WO2020204424A2 - 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치 및 형상 복원 방법 - Google Patents

초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치 및 형상 복원 방법 Download PDF

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WO2020204424A2
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박철우
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박영균
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Definitions

  • the present invention relates to a path guidance device and a path guidance method using an ultrasonic probe, and more particularly, a path guidance device and path guidance using an ultrasonic probe capable of confirming a three-dimensional shape by photographing an object through an ultrasonic diagnostic device. It's about how.
  • Simple imaging based on the fact that the internal structure of the human body can be seen by passing X-rays through the human body, has contributed to the field of diagnosis and treatment in the field of radiology as the only technique that can obtain images of the human body for about 50 years.
  • Simple photographing is literally photographing a human body using X-rays without using a contrast medium or equipment, and photographing before and after, as well as side or diagonal photographing as necessary.
  • chest photo bone photo, such as simple chest, simple abdominal, simple skeleton, simple sinus, simple neck soft tissue, and breast.
  • the patient and medical staff may be exposed to radiation even if they wear radiation shielding clothing, and there is a problem in that exposure cannot be avoided when imaging is performed using X-rays during surgery or procedures.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 10-1253115
  • an object of the present invention is to provide a path guidance device and a path guidance method using an ultrasonic probe capable of confirming the shape of an object to be photographed in three dimensions without the risk of radiation exposure. have.
  • a shape restoration apparatus using an ultrasonic probe includes a main body provided with a rail for guiding movement in one direction; An arc-shaped rotation guide having one end connected to the main body so as to move along the rail, the other end being perpendicular to the one direction and extending along a trajectory shape of a circle in contact with the main body; A probe unit moving along the rotation guide and changing a position along an arbitrary extension line connected to a centripetal point of the rotation guide at a point of the rotation guide to take an ultrasound image of an object being inspected; A posture orientation measuring unit that coordinates the movement of the probe unit based on the centripetal point; A position sensor that coordinates a point at which the rotation guide and the main body are connected based on the one direction; And transmitting a coordinate calculation command to the posture orientation measurement unit and the position sensor when the probe unit captures an image, and correlating the image acquired by the probe unit with information coordinated by the posture orientation measurement unit and the position sensor. It includes; a control unit for restoring the
  • the attitude direction measuring unit may include at least two Attitude Heading Reference Systems (AHRSs) that are compatible with each other to measure the attitude and orientation of the probe unit.
  • AHRSs Attitude Heading Reference Systems
  • the probe unit may include an ultrasonic probe for photographing an image of the object to be photographed; A fixed module connecting the ultrasonic probe to the rotation guide; And a ball joint that contacts the ultrasonic probe and guides the three-axis rotational motion of the ultrasonic probe based on a central point.
  • a shape restoration apparatus using an ultrasonic probe may further include a display unit that outputs a shape of an object to be photographed restored by the control unit in the form of a 3D image.
  • the ball joint may be locked to limit movement of the ultrasonic probe.
  • control unit compares information scanned around a plurality of photographing areas photographed by the ultrasonic probe while the ball joint is locked under different conditions, and when matching information is confirmed, the shape of the object to be photographed is synthesized. can do.
  • a shape restoration apparatus using an ultrasonic probe may further include an input unit for inputting information on an object to be photographed.
  • a method for restoring a shape using an ultrasonic probe includes: a photographing preparation step of setting photographing conditions according to a position of an object to be photographed; A subject photographing step of photographing a subject to be photographed through an ultrasonic probe under photographing conditions set in the photographing preparation step; An information matching step of obtaining a coordinated image by matching photographing condition information set in the photographing preparation step with image information photographed in the target photographing step; And obtaining a plurality of coordinated images by repeatedly performing the shooting preparation step or the information matching step in a state in which the shooting conditions are changed, and recovering the shape of the subject to be photographed by synthesizing the plurality of coordinated images. It includes; shape restoration step.
  • the arc-shaped rotation guide is fixed to a region of the main body arranged along the longitudinal direction of the subject to be photographed, and an arbitrary extension line connected to the centripetal point of the rotation guide at a point of the rotation guide
  • the position of the ultrasonic probe may be set according to the following.
  • the surrounding information may be obtained by scanning the periphery of the photographing area photographed by the ultrasonic probe.
  • the information matching step includes coordinate information of a point at which the rotation guide is fixed to the body and information obtained by measuring the attitude and orientation of the ultrasonic probe using at least two Attitude Heading Reference Systems (AHRS) It can be matched with image information captured in the photographing step.
  • AHRS Attitude Heading Reference Systems
  • the shape restoration step when matching information is confirmed by comparing a plurality of scanned surrounding information by repeatedly performing the subject photographing step, the shape of the subject to be photographed may be restored.
  • the photographing condition may be set based on information input with respect to the subject to be photographed.
  • the shape of the object to be photographed which is reconstructed by synthesizing the plurality of coordinated images, may be output in the form of a 3D image.
  • the shape restoration apparatus using the ultrasonic probe according to the present invention excludes radiation exposure during orthopedic surgery, such as fracture and bone tumor surgery, so that the safety of the medical staff during surgery may be improved.
  • the shape restoration method using the ultrasonic probe according to the present invention recognizes the posture and position of the ultrasonic probe and the fixed module in real time through a plurality of variables, and captures an image to be photographed based on this, thereby obtaining an image in real time.
  • the shape restoration method using the ultrasonic probe according to the present invention recognizes the posture and position of the ultrasonic probe and the fixed module in real time through a plurality of variables, and captures an image to be photographed based on this, thereby obtaining an image in real time.
  • FIG. 1 is a perspective view of a shape restoration apparatus using an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 and 3 are cross-sectional views of a shape restoration apparatus using the ultrasonic probe of FIG. 1.
  • 4 and 5 are diagrams for describing a process of calculating a posture and a position of a probe in the shape restoration apparatus using the ultrasonic probe of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a flowchart of a shape restoration method using an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • the shape restoration apparatus using the ultrasonic probe according to the present invention excludes radiation exposure during orthopedic surgery, such as fracture and bone tumor surgery, so that the safety of the medical staff during surgery may be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of a shape restoration apparatus using an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of a shape restoration apparatus using the ultrasonic probe of FIG. 1.
  • a shape restoration apparatus 1 (hereinafter, a shape restoration apparatus) using an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention includes a main body 11, a rotation guide 12, and a probe unit 13 , A posture orientation measurement unit 14, a position sensor 15, and a control unit 16 may be included, and a display unit (not shown) and an input unit (not shown) may be further included.
  • the main body 11 may be provided with a rail 111 that guides movement in one direction.
  • the main body 11 may be set in one direction in the longitudinal direction and the horizontal direction of the calibration model 9, and a rail 111 that guides movement in one direction is installed to induce the movement of the rotation guide 12.
  • I can.
  • a position sensor 15 may be connected to one end of the main body 11.
  • the body 11 is provided longer than the calibration model 9 so that the rotation guide 12 can move the entire area of the calibration model 9.
  • the calibration model 9 is manufactured based on predetermined location information, and can be used for initialization and correction of a shape restoration device photographed through the probe unit 13.
  • the range of motion of the rotation guide 12, the probe unit 13, or the posture orientation measurement unit 14 may be expressed based on the calibration model 9. Contents related to the motion range of each component will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5 below.
  • the rotation guide 12 may be connected to the main body 11 so that one end moves along the rail 111.
  • the rotation guide 12 may have an arc shape in which the other end is orthogonal to one direction and the circumference of the rotation guide 12 extends along a trajectory shape of a circle in contact with the main body 11.
  • the rotation guide 12 may move along one direction through the rail 111 of the main body 11 in order to photograph the subject T accommodated in the calibration model 9.
  • the position where the rotation guide 12 is stopped may be sensed through the position sensor 15.
  • the rotation guide 12 has a rail formed along the circumferential direction, so that the movement of the probe unit 13 can be guided.
  • the probe unit 13 may move along the rotation guide 12.
  • the probe unit 13 may be positioned at a point of the rotation guide 12 along an arbitrary extension line connected to the centripetal point of the rotation guide 12 to take an ultrasound image of the object T to be photographed. After stopping at a point of the rotation guide 12, the probe unit 13 may move in a direction away from the centripetal point or along an arbitrary extension line. The movement of the probe unit 13 moving along the extension line may be measured and coordinated through the position sensor 15.
  • the probe unit 13 may further include an ultrasonic probe 131, a fixing module 133, and a ball joint 135.
  • the ultrasound probe 131 may capture an image of the target T.
  • the ultrasonic probe 131 may be provided in the form of an ultrasonic imaging device for photographing an image.
  • the ultrasonic probe 131 is a component for restoring the shape of the object to be photographed T while preventing radiation exposure in the present invention.
  • the ultrasonic probe 131 may be coupled to the rotation guide 12 to move, and may photograph the object T to be photographed from a fixed position. When an object is photographed by the ultrasonic probe 131, information such as the position, angle, and posture of the ultrasonic probe 131 may be sensed through the position sensor 15 and the posture orientation measuring unit 14.
  • the ultrasonic probe 131 may change its position along an arbitrary extension line connected to the centripetal point of the rotation guide 12, and at this time, it may move from the rotation guide 12 through the fixing module 133.
  • the fixing module 133 may connect the ultrasonic probe 131 to the rotation guide 12.
  • the fixing module 133 may move closer to or away from the centripetal direction while the ultrasonic probe 131 is connected to the rotation guide 12. That is, a first motion in which the rotation guide 12 moves through the rail 111 of the main body 11, and a second motion in which the probe unit 13 moves through the rotation guide 12, and the rotation guide 12
  • a third motion in which the ultrasonic probe 131 and the fixing module 133 move along an arbitrary extension line connected to the centripetal point in the fixed state may be divided.
  • the position of the ultrasonic probe 131 changed through the first to third movements may be coordinated through a reference set in the position sensor 15, and the related description will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the ball joint 135 may contact the ultrasonic probe 131.
  • the ball joint 135 may guide the three-axis rotational movement of the ultrasonic probe 131 based on the center point. In this way, the photographing conditions of the ultrasonic probe 131 can be finely adjusted.
  • the ball joint 135 photographs the object T while the ultrasonic probe 131 is fixed, and then shows the photographing posture of the ultrasonic probe 131 as shown in FIG. 2 in order to scan the periphery of the photographing area. It can be rotated in the three-axis direction together.
  • the ball joint 135 may be locked to limit the movement of the ultrasonic probe 131 when the object T is photographed while the ultrasonic probe is fixed.
  • the locking means a state in which rotation of the ball joint 135 is limited by itself, and through this, the 3-axis rotational motion of the ultrasonic probe 131 may be limited.
  • a movement of the ultrasonic probe 131 finely controlled through the ball joint 135 may be defined as a fourth movement.
  • the photographing conditions of the ultrasonic probe 131 finely adjusted through the ball joint 135 may be measured and stored through the posture orientation measuring unit 14.
  • the posture orientation measurement unit 14 may coordinate the movement of the probe unit 13 based on a centripetal point.
  • the posture orientation measuring unit 14 may measure and coordinate the posture and position of the ultrasonic probe 131 finely adjusted through the fourth motion generated by the motion of the ball joint 135.
  • the posture orientation measurement unit 14 may include at least two Attitude Heading Reference Systems (AHRS) that are interchangeable and measure the posture and orientation of the probe unit 13.
  • AHRS Attitude Heading Reference Systems
  • the posture orientation measuring unit 14 may include a first measuring device 141 (FIG. 5) and a second measuring device 143 (FIG. 5) different in a position where the AHRS is arranged and a measured physical quantity. A description of the first measuring device and the second measuring device of the posture orientation measuring unit 14 will be described in detail with reference to FIG. 5.
  • the position sensor 15 may coordinate a point at which the rotation guide 12 and the main body 11 are connected based on one direction.
  • the position sensor 15 may coordinate a point where the rotation guide 12 stops.
  • the position sensor 15 may coordinate the position of the probe unit 13 moving along the rotation guide 12.
  • the position sensor 15 may coordinate the position of the ultrasonic probe 131 moving along an arbitrary line connected to the centripetal point of the rotation guide 12 through the fixing module 133. That is, the position sensor 15 may coordinate the position of the ultrasonic probe 131 moved by the first motion, the second motion, and the third motion.
  • the control unit 16 may transmit a command for calculating coordinates to the posture orientation measurement unit 14 and the position sensor 15 when the probe unit 13 captures an image.
  • the controller 16 may restore the shape of the object T to be photographed by matching the image acquired by the probe unit 13 with information coordinated by the posture orientation measuring unit 14 and the position sensor 15.
  • the controller 16 may control the ball joint 135 to capture a plurality of photographing areas by the ultrasonic probe 131 in a locked state under different conditions. That is, the control unit 16 can compare information scanned around a plurality of photographing areas photographed through the ultrasonic probe 131 at different photographing angles due to the locking/rotation of the ball joint 135, among which the matching When the information is confirmed, the shape of the object to be photographed T can be synthesized.
  • the display unit may output the shape of the target T restored by the controller 16 in the form of a 3D image.
  • the shape of the object to be photographed T can be checked in real time through the image output from the display unit.
  • a change in the shape of the object T to be photographed may be tracked.
  • the input unit may input information on the subject T to be photographed.
  • the input unit may input the size, volume, size, and the like of the object to be photographed T accommodated in the calibration model 9.
  • Shooting settings of the rotation guide 12 and the probe unit 13 may be flexibly changed based on information input through the input unit.
  • the shape restoration apparatus 1 may output not only an image restored by the control unit 16 but also an image captured through the probe unit 11 in real time through the display unit. That is, by outputting an image captured in real time, it is possible to easily check the path of the medical device invading the target T.
  • 4 and 5 are diagrams for describing a process of calculating a posture and a position of a probe in the shape restoration apparatus using the ultrasonic probe of FIG. 1.
  • the Z axis is an axis set in a direction corresponding to the one direction in which the rails of the main body 11 are arranged
  • the Y axis is an axis vertically set to the Z axis and set in the height direction
  • the X axis is perpendicular to the Y axis and the Z axis and set in a horizontal direction. It is defined as an axis.
  • the fixing module 133 may be determined dependently on the positions of the rotation guide 12 and the ball joint 135, but the posture of the fixing module 133 is independently set and is based on the center of the ball joint 135. Posture and position can be measured.
  • r is the outer radius of the rotation guide 12 and may be designated as a constant value according to the standard of the designed rotation guide 12.
  • A denotes a moving distance that the rotation guide 12 moves along the rail 111 along the Z axis, and a value can be measured using the position sensor 15 as a zero point.
  • b denotes the distance the probe unit 13 has moved along the centripetal point from the outer diameter of the rotation guide 12.
  • c is the length obtained by subtracting the b value from the r value, and can be defined as the height in the X-Z plane.
  • d is the distance from the position (O') where the rotation guide 12 is moved by a from the origin (O) to the center of the ball joint 135, and e is the probe part 13 from the center of the ball joint 135 Is the distance to the center of.
  • d and e are dependent on the specification of the device being provided and are provided as constant values that do not change.
  • e used in the drawings and the following [Equation 1] is independent of the natural constant e (approximate value 2.718) and can be understood as a constant value dependent on the standard of the provided device.
  • ⁇ is a rotation value about the axis of the first measuring device 141 aligned in the same direction as the Z axis of the reference point (point O).
  • the position of the ball joint 135 is defined as (c*cos( ⁇ ), c*sin( ⁇ ), (ad)).
  • the posture of the fixed module 133 and the ultrasonic probe 131 is defined as Q p , which may be calculated by a product of Q o and Q l .
  • Q o is the quaternion of the second measuring device 143 measured at the initial position, and calibration for the magnetic north direction may be required.
  • Q l is a quadratic number of the second measuring device 143 measured according to the movement of the ultrasonic probe 131.
  • the position of the fixed module 133 can be calculated through [Equation 1] below.
  • the first motion means that the rotation guide 12 moves based on the Z axis of FIGS. 4 and 5
  • the second motion means that the position of the probe unit 13 along the rotation guide 12 is at ⁇ . It refers to a movement that changes depending on the function
  • the third movement is a movement that moves along an arbitrary virtual line connecting the probe unit 13 and the centripetal point O while the probe unit 13 is fixed to the rotation guide 12 Means.
  • the fourth movement means that the posture and position of the probe unit 13 in a state completed until the third movement is changed by the rotation of the ball joint 135.
  • the shape restoration apparatus 1 divides the movement of the probe unit 13 into the first to fourth movements, and records coordinate information by independently storing the position and posture according to each movement. can do.
  • the position of the ultrasonic probe 131 that is set according to the results of the first to fourth movements may be coordinated by the position sensor 15 and the posture orientation measuring unit 14.
  • the position sensor 15 measures and coordinates the position at which the rotation guide 12 stops by the first movement, and the probe unit 13 determines the centripetal point by the third movement. It may include a second position sensor 153 that measures and coordinates the moved position.
  • Image information captured by the ultrasonic probe 131 at a position fixed by the first to fourth movements, and coordinate information at which the probe unit 13 is fixed according to the result of each movement can be synthesized through the control unit 16. Through this, image information having coordinate information may be calculated.
  • the control unit 16 may restore the three-dimensional shape of the object T to be photographed based on image information having coordinate information and scanning information surrounding the photographing area through the fine motion of the ball joint 135.
  • the shape restoration apparatus 1 using the ultrasonic probe according to the present invention may restore the three-dimensional shape of the object T to be photographed by synthesizing images obtained according to the position and posture of the ultrasonic probe 131. .
  • FIG. 6 is a flowchart of a shape restoration method using an ultrasonic probe according to an embodiment of the present invention.
  • a method for restoring a shape using an ultrasonic probe includes a preparation for photographing (S1), a photographing of an object (S3), an information matching step (S5), and a shape restoration step (S7). Includes.
  • photographing conditions may be set according to the position of the subject to be photographed.
  • an arc-shaped rotation guide may be fixed to a region of the main body disposed along the length direction of the subject to be photographed.
  • the position of the ultrasound probe may be set along an arbitrary extension line connected to the centripetal point of the rotation guide at a point of the rotation guide.
  • photographing conditions may be set based on information input on the subject to be photographed.
  • the subject to be photographed may be photographed through the ultrasound probe under the photographing conditions set in the photographing preparation step S1.
  • the photographed image information may be stored.
  • surrounding information may be obtained by scanning the periphery of the photographing region photographed by the ultrasonic probe.
  • the coordinated image may be obtained by matching the photographing condition information set in the photographing preparation step S1 with the image information photographed in the target photographing step S3.
  • the information obtained by measuring the posture and orientation of the ultrasonic probe using at least two AHRSs and coordinate information of a point where the rotation guide is fixed to the main body is obtained from the image information captured in the target photographing step (S3). You can match.
  • a plurality of coordinated images may be obtained by repeatedly performing the shooting preparation step S1 to the information matching step S5 in a state in which the shooting conditions are changed.
  • the shape of the object to be photographed may be restored by synthesizing a plurality of coordinated images.
  • the object photographing step S3 is repeatedly performed to compare a plurality of scanned surrounding information, and when matching information is confirmed, the shape of the subject to be photographed may be restored.
  • a shape of a subject to be photographed, which is reconstructed by synthesizing a plurality of coordinated images may be output in the form of a 3D image.
  • a plurality of 3D images accumulated and stored with respect to the same subject to be photographed may be compared to determine a part in which changes are accumulated during a specific period.
  • the posture and position of the ultrasonic probe and the fixed module are identified in real time through a plurality of variables, and based on this, the subject to be photographed is photographed to obtain an image.
  • the three-dimensional shape it is possible to easily set the path for inserting the medical device during surgery, and by comparing the accumulated and stored image data, it is possible to easily identify the deformed part of the object to be photographed for a certain period of time.

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Abstract

본 발명의 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는, 일 방향으로 이동을 가이드하는 레일이 설치된 본체; 일단이 레일을 따라 이동하도록 본체와 연결되며, 타단이 일 방향과 직교하며 원주가 상기 본체와 접하는 원의 궤적 형태를 따라 연장 형성된 호 형상의 로테이션 가이드; 로테이션 가이드를 따라 이동하고, 로테이션 가이드의 일 지점에서 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 위치가 변경되어 피찰영 대상의 영상을 초음파 촬영하는 프로브부; 프로브부의 움직임을 구심점을 기준으로 좌표화하는 자세 방위 측정부; 로테이션 가이드와 본체가 연결된 지점을 일 방향을 기준으로 좌표화하는 위치센서; 및 프로브부에서 영상 촬영시 자세 방위 측정부와 위치센서로 좌표산출 명령을 전달하고, 프로브부에서 획득한 영상과 자세 방위 측정부 및 위치센서에서 좌표화된 정보를 대응시켜 피촬영 대상의 형상을 복원하는 제어부;를 포함할 수 있다. [대표도] 도 1

Description

초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치 및 형상 복원 방법
본 발명은 초음파 프로브를 활용한 경로 유도 장치 및 경로 유도 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파 진단장치를 통해 대상을 촬영하여 3차원 형태를 확인할 수 있는 초음파 프로브를 활용한 경로 유도 장치 및 경로 유도 방법에 관한 것이다.
X선을 인체에 투과하면 인체의 내부 구조물을 볼 수 있다는 것을 바탕으로 한 단순 촬영은 영상의학 분야에서는 약 50년간 인체 내부의 영상을 얻을 수 있는 유일한 기법으로 진단 및 치료 분야에 이바지해 왔다. 단순 촬영이란 말 그대로 X선을 이용하여 조영제나 기구 등을 사용하지 않고 인체를 촬영하는 것으로, 전후 사진 또는 필요에 따라 측면 또는 대각선 촬영 등을 하게 된다. 흔히 말하는 가슴 사진, 뼈 사진 등 단순 흉부 촬영, 단순 복부 촬영, 단순 골격 촬영, 단순 부비동 촬영, 단순 경부 연조직(neck soft tissue) 촬영, 유방 촬영 등을 말한다.
하지만, X선 촬영시 환자와 의료진은 방사선 차폐복장을 착용하더라도 방사선에 피폭될 수 있으며, 수술 또는 시술 중 X선을 이용하여 촬영되는 경우에는 피폭을 피할 수 없는 문제점이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1253115호
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 방사능 피폭의 위험이 없이 피촬영 대상의 형태를 3차원으로 확인할 수 있는 초음파 프로브를 활용한 경로 유도 장치 및 경로 유도 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는 일 방향으로 이동을 가이드하는 레일이 설치된 본체; 일단이 상기 레일을 따라 이동하도록 상기 본체와 연결되며, 타단이 상기 일 방향과 직교하며 원주가 상기 본체와 접하는 원의 궤적 형태를 따라 연장 형성된 호 형상의 로테이션 가이드; 상기 로테이션 가이드를 따라 이동하고, 상기 로테이션 가이드의 일 지점에서 상기 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 위치가 변경되어 피찰영 대상의 영상을 초음파 촬영하는 프로브부; 상기 프로브부의 움직임을 상기 구심점을 기준으로 좌표화하는 자세 방위 측정부; 상기 로테이션 가이드와 상기 본체가 연결된 지점을 상기 일 방향을 기준으로 좌표화하는 위치센서; 및 상기 프로브부에서 영상 촬영시 상기 자세 방위 측정부와 상기 위치센서로 좌표산출 명령을 전달하고, 상기 프로브부에서 획득한 영상과 상기 자세 방위 측정부 및 상기 위치센서에서 좌표화된 정보를 대응시켜 피촬영 대상의 형상을 복원하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 자세 방위 측정부는, 상호 호환되어 상기 프로브부의 자세와 방위를 측정하는 적어도 두 개의 AHRS(Attitude Heading Reference System)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로브부는, 상기 피촬영 대상의 영상을 촬영하는 초음파 프로브; 상기 초음파 프로브를 상기 로테이션 가이드에 연결시키는 고정모듈; 및 상기 초음파 프로브와 접촉하며 중심점을 기초로 상기 초음파 프로브의 3축 회전운동을 가이드하는 볼조인트;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는 상기 제어부에서 복원한 피촬영 대상의 형상을 3차원 영상 형태로 출력하는 디스플레이부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 볼조인트는, 상기 초음파 프로브가 고정된 상태에서 피촬영 대상을 촬영하는 경우, 상기 초음파 프로브의 움직임을 제한하기 위해 락킹될 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 볼조인트가 상이한 조건에서 락킹된 상태로 상기 초음파 프로브에 의해 촬영된 복수의 촬영영역의 주변을 스캐닝한 정보들을 비교하여 일치하는 정보가 확인되면 피촬영 대상의 형상을 종합할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는 피촬영 대상의 정보를 입력하기 위한 입력부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예를 따르는 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법은 피촬영 대상의 위치에 따라 촬영조건을 설정하는 촬영 준비 단계; 상기 촬영 준비 단계에서 설정된 촬영조건에서 초음파 프로브를 통해 피촬영 대상을 촬영하는 대상 촬영 단계; 상기 촬영 준비 단계에서 설정된 촬영조건 정보와 상기 대상 촬영 단계에서 촬영된 영상 정보를 매칭시켜 좌표화된 이미지를 획득하는 정보 매칭 단계; 및 촬영조건을 변경한 상태로 상기 촬영 준비 단계 내지 정보 매칭 단계를 반복적으로 수행하여 복수의 좌표화된 이미지를 획득하고, 상기 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 상기 피촬영 대상의 형상을 복원하는 형상 복원 단계;를 포함한다.
또한, 상기 촬영 준비 단계는, 상기 피촬영 대상의 길이방향을 따라 배치된 본체의 일 영역에 호 형상의 로테이션 가이드를 고정시키고, 상기 로테이션 가이드의 일 지점에서 상기 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 상기 초음파 프로브의 위치를 설정할 수 있다.
또한, 상기 대상 촬영 단계는, 상기 초음파 프로브가 촬영한 촬영영역의 주변을 스캐닝하여 주변정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 정보 매칭 단계는, 상기 로테이션 가이드가 상기 본체에 고정된 일 지점의 좌표정보 및 적어도 두 개의 AHRS(Attitude Heading Reference System)를 이용하여 상기 초음파 프로브의 자세와 방위를 측정한 정보를 상기 대상 촬영 단계에서 촬영된 영상 정보와 매칭시킬 수 있다.
또한, 상기 형상 복원 단계는, 상기 대상 촬영 단계를 반복적으로 수행하여 스캐닝한 복수의 주변정보를 비교하여 일치하는 정보가 확인되면 상기 피촬영 대상의 형상을 복원할 수 있다.
또한, 상기 촬영 준비 단계는, 상기 피촬영 대상에 대하여 입력된 정보를 기초로 상기 촬영조건을 설정할 수 있다.
또한, 상기 형상 복원 단계는, 상기 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 복원한 상기 피촬영 대상의 형상을 3차원 영상의 형태로 출력할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는 골절 및 골종양 수술 등 정형외과 수술 중에 뼈의 형태를 확인하는 과정에서 방사능 피폭이 배제되어 수술시 의료진의 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법은 초음파 프로브와 고정모듈의 자세 및 위치를 복수의 변수를 통하여 실시간으로 파악하고, 이를 기초로 피촬영 대상을 촬영하여 이미지를 획득함으로써, 실시간으로 3차원 형상을 수집하여 수술시 의료기기가 삽입되기 위한 경로를 용이하게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치의 사시도이다.
도 2 및 3은 도 1의 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치의 단면도이다.
도 4 및 5는 도 1의 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치에서 프로브의 자세 및 위치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법의 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치는 골절 및 골종양 수술 등 정형외과 수술 중에 뼈의 형태를 확인하는 과정에서 방사능 피폭이 배제되어 수술시 의료진의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치의 사시도이고, 도 2 및 3은 도 1의 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치(1, 이하 형상 복원 장치)는 본체(11), 로테이션 가이드(12), 프로브부(13), 자세 방위 측정부(14), 위치센서(15) 및 제어부(16)를 포함하고, 디스플레이부(미도시) 및 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본체(11)는 일 방향으로 이동을 가이드하는 레일(111)이 설치될 수 있다. 본체(11)는 캘리브레이션 모형(9)의 길이방향과 수평한 방향으로 일 방향이 설정될 수 있으며, 일 방향으로 이동을 가이드 하는 레일(111)이 설치되어 로테이션 가이드(12)의 이동을 유도할 수 있다. 본체(11)의 일단에는 위치센서(15)가 연결될 수 있다. 본체(11)는 캘리브레이션 모형(9) 보다 길게 제공되어 캘리브레이션 모형(9)의 전 영역을 로테이션 가이드(12)가 이동할 수 있다.
한편, 캘리브레이션 모형(9)은 미리 정해진 위치 정보를 기반으로 제작되어, 프로브부(13)를 통해 촬영한 형상 복원 장치의 초기화 및 보정에 활용될 수 있다. 상세하게, 캘리브레이션 모형(9)을 기준으로 로테이션 가이드(12), 프로브부(13) 또는 자세 방위 측정부(14)의 운동 범위가 표현될 수 있다. 각 구성요소의 운동 범위와 관련된 내용은 하기의 도 2 내지 도 5를 통해 상세히 설명하도록 한다.
로테이션 가이드(12)는 일단이 레일(111)을 따라 이동하도록 본체(11)와 연결될 수 있다. 로테이션 가이드(12)는 타단이 일 방향과 직교하며, 원주가 본체(11)와 접하는 원의 궤적 형태를 따라 연장 형성된 호 형상일 수 있다. 로테이션 가이드(12)는 캘리브레이션 모형(9)에 수용된 피촬영 대상(T)을 촬영하기 위해 본체(11)의 레일(111)을 통해 일 방향을 따라 이동할 수 있다. 로테이션 가이드(12)가 정지한 위치는 위치센서(15)를 통해 센싱될 수 있다. 또한, 로테이션 가이드(12)에는 원주 방향을 따라 레일이 형성되어 있어, 프로브부(13)의 이동을 가이드할 수 있다.
프로브부(13)는 로테이션 가이드(12)를 따라 이동할 수 있다. 프로브부(13)는 로테이션 가이드(12)의 일 지점에서 로테이션 가이드(12)의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 위치가 변경되어 피촬영 대상(T)의 영상을 초음파 촬영할 수 있다. 프로브부(13)는 로테이션 가이드(12)의 일 지점에 정지한 뒤, 임의의 연장선을 따라 구심점 방향 또는 구심점에서 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 연장선을 따라 이동하는 프로브부(13)의 움직임은 위치센서(15)를 통해 측정 및 좌표화 될 수 있다.
프로브부(13)는 초음파 프로브(131), 고정모듈(133) 및 볼조인트(135)를 더 포함할 수 있다. 초음파 프로브(131)는 피촬영 대상(T)의 영상을 촬영할 수 있다. 상세하게, 초음파 프로브(131)는 영상을 촬영하기 위한 초음파 영상 장치의 형태로 구비될 수 있다. 이처럼, 초음파 프로브(131)는 본 발명에서 방사능 피폭을 예방하면서 피촬영 대상(T)의 형상을 복원하기 위한 구성요소이다. 초음파 프로브(131)는 로테이션 가이드(12)에 결합되어 이동할 수 있으며, 고정된 위치에서 피촬영 대상(T)을 촬영할 수 있다. 초음파 프로브(131)에서 대상을 촬영하는 경우에는, 초음파 프로브(131)의 위치, 각도, 자세 등의 정보가 위치센서(15)와 자세 방위 측정부(14)를 통해 감지될 수 있다.
한편, 초음파 프로브(131)는 로테이션 가이드(12)의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 위치가 변경될 수 있으며, 이때 고정모듈(133)을 통해 로테이션 가이드(12)로부터 이동할 수 있다.
고정모듈(133)은 초음파 프로브(131)를 로테이션 가이드(12)에 연결시킬 수 있다. 고정모듈(133)은 초음파 프로브(131)를 로테이션 가이드(12)에 연결시킨 상태에서 구심점 방향을 따라 가까워지거나 멀어지도록 이동할 수 있다. 즉, 로테이션 가이드(12)가 본체(11)의 레일(111)을 통해 이동하는 제1 운동과, 로테이션 가이드(12)를 통해 프로브부(13)가 이동하는 제2 운동 및 로테이션 가이드(12)에 고정된 상태에서 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 초음파 프로브(131)와 고정모듈(133)이 이동하는 제3 운동이 구분될 수 있다. 제1 내지 제3 운동을 통해 변경된 초음파 프로브(131)의 위치는 위치센서(15)에 기설정된 기준을 통해 좌표화될 수 있으며, 이와 관련된 설명은 도 4 및 도 5를 통해 상술하도록 한다
볼조인트(135)는 초음파 프로브(131)와 접촉할 수 있다. 볼조인트(135)는 중심점을 기초로 초음파 프로브(131)의 3축 회전운동을 가이드할 수 있다. 이처럼, 초음파 프로브(131)의 촬영조건을 미세조절할 수 있다. 상세하게, 볼조인트(135)는 초음파 프로브(131)가 고정된 상태에서 피촬영 대상(T)을 촬영한 뒤, 촬영영역의 주변을 스캐닝하기 위해 초음파 프로브(131)의 촬영자세를 도 2와 같이 3축방향으로 회전시킬 수 있다.
또한, 볼조인트(135)는 초음파 프로브가 고정된 상태에서 피촬영 대상(T)을 촬영하는 경우 초음파 프로브(131)의 움직임을 제한하기 위해 락킹될 수 있다. 이때, 락킹은 볼조인트(135) 자체적으로 회전이 제한되는 상태를 의미하며, 이를 통해 초음파 프로브(131)의 3축 회전운동이 제한될 수 있다.
한편, 볼조인트(135)를 통해 미세조절되는 초음파 프로브(131)의 움직임을 제4 운동으로 정의할 수 있다. 볼조인트(135)를 통해 미세조절된 초음파 프로브(131)의 촬영조건은 자세 방위 측정부(14)를 통해 측정 및 저장될 수 있다.
자세 방위 측정부(14)는 프로브부(13)의 움직임을 구심점을 기준으로 좌표화할 수 있다. 자세 방위 측정부(14)는 볼조인트(135)에 움직임으로 인해 발생한 제4 운동을 통해 미세하게 조절된 초음파 프로브(131)의 자세, 위치를 측정하여 좌표화할 수 있다. 자세 방위 측정부(14)는 상호 호환되어 프로브부(13)의 자세와 방위를 측정하는 적어도 두개의 AHRS(Attitude Heading Reference System)를 포함할 수 있다. 일 예로, 자세 방위 측정부(14)는 AHRS가 배치된 위치 및 측정하는 물리량이 상이한 제1 측정기(141, 도 5)와 제2 측정기(143, 도 5)를 포함할 수 있다. 자세 방위 측정부(14)의 제1 측정기와 제2 측정기와 관련된 설명은 도 5를 통해 상술하도록 한다
위치센서(15)는 로테이션 가이드(12)와 본체(11)가 연결된 지점을 일 방향을 기준으로 좌표화할 수 있다. 위치센서(15)는 로테이션 가이드(12)가 정지한 지점을 좌표화할 수 있다. 위치센서(15)는 로테이션 가이드(12)를 따라 움직이는 프로브부(13)의 위치를 좌표화할 수 있다. 위치센서(15)는 고정모듈(133)을 통해 로테이션 가이드(12)의 구심점과 이어진 임의의 선을 따라 움직이는 초음파 프로브(131)의 위치를 좌표화할 수 있다. 즉, 위치센서(15)는 제1 운동, 제2 운동 및 제3 운동에 의해 이동하는 초음파 프로브(131)의 위치를 좌표화할 수 있다.
제어부(16)는 프로브부(13)에서 영상 촬영시 자세 방위 측정부(14)와 위치센서(15)로 좌표산출 명령을 전달할 수 있다. 제어부(16)는 프로브부(13)에서 획득한 영상과 자세 방위 측정부(14) 및 위치센서(15)에서 좌표화된 정보를 대응시켜 피촬영 대상(T)의 형상을 복원할 수 있다. 제어부(16)는 볼조인트(135)가 상이한 조건에서 락킹된 상태로 초음파 프로브(131)에 의해 복수의 촬영영역을 촬영하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(16)는 볼조인트(135)의 락킹/회전에 의해 상이한 촬영각도에서 초음파 프로브(131)를 통해 촬영된 복수의 촬영영역의 주변을 스캐닝한 정보들을 비교할 수 있으며, 이 중 일치하는 정보가 확인되면 피촬영 대상(T)의 형상을 종합할 수 있다.
디스플레이부는 제어부(16)에서 복원한 피촬영 대상(T)의 형상을 3차원 영상 형태로 출력할 수 있다. 디스플레이부에서 출력되는 영상을 통해 피촬영 대상(T)의 형상을 실시간으로 확인할 수 있다. 또한, 디스플레이부에서 출력되는 영상을 누적 저장하여 피촬영 대상(T)의 형상의 변화를 추적할 수 있다.
입력부는 피촬영 대상(T)의 정보를 입력할 수 있다. 입력부는 캘리브레이션 모형(9)에 수용되는 피촬영 대상(T)의 크기, 부피, 사이즈 등을 입력할 수 있다. 입력부를 통해 입력된 정보를 기초로 로테이션 가이드(12), 프로브부(13)의 촬영 설정이 유동적으로 변경될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 형상 복원 장치(1)는 제어부(16)에서 복원한 영상 뿐 아니라, 프로브부(11)를 통해 촬영된 영상을 디스플레이부를 통해 실시간으로 출력할 수 있다. 즉, 실시간으로 촬영되는 영상을 출력함으로써 피촬영 대상(T)으로 침습되는 의료기기의 경로를 용이하게 확인할 수 있다.
도 4 및 5는 도 1의 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치에서 프로브의 자세 및 위치를 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, X축, Y축 및 Z축으로 3축을 지정하고 이에 따른 변수들을 설정하였다. Z축은 본체(11)의 레일이 배치된 일 방향에 대응하는 방향으로 설정된 축이며, Y축은 Z축과 수직하며 높이 방향으로 설정된 축이고, X축은 Y축 및 Z축과 수직하며 수평한 방향으로 설정된 축으로 정의된다. 이때, 고정모듈(133)은 로테이션 가이드(12) 및 볼조인트(135)의 위치에 종속적으로 결정될 수 있으나, 고정모듈(133)의 자세는 독립적으로 설정되어 볼조인트(135)의 중심을 기준으로 자세 및 위치가 측정될 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 기재된 각 부호에 대하여 상세히 설명하도록 한다. r은 로테이션 가이드(12)의 바깥 반지름으로, 설계된 로테이션 가이드(12)의 규격에 따라 상수값으로 지정될 수 있다. a는 로테이션 가이드(12)가 레일(111)을 따라 Z축으로 이동한 이동거리를 의미하며, 위치센서(15)를 영점으로 값이 측정될 수 있다. b는 로테이션 가이드(12)의 외경으로부터 프로브부(13)가 구심점을 따라 이동한 거리를 의미한다. c는 r값에서 b값을 뺀 길이로, X-Z 평면에서의 높이로 정의될 수 있다. d는 로테이션 가이드(12)가 원점(O)으로부터 a만큼 이동한 위치(O')에서 볼조인트(135)의 중심까지의 거리이고, e는 볼조인트(135)의 중심에서 프로브부(13)의 중심까지의 거리이다. d 및 e는 제공되는 장치의 규격에 종속적이며, 변하지 않는 상수값으로 제공된다. 특히 도면 및 하기의 [수학식 1]에서 사용되는 e는 자연상수 e(근사값 2.718)과 무관하며 제공되는 장치의 규격에 종속되는 상수값으로 이해될 수 있다. θ는 기준점(O점)의 Z축과 같은 방향으로 정렬된 제1 측정기(141)의 축에 대한 회전값이다.
도 5를 참조하면, 볼조인트(135)의 위치는 (c*cos(θ), c*sin(θ), (a-d))로 정의된다. 또한, 고정모듈(133)과 초음파 프로브(131)의 자세는 Qp로 정의되며, 이는 Qo와 Ql의 곱에 의해 산출될 수 있다. Qo는 초기 위치에서 측정한 제2 측정기(143)의 사원수이고 자북방향에 대한 교정(calibration)이 요구될 수 있다. 또한,, Ql은 초음파 프로브(131)의 움직임에 따라 측정되는 제2 측정기(143)의 사원수이다. 한편, 고정모듈(133)의 위치는 아래의 [수학식 1]을 통해 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020003830-appb-I000001
정리하자면, 제1 운동은 도 4 및 도 5의 Z축을 기준으로 로테이션 가이드(12)가 이동하는 것을 의미하고, 제2 운동은 로테이션 가이드(12)를 따라 프로브부(13)의 위치가 θ에 의존적으로 변경되는 운동을 의미하며, 제3 운동은 프로브부(13)가 로테이션 가이드(12)에 고정된 상태에서 프로브부(13)와 구심점(O)를 이은 임의의 가상선을 따라 이동하는 운동을 의미한다. 또한, 제4 운동은 제3 운동까지 완료된 상태의 프로브부(13)가 볼조인트(135)의 회전에 의해 자세 및 위치가 변경되는 것을 의미한다. 이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 형상 복원 장치(1)는 프로브부(13)의 움직임을 제 1 내지 제4 운동으로 구분하며, 각 운동에 따라 위치와 자세를 독립적으로 저장하여 좌표정보를 기록할 수 있다.
상세하게, 제1 내지 제4 운동의 결과에 따라 설정되는 초음파 프로브(131)의 위치는 위치센서(15)와 자세 방위 측정부(14)에 의해 좌표화될 수 있다. 상세하게, 위치센서(15)는 제1 운동에 의해 로테이션 가이드(12)가 정지하는 위치를 측정하고 좌표화 하는 제1 위치센서(151) 및 제3 운동에 의해 프로브부(13)가 구심점을 따라 이동한 위치를 측정하고 좌표화하는 제2 위치센서(153)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 운동에 의해 고정된 위치에서 초음파 프로브(131)을 통해 촬영된 영상정보와, 각 운동의 결과에 따라 프로브부(13)가 고정된 좌표 정보는 제어부(16)를 통해 종합될 수 있으며, 이를 통해 좌표정보를 가진 영상 정보가 산출될 수 있다. 제어부(16)는 좌표정보를 가진 영상정보와, 볼조인트(135)의 미세운동을 통해 촬영영역을 주변한 스캐닝 정보를 기초로 피촬영 대상(T)의 3차원 형상을 복원할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치(1)는 초음파 프로브(131)의 위치 및 자세에 따라 획득되는 이미지를 종합하여 피촬영 대상(T)의 3차원 형상을 복원할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법에 대하여 설명한다. 하기의 설명에서 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치의 구성 및 특성과 관련되어 중복된 부분은 생략하며 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법에 관련한 서술을 추가적으로 기재하도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법은 촬영 준비 단계(S1), 대상 촬영 단계(S3), 정보 매칭 단계(S5) 및 형상 복원 단계(S7)를 포함한다.
촬영 준비 단계(S1)에서는 피촬영 대상의 위치에 따라 촬영조건을 설정할 수 있다. 촬영 준비 단계(S1)에서는 피촬영 대상의 길이방향을 따라 배치된 본체의 일 영역에 호 형상의 로테이션 가이드를 고정시킬 수 있다. 촬영 준비 단계(S1)에서는 로테이션 가이드의 일 지점에서 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 초음파 프로브의 위치를 설정할 수 있다. 촬영 준비 단계(S1)에서는 피촬영 대상에 대하여 입력된 정보를 기초로 촬영조건을 설정할 수 있다.
대상 촬영 단계(S3)에서는 촬영 준비 단계(S1)에서 설정된 촬영조건에서 초음파 프로브를 통해 피촬영 대상을 촬영할 수 있다. 대상 촬영 단계(S3)에서는 촬영된 영상 정보를 저장할 수 있다. 대상 촬영 단계(S3)에서는 초음파 프로브가 촬영한 촬영영역의 주변을 스캐닝하여 주변정보를 획득할 수 있다.
정보 매칭 단계(S5)에서는 촬영 준비 단계(S1)에서 설정된 촬영조건 정보와 대상 촬영 단계(S3)에서 촬영된 영상 정보를 매칭시켜 좌표화된 이미지를 획득할 수 있다. 정보 매칭 단계(S5)에서는 로테이션 가이드가 본체에 고정된 일 지점의 좌표정보 및 적어도 두개의 AHRS를 이용하여 초음파 프로브의 자세와 방위를 측정한 정보를 대상 촬영 단계(S3)에서 촬영한 영상 정보와 매칭시킬 수 있다.
형상 복원 단계(S7)에서는 촬영조건을 변경한 상태로 촬영 준비 단계(S1) 내지 정보 매칭 단계(S5)를 반복적으로 수행하여 복수의 좌표화된 이미지를 획득할 수 있다. 형상 복원 단계(S7)에서는 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 피촬영 대상의 형상을 복원할 수 있다. 형상 복원 단계(S7)에서는 대상 촬영 단계(S3)를 반복적으로 수행하여 스캐닝한 복수의 주변정보를 비교하여 일치하는 정보가 확인되면 피촬영 대상의 형상을 복원할 수 있다. 형상 복원 단계(S7)에서는 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 복원한 피촬영 대상의 형상을 3차원 영상의 형태로 출력할 수 있다. 또한, 형상 복원 단계(S7)에서는 동일한 피촬영 대상에 대하여 누적저장된 복수의 3차원 영상을 비교하여 특정 기간동안 변화가 누적된 부분을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법은 초음파 프로브와 고정모듈의 자세 및 위치를 복수의 변수를 통하여 실시간으로 파악하고, 이를 기초로 피촬영 대상을 촬영하여 이미지를 획득함으로써, 실시간으로 3차원 형상을 수집하여 수술시 의료기기가 삽입되기 위한 경로를 용이하게 설정할 수 있으며, 누적저장된 영상 데이터를 비교하여 일정기간동안 피촬영 대상의 형태가 변형된 부분을 용이하게 파악할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
[부호의 설명]
1: 형상 복원 장치
11: 본체
111: 레일
12: 로테이션 가이드
13: 프로브부
131: 초음파 프로브
133: 고정모듈
135: 볼조인트
14: 자세 방위 측정부
141: 제1 측정기
143: 제2 측정기
15: 위치센서
151: 제1 위치센서
153: 제2 위치센서
16: 제어부
9: 캘리브레이션 모형
T: 피촬영 대상

Claims (14)

  1. 일 방향으로 이동을 가이드하는 레일이 설치된 본체;
    일단이 상기 레일을 따라 이동하도록 상기 본체와 연결되며, 타단이 상기 일 방향과 직교하며 원주가 상기 본체와 접하는 원의 궤적 형태를 따라 연장 형성된 호 형상의 로테이션 가이드;
    상기 로테이션 가이드를 따라 이동하고, 상기 로테이션 가이드의 일 지점에서 상기 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 위치가 변경되어 피찰영 대상의 영상을 초음파 촬영하는 프로브부;
    상기 프로브부의 움직임을 상기 구심점을 기준으로 좌표화하는 자세 방위 측정부;
    상기 로테이션 가이드와 상기 본체가 연결된 지점을 상기 일 방향을 기준으로 좌표화하는 위치센서; 및
    상기 프로브부에서 영상 촬영시 상기 자세 방위 측정부와 상기 위치센서로 좌표산출 명령을 전달하고, 상기 프로브부에서 획득한 영상과 상기 자세 방위 측정부 및 상기 위치센서에서 좌표화된 정보를 대응시켜 피촬영 대상의 형상을 복원하는 제어부;를 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자세 방위 측정부는,
    상호 호환되어 상기 프로브부의 자세와 방위를 측정하는 적어도 두 개의 AHRS(Attitude Heading Reference System)를 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브부는,
    상기 피촬영 대상의 영상을 촬영하는 초음파 프로브;
    상기 초음파 프로브를 상기 로테이션 가이드에 연결시키는 고정모듈; 및
    상기 초음파 프로브와 접촉하며 중심점을 기초로 상기 초음파 프로브의 3축 회전운동을 가이드하는 볼조인트;를 더 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에서 복원한 피촬영 대상의 형상을 3차원 영상 형태로 출력하는 디스플레이부;를 더 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼조인트는,
    상기 초음파 프로브가 고정된 상태에서 피촬영 대상을 촬영하는 경우, 상기 초음파 프로브의 움직임을 제한하기 위해 락킹되는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 볼조인트가 상이한 조건에서 락킹된 상태로 상기 초음파 프로브에 의해 촬영된 복수의 촬영영역의 주변을 스캐닝한 정보들을 비교하여 일치하는 정보가 확인되면 피촬영 대상의 형상을 종합하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피촬영 대상의 정보를 입력하기 위한 입력부;를 더 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 장치.
  8. 피촬영 대상의 위치에 따라 촬영조건을 설정하는 촬영 준비 단계;
    상기 촬영 준비 단계에서 설정된 촬영조건에서 초음파 프로브를 통해 피촬영 대상을 촬영하는 대상 촬영 단계;
    상기 촬영 준비 단계에서 설정된 촬영조건 정보와 상기 대상 촬영 단계에서 촬영된 영상 정보를 매칭시켜 좌표화된 이미지를 획득하는 정보 매칭 단계; 및
    촬영조건을 변경한 상태로 상기 촬영 준비 단계 내지 정보 매칭 단계를 반복적으로 수행하여 복수의 좌표화된 이미지를 획득하고, 상기 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 상기 피촬영 대상의 형상을 복원하는 형상 복원 단계;를 포함하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 촬영 준비 단계는,
    상기 피촬영 대상의 길이방향을 따라 배치된 본체의 일 영역에 호 형상의 로테이션 가이드를 고정시키고, 상기 로테이션 가이드의 일 지점에서 상기 로테이션 가이드의 구심점과 이어진 임의의 연장선을 따라 상기 초음파 프로브의 위치를 설정하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 대상 촬영 단계는,
    상기 초음파 프로브가 촬영한 촬영영역의 주변을 스캐닝하여 주변정보를 획득하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 정보 매칭 단계는,
    상기 로테이션 가이드가 상기 본체에 고정된 일 지점의 좌표정보 및 적어도 두 개의 AHRS(Attitude Heading Reference System)를 이용하여 상기 초음파 프로브의 자세와 방위를 측정한 정보를 상기 대상 촬영 단계에서 촬영된 영상 정보와 매칭시키는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 형상 복원 단계는,
    상기 대상 촬영 단계를 반복적으로 수행하여 스캐닝한 복수의 주변정보를 비교하여 일치하는 정보가 확인되면 상기 피촬영 대상의 형상을 복원하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 촬영 준비 단계는,
    상기 피촬영 대상에 대하여 입력된 정보를 기초로 상기 촬영조건을 설정하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 형상 복원 단계는,
    상기 복수의 좌표화된 이미지를 종합하여 복원한 상기 피촬영 대상의 형상을 3차원 영상의 형태로 출력하는, 초음파 프로브를 활용한 형상 복원 방법.
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