KR101796111B1 - Skull deformity analyzing system using a 3d morphological descriptor and a method for analyzing skull deformity using the same - Google Patents

Skull deformity analyzing system using a 3d morphological descriptor and a method for analyzing skull deformity using the same Download PDF

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KR101796111B1
KR101796111B1 KR1020160112179A KR20160112179A KR101796111B1 KR 101796111 B1 KR101796111 B1 KR 101796111B1 KR 1020160112179 A KR1020160112179 A KR 1020160112179A KR 20160112179 A KR20160112179 A KR 20160112179A KR 101796111 B1 KR101796111 B1 KR 101796111B1
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홍헬렌
이민진
김용욱
심규원
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서울여자대학교 산학협력단
연세대학교 산학협력단
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Abstract

In an automatic skull deformity determining system using a 3D morphological descriptor and an automatic skull deformity determining method using the same, the automatic skull deformity determining system includes an image capturing unit, a skull model generating unit, an operating unit, and a skull deformity determining unit. The image capturing unit captures a skull image of a patient. The skull model generating unit obtains actual skull information from the image captured by the image capturing unit and generates an average skull model from a database. The operating unit includes a skull model deforming unit which deforms the average skull model using a plurality of referent points allocated to each actual skull and the average skull model and a skull deformity operating unit which operates a determination index of skull deformity based on the deformed amount of the average skull model. The skull deformity determining unit determines the actual skull deformity based on the determination index of the skull deformity. Accordingly, it is possible to give early treatment by quickly and accurately diagnosing the skull deformity.

Description

3차원 형태 기술자를 이용한 두개골 이형 자동판단시스템 및 이를 이용한 두개골 이형 자동판단방법{SKULL DEFORMITY ANALYZING SYSTEM USING A 3D MORPHOLOGICAL DESCRIPTOR AND A METHOD FOR ANALYZING SKULL DEFORMITY USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a skull shape automatic determination system using a three-dimensional shape descriptor, and a skull shape automatic determination method using the same.

본 발명은 두개골 이형 자동판단시스템 및 이를 이용한 두개골 이형 자동판단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 형태 기술자(3D morphological descriptor)를 이용하여 환자의 두개골 형상으로부터 두개골 이형을 자동으로 판단할 수 있는 두개골 이형 자동판단시스템 및 이를 이용한 두개골 이형 자동판단방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for automatically determining a skull shape, and a method for automatically determining a skull shape using the 3D morphological descriptor. More particularly, the present invention relates to a system and method for automatically determining a skull shape from a patient's skull shape using a 3D morphological descriptor And a method for automatically determining a skull shape using the same.

두개골유합증(Craniosynostosis)은 두개골의 봉합선이 유합해 두개골과 뇌조직의 성장에 장애를 초래하는 선천적 질병으로, 특히 출생 후 3개월 내지 1년 사이에 적절한 교정 또는 수술이 필요한 것으로 알려져 있다. Craniosynostosis is a congenital disease that causes fusion of the suture line of the skull and obstructs the growth of the skull and brain tissue, and it is known that proper correction or surgery is required especially between 3 months and 1 year after birth.

이에 따라, 두개골유합증의 적절한 진단 및 치료는 빠를수록 유리하지만, 현재까지의 두개골유합증의 진단이 대부분 두개골에 대한 CT 촬영 등을 통해 숙련된 의사에 의해 수행될 수밖에 없으므로 조기 진단이 어려운 문제가 있어 왔다. Therefore, the diagnosis and treatment of cranial aneurysm is better as soon as possible. However, diagnosis of cranial aneurysm is difficult to diagnose early, I have been.

한편, 두개골유합증의 진단과 관련하여, 미국 등록특허 US 9370318호는 두개골의 양적평가에 관한 기술로 CT이미지로부터 두개골유합증의 연산을 해석하기 위한 기술을 개시하고 있으나, 본 기술을 통해서는 실제 측정된 모델과 형상 모델 사이의 차이를 연산하여 비정상적인 대상을 진단하는 단순한 기술을 개시하고 있을 뿐이며, 이에 따라 두개골유합증의 진단의 정확성이 높지 않은 문제가 있다. On the other hand, in relation to the diagnosis of cranial union, U.S. Patent No. 9370318 discloses a technique for quantitatively evaluating the skull, and a technique for analyzing computation of cranial fusion from a CT image. However, A simple technique for diagnosing an abnormal object by calculating a difference between a measured model and a shape model is disclosed. Accordingly, there is a problem in that the accuracy of diagnosis of cranial fusion is not high.

따라서, 특히, 최근의 CT 촬영과 같은 3차원 영상 촬영기술이 발전하였는바, 필요한 정보를 즉각적으로 획득할 수 있는 여건을 바탕으로, 상기 촬영된 영상으로부터 의료 전문가의 주관적인 진단 없이 자가 진단 또는 자동 진단으로 두개골유합증을 보다 정확하게 진단할 수 있는 기술의 필요성이 대두되고 있다. Therefore, in particular, recent 3-D imaging techniques such as CT imaging have been developed, and based on the circumstances in which the necessary information can be acquired immediately, the self-diagnosis or automatic diagnosis The need for a technique that can more accurately diagnose cingulate atrophy is emerging.

1. 미국 등록특허 US 9370318호 One. US Patent No. 9370318

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 보다 정확하고 효과적인 진단이 가능한 3차원 형태 기술자를 이용한 두개골 이형 자동판단시스템에 관한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an automatic skull discrimination system using a 3D shape descriptor capable of more accurate and effective diagnosis.

본 발명의 다른 목적은 상기 두개골 이형 자동판단시스템을 이용한 두개골 이형 자동판단방법에 관한 것이다. It is another object of the present invention to provide a method for automatically determining a skeletal deformity using the above automatic determination system.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 두개골 이형 자동판단시스템은 영상 촬영부, 두개골 모델 생성부, 연산부 및 두개골 이형 판단부를 포함한다. 상기 영상 촬영부는 환자의 두개골 영상을 촬영한다. 상기 두개골 모델 생성부는 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상에서 실제 두개골 정보를 획득하고, 데이터베이스로부터 평균 두개골 모델을 생성한다. 상기 연산부는 상기 평균 두개골 모델과 상기 실제 두개골 각각에 할당된 복수의 기준점들을 이용하여 평균 두개골 모델을 변형하는 두개골 모델 변형부, 및 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 바탕으로 두개골의 이형의 판단 지표를 연산하는 두개골 이형 연산부를 포함한다. 상기 두개골 이형 판단부는 상기 두개골 이형의 판단 지표를 바탕으로 실제 두개골 이형을 판단한다. According to an embodiment of the present invention, an automatic skull placement determining system includes an image capturing unit, a skull model generating unit, a calculating unit, and a skull shape determining unit. The image capturing unit captures a skull image of the patient. The skull model generating unit obtains actual skull information from the image photographed by the image photographing unit, and generates an average skull model from the database. Wherein the calculation unit includes a skull model modification unit that modifies an average skull model using the average skull model and a plurality of reference points allocated to each of the actual skulls and a determination index of a skull formation variant based on the modified amount of the average skull model, And a skull deforming operation unit for calculating a skull deforming operation unit. The skull deformity judging unit judges the actual skull deformity based on the judgment index of the skull deformity.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 두개골 이형 자동판단방법에서 촬영된 영상으로부터 실제 두개골 정보를 획득한다. 평균 두개골 모델을 생성한다. 상기 평균 두개골 모델과 상기 실제 두개골 각각에 복수의 기준점들을 할당한다. 상기 기준점들을 이용하여 평균 두개골 모델을 변형하여 실제 두개골에 정합한다. 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출한다. 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 바탕으로 두개골 이형의 판단 지표를 연산한다. 상기 두개골 이형의 판단 지표를 바탕으로 실제 두개골의 이형을 판단한다. In another aspect of the present invention, there is provided a method for automatically determining a skull shape, comprising: acquiring actual skull information from a photographed image; Generate an average skull model. And assigns a plurality of reference points to each of the average skull model and the actual skull. The mean skull model is modified using the reference points to match the actual skull. To derive a modified amount of the mean skull model. Based on the modified amount of the average skull model, a determination index of the skull deformity is calculated. Based on the judgment index of the skull deformity, the actual skull deformity is judged.

일 실시예에서, 기 실제 두개골 정보 및 상기 평균 두개골 모델은 봉합(suture) 또는 개구(opening)를 포함하지 않을 수 있다. In one embodiment, the actual skull information and the mean skull model may not include a suture or an opening.

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델을 생성하는 단계에서, 상기 평균 두개골 모델은 데이터베이스에 저장된 해당 연령에서 정상인 두개골 정보를 바탕으로 생성될 수 있다. In one embodiment, in generating the average skull model, the average skull model may be generated based on normal skull information at a corresponding age stored in the database.

일 실시예에서, 상기 복수의 기준점들을 할당하는 단계에서, 상기 복수의 기준점들은 Nasion, Basion, Opisthion 및 양 측의 Porion일 수 있다. In one embodiment, in the step of allocating the plurality of reference points, the plurality of reference points may be Nasion, Basion, Opisthion, and Porion on both sides.

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계는, 상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들을 이용하여 이동시키거나 회전시키는 단계, 및 상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들 중 어느 하나의 기준점에 대해 축소시키거나 확대시키는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the step of matching the mean skull model to the actual skull includes moving or rotating the mean skull model using the reference points, and moving the mean skull model to one of the reference points And reducing or enlarging the size of the image.

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서,In one embodiment, in matching the average skull model to the actual skull,

Figure 112016085154925-pat00001
식 (1)
Figure 112016085154925-pat00001
Equation (1)

상기 식 (1)의

Figure 112016085154925-pat00002
값이 최소가 되도록 정합을 수행할 수 있다. In the formula (1)
Figure 112016085154925-pat00002
The matching can be performed so that the value becomes minimum.

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서, In one embodiment, in matching the average skull model to the actual skull,

Figure 112016085154925-pat00003
식 (2)
Figure 112016085154925-pat00003
Equation (2)

상기 식 (2)의

Figure 112016085154925-pat00004
의 평균값이 최소가 되도록 정합을 수행할 수 있다. In the formula (2)
Figure 112016085154925-pat00004
Lt; RTI ID = 0.0 > minimum < / RTI >

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, In one embodiment, in deriving a modified amount of the mean skull model,

Figure 112016085154925-pat00005
식 (3)
Figure 112016085154925-pat00005
Equation (3)

상기 식 (3)을 이용하여 상기 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소(local) 변형 정도를 도출할 수 있다. Using Equation (3), the degree of local deformation between the average skull model and the actual skull can be derived.

일 실시예에서, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, In one embodiment, in deriving a modified amount of the mean skull model,

Figure 112016085154925-pat00006
식 (4)
Figure 112016085154925-pat00006
Equation (4)

상기 식 (4)를 이용하여 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 상기 국소 변형에서 방향성을 결정할 수 있다. Using equation (4) above, the directionality can be determined from the local deformation between the average skull model and the actual skull.

일 실시예에서, 상기 두개골 이형의 판단 지표를 연산하는 단계에서, 상기 두개골 이형의 판단 지표는, 각각의 패치 영역(patch area)에서 양의 거리값의 평균값, 음의 거리값의 평균값, 양의 거리값의 비율 및 음의 거리값의 비율을 포함할 수 있다. In one embodiment, in the step of calculating the judgment index of the skull deformity, the judgment index of the skull deformity includes an average value of positive distance values in each patch area, an average value of negative distance values, A ratio of the distance value and a ratio of the negative distance value.

일 실시예에서, 상기 양의 거리값의 평균값은 하기 식 (5)로, In one embodiment, the mean value of the positive distance value is given by the following equation (5)

Figure 112016085154925-pat00007
식 (5)
Figure 112016085154925-pat00007
Equation (5)

상기 음의 거리값의 평균값은 하기 식 (6)으로, The average value of the negative distance values is represented by the following equation (6)

Figure 112016085154925-pat00008
식 (6)
Figure 112016085154925-pat00008
Equation (6)

상기 양의 거리값의 비율은 하기 식 (7)로, The ratio of the positive distance value is given by the following equation (7)

Figure 112016085154925-pat00009
식 (7)
Figure 112016085154925-pat00009
Equation (7)

상기 음의 거리값의 비율은 하기 식 (8)로 The ratio of the negative distance value is expressed by the following equation (8)

Figure 112016085154925-pat00010
식 (8)
Figure 112016085154925-pat00010
Equation (8)

연산될 수 있다. Lt; / RTI >

본 발명의 실시예들에 의하면, 평균 두개골 모델을 실제 두개골로 정합시키면서 두개골 이형을 판단할 수 있는 판단지표를 추출하여 이를 바탕으로 두개골 이형의 여부를 자동으로 판단할 수 있으므로, 종래의 전문 의료인의 주관적인 판단에 근거하여 진단하던 두개골 이형의 여부를 보다 신속하고 정확하게 진단할 수 있다. 이에 따라, 두개골유합증 등의 두개골 이형의 조기발견을 통한 조기 치료가 가능하다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to automatically determine whether or not the skull is deformed by extracting a judgment index capable of judging the skull deformity while matching the average skull model with the actual skull, Based on subjective judgment, it is possible to diagnose the diagnosis of skull deformity more quickly and accurately. Therefore, it is possible to treat early by early detection of skull deformation such as craniofibrosis.

특히, 실제 두개골 정보에서 포함될 수 있는 봉합이나 개구를 제거하여 하나의 골격 모델로 두개골을 정의하고 평균 두개골 모델을 정의함으로써, 상기 판단지표를 적용함에 있어 연산의 오차를 최소화할 수 있어, 두개골 이형의 신속한 판단이 가능하다. In particular, by defining a skull with a skeleton model and defining an average skull model by removing sutures or openings that may be included in the actual skull information, it is possible to minimize errors in the operation when applying the above-mentioned judgment index, Quick judgment is possible.

또한, 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서, 기준점들을 이용하여 이동 및 회전시키는 것 외에, 어느 하나의 기준점에 대해 스케일을 축소 또는 확대시키는 단계를 포함하므로, 보다 정확한 두개골 정합이 가능하게 된다. In addition, in the step of matching the average skull model to the actual skull, since it includes the step of reducing or enlarging the scale with respect to any one reference point in addition to the movement and rotation using the reference points, more accurate skull matching is possible .

또한, 상기 두개골 정합의 타당성 여부를 판단하는 수단으로

Figure 112016085154925-pat00011
값 및
Figure 112016085154925-pat00012
의 평균값을 최소가 되도록 하므로, 두개골 정합의 타당을 평가하는 기준을 통해 최적 정합을 수행할 수 있다. Further, as a means for judging whether the skull matching is valid or not
Figure 112016085154925-pat00011
Value and
Figure 112016085154925-pat00012
So that optimal matching can be performed based on criteria for evaluating the validity of skull matching.

나아가, 평균 두개골 모델을 변형한 양을 판단하기 위한 지표로 각각의 패치 영역(patch area)에서 양의 거리값의 평균값, 음의 거리값의 평균값, 양의 거리값의 비율 및 음의 거리값의 비율을 포함함으로써, 상기 지표값을 바탕으로 자동으로 두개골의 이형 여부를 즉각 판단할 수 있게 된다. Further, as an index for determining the amount of modification of the mean skull model, a mean value of positive distance values, a mean value of negative distance values, a ratio of positive distance values, and a negative distance value in each patch area By including the ratio, it is possible to determine whether or not the skull is automatically released based on the index value.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개골 이형 자동판단시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 두개골 이형 자동판단시스템을 이용한 두개골 이형 자동판단방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계를 도시한 흐름도이다.
도 4a는 유아기의 두개골 봉합을 도시한 이미지이고, 도 4b는 도 2의 두개골을 분할하는 단계를 통해 분할된 두개골의 예를 도시한 이미지이다.
도 5는 도 2의 평균 두개골 모델을 생성하는 단계에서 생성된 평균 두개골 모델의 예를 도시한 이미지이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 2의 복수의 기준점들을 할당하는 단계에서 평균 두개골 모델에 복수의 기준점들을 할당한 예 및 실제 두개골에서 복수의 기준점들을 할당한 예를 도시한 이미지들이다.
도 7a는 도 3의 평균 두개골 모델을 이동시키거나 회전시키는 예를 도시한 이미지이고, 도 7b는 도 3의 평균 두개골 모델을 축소시키거나 확대시키는 예를 도시한 이미지이다.
도 8a 및 도 8b는 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소(local) 변형 정도를 도출하는 예를 도시한 평면 및 측면 이미지들이다.
도 9a는 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소 변형에서 방향성을 결정하기 위한 좌표를 도시한 모식도이고, 도 9b는 상기 좌표를 기준으로 방향성을 결정한 예를 도시한 이미지이다.
도 10은 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 상태 및 이를 바탕으로 두개골 이형의 판단 지표를 연산하기 위한 패치 영역의 예를 도시한 이미지이다.
도 11a 및 도 11b는 두개골 이형의 판단 지표를 도시한 그래프들이다.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an automatic determination system of a skull shape according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of automatically determining a skull shape using the skull shape automatic determination system of FIG. 1;
3 is a flow chart illustrating the step of matching the mean skull model of FIG. 2 to the actual skull.
FIG. 4A is an image showing a skull suture of infancy, and FIG. 4B is an image showing an example of a skull divided by dividing the skull of FIG.
FIG. 5 is an image showing an example of an average skull model generated in the step of generating the average skull model of FIG. 2. FIG.
FIGS. 6A and 6B are images showing an example in which a plurality of reference points are allocated to the average skull model in the step of assigning the plurality of reference points in FIG. 2, and an example in which a plurality of reference points are allocated in the actual skull.
FIG. 7A is an image showing an example of moving or rotating the mean skull model of FIG. 3, and FIG. 7B is an image showing an example of reducing or enlarging the mean skull model of FIG.
FIGS. 8A and 8B are plan and side views illustrating an example of deriving the local deformation degree between the average skull model and the actual skull in the step of deriving the modified amount of the average skull model of FIG. 2. FIG.
FIG. 9A is a schematic diagram showing coordinates for determining a direction in a local deformation between an average skull model and an actual skull in a step of deriving a modified amount of the average skull model of FIG. 2, and FIG. Is an image showing an example in which the directionality is determined.
FIG. 10 is an image showing an example of a patch area for calculating a modified state of the mean skull model of FIG. 2 and a determination index of a skull deformity based thereon.
FIGS. 11A and 11B are graphs showing judgment indices of skull deformity. FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 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 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 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. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, the term "comprises" or "comprising ", etc. is intended to specify that there is a stated feature, figure, step, operation, component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개골 이형 자동판단시스템을 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 두개골 이형 자동판단시스템을 이용한 두개골 이형 자동판단방법을 도시한 흐름도이다. 도 3은 도 2의 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계를 도시한 흐름도이다. 도 4a는 유아기의 두개골 봉합을 도시한 이미지이고, 도 4b는 도 2의 두개골을 분할하는 단계를 통해 분할된 두개골의 예를 도시한 이미지이다. 도 5는 도 2의 평균 두개골 모델을 생성하는 단계에서 생성된 평균 두개골 모델의 예를 도시한 이미지이다. 도 6a 및 도 6b는 각각 도 2의 복수의 기준점들을 할당하는 단계에서 평균 두개골 모델에 복수의 기준점들을 할당한 예 및 실제 두개골에서 복수의 기준점들을 할당한 예를 도시한 이미지들이다. 도 7a는 도 3의 평균 두개골 모델을 이동시키거나 회전시키는 예를 도시한 이미지이고, 도 7b는 도 3의 평균 두개골 모델을 축소시키거나 확대시키는 예를 도시한 이미지이다. 도 8a 및 도 8b는 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소(local) 변형 정도를 도출하는 예를 도시한 평면 및 측면 이미지들이다. 도 9a는 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소 변형에서 방향성을 결정하기 위한 좌표를 도시한 모식도이고, 도 9b는 상기 좌표를 기준으로 방향성을 결정한 예를 도시한 이미지이다. 도 10은 도 2의 평균 두개골 모델의 변형된 상태 및 이를 바탕으로 두개골 이형의 판단 지표를 연산하기 위한 패치 영역의 예를 도시한 이미지이다. FIG. 1 is a block diagram illustrating an automatic determination system of a skull shape according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of automatically determining a skull shape using the skull shape automatic determination system of FIG. 1; 3 is a flow chart illustrating the step of matching the mean skull model of FIG. 2 to the actual skull. FIG. 4A is an image showing a skull suture of infancy, and FIG. 4B is an image showing an example of a skull divided by dividing the skull of FIG. FIG. 5 is an image showing an example of an average skull model generated in the step of generating the average skull model of FIG. 2. FIG. FIGS. 6A and 6B are images showing an example in which a plurality of reference points are allocated to the average skull model in the step of assigning the plurality of reference points in FIG. 2, and an example in which a plurality of reference points are allocated in the actual skull. FIG. 7A is an image showing an example of moving or rotating the mean skull model of FIG. 3, and FIG. 7B is an image showing an example of reducing or enlarging the mean skull model of FIG. FIGS. 8A and 8B are plan and side views illustrating an example of deriving the local deformation degree between the average skull model and the actual skull in the step of deriving the modified amount of the average skull model of FIG. 2. FIG. FIG. 9A is a schematic diagram showing coordinates for determining a direction in a local deformation between an average skull model and an actual skull in a step of deriving a modified amount of the average skull model of FIG. 2, and FIG. Is an image showing an example in which the directionality is determined. FIG. 10 is an image showing an example of a patch area for calculating a modified state of the mean skull model of FIG. 2 and a determination index of a skull deformity based thereon.

우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 두개골유합증 자동진단시스템(10)은 영상 촬영부(100), 데이터 베이스(200), 두개골 모델 생성부(300), 연산부(400) 및 두개골 이형 판단부(430)를 포함하며, 상기 연산부(400)는 두개골 모델 변형부(410) 및 두개골 이형 연산부(420)를 포함하고, 이를 이용하여 두개골 이형 여부를 자동으로 판단한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the automatic diagnosis system for clavicular joint according to the present embodiment includes an image capturing unit 100, a database 200, a skull model generating unit 300, an operation unit 400 And a skull deformity determination unit 430. The operation unit 400 includes a skull model modification unit 410 and a skull shape operation unit 420 and automatically determines whether or not the skull is deformed.

보다 구체적으로, 우선, 상기 영상 촬영부(100)는 환자의 두개골을 CT(computerized tomographic) 또는 MRI 영상으로 촬영하고, 상기 촬영된 영상은 상기 두개골 모델 생성부로 제공되어 실제 두개골 정보가 획득된다(단계 S10). More specifically, the image capturing unit 100 photographs the patient's skull using a computerized tomographic (CT) or MRI image, and the captured image is provided to the skull model generating unit to obtain actual skull information S10).

이 경우, CT 영상 또는 MRI 영상은 2차원 또는 3차원 영상일 수 있으며, 이와 같이 촬영된 영상 데이터는 상기 데이터 베이스(200)로도 제공된다. In this case, the CT image or the MRI image may be a two-dimensional or three-dimensional image, and the image data photographed in this manner is also provided in the database 200.

상기 데이터 베이스(200)는 상기 영상 촬영부(100)에서 촬영된 정보를 저장하며, 특히 각각의 연령대마다 정상 상태의 두개골에 관한 정보를 저장한 상태에서, 후술되는 평균 두개골 모델의 생성을 위해 상기 정상 상태의 두개골에 관한 정보를 제공한다. The database 200 stores information photographed by the image capturing unit 100. In particular, in a state in which information about a skull in a normal state is stored for each age group, Provide information about the skull in steady state.

이 후, 상기 두개골 모델 생성부(300)는 상기 데이터 베이스(200)로부터 정상 상태의 두개골에 관한 정보를 제공받아 평균 두개골 모델을 생성한다(단계 S20). Thereafter, the skull model generation unit 300 receives information on the skull in a steady state from the database 200, and generates an average skull model (step S20).

도 4a를 참조하면, 일반적으로 두개골은 봉합(suture)을 포함하며, 특히 유아기의 두개골의 경우 봉합이 열린(open) 경우도 많으므로 실제 촬영된 두개골에서도 봉합 또는 개구(opening)가 포함될 수 있다. Referring to FIG. 4A, in general, the skull includes a suture, and in the case of infant cranium, in many cases, the suture is open, so that the actually taken skull may include a suture or an opening.

그러나, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 실제 두개골 정보에서 상기 봉합이나 개구가 포함되지 않도록 하나의 일체형 두개골 형상으로 획득된다. However, as shown in FIG. 4B, in this embodiment, the one-piece skull shape is obtained so that the suture or the opening is not included in the actual skull information.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 두개골 모델 생성부(300)에서 생성된 평균 두개골 모델 역시 상기 봉합이나 개구가 포함되지 않도록 하나의 일체형 두개골 형상으로 생성된다. Also, as shown in FIG. 5, the average skull model generated by the skull model generation unit 300 is also formed as one integral skull shape so that the suture or the opening is not included.

그리하여, 후술되는 정합단계를 통해 상기 실제 두개골에 상기 평균 두개골 모델을 정합시킨 후 변형 정도를 판단하는 경우 봉합이나 개구에 의해 변형 정도의 판단 오차를 최소화할 수 있다. Thus, when the average skull model is fitted to the actual skull through the matching step described later and the degree of deformation is determined, it is possible to minimize the error of the degree of deformation by the suture or the opening.

이 후, 도 1, 도 2, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 두개골 모델 변형부(410)는 상기 평균 두개골 모델과 상기 실제 두개골 각각에서 복수의 기준점들을 할당한다(단계 S30). Referring to FIGS. 1, 2, 6A and 6B, the skull model modification unit 410 allocates a plurality of reference points from the average skull model and the actual skull, respectively (step S30).

이 경우, 상기 복수의 기준점들은 Nasion, Basion, Opisthion 및 양 측의 Porion일 수 있다. 즉, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 평균 두개골 모델 및 상기 실제 두개골 각각에서 Nasion (P1), Basion (P2), Opisthion (P3), left Porion (P4) 및 right Porion (P5)와 같이 5개의 기준점들을 각각 할당할 수 있다. In this case, the plurality of reference points may be Nasion, Basion, Opisthion, and Porion on both sides. 6a and 6b, Nasion (P1), Basion (P2), Opisthion (P3), Left Porion (P4) and Right Porion (P5) in the average skull model and the actual skull, Five reference points can be assigned respectively.

이 후, 도 1, 도 2, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 두개골 모델 변형부(410)는 상기 기준점들을 이용하여 상기 평균 두개골 모델을 변형하여 실제 두개골에 정합한다(단계 S40). Referring to FIGS. 1, 2, 7A and 7B, the skull model modification unit 410 modifies the average skull model using the reference points to match the actual skull (step S40).

보다 구체적으로, 도 3 및 도 7a를 동시에 참조하면, 상기 두개골 모델 변형부(410)는 상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들을 이용하여 이동시키거나 회전시킨다(단계 S41).More specifically, referring to FIGS. 3 and 7A, the skull model modification unit 410 moves or rotates the average skull model using the reference points (step S41).

즉, 상기 평균 두개골 모델의 5개의 기준점들을 상기 실제 두개골의 5개의 기준점들에 정합시키기 위해, 상기 평균 두개골 모델을 3차원 공간상에서 XYZ 각각의 축에 대하여 평행하게 이동시키거나, 또는 XYZ 각각의 축을 기준으로 회전하도록 이동시킨다. That is, in order to match the five reference points of the average skull model to the five reference points of the actual skull, the average skull model is moved in parallel with respect to each of the XYZ axes in the three-dimensional space, As shown in Fig.

한편, 상기 5개의 기준점들 중 4개의 기준점들(P2, P3, P4, P5)은 도시된 바와 같이 두개골에서 상대적으로 후두부측에 몰려 위치하므로, 상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들을 이용하여 이동시키거나 회전시키더라도 상기 평균 두개골 모델을 상기 실제 두개골에 정합시키기에는 한계가 있다. Since the four reference points P2, P3, P4 and P5 among the five reference points are located at the back of the skull relative to each other as shown in the figure, the average skull model is moved using the reference points There is a limit in matching the average skull model to the actual skull.

이에 따라, 도 3 및 도 7b를 동시에 참조하면, 상기 두개골 모델 변형부(410)는 상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들 중 어느 하나의 기준점에 대하여 축소시키거나 확대시킨다(단계 S42). Accordingly, referring to FIGS. 3 and 7B, the skull model modification unit 410 reduces or enlarges the average skull model with respect to any one of the reference points (step S42).

이 경우, 확대 또는 축소와 같은 스케일(scale)의 변경은 상기 5개의 기준점들 중 어느 하나의 기준점에 대하여도 수행할 수 있으며, 이를 통해 상기 평균 두개골 모델을 상기 실제 두개골에 보다 근접하게 변형하여 정합할 수 있다. In this case, a scale change, such as enlargement or reduction, may be performed on any one of the five reference points, thereby modifying the average skull model more closely to the actual skull, can do.

한편, 상기와 같이 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서는, 상기 이동, 회전 또는 스케일의 축소/확장을 어느 정도 수준까지 진행해야 하는지에 대한 기준, 즉 최적 정합의 수행 여부를 판단할 수 있는 기준이 필요하다. Meanwhile, in the step of matching the average skull model to the actual skull as described above, it is possible to determine a criterion to what extent the movement / rotation / scaling should be progressed to a certain level, that is, Standards are needed.

이를 위해, 본 실시예에서는 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 경우 하기 식 (1)의

Figure 112016085154925-pat00013
값, 즉 기준 정합 오차(fiducial registration error: FRE)가 최소가 되도록 정합을 수행한다. For this purpose, in the present embodiment, when the average skull model is matched to the actual skull, the following equation (1)
Figure 112016085154925-pat00013
Value, that is, the fiducial registration error (FRE), is minimized.

Figure 112016085154925-pat00014
식 (1)
Figure 112016085154925-pat00014
Equation (1)

이 경우, N은 기준점들의 개수, s는 스케일 양, T는 XYZ 각 축으로의 이동량, R은 XYZ 각 축을 기준으로 한 회전량, xi는 평균 두개골 모델의 기준점들, yi는 실제 두개골의 기준점들을 의미한다. In this case, N is the number of the base point, s is the scale quantity, T is the XYZ movement amount of each axis, R is XYZ a rotation amount based on each axis, x i is the reference point of the average skull model, y i is the actual skull Reference points.

또한, 본 실시예에서는 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 경우 식 (1) 외에, 하기 식 (2)의

Figure 112016085154925-pat00015
값, 즉 가우시안 가중치 거리(Gaussian-weighted distance)의 평균값이 최소가 되도록 정합을 수행한다. In addition, in the present embodiment, when the average skull model is matched to the actual skull, in addition to Equation (1), Equation (2)
Figure 112016085154925-pat00015
Value, that is, the average value of the Gaussian-weighted distance is minimized.

Figure 112016085154925-pat00016
식 (2)
Figure 112016085154925-pat00016
Equation (2)

이 경우, GW는 평균 두개골 모델의 기준점들의 개수, MNM(i)는 평균 두개골 모델의 기준점들, Ts는 동일 비율(scale)값을 의미한다. In this case, GW means the number of reference points of the mean skull model, MNM (i) is the reference points of the mean skull model, and T s means the same scale value.

이상과 같이, 본 실시예에서는 상기 식 (1) 및 상기 식 (2)를 고려하여 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합함으로써, 최적 정합의 수행여부를 판단할 수 있다. As described above, in this embodiment, it is possible to judge whether or not the optimal matching is performed by matching the average skull model to the actual skull in consideration of the above equations (1) and (2).

한편, 이상과 같은 정합을 수행한 결과는 도 8a 및 도 8b에 도시되었으며, 도시된 바와 같이, 상기 평균 두개골 모델이 변형되어 실제 두개골에 최적 정합된 것을 확인할 수 있다. The results of the above matching are shown in FIGS. 8A and 8B. As shown in FIG. 8B, it can be seen that the average skull model has been modified and optimized for the actual skull.

이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 두개골 이형 연상부(420)는 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출한다(단계 S50). Referring to FIGS. 1 and 2, the clavicular deforming part 420 derives a deformed amount of the average cranial model (step S50).

앞선 단계에서 상기 평균 두개골 모델은 실제 두개골에 정합되도록 변형된 상태이며, 따라서 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출한다면, 실제 두개골의 이형 상태를 판단할 수 있다. In the previous step, the average skull model is deformed so as to be matched to the actual skull, and thus, if the modified amount of the average skull model is derived, the actual skull formation state can be determined.

이 경우, 상기 평균 두개골 모델은 가상의 모델로서 관련 연산을 용이하게 수행할 수 있으므로, 실제 두개골에 대한 영상 정보를 직접 분석하지 않으면서도 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 통해 보다 용이하게 실제 두개골의 이형 여부를 판단할 수 있다. In this case, since the average skull model is a virtual model, it is possible to easily carry out the related calculation. Therefore, it is possible to more easily obtain the actual skull through the modified amount of the average skull model without directly analyzing the image information about the skull. It is possible to judge whether or not it is released.

구체적으로, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하기 위해, 하기 식 (3)을 이용하여 상기 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소(local) 변형 정도를 도출한다. Specifically, in order to derive the modified amount of the average skull model, the degree of local deformation between the average skull model and the actual skull is derived using the following equation (3).

Figure 112016085154925-pat00017
식 (3)
Figure 112016085154925-pat00017
Equation (3)

이 경우, Bl, Bm, Bn은 각각 B-스플라인(spline)의 3차 기저함수로서 하기와 같이 정의되며, φ는 제어점, u, v, w는 각각 X, Y, Z축과 연관된 지점을 의미한다. In this case, B 1 , B m and B n are respectively defined as the third basis functions of the B-spline as follows, where φ is the control point, u, v and w are the X, .

Figure 112016085154925-pat00018
Figure 112016085154925-pat00018

Figure 112016085154925-pat00019
Figure 112016085154925-pat00019

Figure 112016085154925-pat00020
Figure 112016085154925-pat00020

Figure 112016085154925-pat00021
Figure 112016085154925-pat00021

즉, 상기 식 (3)은 B-스플라인(spline)을 구성하는 각각의 제어점들의 격자를 움직여서 물체를 변형시키는 B-스플라인(spline) 기반의 다중 레벨(level) 변형 정합을 수행하는 식으로, 이를 통해 상기 최초 평균 두개골 모델과 상기 변형된 평균 두개골 모델을 비교함으로써 상기 평균 두개골 모델의 국소 변형 정도를 도출할 수 있다. That is, Equation (3) is a B-spline-based level deformation matching that deforms an object by moving the grids of the respective control points constituting the B-spline. The degree of local deformation of the average skull model can be derived by comparing the modified mean skull model with the initial mean skull model.

한편, 도 9a는, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서, 상기 평균 두개골 모델의 국소 변형에서 방향성을 결정하기 위한 좌표가 도시되고 있으며, 상기 좌표를 바탕으로 하기 식 (4)를 이용하여 상기 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 상기 국소 변형에서의 방향성을 결정할 수 있다. On the other hand, FIG. 9A shows the coordinates for determining the direction in the local deformation of the average skull model in the step of deriving the modified amount of the average skull model, and based on the coordinates, Can be used to determine the directionality in the local deformation between the average skull model and the actual skull.

Figure 112016085154925-pat00022
식 (4)
Figure 112016085154925-pat00022
Equation (4)

이 경우, p는 상기 정합된 평균 두개골 모델에서 두개골의 포인트, Rd는 실제 두개골의 내부 영역, Vp는 평균 두개골 모델이 변형된 경우 변형 벡터의 크기를 의미한다. In this case, p is the point of the skull in the matched average skull model, R d is the inner area of the actual skull, and V p is the size of the deformation vector when the mean skull model is deformed.

즉, 상기 식 (4)의 연산을 통해 상기 평균 두개골 모델의 국소 변형에 있어서 확대(양의 값)되었는지 축소(음의 값)되었는지를 결정할 수 있으며, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 식 (4)의 연산을 통해 확대와 축소의 정도에 따라 상기 평균 두개골 모델의 변형값을 도식화할 수 있다. That is, it is possible to determine whether the local deformity of the average skull model has been enlarged (positive value) or reduced (negative value) through the calculation of the equation (4). As shown in FIG. 9B, 4), the deformation value of the average skull model can be schematized according to the degree of enlargement and reduction.

이 후, 도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 상기 두개골 이형 연산부(420)는 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 바탕으로 두개골 이형의 판단 지표를 연산한다(단계 S60). 1, 2, and 10, the skull deformer calculator 420 calculates a determination index of the skull deformity based on the modified amount of the average skull model (step S60).

일반적으로 실제 두개골은 도 4a에 도시된 바와 같이 5개의 패치 영역(patch area)로 구분될 수 있으며, 이를 고려하여 상기 평균 두개골 모델도 5개의 패치 영역(A, B, C, D, E)으로 구분하고, 상기 각각의 패치 영역들에서 두개골 이형의 판단 지표를 연산한다. In general, the actual skull can be divided into five patch areas as shown in FIG. 4A, and the average skull model is also divided into five patch areas A, B, C, D, and E And calculates a judgment index of the skull formation in each of the patch regions.

이 때, 상기 두개골 이형의 판단 지표로는 양의 거리값의 평균값, 음의 거리값의 평균값, 양의 거리값의 비율 및 음의 거리값의 비율일 수 있다. At this time, the determination index of the skull deformity may be an average value of positive distance values, a mean value of negative distance values, a ratio of positive distance values, and a ratio of negative distance values.

즉, 상기 4개의 판단 지표는 상기 5개의 패치 영역 각각에서 도출될 수 있으며, 결과적으로 본 실시예에서 두개골 이형의 판단 지표는 총 20개가 도출될 수 있다. That is, the four determination indices can be derived from each of the five patch regions, and as a result, a total of 20 determination indices of the skull deformity in the present embodiment can be derived.

한편, 상기 4개의 판단 지표들은 하기와 같이 정의된다. Meanwhile, the four judgment indices are defined as follows.

즉, 상기 양의 거리값의 평균값(positive local distance: PLD)은 각 패치 영역에서의 양의 거리값의 평균값을 의미하며, 하기 식 (5)로 정의된다. That is, the positive local distance (PLD) of the positive distance value means an average value of the positive distance value in each patch region, and is defined by the following equation (5).

Figure 112016085154925-pat00023
식 (5)
Figure 112016085154925-pat00023
Equation (5)

이 때, Np는 양의 거리값의 개수이고, Dp는 양의 거리값을 갖는 변형값이다. Where N p is the number of positive distance values and D p is the deformation value with a positive distance value.

또한, 상기 음의 거리값의 평균값(negative local distance: NLD)은 각 패치 영역에서의 음의 거리값의 평균값을 의미하며, 하기 식 (6)으로 정의된다. Further, the negative local distance (NLD) of the negative distance value means an average value of negative distance values in each patch region, and is defined by the following equation (6).

Figure 112016085154925-pat00024
식 (6)
Figure 112016085154925-pat00024
Equation (6)

이 때, Nn은 음의 거리값의 개수이고, Dn은 음의 거리값을 갖는 변형값이다. In this case, N n is the number of negative distance values, and D n is a deformation value having a negative distance value.

한편, 상기 양의 거리값의 비율(positive local area ratio: PLAR)은 각 패치 영역에서의 양의 거리값을 갖는 영역의 비율 의미하며, 하기 식 (7)로 정의된다. On the other hand, the positive local area ratio (PLAR) of the positive distance ratio means a ratio of a region having a positive distance value in each patch region, and is defined by the following equation (7).

Figure 112016085154925-pat00025
식 (7)
Figure 112016085154925-pat00025
Equation (7)

또한, 상기 음의 거리값의 비율(negative local area ratio: NLAR)은 각 패치 영역에서의 양의 거리값을 갖는 영역의 비율 의미하며, 하기 식 (8)로 정의된다. In addition, the negative local area ratio (NLAR) of the negative distance value is a ratio of a region having a positive distance value in each patch region, and is defined by the following equation (8).

Figure 112016085154925-pat00026
식 (8)
Figure 112016085154925-pat00026
Equation (8)

이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 두개골 이형 판단부(430)는 상기 두개골 이형의 판단 지표를 바탕으로 실제 두개골의 이형을 판단한다(단계 S70). Referring to FIGS. 1 and 2, the skull variant determining unit 430 determines the actual skull deformity based on the determination index of the skull deformity (step S70).

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 5개의 패치 영역 각각에서 도출되는 4개의 판단 지표들을 바탕으로 실제 두개골의 이형을 자동으로 판단할 수 있다. That is, as described above, it is possible to automatically determine the actual skull release based on the four determination indices derived from each of the five patch regions.

도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 두개골 이형의 판단 지표를 도시한 그래프들이다. 11A, 11B, 11C, and 11D are graphs showing determination indices of skull deformity.

앞서 설명한 바와 같이, 5개의 패치 영역(A~E)으로 구분된 평균 두개골 모델에 대하여, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합한 결과, 상기 평균 두개골 모델이 변형된 상태를 바탕으로 상기에서 설명한 지표를 도출하여 실제 두개골의 이형을 판단할 수 있다. As described above, with respect to the average skull model divided into five patch regions (A to E), the average skull model is matched to the actual skull, and as a result, To determine the deformation of the actual skull.

예를 들어, 도 11a 및 도 11b는, 앞서 설명된 평균 두개골 모델의 5개의 패치 영역 중, A 영역 및 B 영역에 대하여 양의 거리값의 평균값(positive local distance: PLD)을 계산한 예들을 도시한 그래프이다. For example, FIGS. 11A and 11B show examples of calculation of a positive local distance (PLD) of positive distance values for A region and B region among five patch regions of the above-described average skull model It is a graph.

상기 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 두개골 이형의 예로서 이중 관상(bicoronal)이나 단일관상(unicoronal)인 경우, 상기 양의 거리의 평균값들이 양의 값 및 음의 값으로 모두 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 11A and 11B, when the skull shape is bicoronal or unicoronal, the mean values of the positive distances are both large in both positive and negative values Can be confirmed.

한편, 도 11c 및 도 11d는, 앞서 설명된 평균 두개골 모델의 5개 패치 영역 중, C 영역 및 D 영역에 대하여 양의 거리값의 평균값(positive local distance: PLD)을 계산한 예들을 도시한 그래프이다. 11C and 11D are graphs showing examples of calculation of a positive local distance (PLD) of positive distance values for the C region and the D region among the five patch regions of the average skull model described above to be.

상기 도 11c 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 두개골 이형의 예로서 시상봉합(sagittal)인 경우, 상기 양의 거리의 평균값들이 음의 값으로 상대적으로 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 11C and 11D, when the skull shape is sagittal, it can be seen that the mean values of the positive distance are relatively large as a negative value.

이상과 같이, 평균 두개골 모델을 실제 촬영된 실제 두개골로 정합시킨 후, 상기 정합에 의해 변형된 평균 두개골 모델에 대하여 5개의 패치 영역 각각에서 앞서 설명한 판단 지표들을 계산한 결과를 바탕으로, 실제 두개골이 가지는 이형의 여부를 자동으로 판단할 수 있다. As described above, based on the result of calculating the above-mentioned determination indices in each of the five patch regions for the average skull model modified by the matching after the average skull model is matched with the actually photographed actual skull, The branch can automatically determine whether or not the release occurs.

본 발명의 실시예들에 의하면, 평균 두개골 모델을 실제 두개골 모델로 정합시키면서 두개골 이형을 판단할 수 있는 판단지표를 추출하여 이를 바탕으로 두개골 이형의 여부를 자동으로 판단할 수 있으므로, 종래의 전문 의료인의 주관적인 판단에 근거하여 진단하던 두개골 이형의 여부를 보다 신속하고 정확하게 진단할 수 있다. 이에 따라, 두개골유합증 등의 두개골 이형의 조기발견을 통한 조기 치료가 가능하다. According to the embodiments of the present invention, it is possible to automatically determine whether or not the skull is deformed by extracting a judgment index capable of judging a skull deformity while matching an average skull model with an actual skull model, The diagnosis of skull deformity can be made more quickly and accurately. Therefore, it is possible to treat early by early detection of skull deformation such as craniofibrosis.

특히, 실제 두개골 정보에서 포함될 수 있는 봉합이나 개구를 제거하여 하나의 골격 모델로 두개골을 정의하고 평균 두개골 모델을 정의함으로써, 상기 판단지표를 적용함에 있어 연산의 에러를 최소화할 수 있어, 두개골 이형의 신속한 판단이 가능하다. In particular, by defining a skull with a skeleton model and defining an average skull model by removing sutures or openings that may be included in the actual skull information, the error of the operation can be minimized in applying the decision index, Quick judgment is possible.

또한, 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서, 기준점들을 이용하여 이동 및 회전시키는 것 외에, 어느 하나의 기준점에 대해 스케일을 축소 또는 확대시키는 단계를 포함하므로, 보다 정확한 두개골 정합이 가능하게 된다. In addition, in the step of matching the average skull model to the actual skull, since it includes the step of reducing or enlarging the scale with respect to any one reference point in addition to the movement and rotation using the reference points, more accurate skull matching is possible .

또한, 상기 두개골 정합의 타당성 여부를 판단하는 수단으로

Figure 112016085154925-pat00027
값 및
Figure 112016085154925-pat00028
의 평균값을 최소가 되도록 하므로, 두개골 정합의 타당을 평가하는 기준을 통해 최적 정합을 수행할 수 있다. Further, as a means for judging whether the skull matching is valid or not
Figure 112016085154925-pat00027
Value and
Figure 112016085154925-pat00028
So that optimal matching can be performed based on criteria for evaluating the validity of skull matching.

나아가, 평균 두개골 모델을 변형한 양을 판단하기 위한 지표로 각각의 패치 영역(patch area)에서 양의 거리값의 평균값, 음의 거리값의 평균값, 양의 거리값의 비율 및 음의 거리값의 비율을 포함함으로써, 상기 지표값을 바탕으로 자동으로 두개골의 이형 여부를 즉각 판단할 수 있게 된다. Further, as an index for determining the amount of modification of the mean skull model, a mean value of positive distance values, a mean value of negative distance values, a ratio of positive distance values, and a negative distance value in each patch area By including the ratio, it is possible to determine whether or not the skull is automatically released based on the index value.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

본 발명에 따른 두개골 이형 자동판단시스템 및 이를 이용한 두개골 이형 자동판단방법은 두개골유합증의 판단에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다. INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, an automatic judgment system of a skull deformity type and an automatic judgment method of a skull type using this system have industrial applicability that can be used for judging cortical union.

10 : 두개골 이형 자동판단시스템
100 : 영상 촬영부 200 : 데이터 베이스
300 : 두개골 모델 생성부 400 : 연산부
410 : 두개골 모델 변형부 420 : 두개골 이형 연산부
430 : 두개골 이형 판단부
10: Automatic determination system of skull shape
100: image capturing unit 200: database
300: skull model generation unit 400:
410: Skull model deforming unit 420: Skull deforming operation unit
430: skull deformity judgment unit

Claims (12)

환자의 두개골 영상을 촬영하는 영상 촬영부;
상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상에서 실제 두개골 정보를 획득하고, 데이터베이스로부터 평균 두개골 모델을 생성하는 두개골 모델 생성부;
상기 평균 두개골 모델과 상기 실제 두개골 각각에 할당된 복수의 기준점들을 이용하여 평균 두개골 모델을 변형하는 두개골 모델 변형부, 및 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 바탕으로 두개골의 이형의 판단 지표를 연산하는 두개골 이형 연산부를 포함하는 연산부; 및
상기 두개골 이형의 판단 지표를 바탕으로 실제 두개골 이형을 판단하는 두개골 이형 판단부를 포함하는 두개골 이형 자동판단시스템.
An image capturing unit for capturing an image of a skull of a patient;
A skull model generating unit for acquiring actual skull information from the image photographed by the image photographing unit and generating an average skull model from a database;
A skull model modifying unit that modifies an average skull model using the average skull model and a plurality of reference points allocated to each of the actual skulls and a determination index of a skull formation variant based on the modified amount of the average skull model An arithmetic unit including a skull shape computing unit; And
And a skull shape determining unit for determining an actual skull deformity based on the judgment index of the skull deformity.
촬영된 영상으로부터 실제 두개골 정보를 획득하는 단계;
평균 두개골 모델을 생성하는 단계;
상기 평균 두개골 모델과 상기 실제 두개골 각각에 복수의 기준점들을 할당하는 단계;
상기 기준점들을 이용하여 평균 두개골 모델을 변형하여 실제 두개골에 정합하는 단계;
상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계;
상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 바탕으로 두개골 이형의 판단 지표를 연산하는 단계; 및
상기 두개골 이형의 판단 지표를 바탕으로 실제 두개골의 이형을 판단하는 단계를 포함하는 두개골 이형 자동판단방법.
Obtaining actual skull information from the photographed image;
Generating an average skull model;
Allocating a plurality of reference points to the average skull model and the actual skull;
Modifying the mean skull model using the reference points and matching the actual skull with the actual skull;
Deriving a modified amount of the mean skull model;
Calculating a determination index of the skull deformity based on the modified amount of the average skull model; And
And determining an actual skull deformity based on the judgment index of the skull deformity.
제2항에 있어서,
상기 실제 두개골 정보 및 상기 평균 두개골 모델은 봉합(suture) 또는 개구(opening)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the actual skull information and the average skull model do not include a suture or an opening.
제2항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델을 생성하는 단계에서,
상기 평균 두개골 모델은 데이터베이스에 저장된 해당 연령에서 정상인 두개골 정보를 바탕으로 생성되는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
3. The method of claim 2, wherein in the step of generating the average skull model,
Wherein the average skull model is generated based on normal skull information at a corresponding age stored in a database.
제2항에 있어서, 상기 복수의 기준점들을 할당하는 단계에서,
상기 복수의 기준점들은 Nasion, Basion, Opisthion 및 양 측의 Porion인 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
3. The method according to claim 2, wherein, in the step of allocating the plurality of reference points,
Wherein the plurality of reference points are Nasion, Basion, Opisthion, and Porion on both sides.
제2항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계는,
상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들을 이용하여 이동시키거나 회전시키는 단계; 및
상기 평균 두개골 모델을 상기 기준점들 중 어느 하나의 기준점에 대해 축소시키거나 확대시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
3. The method of claim 2, wherein matching the average skull model to an actual skull comprises:
Moving or rotating the average skull model using the reference points; And
And reducing or enlarging the average skull model with respect to any one of the reference points.
제6항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서,
Figure 112016085154925-pat00029
식 (1)
상기 식 (1)의
Figure 112016085154925-pat00030
값이 최소가 되도록 정합을 수행하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
7. The method of claim 6, wherein, in matching the average skull model to an actual skull,
Figure 112016085154925-pat00029
Equation (1)
In the formula (1)
Figure 112016085154925-pat00030
Wherein the matching is performed so that the value is minimized.
제6항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델을 실제 두개골에 정합하는 단계에서,
Figure 112016085154925-pat00031
식 (2)
상기 식 (2)의
Figure 112016085154925-pat00032
의 평균값이 최소가 되도록 정합을 수행하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
7. The method of claim 6, wherein, in matching the average skull model to an actual skull,
Figure 112016085154925-pat00031
Equation (2)
In the formula (2)
Figure 112016085154925-pat00032
Wherein the matching is performed so that the average value of the skull portions is minimized.
제2항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서,
Figure 112016085154925-pat00033
식 (3)
상기 식 (3)을 이용하여 상기 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 국소(local) 변형 정도를 도출하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
3. The method of claim 2, wherein in deriving a modified amount of the mean skull model,
Figure 112016085154925-pat00033
Equation (3)
Wherein the degree of local deformation between the average skull model and the actual skull is derived using the equation (3).
제9항에 있어서, 상기 평균 두개골 모델의 변형된 양을 도출하는 단계에서,
Figure 112016085154925-pat00034
식 (4)
상기 식 (4)를 이용하여 평균 두개골 모델과 실제 두개골 사이의 상기 국소 변형에서 방향성을 결정하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
10. The method of claim 9, wherein in deriving a modified amount of the mean skull model,
Figure 112016085154925-pat00034
Equation (4)
Wherein the directionality is determined in the local deformation between the average skull model and the actual skull using the equation (4).
제10항에 있어서, 상기 두개골 이형의 판단 지표를 연산하는 단계에서,
상기 두개골 이형의 판단 지표는, 각각의 패치 영역(patch area)에서 양의 거리값의 평균값, 음의 거리값의 평균값, 양의 거리값의 비율 및 음의 거리값의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
11. The method according to claim 10, wherein, in calculating the determination index of the skull deformity,
The determination index of the skull shape variance includes an average value of positive distance values, a mean value of negative distance values, a ratio of positive distance values, and a ratio of negative distance values in each patch area A method of automatic determination of skull deformity.
제11항에 있어서,
상기 양의 거리값의 평균값은 하기 식 (5)로,
Figure 112016085154925-pat00035
식 (5)
상기 음의 거리값의 평균값은 하기 식 (6)으로,
Figure 112016085154925-pat00036
식 (6)
상기 양의 거리값의 비율은 하기 식 (7)로,
Figure 112016085154925-pat00037
식 (7)
상기 음의 거리값의 비율은 하기 식 (8)로
Figure 112016085154925-pat00038
식 (8)
연산되는 것을 특징으로 하는 두개골 이형 자동판단방법.
12. The method of claim 11,
The average value of the positive distance values is expressed by the following equation (5)
Figure 112016085154925-pat00035
Equation (5)
The average value of the negative distance values is represented by the following equation (6)
Figure 112016085154925-pat00036
Equation (6)
The ratio of the positive distance value is given by the following equation (7)
Figure 112016085154925-pat00037
Equation (7)
The ratio of the negative distance value is expressed by the following equation (8)
Figure 112016085154925-pat00038
Equation (8)
And calculating the skull shape automatically.
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