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KR101146796B1 - 두개안면 모델링 장치와 그 방법 및 두개안면 성형 시뮬레이션 장치 - Google Patents

두개안면 모델링 장치와 그 방법 및 두개안면 성형 시뮬레이션 장치 Download PDF

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KR101146796B1
KR101146796B1 KR1020100112470A KR20100112470A KR101146796B1 KR 101146796 B1 KR101146796 B1 KR 101146796B1 KR 1020100112470 A KR1020100112470 A KR 1020100112470A KR 20100112470 A KR20100112470 A KR 20100112470A KR 101146796 B1 KR101146796 B1 KR 101146796B1
Authority
KR
South Korea
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image
tissue
face
magnetic resonance
cranial
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Expired - Fee Related
Application number
KR1020100112470A
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English (en)
Inventor
김동현
이상윤
최나래
황진규
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

두개안면 모델링 장치 및 방법, 두개안면 성형 시뮬레이션 방법이 제공된다. 개시된 두개안면 모델링 장치는 상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 제1 이미지 생성부 - 상기 조직 별 이미지는 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능함 -; 상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 제2 이미지 생성부; 및 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 이미지 정합부를 포함한다

Description

두개안면 모델링 장치와 그 방법 및 두개안면 성형 시뮬레이션 장치{Apparatus and method for modeling cranioface and Apparatus for simulating craniofacial surgery}
본 발명의 실시예들은 두개안면(Cranioface) 모델링 장치, 방법 및 두개안면 성형 시뮬레이션 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실제 사람과 유사한 해부학적 구조를 가지는 두개안면 이미지를 모델링하는 장치 및 그 방법과 이를 이용하여 성형 후의 두개안면을 시뮬레이션하는 장치에 관한 것이다.
두개안면 수술(Craniofacial Surgery)은 안면 기형(Malformation)을 교정하기 위한 치료용 목적이나 주걱턱이나 사각턱을 교정하기 위한 미용 목적 등과 같이 다양한 목적으로 시술되고 있는 외과 수술 분야 중 하나이다.
두개안면 수술은 뼈를 절삭하는 수술을 포함할 수 있는데, 뼈를 절삭하는 경우 절삭 전의 원 상태로 복귀시키는 것이 매우 어렵기 때문에, 성형 시술자는 피시술자의 상태를 체크하고 수술 후의 결과를 시뮬레이션하는 과정을 필수적으로 수행하여야 한다.
이 경우, 다양한 자료들을 사용하여 가상으로 혹은 실제 두개안면과 대응되는 두개안면 모델을 제작하여 수술 과정을 미리 실습하는데, 이러한 실습을 일반적으로 두개안면 성형 시뮬레이션이라고 한다. 이와 관련하여, 종래에는 물리적 모델을 사용한 두개안면 성형 시뮬레이션, 엑스레이(X-ray)를 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션, 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computer Tomography)을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션이 일반적으로 사용되었다.
물리적 모델을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 경우, 물리적 도구를 이용하여 시뮬레이션하기 때문에 실제 수술과 같은 훈련 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 물리적 모델을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션 방법은 두개안면 모델을 제작하는데 많은 비용이 소모되고, 일부가 절삭된 두개안면 모델을 재활용할 수 없어 비용적인 면에서 효율적이지 못한 문제점이 있었다.
또한, 엑스레이를 이용한 종래의 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 경우, 성형 시술자는 두부 계측법(Cephalometry)을 이용하여 2차원의 엑스레이 영상으로부터 3차원의 두개안면 모델을 상상하여 예측한 후 성형 수술을 수행하였다.
그러나, 엑스레이를 이용한 종래의 두개안면 성형 시뮬레이션 방법은 성형 시술자의 주관적인 의견이 많이 반영되어 피시술자의 만족감을 충족시킬 수 없었고, 시술 후의 두개안면의 형상을 정확하게 예측(시뮬레이션)할 수 없다는 문제점이 있었다.
그리고, 컴퓨터 단층 촬영을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 경우, 광경화 조형법(Stereolithography)이나 급속 조형법(Rapid Prototyping) 등의 기법을 사용하여 물리적인 두개안면 모델을 만들거나 3차원 컴퓨터 그래픽스 기술을 적용하여 횡단면의 2차원 CT 영상을 통해 가상의 3차원 컴퓨터 모델을 생성하여 두개안면 성형 시뮬레이션을 수행하였다.
그런데, 컴퓨터 단층 촬영 영상에서는 뼈 조직과 같이 투과율이 낮은 조직은 선명하게 보이지만 근육 조직이나 지방 조직과 같이 투과율이 높은 조직은 선명하게 보이지 않으므로, 종래의 컴퓨터 단층 촬영을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션 방법에서는 근육 조직 내지 지방 조직에 대해서는 Tetrahedral 구조로 뼈와 표피 사이의 내부 조직들에 대한 가상 조직을 생성하여 두개안면을 모델링하였다.
그러나, 컴퓨터 단층 촬영을 이용한 두개안면 성형 시뮬레이션 방법에서는 근육 조직의 외형 및 위치 등이 가상으로 결정되기 때문에, 시뮬레이션된 두개안면 모델과 실제 성형 후의 얼굴이 일치하지 않을 수 있으며, 시뮬레이션된 두개안면 모델이 특정 표정을 가지도록 하는 경우, 상당히 어색한 결과를 초래할 수 있는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 자기 공명 영상(MRI: Magnetic Resonance Image)를 이용하여 실제 사람과 유사한 해부학적 구조를 가지는 두개안면 이미지를 모델링하는 장치 및 그 방법과 이를 이용하여 성형 후의 두개안면을 시뮬레이션하는 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 두개안면을 모델링하기 위한 장치에 있어서, 상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 제1 이미지 생성부 - 상기 조직 별 이미지는 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능함 -; 상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 제2 이미지 생성부; 및 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 이미지 정합부를 포함하는 두개안면 모델링 장치가 제공된다.
상기 적어도 하나의 조직은 표피 조직, 근육 조직, 및 뼈 조직 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 이미지 생성부는 상기 자기 공명 영상을 획득하기 위한 자기 공명 영상 장치를 포함하고, 상기 자기 공명 영상 장치의 반복 시간(TR: repetition time) 및 에코 시간(TE: echo time)을 조절하여 상기 조직 별 이미지를 생성할 수 있다.
상기 제1 이미지 생성부는 고정된 제1 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제1 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제1 조직 별 이미지를 생성하고, 고정된 제2 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제2 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제2 조직 별 이미지를 생성하며, 상기 제1 조직 별 이미지 및 상기 제2 조직 별 이미지를 이용하여 상기 두개안면의 표정 변화에 따른 상기 적어도 하나의 조직의 변형을 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 조직의 변형을 이용하여 상기 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 상기 제1 이미지를 생성할 수 있다.
상기 적어도 하나의 조직은 표피 조직 및 근육 조직을 포함하되, 상기 제1 이미지 생성부는 상기 제1 조직 별 이미지와 상기 제2 조직 별 이미지를 비교하여 상기 근육 조직의 탄력성, 상기 근육 조직의 움직임에 따라 형태가 변형되는 상기 표피 조직의 범위, 및 상기 근육 조직의 움직임에 따른 상기 표피 조직의 형태 변형의 거리에 따른 감쇠 정도 중에서 적어도 하나를 측정하여 상기 적어도 하나의 조직의 변형을 측정할 수 있다.
상기 제1 이미지 생성부는 상기 제1 표정에서 상기 제2 표정으로 변화하는 상기 두개안면에 대해 연속적으로 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 연속적으로 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 상기 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 더 이용하여 상기 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 상기 제1 이미지를 생성할 수 있다.
상기 제2 이미지 생성부는 3D 레이저 스캐너 및 스테레오 카메라 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 이미지를 생성할 수 있다.
상기 이미지 정합부는 열적외선 센서, 근적외선 센서 및 비주얼(Visual) 센서 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 두개안면 상의 복수의 특징점을 추출하고, 상기 추출된 복수의 특징점을 이용하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 두개안면에 대한 성형을 예측하는 장치에 있어서, 상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 제1 이미지 생성부 - 상기 조직 별 이미지는 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경 가능함 -; 상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 제2 이미지 생성부; 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 이미지 정합부; 및 시술하고자 하는 성형 수술의 형태에 따라 상기 모델링된 두개안면 이미지에 포함된 상기 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시켜 상기 두개안면에 대한 성형 후의 이미지를 생성하는 이미지 변형부를 포함하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 두개안면을 모델링하기 위한 방법에 있어서, 상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하며 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능한 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 단계; 상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 두개안면 모델링 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 실제 사람과 유사한 해부학적 구조를 가지는 두개안면 이미지를 모델링할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 성형 후의 두개안면을 정확하게 시뮬레이션할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 장치의 전체적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에서는 자기 공명 영상 장치의 반복 시간 및 에코 시간을 조절하여 획득한 두개안면 내부의 근육 조직의 이미지의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 두개안면 모델링 장치의 동작의 흐름을 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 장치의 전체적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 장치(100)는 제1 이미지 생성부(110), 제2 이미지 생성부(120), 이미지 정합부(130) 및 이미지 변형부(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 이미지 생성부(110), 제2 이미지 생성부(120) 및 이미지 정합부(130)는 두개안면에 대한 3D 모델을 생성하기 위한 두개안면 모델링 장치(150)를 구성할 수 있다.
이하에서는 제1 이미지 생성부(110), 제2 이미지 생성부(120) 및 이미지 정합부(130)로 구성되는 두개안면 모델링 장치(150)에 대해 먼저 설명하고, 두개안면 모델링 장치(150)와 이미지 변형부(140)로 구성되는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치를 계속하여 설명하기로 한다.
먼저, 두개안면 모델링 장치(150)에 대해 설명하면 다음과 같다.
제1 이미지 생성부(110)는 두개안면에 대한 자기 공명 영상(MRI: Magnetic Resonance Image)을 획득하고, 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 두개안면에 대한 제1 이미지를 생성한다. 이를 위해, 제1 이미지 생성부(110)는 자기 공명 영상 촬영 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 이미지는 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직을 포함하는 이미지를 의미하는 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 조직에는 표피 조직, 근육 조직, 지방 조직, 뼈 조직 등이 포함될 수 있다. 다시 말해, 제1 이미지 생성부(110)는 두개안면에 존재하는 여러 조직들을 분리하여 조직 별로 이미지를 생성하고, 이를 종합하여 제1 이미지를 생성한다. 이에 따라, 제1 이미지에는 두개안면 외부의 표피 조직 이미지, 두개안면 내부의 근육 조직 이미지, 지방 조직 이미지, 뼈 조직 이미지가 포함된다.
이와 같이, 제1 이미지 생성부(110)는 두개안면의 내부에 존재하는 여러 조직들에 대한 조직 별 이미지를 생성함으로써 두개안면의 내부를 중심으로 모델링을 수행한다. 제1 이미지 생성부(110)의 제1 이미지 생성 동작에 대해 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이미지 생성부(110)는 자기 공명 영상 장치(미도시)의 반복 시간(TR: repetition time) 및 에코 시간(TE: echo time)을 조절하여 조직 별 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 두개안면에 존재하는 조직들은 서로 다른 이완 시간(Relaxation Time, T1, T2)을 가지므로, 제1 이미지 생성부(110)는 자기 공명 영상 장치(미도시)의 반복 시간 및 에코 시간을 각 조직 별로 조절함으로써 조직들 각각에 대한 이미지를 생성할 수 있다. 도 2에서는 자기 공명 영상 장치(미도시)의 반복 시간 및 에코 시간을 조절하여 획득한 두개안면 내부의 근육 조직의 이미지의 일례를 도시하고 있다.
한편, 제1 이미지 생성부(110)는 모델링된 두개안면 이미지에 피시술자의 실제 두개안면의 표정 변화가 반영되도록 하기 위해 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능하도록 조직 별 이미지를 생성한다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이미지 생성부(110)는 서로 다른 표정을 갖는 두개안면으로부터 2 이상의 자기 공명 영상을 획득하고, 획득된 2 이상의 자기 공명 영상으로부터 2 이상의 조직 별 이미지를 생성하며, 생성된 2 이상의 조직 별 이미지를 이용하여 두개안면에서의 표정 변화에 따른 조직들의 위치 또는 형태의 변경을 측정하고, 측정된 조직들의 위치 또는 형태의 변경을 이용하여 형태의 위치 또는 형태의 변경이 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성할 수 있다.
다시 말해, 제1 이미지 생성부(110)는 i) 고정된 제1 표정을 갖는 두개안면으로부터 제1 자기 공명 영상을 획득하고, 획득된 제1 자기 공명 영상으로부터 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 제1 조직 별 이미지를 생성하고, ii) 고정된 제2 표정을 갖는 두개안면으로부터 제2 자기 공명 영상을 획득하고, 획득된 제2 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제2 조직 별 이미지를 생성하며, iii) 제1 조직 별 이미지 및 제2 조직 별 이미지를 비교하여 두개안면의 표정 변화에 따른 적어도 하나의 조직의 위치 또는 형태의 변경을 측정하고, 측정된 적어도 하나의 조직의 위치 또는 형태의 변경을 이용하여 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 생성할 수 있다.
보다 상세하게, 제1 이미지 생성부(110)는 제1 조직 별 이미지와 제2 조직 별 이미지를 비교하여 근육 조직의 탄력성, 근육 조직의 움직임에 따라 형태가 변형되는 표피 조직의 범위, 및 근육 조직의 움직임에 따른 표피 조직의 형태 변형의 거리에 따른 감쇠 정도 중에서 적어도 하나를 측정하여 적어도 하나의 조직의 위치 또는 형태의 변경을 측정할 수 있다.
이 때, 표정의 변화가 보다 자연스럽게 표현되도록 하기 위해 고정된 제1 표정은 무표정이고, 고정된 제2 표정은 무표정 이외의 특정 표정(일례로, 웃는 표정, 우는 표정, 찡그린 표정 등)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 이미지 생성부(110)는 고정된 제1 표정에서 고정된 제2 표정으로 변화하는 두개안면에 대해 연속적으로(실시간으로) 자기 공명 영상을 획득하고, 연속적으로 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 측정한 후, 측정된 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 더 이용하여 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성할 수 있다. 이와 같이 조직의 변형 및 조직의 변형 과정을 모두 이용하여 제1 이미지를 생성하는 경우, 표정의 변화를 보다 더 자연스럽게 두개안면 이미지를 통해 표현할 수 있게 된다.
일례로서, 연속적인 자기 공명 영상을 획득하기 위해 제1 이미지 생성부(110)는 심근의 움직임(Myocardial Motion), 유체 흐름(Fluid Flow), 민감성 변화(Susceptibility Variation) 등과 같이 객체 자체의 특성을 측정하여 객체의 물리적(Physical) 또는 생리학적(Physiological) 특성을 나타내기 위해 일반적으로 사용되는 RF tagging 펄스열로 두개안면 외부의 표정변화를 실시간으로 찍어서 표정의 변화를 영상으로 확인하고, 데이터를 방사상 모양(Radial Trajectory)으로 획득하며 언더샘플링(Undersampling)하여 짧은 시간 동안 자기 공명 영상을 얻을 수 있기 때문에 영상을 연속적으로 획득할 수 있다.
제2 이미지 생성부(120)는 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성한다. 다시 말해, 제2 이미지 생성부(120)는 두개안면의 외부 형상을 모델링하여 제2 이미지를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 이미지 생성부(220)는 3D 레이저 스캐너 및 스테레오 카메라(일례로, CCD(Charge Coupled Device) 카메라) 중에서 적어도 하나를 이용하여 제2 이미지를 생성할 수 있다.
보다 상세하게, 성형 수술 직전과 같이 정밀한 예측이 필요한 경우, 제2 이미지 생성부(120)는 3D 레이저 스캐너를 이용하여 두개안면 외부의 세밀한 변화까지 측정하여 제2 이미지를 생성할 수 있다. 또한, 간단한 예측만이 필요한 경우 빠른 결과의 예측을 위해 제2 이미지 생성부(120)는 스테레오 카메라를 이용하여 두개안면의 외부에 대한 연속적인 영상을 획득하고, 이로부터 두개안면 외부의 특징점을 3차원으로 복원하여 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성할 수 있다.
이미지 정합부(130)는 두개안면의 내부를 중심으로 생성된 제1 이미지와 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 정합부(130)는 적어도 하나의 센서를 이용하여 두개안면 상에 위치하는 복수의 특징점을 추출하고, 추출된 특징점들을 이용하여 제1 이미지와 제2 이미지를 정합할 수 있다. 일례로서, 이미지 정합부(130)는 열적외선(Thermal Infrared) 센서, 근적외선(Near Infrared) 센서 및 비주얼(Visual) 센서를 포함하고, 상기의 센서들 중 적어도 하나를 이용하여 제1 이미지와 제2 이미지를 정합할 수 있다.
여기서, 열적외선 센서는 인체에서 방출되는 가시광선 영역과는 다른 고유 스펙트럼을 획득함으로써 물체 특성에 따라 고유의 특징 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 특성으로 인해 열적외선 센서를 이용하는 경우, 가시광선 영역의 영상취득에서 문제가 되는 조명에 강인한 두개안면 외부에 대한 영상 패턴을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 적어도 하나의 센서로부터 얻어진 부가적인 특징 정보들은 비주얼 영상에서 얻기 힘든 특징 정보를 포함하고 있으므로, 이를 이용하는 경우, 이미지 정합부(130)는 보다 정밀한 3차원 두개안면 외부 모델링을 수행할 수 있게 된다.
또한, 센서를 통해 획득된 정보들은 표피 또는 표피 바로 아래의 정보들을 포함하므로, 이미지 정합부(130)는 두개안면의 내부를 중심으로 하는 제1 이미지와 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 용이하게 정합할 수 있게 된다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 모델링 장치(150)는 두개안면에 대한 내부 이미지(제1 이미지)와 외부 이미지(제2 이미지)를 별개로 생성하고 생성된 2개의 이미지들을 정합함으로써, 보다 세밀한 두개안면 이미지를 모델링할 수 있게 된다. 이와 같이 생성된 두개안면 이미지는 내부 조직의 이미지의 변형이 가능하므로, 표정의 변화를 세밀하게 표현할 수 있는 장점이 있다. 도 3에서는 위에서 설명한 두개안면 모델링 장치(150)의 동작의 흐름을 개괄적으로 도시하고 있다.
다음으로, 두개안면 모델링 장치(150)에 의해 생성된 두개안면 이미지를 이용하여 이미지 변형부(140)가 성형 후의 두개안면 이미지를 생성하는 동작(즉, 두개안면 성형 시뮬레이션 장치(100)의 동작)에 대해 설명하기로 한다.
이미지 변형부(140)는 시술하고자 하는 성형 수술의 형태에 따라 상기 모델링된 두개안면 이미지에 포함된 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시켜 두개안면에 대한 성형 후의 이미지를 생성한다.
일례로서, 성형 수술의 형태가 턱뼈의 절삭과 같은 절삭 수술인 경우, 이미지 변형부(140)는 모델링된 두개안면 이미지에서 턱뼈의 일부를 절삭(뼈 조직의 이미지를 형태의 변경)하고, 절삭된 턱뼈에 맞도록 근육, 지방질 등을 이동(근육 조직 및 지방 조직의 위치 변경)시켜 성형 후의 두개안면 이미지를 생성할 수 있다.
이 경우, 조직 별 이미지는 두개안면의 표정 변화에 따라 위치 또는 형태의 변경이 가능하므로, 이미지 변형부(140)는 특정 표정을 가지는 성형 후의 두개안면 이미지를 생성할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미지 변형부(140)는 뼈 조직의 절삭 정도, 근육 조직의 탄력성, 근육 조직의 움직임에 따라 형태가 변형되는 표피 조직의 범위, 및 근육 조직의 움직임에 따른 표피 조직의 형태 변형의 거리에 따른 감쇠 정도 중에서 적어도 하나를 이용하여 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 장치(100)는 성형 후의 무표정한 두개안면 이미지뿐만 아니라 특정한 표정을 가지는 두개안면 이미지를 생성할 수 있으므로, 보다 정확하게 성형 후의 두개안면의 형상을 예측할 수 있는 장점을 가진다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 전체적인 흐름을 도시한 순서도이다. 이하, 도 4를 참조하여 각 단계 별로 수행되는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 단계(S410)에서는 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성한다. 이 때, 적어도 하나의 조직은 표피 조직, 근육 조직, 및 뼈 조직 중에서 적어도 하나를 포함하고, 조직 별 이미지는 두개안면의 표정 변화에 따라 위치 또는 형태가 변경 가능하도록 생성된다. 이에 따라 두개안면의 내부를 중심으로 모델링된 이미지가 생성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S410)에서는 자기 공명 영상 장치의 반복 시간(TR) 및 에코 시간(TE)을 조절하여 조직 별 이미지를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S410)에서는 서로 다른 제1 표정 및 제2 표정을 가지는 두개안면으로부터 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상을 획득하고, 획득된 제1 자기 공명 영상/제2 자기 공명 영상을 이용하여 제1 조직 별 이미지 및 제2 조직 별 이미지를 생성하며, 생성된 제1 조직 별 이미지/제2 조직 별 이미지를 이용하여 두개안면에서의 표정 변화에 따른 조직들의 변형을 측정하고, 측정된 조직들의 변형을 이용하여 형태의 위치 또는 형태의 변경이 가능한 조직 별 이미지를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S410)는 제1 표정에서 제2 표정으로 변화하는 두개안면에 대해 연속적으로(실시간으로) 자기 공명 영상을 획득하고, 연속적으로 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 단계(S410)에서는 측정된 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 더 이용하여 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성할 수 있다.
다음으로, 단계(S420)에서는 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계(S420)에서는 3D 레이저 스캐너 및 스테레오 카메라 중에서 적어도 하나를 이용하여 제2 이미지를 생성할 수 있다.
단계(S430)에서는 두개안면의 내부를 중심으로 생성된 제1 이미지와 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성한다.
일례로서, 단계(S430)에서는 적어도 하나의 센서를 이용하여 두개안면 상에 위치하는 복수의 특징점을 추출하고, 추출된 특징점들을 이용하여 제1 이미지와 제2 이미지를 정합할 수 있다.
이와 같이, 단계(S410) 내지 단계(S430)의 수행을 통해 두개안면에 대한 모델링된 이미지가 생성된다.
마지막으로, 단계(S440)에서는 시술하고자 하는 성형 수술의 형태에 따라 모델링된 두개안면 이미지에 포함된 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시켜 두개안면에 대한 성형 후의 이미지를 생성한다.
지금까지 본 발명에 따른 두개안면 성형 시뮬레이션 방법의 실시예들에 대하여 설명하였고, 앞서 도 1에서 설명한 두개안면 성형 시뮬레이션 장치(100)에 관한 구성이 본 실시예에도 그대로 적용 가능하다. 이에, 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 일실시예들의 동작을 수행하기 위해 적어도 하나의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 위치 또는 형태의 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 위치 또는 형태의 변경이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 두개안면 성형 시뮬레이션 장치
110: 제1 이미지 생성부 120: 제2 이미지 생성부
130: 이미지 정합부 140: 이미지 변형부
150: 두개안면 모델링 장치

Claims (14)

  1. 두개안면을 모델링하기 위한 장치에 있어서,
    상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 제1 이미지 생성부 - 상기 조직 별 이미지는 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능함 -;
    상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 제2 이미지 생성부; 및
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 이미지 정합부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조직은 표피 조직, 근육 조직, 및 뼈 조직 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 생성부는
    상기 자기 공명 영상을 획득하기 위한 자기 공명 영상 장치를 포함하고,
    상기 자기 공명 영상 장치의 반복 시간(TR: repetition time) 및 에코 시간(TE: echo time)을 조절하여 상기 조직 별 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이미지 생성부는
    고정된 제1 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제1 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제1 조직 별 이미지를 생성하고,
    고정된 제2 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제2 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제2 조직 별 이미지를 생성하며,
    상기 제1 조직 별 이미지 및 상기 제2 조직 별 이미지를 이용하여 상기 두개안면의 표정 변화에 따른 상기 적어도 하나의 조직의 변형을 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 조직의 변형을 이용하여 상기 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 상기 제1 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조직은 표피 조직 및 근육 조직을 포함하되,
    상기 제1 이미지 생성부는 상기 제1 조직 별 이미지와 상기 제2 조직 별 이미지를 비교하여 상기 근육 조직의 탄력성, 상기 근육 조직의 움직임에 따라 형태가 변형되는 상기 표피 조직의 범위, 및 상기 근육 조직의 움직임에 따른 상기 표피 조직의 형태 변형의 거리에 따른 감쇠 정도 중에서 적어도 하나를 측정하여 상기 적어도 하나의 조직의 변형을 측정하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 이미지 생성부는
    상기 제1 표정에서 상기 제2 표정으로 변화하는 상기 두개안면에 대해 연속적으로 자기 공명 영상을 획득하고,
    상기 연속적으로 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 상기 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 측정하고,
    상기 측정된 적어도 하나의 조직의 변형 과정을 더 이용하여 상기 위치 또는 형태의 변경 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 상기 제1 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이미지 생성부는
    3D 레이저 스캐너 및 스테레오 카메라 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 제2 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 정합부는
    열적외선 센서, 근적외선 센서 및 비주얼(Visual) 센서 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 두개안면 상의 복수의 특징점을 추출하고, 상기 추출된 복수의 특징점을 이용하여 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 장치.
  9. 두개안면에 대한 성형을 시뮬레이션하는 장치에 있어서,
    상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하는 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 제1 이미지 생성부 - 상기 조직 별 이미지는 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경 가능함 -;
    상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 제2 이미지 생성부;
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 이미지 정합부; 및
    시술하고자 하는 성형 수술의 형태에 따라 상기 모델링된 두개안면 이미지에 포함된 상기 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시켜 상기 두개안면에 대한 성형 후의 이미지를 생성하는 이미지 변형부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 조직은 표피 조직, 근육 조직 및 뼈 조직 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이미지 변형부는
    상기 뼈 조직의 절삭 정도, 상기 근육 조직의 탄력성, 상기 근육 조직의 움직임에 따라 형태가 변형되는 상기 표피 조직의 범위, 및 상기 근육 조직의 움직임에 따른 상기 표피 조직의 형태 변형의 거리에 따른 감쇠 정도 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 조직 별 이미지의 위치 또는 형태를 변경시키는 것을 특징으로 하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 이미지 생성부는
    상기 자기 공명 영상을 획득하기 위한 자기 공명 영상 장치를 포함하고,
    상기 자기 공명 영상 장치의 반복 시간(TR) 및 에코 시간(TE)을 조절하여 상기 조직 별 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 이미지 생성부는
    고정된 제1 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제1 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제1 조직 별 이미지를 생성하고,
    고정된 제2 표정을 갖는 상기 두개안면에 대해 획득된 제2 자기 공명 영상으로부터 상기 적어도 하나의 조직에 대한 제2 조직 별 이미지를 생성하며,
    상기 제1 조직 별 이미지 및 상기 제2 조직 별 이미지를 이용하여 상기 두개안면의 표정 변화에 따른 상기 적어도 하나의 조직의 변형을 측정하고, 상기 측정된 적어도 하나의 조직의 변형을 이용하여 상기 위치 또는 형태의 변경이 가능한 조직 별 이미지를 포함하는 상기 제1 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 두개안면 성형 시뮬레이션 장치.
  14. 두개안면을 모델링하기 위한 방법에 있어서,
    상기 두개안면에 대한 자기 공명 영상을 획득하고, 상기 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 상기 두개안면에 존재하며 상기 두개안면의 표정 변화에 대응하여 위치 또는 형태의 변경이 가능한 적어도 하나의 조직에 대한 조직 별 이미지를 포함하는 제1 이미지를 생성하는 단계;
    상기 두개안면의 외부에 대한 제2 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지를 정합하여 모델링된 두개안면 이미지를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개안면 모델링 방법.
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