이식을 해야 할 영역, 즉 모발이식 영역 주위로 사각 프레임 형상의 마커(70)를 부착시킨 후 촬영한 모습을 개략적으로 도시하였다.

이와 같이 단계(S10)에서 환자의 두피에 마커(70)를 부착하고 고정시킴으로써 이후의 단계(S20, S30)에서 모발이식 영역에 대한 수평 좌표 데이터와 수직 좌표 데이터를 각각 획득할 수 있다. 이 때 수평 좌표 데이터 획득 단계(S20)와 수직 좌표 데이터 획득 단계(S30)는 둘 중 어느 하나를 먼저 수행하고 나머지를 나중에 수행할 수도 있고 동시에 수행할 수도 있다.

한편 도4에 도시한 사각 프레임 형상의 마커(70)는 예시적인 것이며, 대안적 실시예에서 펜으로 환자의 두피에 직선 또는 'ㄱ', 'ㄴ', 'ㅁ'자 형상을 직접 그려서 마커(70) 역할을 대신할 수도 있다. 예를 들어 검은색 사인펜으로 환자 두피에 마커(70)를 그려서 표시할 수 있고, 이 경우 기준점(72)은 마커(70) 색과 다른 색의 사인펜으로 마커(70)의 모서리 부위에 그려서 표시할 수 있다. 따라서 본 명세서에서 마커(70)를 환자 두피에 '부착'한다는 것은 물리적으로 마커(70)를 두피에 부착하는 의미 뿐만 아니라 펜으로 환자 두피에 마커(70)를 그려서 표시하는 것도 포함하는 의미로 사용된다.

또한 대안적으로, 마커(70)에 기준점(72)을 별도로 표시하지 않을 수 있고, 이 경우 마커(70)의 두 변이 만나는 모서리 지점을 기준점(72)으로 인식하도록 구성할 수도 있다.

다시 도3을 참조하면, 단계(S20)에서, 식모기 장착 모듈(10)에 설치된 카메라(15)로 촬영한 이미지(예컨대 도5와 같이 마커(70)를 포함한 환자의 두피를 촬영한 이미지)로부터 모발이식 영역의 수평(X-Y축 평면) 좌표 데이터를 생성한다. 예를 들어, 카메라(15)가 촬영한 이미지가 컴퓨터 장치(40)의 좌표 데이터 생성부(41)로 전달되고, 좌표 데이터 생성부(41)는 촬영 이미지에서 마커(70)를 참조하여 모발이식 영역에 대한 수평 좌표 데이터를 획득할 수 있다.

이와 관련하여 도6은 일 실시예에 따른 수평 좌표 데이터 생성 단계(S20)의 구체적 흐름도이다. 도6을 참조하면, 우선 단계(S210)에서 마커(70)를 포함한 환자 두피 영역을 카메라(15)로 촬영한다. 촬영된 이미지는 컴퓨터 장치(40)의 좌표 데이터 생성부(41)로 전달되고, 좌표 데이터 생성부(41)는 단계(S220)에서 마커(70)를 참조하여 기준점을 식별한다. 예를 들어 도5에 도시한 실시예에서 촬영 이미지 내에서 사각 프레임 마커(70)의 네 모서리 중 임의의 하나의 모서리의 기준점(72)을 식별할 수 있다.

다음으로, 단계(S230)에서 기준점(72)을 참조하여 모발이식 영역을 설정한다. 예를 들어 촬영 이미지 내에서 기준점(72)를 원점으로 하고 마커(70)의 사각 프레임의 한쪽 변을 X축으로, 이에 수직인 다른쪽 변을 Y축으로 각각 식별할 수 있고, 마커(70)의 사각 프레임 내부 영역을 모발이식 영역으로 설정한다.

대안적 실시예에서 마커로서 직선형 부재나 'ㄱ' 또는 'ㄴ'형 부재를 사용하는 경우, 좌표 데이터 생성부(41)는 촬영 이미지에서 기준점 및 X축 또는 Y축 중 적어도 어느 한 축의 방향을 식별할 수 있으므로 식별된 축에 수직인 축도 확인할 수 있고, 따라서 소정 면적의 모발이식 영역을 설정할 수 있다.

그 후 단계(S240)에서, 모발이식 영역에 대한 임의의 지점의 X, Y 좌표 데이터(좌표값)를 획득할 수 있다. 예를 들어 좌표 데이터 생성부(41)는 촬영 이미지의 모발이식 영역 내에서 기준점(72)을 원점으로 하여 소정 간격씩 이격된 가상의 격자점들을 설정한다. 즉 기준점(72)을 원점으로 하여 X축 및 Y축을 따라 각각 예컨대 1mm 간격으로 각 축에 평행한 가상의 직선을 생성하면 수직인 두 직선이 만나는 가상의 격자점들이 생성되고, 이렇게 생성된 각각의 격자점에 대해 X-Y 평면의 좌표값을 얻을 수 있다. 따라서 예컨대 도5에 표시한 임의의 격자점(P)에 대해 이 격자점(P)의 수평 좌표값을 알 수 있게 된다. 이 때 엄밀히 볼 때 두피가 완전히 수평(평면)이 아닐 수 있지만, 단계(S230)를 수행하는 대상인 관심영역이 충분히 작아서 모발이식 영역이 평면이라고 간주할 수 있고 또한 약간의 굴곡이 있어도 평면으로 간주하는 것이 무방한 경우도 있다.

한편, 단계(S220 내지 S240)를 실행하는 동안에도 카메라(15)에 의한 이미지 촬영 및 촬영된 이미지를 좌표데이터 생성부(41)로 전송하는 동작이 실시간 계속될 수 있는데, 이 때 만일 환자나 카메라(15)의 움직임이 감지되는 경우 촬영 이미지에서 기준점(72)의 위치 변동이 발생하게 된다. 따라서 만일 좌표데이터 생성부(41)가 이러한 기준점 변동을 감지하는 경우(S250) 기준점 식별(S220), 모발이식 영역 설정(S230), 및 수평 좌표 데이터 획득(S240) 단계를 다시 수행함으로써 항상 최신의 좌표 데이터로 업데이트할 수 있다.

다시 도3을 참조하면, 단계(S30)에서, 식모기 장착 모듈(10)에 설치된 거리센서(17)를 이용하여 두피에서 식모기 장착 모듈(10)까지의 거리를 산출하여 수직 좌표 데이터를 획득한다. 이 때 일 실시예에서 수직 좌표 데이터는, 적어도 일부의 격자점들 각각에서의 두피에서 식모기 장착 모듈(10)까지의 거리를 나타내는 좌표 데이터일 수 있고, 보다 바람직하게는, 각 격자점에서 두피에서 식모기(20)의 바늘(25) 선단부까지의 거리를 나타내는 좌표 데이터일 수 있다.

도7은 일 실시예에 따라 두피-바늘간 거리를 측정하는 예시적 방법을 나타낸다.

도7(a)는 식모기 장착 모듈(10)과 로봇 팔(30)에 의한 자동 식모 동작을 개시하기 전 식모기의 바늘(25)이 두피에서부터 가장 적절한 거리(H)에 있는 상태(이하 "식모동작 개시 위치"라고도 함)를 나타내고, 이 때 거리(H)는 두피에서 바늘(25)의 선단부까지의 거리이며, 이 거리(H)는 식모 동작을 위해 바늘(25)이 하강하는 거리 등을 고려하여 미리 설정되는 값이다.

또한 거리(H)가 미리 설정되었을 때, 식모기 장착 모듈(10)에 설치된 거리센서(17)는 식모기 바늘(25)의 끝단에서 수직 하방으로 기설정된 거리(H)만큼 떨어진 가상의 타겟 지점(T)을 향하는 방향으로 거리를 측정하도록 배치되어 있다. 또한 거리센서(17)와 식모기(20)가 식모기 장착 모듈(10)에 고정되어 있으므로, 식모 동작을 하지 않는 정지 상태에서 거리센서(17)와 식모기 바늘(25) 선단부의 수직 높이 차이(L)가 일정한 값을 가진다. 즉 도7(a)에서 바늘(25) 선단부에서 타겟 지점(T)까지의 거리(H) 및 거리센서(17)와 바늘(25) 선단부의 높이 차이(L)는 상수이고, 아래 수식1이 성립한다.

H = D*cosθ - L --- 수식1

위 수식1에서 D는 거리센서(17)가 측정한 타겟 지점(T)까지의 거리이고, θ는 거리센서(17)와 타겟 지점(T)을 연장한 가상의 선과 수직선 사이의 각도이다.

그러므로, 거리센서(17)가 타겟 지점(T)을 향해 측정한 값이 D로 측정되었다면, 도7(a)와 같은 상태, 즉 두피에서 바늘 선단부까지의 거리가 H가 되었다는 뜻이며, 식모기 동작을 개시하기에 적합한 식모동작 개시 위치에 있음을 의미한다.

그런데 만일 식모기의 바늘(25)에서 두피까지의 거리가 도7(b)에 도시한 것처럼 h의 높이에 있다고 가정하면, 두피에서 식모기(20)의 바늘(25) 선단부까지의 거리(h)(이하, "두피-바늘 선단부 거리" 또는 "두피-바늘 거리"라고도 함)는 아래 수식2와 같이 계산된다.

h = d*cosθ - L --- 수식2

위 수식2에서 d는 거리센서(17)가 가상의 타겟 지점(T)을 향해 거리를 측정했을 때 두피까지의 거리 측정값이고, θ는 거리센서(17)에서 타겟 지점(T)을 연장한 가상의 선과 수직선 사이의 각도이다. 그러므로 거리센서(17)가 타겟 지점(T)을 향해 측정한 값이 d(단, d≠D)로 측정되었다면, 도7(b)와 같은 상태, 즉 두피에서 바늘 선단부까지의 거리가 H가 아닌 임의의 높이(h)를 가짐을 의미한다.

따라서 각 격자점에서 거리센서(17)로 거리(d)를 측정함으로써 두피에서 식모기 바늘(25) 선단부까지의 거리(h)를 산출할 수 있고, 그러므로 예컨대 식모기 장착 모듈(10)이 수평 좌표에 대해 일정한 높이에서 모발이식 영역을 주사(scan)하면서 각 격자점마다 거리(h) 값을 산출하면 이로부터 두피의 입체적 형상을 얻을 수 있다.

한편 도7(b)에서 알 수 있듯이 거리센서의 측정값(d)이 기설정한 값(D)이 아닌 경우 엄밀히 보자면 두피-바늘 거리(h)는 바늘(25)의 수직 하방에서 두피까지의 거리가 아니라 수직 하방에서 수평으로 약간 벗어난 지점(T_offset)에서 바늘 선단부 높이까지의 거리이지만, 예컨대 수 mm 이내의 스케일에서 두피가 평평하다고 가정할 수 있으므로, 위와 같이 산출된 두피-바늘 거리(h)를 바늘 선단부의 수직 하방으로의 두피-바늘 거리로 간주할 수 있음을 이해할 것이다.

이제 다시 도3을 참조하면, 도3의 단계(S30)에서, 마커(70)에 의해 설정된 모발이식 영역 내의 적어도 일부의 격자점에 대해 각 격자점에서의 두피에서 식모기 장착 모듈(10)까지의 거리를 수직 좌표 데이터로서 획득할 수 있다. 이와 관련하여 도8은 일 실시예에 따라 하나의 격자점에서 수직 좌표 데이터를 생성하는 단계(도3의 S30)의 예시적 흐름도를 나타낸다.

우선 단계(S310)에서, 수직 좌표 데이터를 획득하기 위한 격자점으로 식모기 장착 모듈(10)이 이동한다. 예를 들어, 단계(S20)에서 각 격자점의 수평 좌표 데이터를 획득한 경우, 격자점의 수평 좌표 데이터에 기초하여 해당 격자점으로 식모기 장착 모듈(10)이 이동할 수 있다.

그 후 거리센서(17)를 사용하여 두피까지의 거리(d)를 측정하고(단계 S320), 거리 측정값에 기초하여 두피-바늘 거리(h)를 산출한다(S330). 거리센서(17)에 의한 거리(d) 측정 및 그에 따른 두피-바늘 거리(h) 산출은 도7을 참조하여 상술한 방법에 의해 수행할 수 있고, 이렇게 산출한 두피-바늘 거리(h)를 해당 격자점의 수직 좌표 데이터로 삼을 수 있다(단계 S340).

한편, 단계(S320 내지 S340)를 실행하는 동안에도 예컨대 식모기 장착 모듈(10)이 흔들리거나 환자가 움직여서 거리 변동이 감지될 수 있고(S350), 이 경우 거리측정(S320), 두피-바늘 거리(h) 산출(S330), 및 수직 좌표 데이터 획득(S340) 단계를 다시 수행함으로써 최신의 수직 좌표 데이터를 업데이트할 수 있다.

또한 위와 같이 하나의 격자점에 대한 수직 좌표 데이터를 획득하면 식모기 장착 모듈(10)이 다음 격자점으로 이동하여 단계(S310 내지 S340)를 수행하여 해당 격자점의 수직 좌표값을 획득하고, 이러한 동작을 반복하여 모발이식 영역 내 소정 격자점들에 대한 전체 수직 좌표 데이터를 획득할 수 있다(단계 S360).

다시 도3을 참조하면, 위와 같이 단계(S20)와 단계(S30)의 수행에 의해 각각 획득한 수평 좌표 데이터와 수직 좌표 데이터를 조합하여 각 격자점에 대한 3차원 좌표 데이터를 생성할 수 있다(S40). 이 때 생성된 좌표 데이터는 카메라(15)의 촬영 이미지를 기준으로 하는 카메라 좌표계일 수 있고, 단계(S50)에서 상기 3차원 좌표 데이터를 로봇 좌표계 기준의 좌표 데이터로 변환한다. 일 실시예에서 로봇 좌표계는 예를 들어 로봇 팔(30)에 식모기 장착 모듈(10)이 장착되는 지점, 즉 로봇 팔(30)의 단부(31)의 중심점을 기준점(원점)으로 하는 좌표계일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

또한 위와 같이 환자의 모발이식 영역에 대한 3차원 좌표 데이터를 획득하면 이후 단계(S60)에서 이 좌표 데이터를 활용하여 모발 이식을 자동으로 수행할 수 있다. 이와 관련하여 도9는 3차원 좌표 데이터를 이용하여 식모 동작을 수행하는 예시적 방법의 흐름도이다.

설명의 편의를 위해, 환자의 모발이식 영역 내에서 모발을 이식할 지점(이하 "이식 포인트"라고도 함)이 자동 및/또는 수동으로 설정되었다고 가정한다. 이식 포인트는 도3의 단계(S20)에서 2차원 좌표 데이터를 획득하기 위해 설정했던 격자점과 동일할 수도 있지만 아닐 수도 있다. 예를 들어 상기 격자점들 중 일부 격자점이 이식 포인트가 될 수 있고, 다른 예로서, 격자점이 아닌 지점이 이식 포인트가 될 수도 있다. 일 실시예에서, 환자의 모발이식 영역에 대한 2차원 좌표 데이터 또는 3차원 좌표 데이터가 생성된 후 컴퓨터 장치(40)와 시술자가 협업하여 이식 포인트를 설정할 수 있다.

도9를 참조하면, 위와 같이 설정된 이식 포인트 중 하나의 이식 포인트에 모발을 이식하기 위해 식모기 장착 모듈(10)을 해당 이식 포인트로 이동시킨다(S610). 그 후 식모기 장착 모듈(10)을 식모동작 개시 위치의 높이로 움직인다. 즉, 식모기 바늘(25)의 선단부와 두피 사이의 거리(h)가 도7을 참조하여 설명한 기설정한 거리(H)가 되도록 식모기 장착 모듈(10)을 움직일 수 있다. 이를 위해, 예컨대 단계(S620)에서, 거리센서(17)로 거리(d)를 측정하여 현재 높이에서의 두피-바늘 거리(h)를 산출하고, 이 산출된 거리(h)가 목표 거리(H) 값이 될 때까지 식모기 장착 모듈(10)을 상승하거나 하강함으로써 식모동작 개시 위치로 위치시킬 수 있다.

이와 같이 로봇 팔(30) 및/또는 식모기 장착 모듈(10)을 제어하여 식모기 장착 모듈(10)이 목표 거리(H)에 도달하면, 단계(S640)에서 식모기(20)의 바늘(25)을 하강시켜 식모 동작을 개시한다. 이 때 예를 들어 식모기 장착 모듈(10)의 구동모터나 액추에이터를 이용하여 식모기(20)의 상부 캡을 누르고 바늘(25)을 하강시켜 식모 동작을 자동으로 수행할 수 있다.

그 후 식모 동작을 완료하면, 기설정된 다음번 이식 포인트로 식모기 장착 모듈(10)을 이동시키고(S650), 상술한 단계(S620 내지 S640)를 수행하고, 이러한 동작을 각 이식 포인트에 대해 반복함으로써 모발이식 영역의 전체 이식 포인트에 대한 식모 동작을 완료할 수 있다.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 식모기 장착 모듈 15: 카메라
17: 거리센서 20: 식모기
25: 바늘 30: 로봇 팔
40: 컴퓨터 장치 41: 좌표데이터 생성부
42: 제어부 70: 마커
72: 기준점

Claims (7)

1. 로봇 팔의 단부에 부착된 식모기 장착 모듈을 이용한 모발이식을 위해 환자 두피의 모발이식 영역의 좌표 데이터를 생성하는 방법으로서,
   환자의 두피에 마커를 부착하는 단계(S10);
   상기 식모기 장착 모듈에 설치된 카메라로 상기 마커를 포함한 환자의 두피를 촬영하고 촬영 이미지 내에서 상기 마커를 참조하여 수평 좌표 데이터를 획득하는 단계(S20); 및
   상기 식모기 장착 모듈에 설치된 거리센서를 이용하여 두피에서 상기 식모기 장착 모듈까지의 거리를 산출하여 수직 좌표 데이터를 획득하는 단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마커는 X축 및 Y축 중 적어도 하나를 나타내는 기준선 및 적어도 하나의 기준점을 갖는 소정 길이의 직선형 부재, 소정 길이의 'ㄴ'자형 부재, 또는 소정 폭과 길이의 관통영역(S)을 갖는 사각 프레임형 부재 중 하나인 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수평 좌표 데이터는 상기 촬영 이미지 내에서 상기 마커를 참조하여 생성된 가상의 격자점들의 각각에 대한 수평 좌표 데이터이고,
   상기 수직 좌표 데이터는, 적어도 일부의 상기 격자점들의 각각에 대해, 두피에서 상기 식모기 장착 모듈까지의 거리를 나타내는 좌표 데이터인 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 수평 좌표 데이터를 획득하는 단계(S20)는,
   상기 촬영 이미지 내에서 상기 마커의 기준점을 식별하는 단계(S220);
   상기 촬영 이미지 내에서, 상기 마커를 참조하여 X-Y축 평면으로 모발이식 영역을 설정하는 단계(S230); 및
   상기 모발이식 영역 내에서 상기 기준점을 원점으로 하여 소정 간격씩 이격된 가상의 격자점들을 생성하고 각 격자점들의 수평 좌표 데이터를 획득하는 단계(S240);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 두피에서 식모기 장착 모듈까지의 거리가, 두피에서부터 상기 식모기 장착 모듈에 장착된 식모기의 바늘 끝단까지의 두피-바늘 거리(h)인 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 획득된 수평 좌표 데이터 및 수직 좌표 데이터를 이용하여 격자점에 대한 3차원 좌표 데이터를 생성하는 단계(S40); 및
   상기 3차원 좌표 데이터를 로봇 좌표계 기준의 3차원 좌표 데이터로 변환하는 단계(S50);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 변환된 3차원 좌표 데이터에 기초하여, 상기 식모기 장착 모듈을 제어하여 환자 두피에 모발을 이식하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 모발이식 영역의 좌표 데이터 생성 방법.

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