KR20230013718A - 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일예와 관련된 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템은, 정상 두골 골격 정보 및 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 정보를 학습하는 학습용 골격 데이터베이스; 환자의 골절과 관련된 영상을 입력받는 인터페이스; 상기 입력된 골절 영상을 전달받아 3차원 영상으로 재구성하는 3차원 영상 재구성부; 상기 학습용 골격 데이터베이스와 협업하여, 상기 3차원 영상 내에 환부를 인식하는 환부 인식부; 상기 3차원 영상 내의 환부에 대한 맞춤형 골지지체를, 미러링 및 불리안 연산 동작을 통해 자동으로 디자인하는 미러링/불리안 연산부; 및 상기 디자인 된 맞춤형 골지지체 정보를 수신하여, 3D 프린팅을 위해 분류하는 펌웨어부;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의한 골 결손에 의해 안면골 및 양악 부위를 포함한 두골 전반부에 대해 기능적, 미용적 역할을 대체할 수 있는 골지지체를 자동으로 디자인하고 이를 이용한 개체를 현장에서 3D 프린터로 즉시 제조할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, CT영상으로부터 재구성된 환자 영상을 입력하면 환부 및 골결손 부위에 대한 인식, 미러링과 불리안 알고리즘 기반의 골지지체의 자동 디자인, 디자인을 3D 프린터에 전송, 즉각적인 제조 방법을 모두 포함하는 기술이며 이는 정형외과 및 성형외과 등에서 사용할 수 있다.
얼굴은 사람 간의 상호작용 중에 가장 많은 시선이 집중되는 만큼 중요한 부분이고 신체 중 미용적인 비중이 가장 많이 차지하는 부분이기도 하다.
하지만 골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의해서 두골에 대한 근본적인 문제가 1차적으로 질환 부위와 연관 되는 신체적 기능에 이상이 생길 수 있고 이에 따라 당연히 미용적인 부분에서도 큰 영향이 발생될 수 있다.
두골은 다른 장골과 달리 구조가 복잡하고 감각 기관 및 뇌와 같은 주요 기관이 자리 잡고 있기 때문에 기능적인 측면 뿐만 아니라 미용적인 측면, 이렇게 두 측면이 모두 고려된 수술이 진행되어야 한다.
환자의 생명이 매우 위독한 경우 미용적인 측면이 크게 고려되지 않기도 하지만 이 경우 환자가 목숨을 부지한다 하더라도 삶의 질적인 부분에서 환자에게 매우 큰 부담으로 다가올 수 있다.
3D프린터의 발달이 의료분야에 혁신적인 기술로 다가온 것은 사실이지만 보급적인 측면에서는 기술적으로 지원되는 부분이 아직까지도 미비한 것은 사실이다.
특히, 의료기관에서 직접적으로 골지지체에 대한 의료기기 디자인이 어렵고 디자인과 제작을 외부에 위탁을 하더라도 모두 수동으로 진행해야 하는 부분 때문에 환자 맞춤형 의료기기의 제작은 근본적으로 많은 시간 소모와 인적 자원의 투여가 필수적이다.
이러한 부분이 아직 해결이 되지 않기 때문에 의료현장에서 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 의료기기의 수요가 있음에도 입원 시간의 한계, 비용적인 한계 때문에 자가골 가공 이식이나 기능적인 부분 재건에만 치중된 수술을 진행할 수밖에 없는 실정이다.
실제로 두골과 관련된 두정부 부분, 광대뼈와 같은 안면골, 상악, 하악과 같은 양악 부분은 미용적인 부분이 중요하기 때문에 수요가 많지만, 빠르게 디자인과 제작에 대한 기술 지원이 없다면 3D 프린팅에 대한 혜택을 누리기가 어려운 실정이다.
따라서 이를 해결할 수 있는 방법 및 시스템에 대한 니즈가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두골에 대한 환자 맞춤형 골지지체를 딥러닝 기술과 일반화된 3차원 영상 처리 기술을 융합하여 자동으로 디자인을 생성하는 시스템과 이러한 디자인을 인쇄 세팅이 완료된 생분해성 3D 프린터 혹은 금속 프린터에 전송하여 자동으로 골지지체를 제작하는 디자인/제조 자동 공정화 기술을 도입하고자 한다.
정상적인 두골 골격과 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 데이터를 학습한 딥러닝으로 새로운 환자데이터가 입력되었을 때, 3차원 골격 재구성, 딥러닝에 의한 환부 인식, 미러링과 불리안 연산에 의한 환자 맞춤형 골지지체 자동 디자인, 디자인 송수신을 통한 펌웨어의 프린팅 자동 인쇄 명령에 의한 자동 제조로 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명이 의료현장에 도입되면 의료현장에서는 두골 골결손 환자에 대한 환자맞춤형 골지지체를 특별한 디자인이나 설계 기술 없이도 손쉽게 디자인할 수 있으며 디자인이 완료된 시점에서본 시스템은 원내 구비된 3D 프린터에 자동으로 제작 명령을 하달하고 세팅된 프린터는 디자인을 자동으로 전송받아 바로 개체 제작에 들어가게 된다.
이런 시스템이 보급될 경우 환자의 입원 기간이 단축되고 수술시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 미용적인 측면이 예민할 수 있는 두골 부분에 대해 기능적인 측면은 물론 미용적인 측면이 함께 고려될 수 있는 골지지체를 빠르게 제작하고 수술에 사용될 수 있다.
본 발명이 제안하는 기술은 다음과 같이 정리될 수 있다.
1) DICOM영상에 대한 2차원/3차원 영상 처리, 영상 정합 기술
2) 딥러닝 기반의 검출 기술
3) 펌웨어를 통한 데이터 전송 및 하드웨어 제어 기술
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템은, 정상 두골 골격 정보 및 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 정보를 학습하는 학습용 골격 데이터베이스; 환자의 골절과 관련된 영상을 입력받는 인터페이스; 상기 입력된 골절 영상을 전달받아 3차원 영상으로 재구성하는 3차원 영상 재구성부; 상기 학습용 골격 데이터베이스와 협업하여, 상기 3차원 영상 내에 환부를 인식하는 환부 인식부; 상기 3차원 영상 내의 환부에 대한 맞춤형 골지지체를, 미러링 및 불리안 연산 동작을 통해 자동으로 디자인하는 미러링/불리안 연산부; 및 상기 디자인 된 맞춤형 골지지체 정보를 수신하여, 3D 프린팅을 위해 분류하는 펌웨어부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 객체 분류된 골지지체 정보 각각을 전달 받아 프린팅하는 3D 프린팅부;를 더 포함하고, 상기 3D 프린팅부는, 생분해성 객체를 제작하는 생분해성 3D 프린팅부; 금속 객체를 제작하는 금속 3D 프린팅부; 및 플라스틱 객체를 제작하는 플라스틱 3D 프린팅부;를 포함하며, 상기 환부는, 골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의한 골 결손에 의해 안면골 및 양악 부위를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두골에 대한 환자 맞춤형 골지지체를 딥러닝 기술과 일반화된 3차원 영상 처리 기술을 융합하여 자동으로 디자인을 생성하는 시스템과 이러한 디자인을 인쇄 세팅이 완료된 생분해성 3D 프린터 혹은 금속 프린터에 전송하여 자동으로 골지지체를 제작하는 디자인/제조 자동 공정화 기술을 도입하고자 한다.
정상적인 두골 골격과 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 데이터를 학습한 딥러닝으로 새로운 환자데이터가 입력되었을 때, 3차원 골격 재구성, 딥러닝에 의한 환부 인식, 미러링과 불리안 연산에 의한 환자 맞춤형 골지지체 자동 디자인, 디자인 송수신을 통한 펌웨어의 프린팅 자동 인쇄 명령에 의한 자동 제조로 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명이 의료현장에 도입되면 의료현장에서는 두골 골결손 환자에 대한 환자맞춤형 골지지체를 특별한 디자인이나 설계 기술 없이도 손쉽게 디자인할 수 있으며 디자인이 완료된 시점에서본 시스템은 원내 구비된 3D 프린터에 자동으로 제작 명령을 하달하고 세팅된 프린터는 디자인을 자동으로 전송받아 바로 개체 제작에 들어가게 된다.
이런 시스템이 보급될 경우 환자의 입원 기간이 단축되고 수술시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 미용적인 측면이 예민할 수 있는 두골 부분에 대해 기능적인 측면은 물론 미용적인 측면이 함께 고려될 수 있는 골지지체를 빠르게 제작하고 수술에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명과 관련하여, 3차원 골격에 대한 환부 인식, 미러링 및 불리안이 적용된 3차원 가시적인 결과 모습의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템의 시스템 개요도의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템의 시스템 개요도의 일례를 도시한 것이다.
얼굴은 사람 간의 상호작용 중에 가장 많은 시선이 집중되는 만큼 중요한 부분이고 신체 중 미용적인 비중이 가장 많이 차지하는 부분이기도 하다.
하지만 골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의해서 두골에 대한 근본적인 문제가 1차적으로 질환 부위와 연관 되는 신체적 기능에 이상이 생길 수 있고 이에 따라 당연히 미용적인 부분에서도 큰 영향이 발생될 수 있다.
두골은 다른 장골과 달리 구조가 복잡하고 감각 기관 및 뇌와 같은 주요 기관이 자리 잡고 있기 때문에 기능적인 측면 뿐만 아니라 미용적인 측면, 이렇게 두 측면이 모두 고려된 수술이 진행되어야 한다.
환자의 생명이 매우 위독한 경우 미용적인 측면이 크게 고려되지 않기도 하지만 이 경우 환자가 목숨을 부지한다 하더라도 삶의 질적인 부분에서 환자에게 매우 큰 부담으로 다가올 수 있다.
3D프린터의 발달이 의료분야에 혁신적인 기술로 다가온 것은 사실이지만 보급적인 측면에서는 기술적으로 지원되는 부분이 아직까지도 미비한 것은 사실이다.
특히, 의료기관에서 직접적으로 골지지체에 대한 의료기기 디자인이 어렵고 디자인과 제작을 외부에 위탁을 하더라도 모두 수동으로 진행해야 하는 부분 때문에 환자 맞춤형 의료기기의 제작은 근본적으로 많은 시간 소모와 인적 자원의 투여가 필수적이다.
이러한 부분이 아직 해결이 되지 않기 때문에 의료현장에서 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 의료기기의 수요가 있음에도 입원 시간의 한계, 비용적인 한계 때문에 자가골 가공 이식이나 기능적인 부분 재건에만 치중된 수술을 진행할 수밖에 없는 실정이다.
실제로 두골과 관련된 두정부 부분, 광대뼈와 같은 안면골, 상악, 하악과 같은 양악 부분은 미용적인 부분이 중요하기 때문에 수요가 많지만, 빠르게 디자인과 제작에 대한 기술 지원이 없다면 3D 프린팅에 대한 혜택을 누리기가 어려운 실정이다.
따라서 이를 해결할 수 있는 방법 및 시스템에 대한 니즈가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두골에 대한 환자 맞춤형 골지지체를 딥러닝 기술과 일반화된 3차원 영상 처리 기술을 융합하여 자동으로 디자인을 생성하는 시스템과 이러한 디자인을 인쇄 세팅이 완료된 생분해성 3D 프린터 혹은 금속 프린터에 전송하여 자동으로 골지지체를 제작하는 디자인/제조 자동 공정화 기술을 도입하고자 한다.
정상적인 두골 골격과 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 데이터를 학습한 딥러닝으로 새로운 환자데이터가 입력되었을 때, 3차원 골격 재구성, 딥러닝에 의한 환부 인식, 미러링과 불리안 연산에 의한 환자 맞춤형 골지지체 자동 디자인, 디자인 송수신을 통한 펌웨어의 프린팅 자동 인쇄 명령에 의한 자동 제조로 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명이 의료현장에 도입되면 의료현장에서는 두골 골결손 환자에 대한 환자맞춤형 골지지체를 특별한 디자인이나 설계 기술 없이도 손쉽게 디자인할 수 있으며 디자인이 완료된 시점에서본 시스템은 원내 구비된 3D 프린터에 자동으로 제작 명령을 하달하고 세팅된 프린터는 디자인을 자동으로 전송받아 바로 개체 제작에 들어가게 된다.
이런 시스템이 보급될 경우 환자의 입원 기간이 단축되고 수술시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 미용적인 측면이 예민할 수 있는 두골 부분에 대해 기능적인 측면은 물론 미용적인 측면이 함께 고려될 수 있는 골지지체를 빠르게 제작하고 수술에 사용될 수 있다.
본 발명이 제안하는 기술은 다음과 같이 정리될 수 있다.
1) DICOM영상에 대한 2차원/3차원 영상 처리, 영상 정합 기술
2) 딥러닝 기반의 검출 기술
3) 펌웨어를 통한 데이터 전송 및 하드웨어 제어 기술
도 1은 본 발명과 관련하여, 3차원 골격에 대한 환부 인식, 미러링 및 불리안이 적용된 3차원 가시적인 결과 모습의 일례를 도시한 것이다.
또한, 도 2는 본 발명과 관련하여, 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템의 시스템 개요도의 일례를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템(1)은, 정상 두골 골격 정보 및 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 정보를 학습하는 학습용 골격 데이터베이스(400) 환자의 골절과 관련된 영상을 입력받는 인터페이스(100), 상기 입력된 골절 영상을 전달받아 3차원 영상으로 재구성하는 3차원 영상 재구성부(210) 상기 학습용 골격 데이터베이스와 협업하여, 상기 3차원 영상 내에 환부를 인식하는 환부 인식부(220) 상기 3차원 영상 내의 환부에 대한 맞춤형 골지지체를, 미러링 및 불리안 연산 동작을 통해 자동으로 디자인하는 미러링/불리안 연산부(220) 및 상기 디자인 된 맞춤형 골지지체 정보를 수신하여, 3D 프린팅을 위해 분류하는 펌웨어부(300)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 객체 분류된 골지지체 정보 각각을 전달 받아 프린팅하는 3D 프린팅부를 더 포함하고, 상기 3D 프린팅부는, 생분해성 객체를 제작하는 생분해성 3D 프린팅부; 금속 객체를 제작하는 금속 3D 프린팅부; 및 플라스틱 객체를 제작하는 플라스틱 3D 프린팅부;를 포함하며, 상기 환부는, 골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의한 골 결손에 의해 안면골 및 양악 부위를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두골에 대한 환자 맞춤형 골지지체를 딥러닝 기술과 일반화된 3차원 영상 처리 기술을 융합하여 자동으로 디자인을 생성하는 시스템과 이러한 디자인을 인쇄 세팅이 완료된 생분해성 3D 프린터 혹은 금속 프린터에 전송하여 자동으로 골지지체를 제작하는 디자인/제조 자동 공정화 기술을 도입하고자 한다. 정상적인 두골 골격과 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 데이터를 학습한 딥러닝으로 새로운 환자데이터가 입력되었을 때, 3차원 골격 재구성, 딥러닝에 의한 환부 인식, 미러링과 불리안 연산에 의한 환자 맞춤형 골지지체 자동 디자인, 디자인 송수신을 통한 펌웨어의 프린팅 자동 인쇄 명령에 의한 자동 제조로 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 정상적인 두골 골격과 3D 프린팅 기반의 환자 맞춤형 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 데이터를 학습한 딥러닝으로 새로운 환자데이터가 입력되었을 때, 3차원 골격 재구성, 딥러닝에 의한 환부 인식, 미러링과 불리안 연산에 의한 환자 맞춤형 골지지체 자동 디자인, 디자인 송수신을 통한 펌웨어의 프린팅 자동 인쇄 명령에 의한 자동 제조로 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명이 의료현장에 도입되면 의료현장에서는 두골 골결손 환자에 대한 환자맞춤형 골지지체를 특별한 디자인이나 설계 기술 없이도 손쉽게 디자인할 수 있으며 디자인이 완료된 시점에서본 시스템은 원내 구비된 3D 프린터에 자동으로 제작 명령을 하달하고 세팅된 프린터는 디자인을 자동으로 전송받아 바로 개체 제작에 들어가게 된다.
이런 시스템이 보급될 경우 환자의 입원 기간이 단축되고 수술시간을 대폭 단축시킬 수 있으며, 미용적인 측면이 예민할 수 있는 두골 부분에 대해 기능적인 측면은 물론 미용적인 측면이 함께 고려될 수 있는 골지지체를 빠르게 제작하고 수술에 사용될 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 시스템 및 그 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
Claims (2)
- 정상 두골 골격 정보 및 골지지체 도입이 필요한 골격의 3차원 영상 정보를 학습하는 학습용 골격 데이터베이스;
환자의 골절과 관련된 영상을 입력받는 인터페이스;
상기 입력된 골절 영상을 전달받아 3차원 영상으로 재구성하는 3차원 영상 재구성부;
상기 학습용 골격 데이터베이스와 협업하여, 상기 3차원 영상 내에 환부를 인식하는 환부 인식부;
상기 3차원 영상 내의 환부에 대한 맞춤형 골지지체를, 미러링 및 불리안 연산 동작을 통해 자동으로 디자인하는 미러링/불리안 연산부; 및
상기 디자인 된 맞춤형 골지지체 정보를 수신하여, 3D 프린팅을 위해 분류하는 펌웨어부;를 포함하는 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템.
- 제 1항에 있어서,
상기 객체 분류된 골지지체 정보 각각을 전달 받아 프린팅하는 3D 프린팅부;를 더 포함하고,
상기 3D 프린팅부는,
생분해성 객체를 제작하는 생분해성 3D 프린팅부;
금속 객체를 제작하는 금속 3D 프린팅부; 및
플라스틱 객체를 제작하는 플라스틱 3D 프린팅부;를 포함하며,
상기 환부는,
골암, 선천적 기형, 후천적 질병, 사고에 의한 골 결손에 의해 안면골 및 양악 부위를 포함하는 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020210094292A KR102621544B1 (ko) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020210094292A KR102621544B1 (ko) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | 두골 골결손을 위한 골지지체 자동 디자인 및 제조 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20120088928A (ko) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | 고려대학교 산학협력단 | 두개골 성형술에 적용되는 맞춤형 두개골 임플란트의 제작 방법 |
| KR20160053522A (ko) * | 2014-11-05 | 2016-05-13 | 연세대학교 산학협력단 | 3d 프린터를 이용한 두개골 임플란트 제작방법 |
| KR102040454B1 (ko) * | 2018-12-05 | 2019-11-06 | (주)메디쎄이 | 3d프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트 |
| KR102273494B1 (ko) * | 2020-11-05 | 2021-07-06 | 주식회사 카비랩 | 골절 수술용 의료기기 자동 디자인 생성 시스템 |
-
2021
- 2021-07-19 KR KR1020210094292A patent/KR102621544B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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|---|---|
| KR102621544B1 (ko) | 2024-01-10 |
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