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컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법 및 장치 및 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체

  • 기술번호 : KST2014047107
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 절개 처치 시뮬레이션 방법은 가상 공간에 복수 개의 폴리곤으로 이루어진 3차원 환부 모델을 디스플레이하는 3차원 환부 모델 디스플레이 단계, 가상 공간에 사용자에 의하여 조작되는 사용자 도구 모델을 디스플레이하고, 입력부를 통하여 수신되는 사용자 입력에 기반하여 가상 공간에서 사용자 도구 모델을 조작하는 사용자 도구 조작 단계, 가상 공간 상에서 사용자 도구 모델이 3차원 환부 모델과 접촉할 경우, 소정의 의사 결정 기법을 이용하여 결정된 절개 패턴에 따라서 3차원 환부 모델을 분할하는 절개 단계, 및 절개 단계가 수행되는 동안에 시각, 촉각, 및 청각 중 적어도 하나의 피드백을 생성하여 출력부를 통하여 사용자에게 제공하는 피드백 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하여, 가상 공간 상에서 수행되는 절개 과정을 실제와 가깝게 재현할 수 있으며, 멀티모달 피드백을 통해 사용자의 훈련 효과를 증대할 수 있다.
Int. CL G09B 5/02 (2006.01) G09B 9/00 (2006.01) G09B 23/28 (2006.01)
CPC G09B 9/00(2013.01) G09B 9/00(2013.01) G09B 9/00(2013.01) G09B 9/00(2013.01) G09B 9/00(2013.01) G09B 9/00(2013.01)
출원번호/일자 1020100124613 (2010.12.08)
출원인 한국과학기술원
등록번호/일자 10-1208191-0000 (2012.11.28)
공개번호/일자 10-2012-0063589 (2012.06.18) 문서열기
공고번호/일자 (20121205) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2010.12.08)
심사청구항수 21

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 박진아 대한민국 대전광역시 유성구
2 김석열 대한민국 대구광역시 남구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 특허법인 다해 대한민국 서울특별시 강남구 삼성로***, *층(삼성동,고운빌딩)

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국과학기술원 대전광역시 유성구
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번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2010.12.08 수리 (Accepted) 1-1-2010-0807067-36
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2011.12.13 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2012.01.13 수리 (Accepted) 9-1-2012-0002111-77
4 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2012.05.21 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2012-0295708-00
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2012.07.18 수리 (Accepted) 1-1-2012-0573189-00
6 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2012.07.18 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2012-0573190-46
7 등록결정서
Decision to grant		 2012.11.26 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2012-0716028-70
8 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2013.02.01 수리 (Accepted) 4-1-2013-5019983-17
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5158129-58
10 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157968-69
11 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2014.12.24 수리 (Accepted) 4-1-2014-5157993-01
12 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2019.04.24 수리 (Accepted) 4-1-2019-5081392-49
13 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.05.15 수리 (Accepted) 4-1-2020-5108396-12
14 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2020.06.12 수리 (Accepted) 4-1-2020-5131486-63
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법에 있어서, 가상 공간에 복수 개의 폴리곤(polygon)으로 이루어진 3차원 환부 모델을 디스플레이하는 3차원 환부 모델 디스플레이 단계; 상기 가상 공간에 사용자에 의하여 조작되는 사용자 도구 모델을 디스플레이하고, 입력부를 통하여 수신되는 사용자 입력에 기반하여 상기 가상 공간에서 상기 사용자 도구 모델을 조작하는 사용자 도구 조작 단계; 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델이 상기 3차원 환부 모델과 접촉할 경우, 소정의 의사 결정 기법(decision technique)을 이용하여 결정된 절개 패턴에 따라서 상기 3차원 환부 모델을 분할하는 절개(incision) 단계; 및 상기 절개 단계가 수행되는 동안에 시각, 촉각, 및 청각 중 적어도 하나의 피드백을 생성하여 출력부를 통하여 사용자에게 제공하는 피드백 단계를 포함하며, 상기 절개 단계는, 상기 가상 공간에서 상기 사용자 도구 모델이 상기 3차원 환부 모델과 접촉하는지 여부를 판단하는 단계; 접촉될 경우, 절개 동작을 개시할지 여부를 판단하는 단계; 절개 동작이 개시될 경우, 상기 3차원 환부 모델에 포함되는 각 폴리곤과 상기 사용자 도구 모델이 만나는 지점인 진입점(entry point) 및 상기 사용자 도구 모델이 상기 폴리곤을 떠나는 진출점(exit point)을 결정하는 단계; 상기 사용자 도구 모델의 이동 경로 상에서 상기 진입점 및 진출점 사이에 위치하는 전환점(turning point)을 결정하는 전환점 결정 단계; 및 상기 전환점을 경유하여 상기 진입점 및 상기 진출점을 잇는 직선을 상기 절개 경로로 간주하고, 상기 절개 경로를 따라서 상기 3차원 환부 모델에 포함되는 모든 폴리곤을 분할하는 분할 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
2 2
제1항에 있어서, 상기 3차원 환부 모델 디스플레이 단계는, 훈련 시나리오 데이터베이스에 저장된 후보 환부 모델들을 디스플레이하는 단계; 사용자로 하여금 상기 입력부를 통하여 상기 후보 환부 모델들 중 원하는 의료 훈련 환경에 적합한 환부 모델을 선택하도록 하는 단계; 및 사용자가 선택한 환부 모델을 상기 훈련 시나리오 데이터베이스로부터 독출하여 상기 가상 공간에 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
3 3
제1항에 있어서, 상기 사용자 도구 조작 단계는, 상기 사용자 입력으로부터, 상기 사용자 도구 모델의 1 자유도(1-degree of freedom, 1DOF) 이상의 자유도에 기반한 운동 정보를 추출하는 단계;추출된 운동 정보를 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델이 가지는 위치 및 상태 정보로 변환하는 단계; 및 상기 위치 및 상태 정보에 따라서 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델의 위치 및 상태를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
4 4
제 3항에 있어서, 상기 운동 정보는 3 자유도(3-degree of freedom, 3DOF) 및 6 자유도(6DOF) 중 적어도 어느 하나의 자유도에 기반한 운동 정보인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
5 5
삭제
6 6
제1항에 있어서, 상기 전환점 결정 단계는, 상기 사용자 도구 모델의 상기 폴리곤 내에서의 이동 경로를 소정 개수의 구간으로 나누는 단계; 나눠진 각 구간의 시작점, 중간점 및 종료점을 이용하여 해당 구간의 곡률을 계산하는 단계; 및 소정 판단 기준을 이용하여, 계산된 곡률이 문턱치 이상이 되는 구간의 중간점을 상기 전환점으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
7 7
제6항에 있어서, 상기 분할 단계는, 상기 폴리곤의 유형에 따른 비정상적 요소가 제외된 유한 상태 기계(finite state machine, FSM)를 참조하여 상기 절개 경로 상의 현재 정점을 복제하고 현재 정점의 지오메트리 정보(geometry information)를 갱신하는 단계; 상기 절개 경로의 진행 방향인 절개 방향 벡터 및 현재 정점의 법선 벡터의 순서에 따른 두 개의 벡터 외적을 연산하여 분할 방향을 결정하는 단계; 상기 분할 방향들에 따라서 상기 3차원 환부 모델의 상기 절개 경로 양측의 지오메트리 정보를 각각 갱신하는 단계; 및 상기 절개 경로를 절개선으로 간주하고, 상기 절개선에 따라 갱신된 지오메트리 정보에 따라서 상기 3차원 환부 모델을 분할한 절개면을 표현하는 분할 시뮬레이션 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
8 8
제7항에 있어서, 상기 분할 시뮬레이션 단계는, 사실적인 절개면 표현을 위하여 상기 3차원 환부 모델에 실제 인체 조직의 물리적 거동 특성을 반영하여 지오메트리 정보를 더욱 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
9 9
제7항에 있어서, 상기 분할 시뮬레이션 단계는, 상기 절개면에서 발생하는 물리적 효과를 구현하기 위하여 텍스쳐(texture), 파티클(particle), 셰이더(shader) 중 적어도 하나를 포함하는 시각화 요소를 반영하여 상기 지오메트리 정보를 더욱 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
10 10
제1항에 있어서, 상기 피드백 단계는, 환부 영역에 대한 경계를 느끼게 하는 수직 반력, 절개 방향과 반대 방향으로 작용하는 저항력, 및 상기 사용자 도구 및 절개면 사이의 걸림 현상을 나타내는 토크(torque) 중 적어도 하나를 촉각 피드백으로서 제공하는 촉각 피드백 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
11 11
제1항에 있어서, 상기 피드백 단계는, 절개 상황에서 발생할 수 있는 청각 효과를 청각 피드백으로서 제공하는 청각 피드백 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 방법
12 12
제1항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 프로그램을 기록하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체
13 13
컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치에 있어서, 가상 공간에 가상 의료 훈련 환경을 구현하는 중앙 처리 장치; 상기 가상 공간에 구현되며 복수 개의 폴리곤(polygon)으로 이루어진 3차원 환부 모델 및 사용자에 의하여 조작되는 사용자 도구 모델을 디스플레이하는 디스플레이; 및 상기 가상 공간에서 상기 사용자 도구 모델을 조작하는 사용자 입력을 수신하여 상기 중앙 처리 장치에 전달하는 입력부를 포함하며, 상기 중앙 처리 장치는, 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델이 상기 3차원 환부 모델과 접촉하는지 검출하는 충돌 검출부; 접촉이 검출될 경우에 소정의 의사 결정 기법을 이용하여 결정된 절개 패턴에 따라서 상기 3차원 환부 모델을 분할하는 절개 처리부; 및 상기 절개 동작이 수행되는 동안에 시각, 촉각, 및 청각 중 적어도 하나의 피드백을 생성하여 출력부를 통하여 사용자에게 제공하는 피드백 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포함하며, 상기 절개 처리부는, 상기 가상 공간에서 상기 사용자 도구 모델이 상기 3차원 환부 모델과 접촉할 경우 절개 동작을 개시할지 여부를 판단하는 동작, 절개 동작이 개시될 경우, 상기 3차원 환부 모델에 포함되는 각 폴리곤과 상기 사용자 도구 모델이 만나는 지점인 진입점(entry point) 및 상기 사용자 도구 모델이 상기 폴리곤을 떠나는 진출점(exit point)을 결정하는 동작, 상기 사용자 도구 모델의 이동 경로 상에서 상기 진입점 및 진출점 사이에 위치하는 전환점(turning point)을 결정하는 전환점 결정 동작, 및 상기 전환점을 경유하여 상기 진입점 및 상기 진출점을 잇는 직선을 상기 절개 경로로 간주하고, 상기 절개 경로를 따라서 상기 3차원 환부 모델에 포함되는 모든 폴리곤을 분할하는 분할 동작을 수행하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
14 14
제13항에 있어서, 상기 중앙 처리 장치는, 훈련 시나리오 데이터베이스에 저장된 후보 환부 모델들을 디스플레이하고, 디스플레이된 후보 환부 모델들 중 사용자가 선택한 환부 모델을 상기 훈련 시나리오 데이터베이스로부터 독출하여 상기 3차원 환부 모델로서 디스플레이하도록 상기 디스플레이를 제어하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
15 15
제13에 있어서, 상기 입력부는, 상기 사용자 입력으로부터 상기 사용자 도구 모델의 1 자유도 이상의 자유도에 기반한 하나의 운동 정보를 추출하여 상기 중앙 처리 장치로 제공하며, 상기 중앙 처리 장치는 추출된 운동 정보를 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델이 가지는 위치 및 상태 정보로 변환하고, 변환된 위치 및 상태 정보에 따라서 상기 가상 공간 상에서 상기 사용자 도구 모델의 위치 및 상태를 갱신하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
16 16
삭제
17 17
제13항에 있어서, 상기 절개 처리부는, 상기 전환점 결정 동작을 수행하기 위하여, 상기 사용자 도구 모델의 상기 폴리곤 내에서의 이동 경로를 소정 개수의 구간으로 나누는 동작, 나눠진 각 구간의 시작점, 중간점 및 종료점을 이용하여 해당 구간의 곡률을 계산하는 동작, 및 소정 판단 기준을 이용하여, 계산된 곡률이 문턱치 이상이 되는 구간의 중간점을 상기 전환점으로 결정하는 동작을 수행하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
18 18
제17항에 있어서, 상기 절개 처리부는, 상기 분할 동작을 수행하기 위하여, 상기 폴리곤의 유형에 따른 비정상적 요소가 제외된 유한 상태 기계(FSM)를 참조하여 상기 절개 경로 상의 현재 정점을 복제하고 현재 정점의 지오메트리 정보를 갱신하는 동작, 상기 절개 경로의 진행 방향인 절개 방향 벡터 및 현재 정점의 법선 벡터의 순서에 따른 두 개의 벡터 외적을 연산하여 분할 방향을 결정하는 동작, 상기 분할 방향들에 따라서 상기 3차원 환부 모델의 상기 절개 경로 양측의 지오메트리 정보를 각각 갱신하는 동작, 및 상기 절개 경로를 절개선으로 간주하고, 상기 절개선에 따라 갱신된 지오메트리 정보에 따라서 상기 3차원 환부 모델을 분할한 절개면을 표현하는 분할 시뮬레이션 동작을 수행하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
19 19
제18항에 있어서, 상기 절개 처리부는, 상기 분할 시뮬레이션 동작을 수행하기 위하여, 사실적인 절개면 표현을 위하여 상기 3차원 환부 모델에 실제 인체 조직의 물리적 거동 특성을 반영하여 지오메트리 정보를 더욱 변경하는 동작을 더 수행하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
20 20
제17항에 있어서, 상기 절개 처리부는, 상기 분할 시뮬레이션 동작을 수행하기 위하여, 상기 절개면에서 발생하는 물리적 효과를 구현하기 위하여 텍스쳐, 파티클, 셰이더 중 적어도 하나를 포함하는 시각화 요소를 반영하여 상기 지오메트리 정보를 더욱 변경하는 동작을 더 수행하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
21 21
제13항에 있어서, 상기 피드백 생성부는, 환부 영역에 대한 경계를 느끼게 하는 수직 반력, 절개 방향과 반대 방향으로 작용하는 저항력, 및 상기 사용자 도구 및 절개면 사이의 걸림 현상을 나타내는 토크(torque) 중 적어도 하나를 촉각 피드백으로서 제공하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
22 22
제13항에 있어서, 상기 피드백 생성부는, 절개 상황에서 발생할 수 있는 청각 효과를 청각 피드백으로서 제공하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 기반 가상 의료 훈련 환경에서 절개 처치를 시뮬레이션하기 위한 장치
23 23
제 13항 내지 제15항, 제17항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 따른 장치를 구동하기 위한 컴퓨터에 의하여 실행될 수 있는 프로그램을 기록하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체
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1 한국연구재단 한국과학기술원 핵심연구지원사업 수술시뮬레이션을 위한 컴퓨터 햅틱스 소프트웨어 워크벤치 구축
2 정보통신산업진흥원 광주과학기술원 정보통신기술인력양성 몰입형 햅틱미디어 기술개발