3D 광학 스캐너를 이용한 인체모형 팬텀 표면 데이터 획득 및 X-ray 에너지의 몬테카를로 시뮬레이션(MCs)을 이용한 팬텀 선량 평가와 영상구현

신준봉(Jun-Bong Shin),이도희(Do-Heui Lee),윤경준(Kyoung-Jun Yoon),박민재(Min-Jae Park),고영문(Young-Moon Go),김성우(Sung-Woo Kim),홍승모(Seung-Mo Hong),이현철(Hyun-Cheol Lee),이의섭(Ui-Seob Lee),노선영(Seon-Yeong No),강석윤(Seok-Yoon 대한영상의학기술학회 2021 대한영상의학기술학회 논문지 Vol.2021 No.-

목 적:본 연구의 목적은 기존 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, 이하 CT) 스캔 방법 대신 3D 광학 스캐너 (3D optical scanner)를 이용하여 인체모형 팬텀의 표면 데이터를 획득하고 기존 CT 스캔 표면 데이터와 3D 광학 스캔 표면 데이터 차이를 비교 분석하는 것이며, 3D 광학 스캔 표면 데이터를 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo Simulation, MCs)에 적용하여 일반 촬영 에너지조건으로 팬텀 선량 평가와 영상 구현을 연구하는 것입니다. 연구방법: 일반촬영의 선량 평가를 위해 환자 표면 데이터를 얻을 때 3D 광학 스캐너를 활용할 것을 제안합니다. 우리는 3D 광학 스캐너(Go!SCAN SPARKTM, CREAFORM) 사용하여 기존 CT 스캔 방법을 대신해 인체모형 팬텀의 표면 데이터를 얻었습니다. 3D 스캔 표면 데이터를 정렬하고 편집하기 위해 Meshlab 프로그램을 이용하였으며, 3D slicer 프로그램을 이용하여 CT 스캔 표면 데이터와 3D 스캔 표면 데이터 차이를 정량적으로 비교분석 하였습니다. 또한 3D 스캔 표면 데이터 분석 프로그램(VXelements, CREAFORM)을 사용하여 인체 모형 팬텀의 재현성을 평가 하였습니다. SpekCalc 프로그램을 이용하여 X-ray beam 에너지 스펙트럼을 계산하고 Geant4 기반의 MCs인 TOPAS를 이용하여 X-ray Beam을 모델링 하였습니다. 인체모형 팬텀을 MCs에 적용 하여 일반촬영 에너지 조건으로 팬텀 선량을 평가하고 Phase space data 통해 영상을 구현을 연구 하였습니다. 결 과:3D slicer를 이용한 CT 스캔 표면 데이터와 3D 광학 스캔 표면 데이터의 정량적 비교 분석에서 Hounsdroff distance는 Average 2.45 mm, Dice coefficient는 0.97로 나타나 CT 스캔 표면 데이터와 3D 스캔 표면 데이터가 거의 일치하는 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 인체모형 팬텀 재현성 평가에서 인체모형 팬텀의 AP position, RAO position, LAO position 기준으로 팔이 있는 팬텀의 error distribution은 2 mm 오차 범위에서 평균 89.78%가, 4 mm 오차 범위에서 96.05%가 일치하는 것으로 나타났으며, 팔을 제외한 경우 error distribution은 2 mm 오차 범위에서 평균 96.48%가, 4 mm 오차 범위에서 99.45%가 일치하는 것으로 나타나 3D 광학 스캐너의 표면 데이터 재현성이 우수한 것으로 나타났습니다. 인체모형 팬텀을 이용한 3D 스캔 표면 데이터를 MCs에 적용하여 전신일반촬영 에너지 조건으로 팬텀선량 평가가 가능하며, Phase space data 통해 영상을 구현할 수 있다는 것을 확인 하였습니다. 결 론:본 연구에서 3D 광학 스캐너를 사용한 인체모형 팬텀 데이터 획득은 기존 CT scan 방식보다 간편하고 방사선 노출 없이 다양한 위치와 균일한 표면 구조의 정보를 정밀하게 얻을 수 있으며 MCs을 이용한 선량계산이 가능하며, Phase space data 통해 영상을 구현이 가능함에 따라 앞으로 일반촬영 분야의 활용과 선량평가에 매우 유용할 것으로 생각 됩니다. Purpose:The purpose of this work is to acquire surface data of anthropromophic phantom using 3D optical scanner instead of conventional computed tomography (CT) scanning methods and to compare the differences between existing CT scan surface data and 3D optical scan surface data. also it is to apply 3D optical scan surface data to Monte Carlo simulations (MCs) to study whether phantom dose evaluation and image implementation are possible under general shooting energy conditions. Targets and Methods:We suggest utilizing a 3D optical scanner when obtaining patient surface data for dose evaluation of normal photography. We obtained surface data of anthropromophic phantom instead of conventional CT scanning methods using 3D optical scanners (Go!SCAN SPARKTM, CREAFORM). The Meshlab program was used to sort and edit 3D scan surface data, and the CT scan surface data and 3D scan surface data differences were quantitatively compared using the 3D slicer program. The reproducibility of the dummy phantom was also evaluated using the 3D Scan Surface Data Analysis Program (VXelements, CREAFORM). Using the SpekCalc program, the X-ray beam energy spectrum was calculated and the X-ray beam was modeled using TOPAS, a Geant4-based MCs. We applied the anthropromophic phantom to MCs evaluate the phantom dose in X-ray energy conditions and study whether the image can be implemented through phase space data. Result:Quantitative comparative analysis of CT scan surface data and 3D optical scan surface data using 3D slicer showed that Hounsdroff distance was Average 2.45 mm and Dice coefficient was 0.97, indicating a close match between CT scan surface data and 3D scan surface data. In addition, the anthropromophic phantom reproducibility assessment shows that the error distribution of the phantom with arms by AP position, RAO position, and LAO position of the anthropromophic phantom averaged 89.78% in the 2 mm error range and 96.05% in the 4 mm error range. MCs using anthropromophic phantom confirmed that 3D scan surface data can be applied to Monte Carlo simulation to evaluate phantom dose under X-ray energy conditions through phase space data. Conclusion:In this study, anthropromophic phan tom data acquisition using 3D optical scanners is simpler than conventional CT scan methods, provides precise information of various locations and uniform surface structures without radiation exposure, enables dosing using MCs, and enables image implementation through phase space data.

3D 스캔을 통한 유물의 도면화와 활용

김훈희(Hoon Hui Kim),이건우(Keon Woo Lee) 영남고고학회 2023 嶺南考古學 Vol.- No.95

유물의 도면이라고 하는 고고자료는 고고학자들의 축적된 경험을 통해 만들어진 체재로 3차원의 형상을 지닌 유물을 2차원의보고서 지면에 가장 효율적으로 보여준다. 유물의 도면화는 크게 유물의 실측, 제도, 편집 단계를 거쳐 최종적으로 완성하게 된다. 도면화 과정에서 기존에는 사람의 손을 통한 실측이 이루어졌으나 이제는 3D 스캔을 통한 방법이 추가적으로 사용되고 있다. 기존 실측과 3D 스캔을 통한 도면화의 가장 큰 차이점은 외형을 뜨는 작업이 단순화 되고 제도 단계에서 기존의 실측작업에서 했던 대부분의 작업이 통합적으로 이루어진다는 것이다. 기존의 실측은 실측자의 많은 시간과 노동력이 들어가고, 실측자의 숙련도에 따른 차이가 발생하며, 실측의 난이도가 높은 유물은 오차가 발생하기도 한다. 이렇게 완성된 실측도면을 제도한다면 제도 단계의 오차가 더해져 유물 본래의 형태에서 괴리된결과물이 만들어진다. 이를 대체하기 위한 3D 스캔은 사람의 손을 거치는 작업과 비교해 시간과 오차를 줄여 효율적으로 도면화하는데 장점을 보인다. 고고학계에서는 그동안 다방면으로 아날로그 방식에서 디지털 방식으로의 전환이 이루어졌다. 앞으로 유물에 있어서도 적용할 수 있는 부분을 적극 고려하여 시간과 비용, 정확도와 효율성 등을 도모할 필요성이 있다. 향후 3D 스캔을 통한 도면화 작업의 장점은 과감하게 수용하고, 3D 스캔으로 표현할 수 없는 유물의 질감, 표면처리, 소성상태, 제작흔, 사용흔, 폐기흔 등 연구자를 통해 관찰될 수 있는 부분에 노력이 집중되는 것이 효율적일 것으로 판단된다. 이러한 저변이 확산된다면 디지털화된 고고자료의 관리와 빅데이터 구축을 통해 새로운 연구의 장을 만들어 나갈 수 있을 것으로 생각된다. Archaeological data, called drawings of artifacts, are created through the accumulated experience of archaeol- ogists, and are the most efficient form of showing artifacts with three-dimensional shapes on a two-dimensional report page. Drawing of artifacts is finally completed through the stages of measurement, drafting, and editing of artifacts. In the process of drawing, actual measurements have been made through human hands in the past, but now a method through 3D scanning is additionally used. Existing measurement requires a lot of time and labor of the researcher, and there is a difference depending on the skill level of the researcher, and errors may occur for relics with high difficulty of measurement. If the actual measurement drawings completed in this way are drafted, errors in the drafting stage are added to express the result that is separated from the original form of the artifact. 3D scanning to replace this shows the advantage of efficient drawing by reducing time and errors compared to work that goes through human hands. In the archaeological field, conversion from analog to digital has been carried out in many ways. If this base spreads, it is thought that it will be possible to create a new research area through the management of digitized archaeological data and the establishment of big data.

Bra Cup Sizes Using 3D Body Scan Manual Measurements

Jongsuk Chun,Seolyoung Oh 대한인간공학회 2011 대한인간공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.10

Objective: This study aims to examine the brassiere cup sizing system using direct measurements of 3D body scan data. Background: Breast shape has complex curving surface so that the methods of breast size measurement have many measurement error and consumers have problems for finding proper bra size. But 3D body scanner supplies the new ideal data for women's breast circumference measurement. This study developed 3D manual measurement method. Method: 32 women's 3D body scan data were selected in Size Korea. 3D scan data were measured in three methods. (1)2D direct measurement. (2)3D automatic measurement. (3)3D manual measurement. 3D body scan data sliced in horizontal lines were measured by AutoCAD program. Results: The t-test results of chest girth, bust girth and bra cup size showed significant difference between 2D direct measurements and 3D automatic measurements. Bra cup sizes by 3D automatic measurements were larger than 2D direct measurements, whereupon some subjects were classified as wrong bra sizes. Conclusion: The method using slice line along body surface (A line) was more useful to determine bra cup sizes than the method using simplified surface line (B line). Application: The 3D manual method can be used for measuring bra cup size.

3D 스캔을 활용한 유물 제도작업의 현황과 향후 과제

박영협,최규진,남석현 한국문화유산협회 2023 야외고고학 Vol.- No.47

● ○ 3D 스캔을 활용한 유물 제도는 전자도면화의 또 다른 진화이다. 발굴보고서에서 큰 비중을 차지하는 유물 실측에 정확성과 신속성을 더하며. 전문 실측 인력의 부재를 매울 수 있는 대안이다. 이러한 이유로 전문업체와 대학의 산학협동기관, 문화재 발굴기관에서 적극 도입하고 있다. 최근 고고학계에 3D 스캔을 활용한 유물 제도와 유물의 특성에 적합한 3D 스캐너를 소개하는 논문이 잇따라 발표되었다. 로마가 하루아침에 만들어진 것이 아닌 것처럼 3D 스캔으로 유물 제도는 갑작스럽게 나타난 것이 아니다. 이러한 취지로 본고에서는 3D 스캔 작업에 대한 연구사를 먼저 정리해 보았다. 본고는 핸드헬드 3D 스캐너와 3D 운용 소프트웨어를 활용한 유물 제도와 디지털 탁본 과정 등 현황을 살펴보고, 장점과 한계점을 기록하였다. 아울러 3D 스캔 데이터 후처리 프로그램을 응용하여 판갑, 청동 다리미, 일부만 남은 토기의 복원하여 도면화한 사례를 소개한다. 3D 스캔을 활용한 유물 제도는 여러 면에서 장점이 많지만 만능이 아니다. 3D 스캐너의 빛이 투과되지 않는 부분은 데이터를 얻을 수 없어 도면화가 불가능하며, 도면이 근본적으로 추구하는 목적인 유물의 제작기법 등이 그대로 기입되지 않는다. 그렇기 때문에 전문가의 참여와 작업자의 숙련도가 전재 되어야만 양질의 도면을 만들어낼 수 있다. The artifact drawing using 3D scans is another evolution of electronic drawing. It is an alternative that can add accuracy and speed to the actual measurement of relics, which account for a large proportion of excavation reports, and it is an alternative that can fill the lack of professional drawing personnel. For this reason, professional companies, industry-academic cooperation institutions of universities, and cultural heritage excavation institutions are actively introducing it. Recently, a series of papers have been published in the archaeological world introducing artifacts drawing using 3D scans and 3D scanners suitable for the characteristics of artifacts. Just as Rome was not built in a day, 3D scans did not suddenly appear. For this purpose, this paper first summarized the research history on the 3D scan work. This paper examined the current status of artifact drawing systems and digital rubbing processes using handheld 3D scanners and 3D operation software, and recorded advantages and limitations. In addition, we introduce a case in which the 3D scan data post-processing program is applied to restore and draw the laminar armour, bronze iron, and earthenware with only a part left. The relic system using 3D scans has many advantages in many ways, but it is not perfect in all ways. Data cannot be obtained in areas where light does not penetrate in the 3D scanner, and it is difficult to create a drawing because the artifact production technique, which is the fundamental purpose of the drawing, is not identified. Therefore, it is only possible to create high-quality drawings with the participation of experts and the proficiency of workers.

A Study on the 3D Body Scan Data Editing Process and Errors Analysis for Clothing Design

Kyoung Sun Kim,Younglim Choi 한국복식학회 2021 International journal of costume and fashion Vol.21 No.1

This study aims to enhance the usage of 3D body scan\ data by proposing a 3D body scan data editing process for clothing design and analyzing factors causing errors by editing processes. The 3D body scan data were collected by using the Body Line Scanner of Hamamatsu, and the configuration of scan data was analyzed by using the RapidForm 2006 program. For the 3D body scan, unmeasured parts necessarily occur, because of the principle of measurement. In addition, some errors are also caused by rotation angles, in developing symmetry for clothing design. Moreover, other errors can occur, in arranging surfaces and editing mesh, for enhancing the quality of 3D body figures. In order to minimize the factors causing such errors, this study suggests a novel 3D body scan editing process consisting of following steps: rotation of scan data, editing of unmeasured parts, arrangement of scan data surfaces, mesh editing of scan data and the horizontal flip of scan data. The findings of this study as basic research for standardizing 3D body scan data and enhancing the quality of scan data are expected to help increase the usage of 3D body scan data.

가상 스캔 매칭을 이용한 3차원 점군 지도의 품질 평가

백한나(Hannah Baek),김강희(Kanghee Kim) 한국정보과학회 2021 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.27 No.2

3차원 점군 지도는 자율주행차가 실시간으로 수신하는 라이더 스캔과 매칭(matching)함으로써 차량의 위치를 센티미터 수준의 정밀도로 추정하는데 사용된다. 그러나, 3차원 점군 지도는 다양한 조건과 상황에서 수신된 차량의 실시간 스캔에 대해서 항상 정확한 자차 위치 추정 결과를 보장하지는 않는다. 왜냐하면, 차량의 실시간 스캔은 라이더 모델, 차량에 장착한 포즈, 매칭 알고리즘, 스캔 노이즈로 작용하는 주변 차량들의 유무 등에 따라서 상이한 매칭 결과를 만들어낼 수 있기 때문이다. 무수히 많은 조건들의 조합에 대해서 실시간 스캔을 얻어서 3차원 점군 지도와의 매칭 성능을 평가하는 것은 시간과 비용면에서 비효율적이다. 본 논문은 차량으로부터 실시간 스캔을 얻는 것 대신에 3차원 점군 지도로부터 NDS와 OPS의 2가지 샘플링 방법을 이용하여 다양한 조건들을 조합한 가상 스캔을 합성하고, 가상 스캔을 점군 지도와 매칭함으로써 매칭 성능을 평가하는 방법을 제안한다. 국내 자율주행 실험도시인 K-City를 대상으로 제작된 3차원 점군 지도를 이용하여 NDS와 OPS에 대한 가상 스캔을 생성하고 각 방법에 대하여 매칭 테스트를 수행한 결과, 해당 샘플링 방법으로 생성한 가상 스캔이 물리 스캔을 대체하여 3차원 점군 지도의 매칭 성능 평가에 활용될 수 있음을 확인하였다. 3D point maps are used to estimate the location of a vehicle with centimeter-level precision by matching with a LiDAR(Light Detection And Ranging) scan acquired in real-time. However, the 3D point map does not always guarantee an accurate localization for a real-time scan received under various conditions and situations. This is because the real-time scan can produce different matching results depending upon the LiDAR model, mounting pose on the vehicle, matching algorithm, and the surrounding vehicles acting as noise. It is inefficient in terms of time and cost to evaluate matching performance with a 3D point map by obtaining a real-time scan for a combination of many conditions. This study proposed a method to evaluate matching performance by synthesizing various virtual scans using two sampling methods of NDS(Normal Distribution-based Sampling) and OPS(Occupancy Probability-based Sampling) from a 3D point map instead of obtaining the real-time scan and matching the virtual scans to the 3D point map. As a result of creating virtual scans of NDS and OPS using a K-City 3D point map, a domestic autonomous experimental driving city, and performing a matching test, it was confirmed that the virtual scan could be used to evaluate the matching performance of the 3D point map by replacing the physical scan.

2D 스캔을 적용한 3D 프린팅 콕-업 보조기 제작 방법 개발 및 만족도 연구

최원석,장완호,한아름,권오성,김종배 한국디자인학회 2021 디자인학연구 Vol.34 No.4

Background This study proposes a production method of cock-up splint by 3D printing using 2D scan instead of 3D scanning and compare satisfaction with cock-up splint using 3D scanning for patients complaining of wrist pain. Methods The subjects were selected as 10 patients who complained of wrist pain due to wrist tunnel syndrome and DeQuervain Syndrome . The study used a single-blind crossover trial design and randomly assigned two groups of five. Each group was provided with a cock-up splint made by the 2D scan method and the 3D scanning method, and their satisfaction was evaluated. Results The product satisfaction and service satisfaction of the cock-up splint using the 2D scan method were higher than the cock-up splint using the 3D scanning method. As a result of test the difference in satisfaction, there was a statistically significant difference. Conclusions If the 2D scan method is used to produce customized splint with 3D printing, it is expected that a highly satisfactory cock-up splint will be produced. These results are expected to contribute to the successful rehabilitation of wrist pain patients. However, this study has limitations in generalizing the results because the number of subjects is small. Therefore, it is thought that in the future, research the effectiveness by selecting more subjects should be conducted. 연구배경 본 연구는 3D 스캐닝 대신 2D 스캔을 사용하여 3D 프린팅으로 콕-업 보조기를 제작하는 방법을 제안하고 실제 손목 통증을 호소하는 환자를 대상으로 보조기를 제작하여 3D 스캐닝을 사용한 콕-업 보조기와 만족도를 비교하고자 한다. 연구방법 연구 대상은 손목 터널 증후군과 손목 건초염으로 손목의 통증을 호소하는 10명으로 선별하였다. 연구 설계는 단일 맹검 교차 설계(single-blind crossover trial design)를 사용하였으며, 5명씩 두 그룹으로 무작위 배정하였다. 각 그룹에게 2D 스캔 방법과 3D 스캐닝 방법으로 제작된 콕-업 보조기를 제공하고 만족도를 평가하였다. 연구결과 2D 스캔 방법으로 제작된 콕-업 보조기의 제품 만족도와 서비스 만족도는 3D 스캐닝 방법으로 제작된 콕-업 보조기보다 높았으며, 만족도의 차이를 검정한 결과 통계적으로 유의미한 수준의 차이가 있었다. 결론 2D 스캔 방법으로 제작한 콕-업 보조기의 만족도가 3D 스캐닝 방법으로 제작한 콕-업 보조기보다높았으며, 통계적으로 유의미한 수준의 차이가 있었다. 따라서 3D 프린팅으로 맞춤형 보조기를 제작할 때 2D 스캔 방법을 활용한다면 만족도 높은 콕-업 보조기를 제작할 수 있을 것으로 예상되며, 이러한 결과는 손목 통증환자의 성공적인 재활에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 본 연구의 결과를 일반화하기에는 많은 한계점이 따른다. 따라서 3D 스캐닝을 사용하여 보조기를 제작하는 방법이 폄하되는 일은 없어야 할 것이다. 향후 연구에서는 더 많은 대상자를 선별하여 만족도와 더불어 임상적 효과성을 알아보는 연구가 진행되어야 한다고 생각된다.

3-Dimensional scan을 이용한 치아 마모량 측정 방법에 관한 연구

김승준,최대균,권긍록,이석형,Kim Seung-June,Choi Dae-Gyun,Kwon Kung-Rock,Lee Seok-Hyung 대한치과보철학회 2004 대한치과보철학회지 Vol.42 No.1

Statement of problem : Tooth wear is physiological phenomenon. Ninety-seven percent of normal people have tooth wear and about 7% has pathologic teeth wear. If we know the amount of tooth surface loss caused by pathologic tooth wear, we may restore it ideally Purpose : Recently measurement of tooth wear by using 3D scan has been increasing. Therefore, we need to know how accurate 3D scan is. Past accuracy test on 3D scan was about linear change, but as we know that tooth wear is volume change. Thus, the purpose of this study is to know how accurate 3D scan is. Material and Methods : For accuracy test of 3D scanner volume values measured by 3D scanner and micro-balance were compared. For test I, preliminary, 3 ball samples and 3 circular cones were made with pattern resin. For test II, 10 teeth shape rubber samples were used. Results and Conclusion : 1. The result of the accuracy test on 3D scan with 3 ball samples and 3 circular cones made of pattern resin has no significant difference(p<0.05). 2. The result of the accuracy test on 3D scan with 10 samples of tooth shape rubber has no significant difference (p<0.05). As a result, we may concluded the analysis of quantifying tooth wear used by 3D scan is useful in the clinic.

목조 건축문화재의 실측조사보고서 작성을 위한 3D 스캔데이터의 활용 개념과 한계

안대환(An, Dai-Whan) 대한건축학회 2013 대한건축학회논문집 Vol.29 No.9

The purpose of this study was to analyze the status of the use of 3D scan data for the survey report of wooden architectural heritage. Especially, the 3D scan data is used for the survey drawing in survey report because of the accuracy. But there is not established the using system of 3D scan data, for example, the task order of clients, the structure of the survey report and drawing system. There are some limitations of the use of 3D scan data for survey report of wooden architectural heritage because of the administrative system, program system, drawing system. So this study proposes to the concept for practical use of 3D scan data and provide the change for structure of survey report and drawing system. The using concept of 3D scan data is the one of the basic materials(survey writing paper, photo and so on). And it is the other system of accurate recording the status of wooden architectural heritage. So the survey report have to include the limitation of the 3D scan data and electronic shape of 3D scan data not printed shape.

석조문화재 건축조사에서의 3D 스캔 활용에 관한 연구

박성호,이우종 대한건축학회지회연합회 2013 대한건축학회지회연합회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.1