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KR102441485B1 - 3차원 데이터 획득 방법, 장치 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 - Google Patents

3차원 데이터 획득 방법, 장치 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 Download PDF

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KR102441485B1
KR102441485B1 KR1020200065388A KR20200065388A KR102441485B1 KR 102441485 B1 KR102441485 B1 KR 102441485B1 KR 1020200065388 A KR1020200065388 A KR 1020200065388A KR 20200065388 A KR20200065388 A KR 20200065388A KR 102441485 B1 KR102441485 B1 KR 102441485B1
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이동훈
김한솔
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주식회사 메디트
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Abstract

개시된 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법은, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상체의 제1 영역을 스캔하여 획득한 제1 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 상기 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제2 영역을 스캔하여 획득한 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 및 상기 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

3차원 데이터 획득 방법, 장치 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체{METHOD AND APPARATUS FOR OBTAINING THREE Dimensional Data AND COMPUTER READABLE MEDIUM STORING A PROGRAM FOR PERFORMING THE SAME METHOD}
본 개시는 3차원 데이터를 획득하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광학식 3차원 스캐너를 이용하여 치아에 대한 3차원 데이터를 획득하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
치과 치료, 특히 보철 등의 치료를 하는 데 있어 치과용 CAD/CAM(Dental Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) 기술이 널리 사용되고 있다. CAD/CAM을 이용한 치과 치료에서 가장 중요한 것은 환자의 치아, 잇몸, 턱뼈 등의 대상체의 형상에 대하여 정교한 3차원 데이터를 획득하는 것이다. 치과 치료를 수행함에 있어서, 대상체로부터 획득된 3차원 데이터를 이용하면, 컴퓨터에 의하여 정확한 계산이 수행될 수 있다는 장점이 있다.
예를 들어, 치과용 CAD/CAM 치료 과정에서 대상체의 3차원 데이터를 획득하기 위해서는, CT(Computed Tomography), MRI(Magnetic Resonance Imaging), 및 광학 스캐닝 등의 방법이 이용될 수 있다.
3차원 데이터를 획득하기 위해 이용되는 장치 또는 방법에 따라서, 획득되는 3차원 데이터의 형태 및 특성에 차이가 있을 수 있다. 일반적으로 3차원 데이터는 그 표현 형식에 따라 볼륨 데이터(Volumetric data)와 표면 데이터(Surface data)로 구분할 수 있다.
볼륨 데이터는 CBCT(Cone Beam Computed Tomography) 등의 X-ray CT(Computed Tomography), 또는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 등에 의해 획득될 수 있으며, 복셀(Voxel) 구조 내에 밝기(Intensity)값을 가지고 있는 형태로 표현된다.
치과 CAD/CAM 분야에서는 CT 외에도 광학식 3차원 스캐너가 많이 사용되고 있다. 광학식 3차원 스캐너는 대상체로부터 3차원 표면 형상 정보를 획득할 수 있으며, 예를 들어 치아의 인상체, 인상체에 대해서 획득된 석고 모델 또는 치아 표면의 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 표면 데이터는, 폴리곤 메쉬 형태로 기록되며, 대상체의 표면의 정점들의 위치 정보와 각 정점들의 연결 관계 정보를 포함한다. 치열 교정과 관련된 출원으로는 한국공개특허 10-2013-0019676호 (공개일: 2013년 2월 27일) 문헌을 예로 들 수 있다.
CAD/CAM을 이용한 치과 치료가 좋은 결과를 얻기 위해서는, 대상체의 형상을 정확하게 반영한 3차원 데이터가 필요하다.
개시된 실시 예는, 악궁 곡률의 왜곡 없이 대상체의 형상을 정확하게 반영하는 3차원 데이터를 획득하는 방법, 장치 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 제공을 목적으로 한다.
일반적인 광학식 스캐닝 방법에 따르면, 대상체에 포함되는 일부 영역들에 대한 3차원 데이터만 필요한 경우에도 대상체 전체를 스캔하는 과정이 필요하다. 예를 들어, 하악의 양쪽 어금니들에 부착될 보철을 위한 양쪽 어금니들에 대한 3차원 데이터를 획득하기 위해서는, 광학식 3차원 스캐너를 통해 한 쪽 어금니부터 다른 쪽 어금니까지의 하악의 전체 치아들을 스캔하는 과정이 필요하다.
개시된 실시 예는 대상체의 불연속적인 영역들에 대한 3차원 데이터를 획득하는 방법, 장치 및 그 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 제공을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면은 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서, 대상체에 대한 3차원 참조(reference) 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상체의 제1 영역을 스캔하여 획득한 제1 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬(align)하는 단계; 상기 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제2 영역을 스캔하여 획득한 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 및 상기 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합(merge)함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 제1 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는, 상기 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하는 단계; 상기 제1 지점에 대응하는 상기 제1 영역을 스캔한 상기 제1 프레임을 획득하는 단계; 및 상기 제1 지점을 기준으로 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는, 위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는, 상기 제1 지점 및 위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터 상에서 제2 지점을 선택하는 단계; 상기 제2 지점에 대응하는 상기 대상체의 제3 영역을 스캔하여 획득한 제3 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬 하는 단계; 상기 제3 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제4 영역을 스캔하여 획득한 제4 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 및 상기 제3 영역과 상기 제4 영역 간에 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제3 프레임과 상기 제4 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 상기 대상체의 표면 데이터인 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상 상에 상기 3차원 데이터를 디스플레이 하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계는, 사용자 입력에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계는, 미리 결정된 기준에 따라 자동으로 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터에 대해 제1 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 3차원 참조 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 3차원 참조 데이터에 대한 제2 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들에 대응하는 영역을 식별하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계는, 상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 지점을 상기 3차원 참조 데이터 상의 상기 제1 지점으로서 선택하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임은, 광학식 3차원 스캐너에 의해 획득되고, 상기 대상체의 표면의 형상 정보를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
또한 본 개시의 일 실시예에서 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계는, 상기 제1 지점을 기준으로 상기 3차원 참조 데이터 상에 복수의 정점(apex)들을 추출하는 단계; 상기 제1 프레임으로부터 상기 복수의 정점들에 각각 대응하는 복수의 대응점들을 추출하는 단계; 및 상기 복수의 정점들 및 상기 복수의 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 다른 측면은 3차원 데이터를 획득하는 장치에 있어서, 디스플레이; 광학식 3차원 스캐너와 통신하는 통신 인터페이스; 및 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하여 상기 3차원 데이터를 제어하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터를 획득하고, 상기 광학식 3차원 스캐너에 의해 상기 대상체의 제1 영역을 스캔한 제1 프레임을 획득하여 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하고, 상기 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제2 영역을 스캔한 제2 프레임을 획득하여 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하고, 상기 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 다른 측면은 상술한 3차원 데이터를 획득하는 방법을 수행하도록 하는 프로그램이 저장된 하나 이상의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
개시된 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법은, 미리 획득된 3차원 참조 데이터에 기초하여 실시간으로 스캔되는 프레임들을 위치 정렬(align)함으로써 대상체의 형상을 정확하게 반영하는 3차원 데이터를 획득할 수 있도록 한다.
개시된 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법은, 미리 획득된 3차원 참조 데이터에 기초하여 실시간으로 스캔되는 프레임들을 위치 정렬함으로써 대상체의 일부 영역들에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터를 획득할 수 있도록 한다.
본 발명은, 다음의 자세한 설명과 그에 수반되는 도면들의 결합으로 쉽게 이해될 수 있으며, 참조 번호(reference numerals)들은 구조적 구성요소(structural elements)를 의미한다.
도 1a는 일 실시 예에 따라 CT 스캐너가 볼륨 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 일 실시 예에 따라 볼륨 데이터에 대한 세그멘테이션을 통해 추출되는 표면 데이터의 예를 도시한다.
도 2는 일 실시 예에 따라 광학식 3차원 스캐너가 표면 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 데이터를 획득하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4c는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 데이터를 획득하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 5a는 일 실시 예에서 3차원 데이터 획득 장치가 디스플레이 하는 대상체 영상의 예를 도시한다.
도 5b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 디스플레이 하는 대상체 영상의 예를 도시한다.
도 6a는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 나타내는 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
도 6b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 나타내는 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
도 7은 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 실시간으로 획득하는 3차원 데이터를 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
도 8a는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제2 지점을 나타내는 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
도 8b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 제2 지점에 기초하여 실시간으로 획득되는 3차원 데이터를 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
도 9는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법의 흐름도를 도시한다.
도 10은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법의 흐름도를 도시한다.
도 11은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치의 블록도를 도시한다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시 예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시 예들에 대해 설명한다.
본 개시에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등), 대상체 상에 부착 가능하거나 대상체 내에 삽입 가능한 인공 구조물, 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다. 이하에서는, 대상체로서 적어도 하나의 치아를 포함하는 구강에 대한 3차원 데이터를 획득하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 예를 들어, 대상체는 치아, 치은, 구강의 적어도 일부 영역, 및/또는 구강 내에 삽입 가능한 인공 구조물(예를 들어, 브라켓 및 와이어를 포함하는 교정 장치, 임플란트, 인공 치아, 구강 내 삽입되는 교정 보조 도구 등) 등을 포함할 수 있다. 하지만 본 개시는 구강에 대한 3차원 데이터를 획득하는 경우에 제한되지 않으며, 다양한 대상체에 대한 3차원 데이터를 획득하기 위해 적용될 수 있다.
본 개시에서 '영상'은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 엑스레이 촬영 장치, 광학식 3차원 촬영 장치 등의 의료 영상 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에서 '영상'은 대상체에 대한 2차원 영상 또는 대상체를 입체적으로 나타내는 3차원 모델 또는 3차원 영상이 될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서 영상은, CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터 또는 해당 볼륨 데이터로부터 추출된 표면 데이터를 렌더링함으로써 생성된 3차원 영상일 수 있다.
본 개시에서 영상이란, 2차원 프레임 및 3차원 프레임을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상은 포인트 클라우드 형태 또는 폴리곤 메쉬 형태로 표현되는 3차원 프레임을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에서 영상은 대상체를 2차원 또는 3차원적으로 표현하기 위해서 필요한 데이터, 예를 들어, 적어도 하나의 영상 센서로부터 획득된 로우 데이터(raw data) 등을 의미할 수 있다. 구체적으로, 로우 데이터는 대상체에 대한 3차원 데이터를 생성하기 위해서 획득되는 2D 이미지일 수 있다. 로우 데이터는, 광학식 3차원 스캐너(예를 들어, 구강 스캐너(intraoral scanner))를 이용하여 대상체를 스캔할 때 광학식 3차원 스캐너에 포함되는 적어도 하나의 영상 센서에서 획득되는 데이터가 될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.
치과 치료, 특히 보철 등의 치료를 하는 데 있어 치과용 CAD/CAM 기술이 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 치과용 CAD/CAM 치료 과정에서 대상체의 3차원 데이터를 획득하기 위해서는, CT(Computed Tomography), MRI(Magnetic Resonance Imaging), 및 광학 스캐닝 등의 방법이 이용될 수 있다. 일반적으로 3차원 데이터는 그 표현 형식에 따라 볼륨 데이터와 표면 데이터로 구분할 수 있다.
도 1a는 일 실시 예에 따라 CT 스캐너가 볼륨 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
컴퓨터 단층 촬영(Computed Tomography, CT)이란, CT 스캐너를 이용하여 엑스선이나 초음파를 여러 각도에서 인체에 투영하고 이를 컴퓨터로 재구성하여 인체 내부 단면의 모습을 화상으로 처리하는 진단 방법이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 일반적인 CT 스캐너(110)는, X선 소스(111)에서 부채꼴 모양의 X선 빔(113)을 조사하고, 디텍터(115)를 이용하여 X선이 대상체를 투과한 정도를 측정하고 측정 결과를 재구성하여 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 반면에, CBCT 스캐너(120)는, 원뿔 형태의 X선 빔(123)을 이용한다. CBCT 스캐너(120)는, X선 소스(121)에서 원뿔 형태의 X선 빔(123)을 조사하고, 디텍터(125)를 이용하여 X선이 대상체를 투과한 정도를 측정하고 측정 결과를 재구성하여 3차원 데이터를 획득할 수 있다. CBCT 스캐너(120)는 일반적인 CT 스캐너(110)보다 방사선 피폭량이 적은 특성이 있어 치과 치료 분야에서 널리 이용된다. CBCT 스캐너(120)에 의해 획득되는 3차원 데이터는, 밝기 값을 갖는 복수의 복셀들을 포함하는 볼륨 데이터 형태로 표현된다.
도 1b는 일 실시 예에 따라 볼륨 데이터에 대한 세그멘테이션을 통해 추출되는 표면 데이터의 예를 도시한다.
도 1b의 영상(131)은 CT 방식으로 획득된 볼륨 데이터의 예이다. CT 방식으로 획득된 볼륨 데이터는 그 밝기 값이 조직의 물성에 따라 다르게 나타나다. 그러므로, CT 볼륨 데이터의 밝기 정보를 특정 임계값에 따라서 분할하는 방식으로 세그멘테이션이 수행됨으로써 CT 볼륨 데이터로부터 대상체의 표면에 대한 정보가 추출될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 세그멘테이션을 위한 임계값은 사용자 입력에 기초하여 설정될 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리를 위한 소프트웨어의 UI가 임계값을 조정할 수 있는 기능을 제공할 수 있다. 도 1b의 영상(132)에 도시된 바와 같이, 사용자는, UI를 통해 임계값을 조정하면서 임계값에 따라 생성되는 표면 데이터를 확인할 수 있다. 사용자가 입력하는 임계값에 따라 서로 다른 형태의 표면 데이터가 생성되고, 사용자가 육안으로 표면 데이터를 확인하면서 적합하다고 생각되는 임계값을 설정할 수 있다. 설정된 임계값에 기초하여, 볼륨 데이터로부터 표면 데이터가 최종으로 추출될 수 있다.
도 1b의 영상(133)은, 세그멘테이션 과정을 거쳐 볼륨 데이터로부터 생성된 표면 데이터의 예이다.
이 때, 임계값을 어떤 값으로 설정하느냐에 따라 볼륨데이터의 세그멘테이션에 의해 생성되는 표면 데이터가 달라진다. 예를 들어, 사람의 머리에 대한 CT 볼륨 데이터로부터 추출한 표면 데이터는 사용자에 의해 설정되는 임계값에 따라 두개골의 표면에 대한 데이터가 될 수도 있고, 사람의 피부에 대한 데이터가 될 수도 있다.
임계값을 이용한 방식 외에 세그멘테이션을 위해 영역 확장(Region Growing) 방식, 또는 레벨 설정(Level-Set) 방식과 같은 능동 윤곽 방법(Active Contour Methods) 등이 이용될 수 있다.
한편, 치과 CAD/CAM 분야에서 CT 외에도 광학식 3차원 스캐너가 많이 사용된다. 광학식 3차원 스캐너는 대상체로부터 3차원 표면 형상 정보를 획득할 수 있다. 광학식 3차원 스캐너는, 예를 들어 치아의 인상체, 인상체에 대해서 획득된 석고 모델 또는 치아의 표면의 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 대상체의 표면에 대한 3차원 데이터는, 대상체의 표면의 정점들의 위치 정보와 각 정점들의 연결 관계 정보를 포함하는 폴리곤 메쉬 형태로 표현될 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따라 광학식 3차원 스캐너가 표면 데이터를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시 예에 따라 광학식 3차원 스캐너를 이용하여 대상체의 표면에 대한 3차원 데이터를 획득하기 위해서는, 양안시 구조광(structured lignt with stereo vision) 방식이 이용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학식 3차원 스캐너는 2개 이상의 카메라(207, 209)와 구조광(structured light)(213)을 투사할 수 있는 한 개의 프로젝터(211)로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따른 광학식 3차원 스캐너는, 대상체(201)에게 구조광(213)을 투사하고, 좌안 시야(left Field of View)에 대응되는 L 카메라(207)과 우안 시야(Right Field of View)에 대응되는 R 카메라(209) 각각에서 좌안 시야에 대응되는 L 영상 데이터(203) 및 우안 시야에 대응되는 R 영상 데이터(205)를 획득할 수 있다. L 영상 데이터(203) 및 R 영상 데이터(205)는, 대상체의 표면을 나타내는 3차원 프레임으로 재구성될 수 있다.
광학식 3차원 스캐너는, 대상체 주위를 이동하면서 일정한 시간 간격(예를 들어, 초당 10~30 프레임)으로 대상체를 스캔함으로써 복수의 3차원 프레임들을 획득하고, 복수의 3차원 프레임들을 결합 또는 위치 정렬함으로써 대상체 전체에 대한 3차원 데이터를 재구성할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 시스템은, 광학식 3차원 스캐너(100) 및 3차원 데이터 획득 장치(300)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학식 3차원 스캐너(100)는, 양안시 구조광 방식에 따라 대상체로부터 획득된 L 영상 데이터 및 R 영상 데이터를 포함하는 로우 데이터를 3차원 데이터 획득 장치(300)에게 전송할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 전달받은 로우 데이터에 기초하여, 대상체의 표면의 형상을 3차원적으로 나타내는 3차원 데이터를 생성할 수 있다. 다른 일 실시 예에 따른 광학식 3차원 스캐너(100)는, 대상체로부터 획득된 L 영상 데이터 및 R 영상 데이터를 포함하는 로우 데이터를 재구성하여 3차원 프레임을 생성하고, 생성된 3차원 프레임을 3차원 데이터 획득 장치(300)에게 전송할 수 있다.
일 실시 예에 따른 광학식 3차원 스캐너(100)는, 구강 내의 영상을 획득하기 위한 의료 장치를 포함할 수 있다. 구체적으로, 광학식 3차원 스캐너(100)는 구강 내에 삽입되어 비 접촉식으로 치아를 스캐닝함으로써, 적어도 하나의 치아를 포함하는 구강에 대한 3차원 모델을 생성하기 위한 장치가 될 수 있다. 또한, 광학식 3차원 스캐너(100)는 구강 내에 인입 및 인출이 가능한 형태를 가질 수 있으며, 적어도 하나의 영상 센서(예를 들어, 광학 카메라 등)를 이용하여 환자의 구강 내부를 스캔할 수 있다.
광학식 3차원 스캐너(100)는 대상체인 구강 내부의 치아, 치은 및 구강 내에 삽입 가능한 인공 구조물(예를 들어, 브라켓 및 와이어를 포함하는 교정 장치, 임플란트, 인공 치아, 구강 내 삽입되는 교정 보조 도구 등) 중 적어도 하나의 표면을 이미징하기 위해서, 대상체에 대한 표면 정보를 로우 데이터로서 획득하고, 이를 기초로 결합(merge) 등의 3D 연산을 수행하여 디스플레이에 표시할 수 있다.
광학식 3차원 스캐너(100)에서 획득된 로우 데이터 또는 로우 데이터로부터 획득된 3차원 프레임은 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통하여 연결되는 3차원 데이터 획득 장치(300)로 전송될 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 광학식 3차원 스캐너(100)와 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통하여 연결되며, 광학식 3차원 스캐너(100)로부터 대상체를 스캔하여 획득된 로우 데이터 또는 3차원 프레임을 수신할 수 있다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는, 수신된 로우 데이터 또는 3차원 프레임에 기초하여, 대상체에 대한 3차원 데이터 또는 3차원 영상을 생성, 처리, 디스플레이 및/또는 전송할 수 있는 모든 전자 장치가 될 수 있다. 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등의 컴퓨팅 장치가 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는 광학식 3차원 스캐너(100)에서 수신된 데이터에 기초하여, 대상체의 진단에 필요한 정보 및 대상체 영상 중 적어도 하나를 생성하고, 생성된 정보 및/또는 영상을 디스플레이(320)를 통하여 디스플레이 할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 대상체에 대한 3차원 데이터 또는 3차원 영상을 분석하고, 분석 결과를 처리, 디스플레이 및/또는 전송할 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 광학식 3차원 스캐너(100)에 연동되는 전용 소프트웨어를 저장 및 실행할 수 있다. 여기서, 전용 소프트웨어는 전용 프로그램 또는 전용 어플리케이션으로 호칭될 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)가 광학식 3차원 스캐너(100)와 상호 연동되어 동작하는 경우, 3차원 데이터 획득 장치(300)에 저장되는 전용 소프트웨어는 광학식 3차원 스캐너(100)와 연결되어 대상체 스캔을 통하여 획득되는 데이터들을 실시간을 수신할 수 있다. 예를 들어, 자사의 구강 스캐너인 i500 제품에 대응되는 i500 에서 구강 스캔을 통하여 획득된 데이터를 처리하기 위한 전용 소프트웨어가 존재한다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는 i500 제품에 대응되는 전용 소프트웨어를 저장 및 실행할 수 있다. 전송 소프트웨어는 구강 이미지를 획득, 처리, 저장, 및/또는 전송하기 위한 적어도 하나의 동작들을 수행할 수 있다.
전용 소프트웨어는 3차원 데이터 획득 장치(300)의 프로세서 또는 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 전용 소프트웨어는 광학식 3차원 스캐너에서 획득된 데이터의 이용을 위한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 전용 소프트웨어에서 제공되는 사용자 인터페이스 화면은 개시된 실시 예에 따라서 생성되는 대상체에 대한 3차원 영상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 개시된 실시 예에서, 전용 소프트웨어에서 제공되는 사용자 인터페이스 화면은 도 5a 내지 도 8b에서 도시되는 사용자 인터페이스 화면들 중 어느 하나가 될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, 3차원 데이터 획득 장치(300)가 대상체에 대한 3차원 데이터를 획득하는 구체적인 방법에 대해서는, 이하에서 도 4a 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 데이터를 획득하는 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 S401에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 대한 3차원 참조(reference) 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터 그 자체이거나, CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 대상체의 표면 데이터일 수 있다.
일 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 내장 메모리, 외부 서버, 또는 외부 장치(예를 들어, 의료 영상 촬영 장치)로부터 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다.
다른 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 내장된 메모리, 외부 서버, 또는 외부 장치로부터 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터를 획득하고, 획득된 볼륨 데이터로부터 3차원 참조 데이터를 직접 추출할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 세그멘테이션을 수행함으로써, 볼륨 데이터로부터 대상체의 표면에 대한 정보인 3차원 참조 데이터를 추출할 수 있다. 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터의 밝기 정보를 소정 임계 값에 기초하여 분할하는 세그멘테이션을 수행함으로써, 치아 조직이 기타 조직과 구분되도록 할 수 있다.
일 예로서, 세그멘테이션을 위한 임계값은 사용자 입력에 기초하여 설정될 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 사용자가 세그멘테이션을 위한 임계 값을 조정할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 설정되는 임계 값에 따라 생성되는 표면 데이터를 사용자에게 디스플레이 할 수 있다. 사용자는, 임계 값에 따라 서로 다른 형태로 생성되는 표면 데이터에 기초하여, 가장 적합하다고 생각되는 임계 값을 선택할 수 있다.
다른 예로서, 세그멘테이션을 위한 임계값은 3차원 데이터 획득 장치(300)에 의해 자동으로 설정될 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터를 분석한 결과 및/또는 다양한 데이터를 고려하여 임계값을 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터를 분석한 결과, 세그멘테이션과 관련하여 기존에 학습된 데이터, 사용자의 과거 세그멘테이션 기록, 사용자 설정, 또는 대상체가 인체의 어떠한 부위인지에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여 임계값을 결정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 세그멘테이션 방식은, 상술한 임계 값을 이용한 방식에 제한되지 않으며, 영역 확장 방식, 또는 레벨 설정과 같은 능동 윤곽 방식 등이 이용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 다양한 세그멘테이션을 수행함으로써, 볼륨 데이터로부터 대상체의 표면에 대한 정보를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터에 대해 제1 세그멘테이션을 수행함으로써 대상체의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 획득하고, 3차원 참조 데이터에 대해 제2 세그멘테이션을 수행함으로써 대상체에 포함되는 복수의 치아들에 대응하는 영역들을 식별할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터로부터 대상체 영상을 생성하고, 대상체 영상을 디스플레이 할 수 있다.
도 5a는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상(510)을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
볼륨 데이터에 대한 세그멘테이션이 적절하게 수행된 경우, 두개골의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터가 획득될 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 두개골의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상(510)을 디스플레이 할 수 있다. 예를 들어, 대상체 영상은 반투명하게 표현되거나, 그레이 스케일로 표현될 수 있다.
3차원 참조 데이터로부터 생성되는 대상체 영상은, 도 5a에 도시된 예에 제한되지 않는다.
도 5b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상(520)을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 하악의 복수의 치아들의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 복수의 치아들의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상(520)을 디스플레이 할 수 있다. 그러나, 3차원 데이터 획득 장치(300)가 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상을 디스플레이 하는 것은 필수적인 동작은 아니다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체 영상을 디스플레이 하는 단계를 생략하고 다음의 단계 S402를 수행할 수 있다.
단계 S402에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체의 제1 영역을 스캔하여 획득한 제1 프레임을 3차원 참조 데이터에 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너에 의해 대상체의 표면의 형상 정보를 포함하는 제1 프레임을 획득할 수 있다. 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 양안시 구조광 방식을 이용하는 광학식 3차원 스캐너로부터 유선 또는 무선으로 로우 데이터를 획득하고, 광 삼각 방식에 따라 로우 데이터를 제1 프레임으로 재구성할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 대상체의 스캔 데이터를 획득하는 구체적인 방법과 관련하여서는, 도 2 및 도 3에 대한 설명이 적용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬(align)할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 3차원 참조 데이터와 제1 프레임을 위치 정렬하기 위하여 다양한 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, ICP(Iterative Closest Point) 알고리즘이 이용될 수 있다.
ICP는 서로 다른 두 개 이상의 3차원 데이터 간 거리 편차를 최소화하여 위치 정렬하는 방법이다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, ICP 알고리즘을 이용하여 다음의 순서를 거쳐 위치 정렬을 수행할 수 있다.
먼저, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터의 정점들 중 계산에 사용될 정점(apex)들을 추출할 수 있다(제1 단계). 계산에 사용될 정점들을 추출하는 동작은, 샘플링이라고 지칭될 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 초기 위치를 기준으로 3차원 참조 데이터 상에 복수의 정점들을 추출할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임으로부터 추출된 정점들에 대응하는 대응점들을 결정할 수 있다(제2 단계). 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 복수의 정점들 및 복수의 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 추출된 정점들 및 결정된 대응점들 그룹에 대한 거리를 에너지로 하는 목적 함수(Objective Function)를 도출하고(제3 단계), 목적 함수의 값을 최소로 하는 3차원 참조 데이터와 제1 프레임 간의 이동 함수를 계산할 수 있다(제4 단계). 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 계산된 이동 함수에 기초하여 제1 프레임을 3차원 참조 데이터에 대해서 위치 정렬하고(제5 단계), 종료 조건을 만족할 때까지 상술한 제1 단계 내지 제5 단계를 반복하여 수행함으로써 위치 정렬 정확도를 높일 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임을 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하기 위하여 초기 위치를 결정할 수 있다. 일 예로서, 3차원 참조 데이터 획득 장치(300)는, 사용자 입력에 기초하여 3차원 참조 데이터 상의 제1 지점을 초기 위치로서 결정할 수 있다. 다른 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 미리 결정된 기준에 따라 자동으로 3차원 참조 데이터 상의 제1 지점을 초기 위치로서 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 제1 지점을 초기 위치로서 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 결정된 초기 위치에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
단계 S403에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체의 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 대상체의 제2 영역을 스캔하여 획득한 제2 프레임을 3차원 참조 데이터에 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너가 일정한 시간 간격으로 스캔한 프레임들을 실시간으로 획득할 수 있다. 제1 프레임과 제2 프레임은, 사용자에 의해 이동하는 광학식 3차원 스캐너에 의해 획득될 수 있다. 제2 프레임은, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 제2 영역을 나타낼 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 및 3차원 참조 데이터에 위치 정렬된 제1 프레임을 고려하여, 최적의 위치에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 일정한 시간 간격으로 스캔한 프레임들을 광학 스캐너로부터 실시간으로 획득할 수 있다. 예를 들어 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학 스캐너가 제1 프레임을 스캔한 시점으로부터 소정 시간 이내에 광학 스캐너로부터 제1 프레임을 획득하고, 광학 스캐너가 제2 프레임을 스캔한 시점으로부터 소정 시간 이내에 제2 프레임을 획득할 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임을 3차원 참조 데이터에 성공적으로 위치 정렬하면, 제1 프레임 다음에 획득된 제2 프레임도 쉽고 빠르게 위치 정렬할 수 있다. 이는, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 제1 영역과, 짧은 시간 간격으로 스캔된 제2 프레임이 나타내는 대상체의 제2 영역이 3차원 적으로 매우 근접하기 때문이다.
예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)가 ICP 알고리즘을 이용하여 3차원 참조 데이터에 프레임을 위치 정렬하는 경우, 제1 프레임을 위치 정렬하기 위해 이용하는 초기 위치와 제2 프레임을 위치 정렬하기 위해 이용하는 초기 위치가 3차원적으로 서로 근접할 수 있다. 따라서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임의 3차원적인 위치 및/또는 제1 프레임의 위치 정렬에 이용된 초기 위치를 고려하여, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
제1 프레임의 3차원 좌표값이란, 3차원 공간 상에서 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬함으로써 결정되는 제1 프레임의 위치를 나타내는 좌표값을 의미할 수 있다. 이하에서는 도 4b를 참조하여, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬하는 방법을 설명한다.
도 4b는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4b의 도표(407)은 3차원 참조 데이터로서 이용되는 CT 데이터에 위치 정렬된 제1 프레임을 도시한다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, x 축, y 축, z 축의 3차원 좌표계 상에서 CT 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬하고, 제1 프레임의 3차원 좌표값을 획득할 수 있다.
다음으로, 도표(408)에 도시된 바와 같이, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학 스캐너로부터 제1 프레임을 획득한 시점으로부터 소정 시간 이내에 제2 프레임을 획득하면, 제2 프레임이 정렬되어야 하는 위치가 제1 프레임의 3차원 좌표값 근방에 위치한다고 추정할 수 있다. 이는, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 제1 영역과, 매우 짧은 시간 뒤에 스캔된 제2 프레임이 나타내는 대상체의 제2 영역이 3차원 적으로 매우 근접하다는 가정에 기초한 것이다.
이러한 가정에 기초하여, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 제2 프레임의 초기 위치를 결정하고 ICP를 수행함으로써, 최종적으로, 도표(409)에 도시된 바와 같이, CT 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
도 4a로 되돌아가서, 단계 S404에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 오버랩되는 영역에 기초하여 제1 프레임과 제2 프레임을 결합(merge)함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
한편, 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 3차원 참조 데이터 상에 초기 위치를 지정한 후, 초기 위치에 기초하여 스캔 프레임을 3차원 참조 데이터에 위치 정렬할 수 있다.
도 4c는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 데이터를 획득하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 4a의 S402, 및 S403는 도 4c의 S430 및 S450에 각각 대응될 수 있으며, 도 4a에 도시된 각 단계와 관련된 설명은 도 4c에도 적용될 수 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.
단계 S410에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터 상에 제1 지점을 선택할 수 있다.
먼저, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 대상체의 표면 데이터일 수 있다.
일 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 내장 메모리, 외부 서버, 또는 외부 장치(예를 들어, 의료 영상 촬영 장치)로부터 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다.
다른 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 내장된 메모리, 외부 서버, 또는 외부 장치로부터 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터를 획득하고, 획득된 볼륨 데이터로부터 3차원 참조 데이터를 직접 추출할 수 있다.
예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 세그멘테이션을 수행함으로써, 대상체의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 볼륨 데이터로부터 추출할 수 있다. CT 스캐너에 의해 획득된 볼륨 데이터는, 복셀의 밝기 값이 조직의 물성에 따라 다르게 나타난다. 따라서, 사람의 머리에 관한 볼륨 데이터의 밝기 정보를 소정 임계 값에 기초하여 분할하는 세그멘테이션을 통해, 치아 조직과 기타 조직이 구분될 수 있다. 이 때, 소정 임계 값을 어떻게 설정하느냐에 따라, 세그멘테이션 결과로 생성되는 표면 데이터가 나타내는 대상이 달라지게 된다. 예를 들어, 사람의 머리에 대해서 획득된 CT 볼륨 데이터에서 추출한 표면 데이터는, 임계 값에 따라 두개골의 표면을 나타내는 데이터가 될 수도 있고, 두피의 표면을 나타내는 데이터가 될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 세그멘테이션을 위한 임계값은 사용자 입력에 기초하여 설정될 수 있다.
일 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 사용자가 세그멘테이션을 위한 임계 값을 조정할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 설정되는 임계 값에 따라 생성되는 표면 데이터를 사용자에게 디스플레이 할 수 있다. 사용자는, 임계 값에 따라 서로 다른 형태로 생성되는 표면 데이터에 기초하여, 가장 적합하다고 생각되는 임계 값을 선택할 수 있다.
다른 예로서, 세그멘테이션을 위한 임계값은 3차원 데이터 획득 장치(300)에 의해 자동으로 설정될 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터를 분석한 결과 및/또는 다양한 데이터를 고려하여 임계값을 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 볼륨 데이터를 분석한 결과, 세그멘테이션과 관련하여 기존에 학습된 데이터, 사용자의 과거 세그멘테이션 기록, 사용자 설정, 또는 대상체가 인체의 어떠한 부위인지에 대한 정보 중 적어도 하나에 기초하여 임계값을 결정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 세그멘테이션 방식은, 상술한 임계 값을 이용한 방식에 제한되지 않으며, 영역 확장 방식, 또는 레벨 설정과 같은 능동 윤곽 방식 등이 이용될 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 다양한 세그멘테이션을 수행함으로써, 볼륨 데이터로부터 대상체의 표면에 대한 정보를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300), 볼륨 데이터에 대해 제1 세그멘테이션을 수행함으로써 대상체의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 획득하고, 3차원 참조 데이터에 대해 제2 세그멘테이션을 수행함으로써 대상체에 포함되는 복수의 치아들에 대응하는 영역을 식별할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터로부터 대상체 영상을 생성하고, 대상체 영상을 디스플레이 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다. 예를 들어, 대상체 영상은 반투명하게 표현되거나, 그레이 스케일로 표현될 수 있다.
다음으로 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 대상체 영상 상에 디스플레이 할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터와 광학식 3차원 스캐너에 의해 스캔되는 스캔 데이터를 위치 정렬하기 위한 초기 위치로서 제1 지점을 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 지점은, ICP 알고리즘에 의해서 3차원 참조 데이터와 스캔 데이터를 위치 정렬하기 위한 초기 값으로서 이용될 수 있다.
예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 포함되는 복셀들 중 하나의 복셀에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다. 또는, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 포함되는 복셀들 중 하나의 복셀 및 주변 복셀들에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다. 또는, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점을 선택하는 사용자 입력을 수신하거나 자동으로 제1 지점을 선택할 수 있다.
일 예로서, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 사용자 입력에 기초하여 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 디스플레이 된 대상체 영상에 대한 사용자 입력을 수신하고, 3차원 참조 데이터 상에서 사용자 입력에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다.
사용자는 제1 지점을 선택하고, 광학식 3차원 스캐너가 제1 지점에 대응되는 대상체 영역을 스캔하도록 광학식 3차원 스캐너를 조작할 수 있다. 사용자는 제1 지점에 대응되는 대상체 영역 주위로 광학식 3차원 스캐너를 이동할 수 있다.
다른 예로서, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 미리 결정된 기준에 따라 자동으로 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택할 수 있다. 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터를 분석한 결과, 환자의 의료 기록, 환자의 진료 계획, 사용자의 과거 스캔 기록, 사용자 설정, 디폴트 값으로서 결정된 값, 또는 스캔 목적 중 적어도 하나에 기초하여 제1 지점을 선택할 수 있다.
일 실시 예에 따른, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 미리 결정된 하나의 치아(예를 들어, 왼쪽 어금니)에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다. 예를 들어, 대상체가 구강인 경우, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너로 대상체를 스캔하는 목적에 따라, 서로 다른 치아를 제1 지점으로서 선택할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 대상체 영상 상에 디스플레이 할 수 있다. 사용자는 제1 지점이 디스플레이 된 대상체 영상을 참조하여, 광학식 3차원 스캐너가 제1 지점에 대응되는 대상체 영역을 스캔하도록 광학식 3차원 스캐너를 조작할 수 있다. 사용자는 제1 지점에 대응되는 대상체 영역 주위로 광학식 3차원 스캐너를 이동할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는, 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치(300)가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 나타내는 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면의 예를 도시한다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 포함되는 복셀들 중 하나의 복셀 및 주변 복셀들에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체 영상(610) 상에 제1 지점(611)을 표시할 수 있다.
또는, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 치아 별 세그멘테이션이 수행된 3차원 참조 데이터 상에서, 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 위치를 제1 지점으로서 선택할 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체 영상(610) 상에서 소정 치아에 대응하는 지점(612)을 제1 지점으로서 선택하고 표시할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 대상체 영상 상에 디스플레이 하면, 사용자는 제1 지점에 대응되는 대상체 영역 주위로 광학식 3차원 스캐너를 이동할 수 있다. 광학식 3차원 스캐너는, 제1 지점에 대응되는 대상체 영역을 스캔함으로써 초기 값으로서 제1 프레임을 획득할 수 있다.
단계 S420에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 스캔한 제1 프레임을 획득할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점에 대응하는 대상체의 제1 영역을 스캔한 제1 프레임을 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너에 의해 대상체의 표면의 형상 정보를 포함하는 제1 프레임을 획득할 수 있다. 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 양안시 구조광 방식을 이용하는 광학식 3차원 스캐너로부터 유선 또는 무선으로 로우 데이터를 획득하고, 광 삼각 방식에 따라 로우 데이터를 제1 프레임으로 재구성할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 대상체의 스캔 데이터를 획득하는 구체적인 방법과 관련하여서는, 도 2 및 도 3에 대한 설명이 적용될 수 있다.
단계 S430에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점을 기준으로, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 단계 S410에서 선택된 3차원 참조 데이터 상의 제1 지점의 3차원 좌표값에 기초하여, 제1 프레임의 3차원 좌표값을 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 단계 S410에서 선택된 3차원 참조 데이터 상의 제1 지점에 최대한 근접하게 제1 프레임의 초기 위치를 결정할 수 있다. 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점은, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 영역보다 넓은 영역을 가리킬 수 있다. 예를 들어, 3차원 참조 데이터 상에서 하나의 치아가 제1 지점으로서 선택되고, 해당 치아의 일부 영역을 스캔한 제1 프레임이 획득될 수 있다. 이러한 경우, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점의 3차원 좌표값과 제1 프레임의 3차원 좌표값이 최대한 가까워질 수 있도록 제1 프레임의 초기 위치를 결정할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 결정된 초기 위치에 기초하여 3차원 참조 데이터의 제1 지점에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 3차원 참조 데이터와 제1 프레임을 위치 정렬하기 위하여 다양한 알고리즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, ICP 알고리즘이 이용될 수 있다.
ICP는 서로 다른 두 개 이상의 3차원 데이터 간 거리 편차를 최소화하여 위치 정렬하는 방법이다. ICP의 구체적인 수행 과정은 도 4a의 S402와 관련하여 상술하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
단계 S440에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 스캔한 제2 프레임을 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너가 일정한 시간 간격으로 스캔한 프레임들을 실시간으로 획득할 수 있다. 제1 프레임과 제2 프레임은, 사용자에 의해 이동하는 광학식 3차원 스캐너에 의해 획득될 수 있다. 제2 프레임은, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 제2 영역을 나타낼 수 있다.
단계 S450에서 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는, 위치 정렬된 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
제1 프레임의 3차원 좌표값이란, 3차원 공간 상에서 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬함으로써 결정되는 제1 프레임의 위치를 나타내는 좌표값을 의미할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬하는 구체적인 방법은 도 4a의 S403 및 도 4b와 관련하여 상술하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 기초하여, 위치 정렬된 제1 프레임에 제2 프레임을 결합(merge)함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 획득되는 프레임들 각각에 대해 3차원 참조 데이터를 기준으로 위치 정렬함으로써 악궁 곡률의 왜곡 없이 대상체의 정확한 위치에 프레임들을 정렬시키고, 위치 정렬된 프레임들을 오버랩되는 영역을 기준으로 결합함으로써 최종적으로 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
이 때, 프레임들 간의 결합은, 하나의 프레임이 획득될 때마다 이전에 획득된 프레임에 결합하는 실시간 위치 정렬 또는 스캔 종료 후 획득된 모든 프레임들을 한번에 결합하는 글로벌 위치 정렬을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시간 위치 정렬의 경우, 연속하는 제1 프레임, 제2 프레임 및 제3 프레임이 획득되면, 제1 프레임과 제2 프레임 간에 위치 정렬이 수행되고, 제2 프레임과 제3 프레임 간에 위치 정렬을 수행될 수 있다. 반면에, 글로벌 위치 정렬의 경우, 모든 프레임들 간의 상호 위치 정렬이 수행될 수 있다. 즉, 제1 프레임과 제2 프레임 간에, 제2 프레임과 제3 프레임 간에, 또는 제1 프레임과 제3 프레임 간에도 위치 정렬이 수행될 수 있다. 프레임들간의 결합을 위하여 ICP 알고리즘을 이용할 수 있으나, 본 개시는 이에 한정되지 않고 다양한 알고리즘이 이용될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 및 위치 정렬된 제1 프레임을 고려하여, 최적의 위치에 제1 프레임과 제2 프레임을 결합할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 3차원 참조 데이터와 제2 프레임을 비교함으로써 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 있는 지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬되는 경우, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬되지 않는 경우, 위치 정렬된 제1 프레임에 오버랩되도록 제2 프레임을 결합할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법과 관련하여서는, 후에 도 9를 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
한편, 다른 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 있는 지 여부를 판단할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임과 제2 프레임을 비교함으로써, 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 있는 지 여부를 판단할 수 있다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬되는 경우, 제1 프레임에 오버랩되도록 제2 프레임을 결합할 수 있다.
3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬되지 않는 경우, 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 다른 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법과 관련하여서는, 후에 도 10을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 일정한 시간 간격으로 스캔한 프레임들을 결합(또는, 위치 정렬) 함에 따라 획득되는 3차원 데이터를 대상체 영상 상에 디스플레이 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점을 선택하고 선택된 제1 지점에 대응하는 제1 영역을 스캔한 제1 프레임 및 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 제2 영역을 스캔한 제2 프레임을 결합함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
그리고, 본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제2 지점을 선택하고 선택된 제2 지점에 대응하는 제3 영역을 스캔한 제3 프레임 및 제3 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 제4 영역을 스캔한 제4 프레임을 결합함으로써 3차원 데이터를 더 획득할 수 있다.
제1 지점과 제2 지점은, 불연속적인 영역들을 지정하는 지점들일 수도 있고, 근접한 영역들을 지정하는 지점들일 수도 있고, 동일한 영역에 대하여 상이한 위치들을 지정하는 지점들일 수 있다.
예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는 제1 지점으로서 제1 치아를 선택하고, 제1 치아의 일부 영역 또는 일 단면을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제1 프레임 및 제2 프레임 등)을 결합함으로써 제1 치아에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 다음으로, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 치아에 이웃한 제2 치아를 제2 지점으로서 선택하고, 제2 치아의 일부 영역 또는 일 단면을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제3 프레임 및 제4 프레임 등)을 결합함으로써 제2 치아에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
또는, 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는 제1 지점으로서 제1 치아의 일부 영역 또는 일 단면을 선택하고, 제1 지점에 대응하는 영역들을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제1 프레임 및 제2 프레임 등)을 결합함으로써 제1 치아의 해당 영역 또는 해당 단면에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 다음으로, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 치아에 이웃 영역 또는 이웃 단면을 제2 지점으로서 선택하고, 제1 치아의 이웃 영역 또는 이웃 단면을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제3 프레임 및 제4 프레임 등)을 결합함으로써 제1 치아의 이웃 영역 또는 이웃 단면에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
또는, 예를 들어, 3차원 데이터 획득 장치(300)는 제1 지점으로서 제1 치아를 선택하고, 제1 치아의 일부 영역 또는 일 단면을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제1 프레임 및 제2 프레임 등)을 결합함으로써 제1 치아에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다. 다음으로, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 치아로부터 소정 거리 이상 이격된 제2 치아를 제2 지점으로서 선택하고, 제2 치아의 일부 영역 또는 일 단면을 스캔하여 획득한 프레임들(예를 들어, 제3 프레임 및 제4 프레임 등)을 결합함으로써 제2 치아에 대한 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 실시간으로 획득하는 3차원 데이터를 디스플레이 하는 화면(710)의 예를 도시한다.
광학식 3차원 스캐너가 대상체의 제1 지점 주위를 움직이도록 사용자가 조작하는 동안, 광학식 3차원 스캐너는 일정한 시간 간격으로 대상체를 스캔할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너로부터 획득된 프레임들을 결합함으로써 3차원 데이터(711)를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점을 기준으로 대상체의 제1 영역에 대한 3차원 데이터(711)를 획득하고 디스플레이 할 수 있다.
도 8a는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제2 지점을 나타내는 대상체 영상을 디스플레이 하는 화면(810)의 예를 도시한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 사용자 입력에 기초하여 선택된 제1 지점을 기준으로, 대상체의 제1 영역에 대한 3차원 데이터(811)를 획득하고 디스플레이 할 수 있다. 제1 영역에 대한 스캔이 완료되면, 사용자는 제2 지점(812)을 선택하고 광학식 3차원 스캐너가 대상체의 제2 지점 주위를 움직이도록 조작할 수 있다. 광학식 3차원 스캐너가 대상체의 제2 지점 주위를 움직이도록 사용자가 조작하는 동안, 광학식 3차원 스캐너는 일정한 시간 간격으로 대상체를 스캔득할 수 있다.
예를 들어, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터 상에 제2 지점을 선택하고, 제2 지점에 대응하는 대상체의 일부 영역을 스캔한 제3 프레임을 획득할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제2 지점을 기준으로, 3차원 참조 데이터에 제3 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는 제4 프레임을 획득하고, 제3 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 제4 프레임을 위치 정렬함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가 제3 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제4 프레임을 위치 정렬하는 구체적인 방법은 도 4a의 S403, 도 4c의 S450 또는 도 4b와 관련하여 상술된 설명이 적용될 수 있다. 중복되는 설명은 생략한다.
도 8b는 일 실시 예에 따라 3차원 데이터 획득 장치가 제2 지점에 기초하여 실시간으로 획득되는 3차원 데이터를 디스플레이 하는 화면(810)의 예를 도시한다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 사용자 입력에 기초하여 선택된 제2 지점을 기준으로, 광학식 3차원 스캐너로부터 획득된 프레임들을 결합함으로써 3차원 데이터(822)를 획득할 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 3차원 참조 데이터에 기초하여 실시간으로 스캔되는 프레임들을 위치 정렬함으로써, 불연속적인 영역들(811, 822)에 대해서도 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 3차원 데이터 획득 장치(300)가 광학식 3차원 스캐너로부터 획득된 프레임들을 기초로 3차원 데이터를 재구성함에 있어서, 3차원 참조 데이터를 위치 정렬에 이용함으로써 불연속적인 영역들에 대한 정보를 포함하는 3차원 데이터를 용이하게 재구성할 수 있게 된다.
기존 방식에 따르면, 대상체에 포함되는 일부 영역들에 대한 3차원 데이터만 필요한 경우에도 대상체 전체를 스캔하는 과정이 필요했다. 예를 들어, 하악의 양쪽 어금니들에 부착될 보철을 위한 양쪽 어금니들에 대한 3차원 데이터를 획득하기 위해서는, 광학식 3차원 스캐너를 통해 한 쪽 어금니부터 다른 쪽 어금니까지의 하악의 전체 치아들을 스캔하는 과정이 필요했다. 즉, 별도의 참조 데이터를 이용하지 않는 기존 방식에 따르면, 사용자의 조작에 의해 광학식 3차원 스캐너가 왼쪽 어금니 영역을 스캔한 후 짧은 시간 내에 이동하여 오른쪽 어금니 영역을 스캔하는 경우, 오버랩 구간이 존재하지 않는 두 영역들에 대한 스캔 데이터만으로는 올바른 3차원 데이터를 재구성할 수 없었다.
그러나 개시된 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 광학식 3차원 스캐너에 의해 불연속적인 영역들이 스캔되는 경우에도, 3차원 참조 데이터에 기초하여 스캔 프레임에 대한 위치 정렬을 수행함으로써 대상체의 형상을 정확히 반영하는 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
이하에서는, 도 9 및 도 10을 참조하여, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)가, 실시간으로 획득되는 스캔 데이터를 3차원 참조 데이터에 위치 정렬함으로써, 3차원 데이터를 획득하는 구체적인 방법을 설명한다. 도 9 및 도 10은, 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 기준으로 제1 프레임이 위치 정렬된 후, 3차원 데이터 획득 장치(300)가 제n 프레임(n≥2인 정수)을 획득하였을 때의 동작 순서를 도시한다. 도 9 및 도 10은 도 4c의 S450을 구체화하는 흐름도일 수 있으므로, 도 4c와 관련하여 중복되는 설명은 생략한다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 스캔한 프레임이 실시간으로 획득됨에 따라 3차원 참조 데이터에 프레임들을 위치 정렬함으로써 3차원 데이터를 갱신하고 갱신된 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 S910에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 스캔한 제n 프레임을 획득할 수 있다. 이 때, n은 2보다 크거나 같은 정수일 수 있다.
단계 S920에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 3차원 참조 데이터에 대해서 위치 정렬되는 지 판단할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n-1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 제n 프레임과 3차원 참조 데이터를 비교함으로써 제n 프레임이 3차원 참조 데이터에 대해서 위치 정렬되는 지 판단할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 위치 정렬된 제n-1 프레임의 근방에 제n 프레임이 위치 정렬될 수 있는지 판단할 수 있다.
예를 들어, 3차원 참조 데이터가 치아에 대한 데이터만을 포함하도록 세그멘테이션 된 데이터인 경우, 광학식 3차원 스캐너에 의해 치아의 표면이 촬영된 제2 프레임이 수신되면 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 있다. 반면에, 광학식 3차원 스캐너에 의해 치은에 해당하는 영역이 촬영된 제2 프레임이 수신되는 경우, 치은에 대한 정보는 포함되지 않고 치아의 표면에 대한 정보만을 포함하는 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 없다.
따라서, 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터와 제2 프레임을 비교하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다.
일 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터로부터 추출된 정점들 및 제n 프레임으로부터 추출된 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제n 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 정점들 및 대응점들 간의 거리 값들의 차이가 임계 값 이상인 경우, 3차원 참조 데이터에 제n 프레임이 위치 정렬되지 않는다고 판단할 수 있다.
다른 예로서, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터와 제n 프레임의 형상을 비교함으로써, 3차원 참조 데이터에 제n 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 3차원 참조 데이터에 포함되는 복셀들 또는 메쉬들과 제n 프레임에 포함되는 복셀들 또는 메쉬들을 비교하여, 형상의 차이가 소정 값 이상일 경우 3차원 참조 데이터에 제n 프레임이 위치 정렬될 수 없다고 판단할 수 있다. 반면에, 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 형상의 차이가 소정 값 미만일 경우 3차원 참조 데이터에 제n 프레임이 위치 정렬될 수 있다고 판단할 수 있다.
단계 S930에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 3차원 참조 데이터에 대해서 위치 정렬된다고 판단되는 경우, 3차원 참조 데이터에 제n 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
반면에, 단계 S950에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 3차원 참조 데이터에 대해서 위치 정렬되지 않는다고 판단되는 경우, 이 전에 획득되었던 제n-1 프레임에 제n 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 제n-1 프레임에 제n 프레임을 위치 정렬한다는 것은, 제n-1 프레임과 제n 프레임 간에 대응되는 영역이 오버랩되도록, 제n-1 프레임에 대해서 제n 프레임을 결합하는 것을 의미할 수 있다.
단계 S940에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임부터 제n-1 프레임을 결합하여 획득되었던 3차원 데이터에, 위치 정렬된 제n 프레임을 추가로 결합함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
도 10은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 S1010에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 대상체를 스캔한 제n 프레임을 획득할 수 있다. 이 때, n은 2보다 크거나 같은 정수일 수 있다.
단계 S1020에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 제n-1 프레임에 대해서 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다.
일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임과 제n-1 프레임을 비교하여 제n-1 프레임에 제n 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임과 제n-1 프레임이 오버랩 되는 정도에 기초하여, 제n-1 프레임에 제n 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 제n-1 프레임이 촬영한 대상체 영역과 제n 프레임이 촬영한 대상체 영역이 충분히 오버랩 되는 경우(즉, 임계 비율 이상 오버랩되는 경우), 제n-1 프레임에 제n 프레임이 위치 정렬될 수 있다. 반면에, 제n-1 프레임이 촬영한 대상체 영역과 제n 프레임이 촬영한 대상체 영역이 충분히 오버랩되지 않는 경우(즉, 임계 비율 미만으로 오버랩 되는 경우), 제n-1 프레임에 제n 프레임이 위치 정렬될 수 없다.
단계 S1030에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 제n-1 프레임에 대해서 위치 정렬된다고 판단되는 경우, 제n-1 프레임에 제n 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
반면에, 단계 S1050에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제n 프레임이 제n-1 프레임에 대해서 위치 정렬되지 않는다고 판단되는 경우, 제n-1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제n 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
단계 S1040에서 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 프레임부터 제n-1 프레임을 결합하여 획득되었던 3차원 데이터에, 제n 프레임을 결합함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 장치의 블록도를 도시한다.
도 11에 도시된 3차원 데이터 획득 장치(300)의 블록도는 상술한 3차원 데이터 획득 장치(300)의 일 예이다. 도 11에 도시된 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 3차원 데이터 획득 방법을 수행할 수 있으며, 도 1 내지 도 10에 대한 설명이 적용될 수 있다. 따라서, 상술한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는 고정형 단말이거나 이동형 단말일 수 있다. 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 예를 들어, 스마트 폰(smart phone), 랩탑 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, PDA, 태블릿 PC 등의 컴퓨팅 장치가 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 11을 참조하면, 3차원 데이터 획득 장치(300)는 프로세서(310), 디스플레이(320), 통신 인터페이스(330), 사용자 입력부(340), 및 메모리(350)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는 적어도 하나의 인스트럭션을 수행하여, 의도하는 동작을 수행하도록 3차원 데이터 획득 장치(300)를 제어한다. 여기서, 적어도 하나의 인스트럭션은 프로세서(310) 내에 포함되는 내부 메모리(미도시) 또는 프로세서(310)와 별도로 3차원 데이터 획득 장치(300) 내에 포함되는 메모리(350)에 저장되어 있을 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는 적어도 하나의 인스트럭션을 수행하여, 의도하는 동작을 수행하도록 3차원 데이터 획득 장치(300) 내부에 포함되는 적어도 하나의 구성들을 제어할 수 있다. 따라서, 프로세서(310)가 소정 동작을 수행하는 경우를 예로 들어 설명하더라도, 3차원 데이터 획득 장치(300)에 포함하는 적어도 하나의 구성들이 소정 동작을 수행하도록 프로세서(310)가 적어도 하나의 구성들을 제어하는 것을 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는 3차원 데이터 획득 장치(300)의 외부에서부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나, 3차원 데이터 획득 장치(300)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 RAM(미도시), 3차원 데이터 획득 장치(300)의 제어를 위한 제어 프로그램 및/또는 복수개의 인스트럭션이 저장된 ROM(미도시) 및 적어도 하나의 인스트럭션을 실행하는 적어도 하나의 내부의 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다.
또한, 프로세서(310)는 비디오에 대응되는 그래픽 처리를 위한 그래픽 프로세서(Graphic Processing Unit, 미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(310)는 코어(core, 미도시)와 GPU(미도시)를 통합한 SoC(System On Chip)로 구현될 수 있다.
개시된 실시 예에서, 프로세서(310)는 광학식 3차원 스캐너로부터 수신되는 데이터에 기초하여 대상체에 대한 3차원 데이터를 생성하고, 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.
디스플레이(320)는 프로세서(310)에 제어에 따라서 소정 화면을 디스플레이 할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이(320)는 광학식 3차원 스캐너(예를 들어, 도 3의 100) 가 대상체를 스캔하여 획득한 데이터에 기초하여 생성된 영상을 포함하는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이 할 수 있다. 또는, 디스플레이(320)는 대상체에 대한 진단 및 치료와 관련되는 정보를 포함하는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이 할 수 있다.
통신 인터페이스(330)는 적어도 하나의 외부 전자 장치(미도시)와 유선 또는 무선 통신 네트워크를 통하여 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 통신 인터페이스(330)는 프로세서(310)의 제어에 따라서 광학식 3차원 스캐너와 통신을 수행할 수 있다.
사용자 입력부(340)는 3차원 데이터 획득 장치(300)를 제어하기 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 사용자 입력부(340)는 사용자의 터치를 감지하는 터치 패널, 사용자의 푸시 조작을 수신하는 버튼, 사용자 인터페이스 화면 상의 일 지점을 지칭 또는 선택하기 위한 마우스(mouse) 또는 키보드(key board) 등을 포함하는 사용자 입력 디바이스를 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 사용자 입력부(340)는 음성 인식을 위한 음성 인식 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 음성 인식 장치(미도시)는 마이크가 될 수 있으며, 음성 인식 장치는 사용자의 음성 명령 또는 음성 요청을 수신할 수 있다. 그에 따라서, 프로세서(310)는 음성 명령 또는 음성 요청에 대응되는 동작이 수행되도록 제어할 수 있다.
메모리(350)는 적어도 하나의 인스트럭션을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(350)는 프로세서(310)가 실행하는 적어도 하나의 인스트럭션을 저장하고 있을 수 있다. 또한, 메모리(350)는 프로세서(3410)가 실행하는 적어도 하나의 프로그램을 저장하고 있을 수 있다. 메모리(350)는 광학식 3차원 스캐너로부터 수신되는 데이터(예를 들어, 대상체 스캔을 통하여 획득된 로우 데이터 등)를 저장할 수 있다. 메모리(350)는, CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 대상체의 볼륨 데이터, 또는 해당 볼륨 데이터로부터 추출된 대상체의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(350)는 대상체를 3차원적으로 나타내는 대상체 영상을 저장할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 메모리(350)에 저장된 프로그램을 실행함으로써 3차원 데이터 획득 장치(300)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(310)는 대상체에 대한 3차원 데이터를 획득하기 위하여 3차원 데이터 획득 장치(300)에 포함되는 다른 구성들을 제어할 수 있다.
프로세서(310)가 3차원 데이터 획득 장치(300)의 전체적인 동작을 제어하여 3차원 데이터를 획득하는 구체적인 방법에 대해서는 도 4a 및 도 4c에 대한 설명이 적용될 수 있고 중복되는 설명은 생략한다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따른 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 대상체의 표면 데이터일 수 있다. 프로세서(310)는, CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터에 대해 세그멘테이션을 수행함으로써, 대상체의 표면에 대한 정보를 포함하는 3차원 참조 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 광학식 3차원 스캐너에 의해 대상체의 제1 영역을 스캔한 제1 프레임을 획득하여 3차원 참조 데이터에 위치 정렬할 수 있다. 프로세서(310)는, 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 대상체의 제2 영역을 스캔한 제2 프레임을 획득하여 3차원 참조 데이터에 위치 정렬할 수 있다. 프로세서(310)는, 위치 정렬된 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 프로세서(310)는, 오버랩되는 영역에 기초하여 제1 프레임과 제2 프레임을 결합함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하고, 선택된 제1 지점에 대응하는 제1 영역을 스캔한 제1 프레임을 획득할 수 있다.
일 예로서, 프로세서(310)는, 사용자 입력에 기초하여 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택할 수 있다. 프로세서(310)는, 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 지점을 3차원 참조 데이터 상의 제1 지점으로서 선택할 수 있다.
다른 예로서, 프로세서(310)는, 자동으로 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 대상체에 대한 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상을 디스플레이하고, 3차원 참조 데이터 상에서 선택된 제1 지점을 대상체 영상 상에 디스플레이 하도록 디스플레이(320)를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(310)는, 제1 지점에 대응하는 대상체의 일부 영역을 광학식 3차원 스캐너에 의해 스캔한 제1 프레임을 획득하고, 제1 지점을 기준으로, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 제1 프레임은, 광학식 3차원 스캐너에 의해 획득되는 대상체의 표면의 형상 정보를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 제1 지점을 기준으로 3차원 참조 데이터 상에 복수의 정점들을 추출하고, 제1 프레임으로부터 복수의 정점들에 각각 대응하는 복수의 대응점들을 추출하고, 복수의 정점들 및 복수의 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다.
프로세서(310)는, 광학식 3차원 스캐너에 의해 대상체를 스캔한 제2 프레임을 획득할 수 있다. 광학식 3차원 스캐너는, 제1 프레임이 나타내는 대상체의 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 제2 영역을 스캔함에 의해 제2 프레임을 획득할 수 있다.
프로세서(310)는, 위치 정렬된 제1 프레임의 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 위치 정렬함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
일 예로서, 프로세서(310)는, 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬될 수 있는 지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(310)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬 가능한 경우, 3차원 참조 데이터에 제1 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임이 위치 정렬되지 않는 경우, 위치 정렬된 제1 프레임에 오버랩 되도록 제2 프레임을 결합할 수 있다.
다른 예로서, 프로세서(310)는, 위치 정렬된 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬되는 지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(310)는, 위치 정렬된 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬되는 경우, 위치 정렬된 제1 프레임에 오버랩되도록 제2 프레임을 결합할 수 있다. 프로세서(310)는, 위치 정렬된 제1 프레임에 제2 프레임이 위치 정렬되지 않는 경우, 위치 정렬된 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여, 3차원 참조 데이터에 제2 프레임을 결합할 수 있다.
일 실시 예에 따른 프로세서(310)는, 대상체를 일정한 시간 간격으로 스캔한 프레임들을 결합함에 따라 획득되는 3차원 데이터를 대상체 영상 상에 디스플레이 하도록 디스플레이(320)를 제어할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 프로세서(310)는, 3차원 참조 데이터 상에서 제2 지점을 선택하고, 제2 지점에 대응하는 대상체의 일부 영역을 스캔한 제3 프레임을 획득할 수 있다. 프로세서(310)는, 제2 지점을 기준으로, 3차원 참조 데이터에 제3 프레임을 위치 정렬할 수 있다. 프로세서(310)는, 대상체를 스캔한 제4 프레임을 획득할 수 있다. 프로세서(310)는, 위치 정렬된 제3 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 3차원 참조 데이터에 제4 프레임을 위치 정렬함으로써 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 데이터 획득 장치(300)는, 제1 지점 주변의 대상체 영역 및 제2 지점 주변의 대상체 영역을 포함하는 영역들에 대해서도 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 3차원 데이터 획득 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 또한, 본 개시의 실시 예에 따르면, 3차원 데이터 획득 방법을 실행하는 적어도 하나의 인스트럭션을 포함하는 하나 이상의 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체가 제공될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 여기서, 컴퓨터 판독 가능 저장 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 media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다.
여기서, 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치임을 의미할 수 있다. 또한, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 구강 영상의 디스플레이 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포될 수 있다. 또는, 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어 등)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 광학식 3차원 스캐너
310: 프로세서
320: 디스플레이
330: 통신 인터페이스
340: 사용자 입력부
350: 메모리

Claims (23)

  1. 3차원 데이터를 획득하는 방법에 있어서,
    대상체에 대한 3차원 참조(reference) 데이터를 획득하는 단계;
    상기 대상체의 제1 영역을 스캔하여 획득한 제1 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬(align)하는 단계;
    상기 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제2 영역을 스캔하여 획득한 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 및
    상기 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합(merge)함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 상기 대상체의 표면 데이터를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하는 단계;
    상기 제1 지점에 대응하는 상기 제1 영역을 스캔한 상기 제1 프레임을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 지점에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는,
    위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는,
    위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계는,
    상기 제1 지점 및 위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 제2 지점을 선택하는 단계;
    상기 제2 지점에 대응하는 상기 대상체의 제3 영역을 스캔하여 획득한 제3 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계;
    상기 제3 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제4 영역을 스캔하여 획득한 제4 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하는 단계; 및
    상기 제3 영역과 상기 제4 영역 간에 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제3 프레임과 상기 제4 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상 상에 상기 3차원 데이터를 디스플레이 하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계는,
    사용자 입력에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계 또는
    자동으로 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터에 대해 제1 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 3차원 참조 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 3차원 참조 데이터에 대한 제2 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들에 대응하는 영역을 식별하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하는 단계는,
    상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 지점을 상기 3차원 참조 데이터 상의 상기 제1 지점으로서 선택하는 단계를 더 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임은,
    광학식 3차원 스캐너에 의해 획득되고, 상기 대상체의 표면의 형상 정보를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계는,
    상기 제1 지점에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터 상에 복수의 정점(apex)들을 추출하는 단계;
    상기 제1 프레임으로부터 상기 복수의 정점들에 각각 대응하는 복수의 대응점들을 추출하는 단계; 및
    상기 복수의 정점들 및 상기 복수의 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 단계를 포함하는, 3차원 데이터 획득 방법.
  14. 3차원 데이터를 획득하는 장치에 있어서,
    디스플레이;
    광학식 3차원 스캐너와 통신하는 통신 인터페이스; 및
    적어도 하나의 인스트럭션을 실행하여 상기 3차원 데이터를 제어하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    대상체에 대한 3차원 참조 데이터를 획득하고,
    상기 광학식 3차원 스캐너에 의해 상기 대상체의 제1 영역을 스캔한 제1 프레임을 획득하여 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하고,
    상기 제1 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제2 영역을 스캔한 제2 프레임을 획득하여 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하고,
    상기 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하고,
    상기 3차원 참조 데이터는 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터로부터 추출된 상기 대상체의 표면 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하고,
    상기 제1 지점에 대응하는 상기 제1 영역을 스캔한 상기 제1 프레임을 획득하고,
    상기 제1 지점에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    위치 정렬된 상기 제1 프레임의 3차원 좌표값에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제2 프레임을 위치 정렬하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 3차원 참조 데이터 상에서 제2 지점을 선택하고,
    상기 제2 지점에 대응하는 상기 대상체의 제3 영역을 스캔하여 획득한 제3 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬 하고,
    상기 제3 영역과 적어도 일부 영역이 오버랩되는 상기 대상체의 제4 영역을 스캔하여 획득한 제4 프레임을 상기 3차원 참조 데이터에 위치 정렬하고,
    상기 제3 영역과 상기 제4 영역 간에 오버랩되는 영역에 기초하여 상기 제3 프레임과 상기 제4 프레임을 결합함으로써 상기 3차원 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  18. 삭제
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 디스플레이는,
    상기 3차원 참조 데이터로부터 생성된 대상체 영상 상에 상기 3차원 데이터를 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  20. 제15 항에 있어서,
    사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 사용자 입력에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터 상에서 상기 제1 지점을 선택하거나 자동으로 3차원 참조 데이터 상에서 제1 지점을 선택하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  21. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 CT 또는 MRI 방식에 의해 획득된 볼륨 데이터에 대해 제1 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 3차원 참조 데이터를 획득하고,
    상기 3차원 참조 데이터에 대한 제2 세그멘테이션을 수행함으로써 상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들에 대응하는 영역을 식별하고,
    상기 대상체에 포함되는 복수의 치아들 중에서 하나의 치아에 대응하는 지점을 상기 3차원 참조 데이터 상의 상기 제1 지점으로서 선택하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  22. 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 제1 지점에 기초하여 상기 3차원 참조 데이터 상에 복수의 정점들을 추출하고,
    상기 제1 프레임으로부터 상기 복수의 정점들에 각각 대응하는 복수의 대응점들을 추출하고,
    상기 복수의 정점들 및 상기 복수의 대응점들 간의 거리 값들의 차이에 기초하여, 상기 3차원 참조 데이터에 상기 제1 프레임을 위치 정렬하는 것을 특징으로 하는, 3차원 데이터 획득 장치.
  23. 제1 항의 방법을 3차원 데이터 획득 장치의 프로세서에 의해 수행하도록 하는 프로그램이 저장된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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