KR102615323B1 - System for automatic segmentation for maxillary sinus and lesion, method for operation thereof and method for artificial intelligent training of automatic segmentation model - Google Patents

System for automatic segmentation for maxillary sinus and lesion, method for operation thereof and method for artificial intelligent training of automatic segmentation model Download PDF

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Abstract

적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 분할 시스템의 동작 방법으로서, 정상인의 의료 영상과 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상을 획득하고, 환자의 의료 영상에 포함된 상악동 병변의 특징을 기초로 정상인의 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성한다. 인조의 상악동 병변을 정상인의 의료 영상의 상악동에 추가하여 인조의 상악동 병변을 포함하는 학습 데이터를 생성하고, 학습 데이터가 입력되면 의료 영상에서 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 분할 모델을 학습한다. 학습시킨 분할 모델로 환자의 의료 영상이 입력되면, 환자의 의료 영상으로부터 환자의 상악동과 공기 영역을 분?C하고, 상악동에서 상악동 공기 영역을 제거하여 상악동 병변을 분할한다.A method of operating a segmentation system operated by at least one processor, comprising acquiring a medical image of a normal person and a medical image of a patient with a maxillary sinus lesion, and generating a medical image of the normal person based on the characteristics of the maxillary sinus lesion included in the medical image of the patient. Create an artificial maxillary sinus lesion. A synthetic maxillary sinus lesion is added to the maxillary sinus of a normal person's medical image to generate learning data including the synthetic maxillary sinus lesion. When the learning data is input, a segmentation model is learned so that the maxillary sinus and maxillary sinus air area are output in the medical image. When a patient's medical image is input to the learned segmentation model, the patient's maxillary sinus and air area are segmented from the patient's medical image, and the maxillary sinus lesion is segmented by removing the maxillary sinus air area from the maxillary sinus.

Description

상악동 및 병변 자동 분할 시스템, 이의 동작 방법 및 자동 분할 모델 학습 방법{System for automatic segmentation for maxillary sinus and lesion, method for operation thereof and method for artificial intelligent training of automatic segmentation model}Automatic segmentation system for maxillary sinus and lesion, operation method thereof, and method for learning automatic segmentation model {System for automatic segmentation for maxillary sinus and lesion, method for operation thereof and method for artificial intelligent training of automatic segmentation model}

본 발명은 인공지능을 기반으로 상악동 병변이 있는 환자의 CT 영상에서 상악동 및 병변을 자동으로 분할하는 상악동 및 병변 자동 분할 시스템, 이의 동작 방법 및 자동 분할 모델 학습 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic maxillary sinus and lesion segmentation system for automatically segmenting the maxillary sinus and lesions in CT images of patients with maxillary sinus lesions based on artificial intelligence, its operation method, and an automatic segmentation model learning method.

상실된 치아를 방치하면, 환자는 저작 기능의 약화로 인해 소화 기능이 저하된다. 그리고 발음의 부정확으로 인해 의사 소통에 어려움이 발생하고, 상실된 치아 주변부의 치열 틀어짐 및 잇몸뼈의 소실 등 다양한 문제들이 발생한다. 따라서, 환자의 상실된 치아를 대체하기 위해, 브릿지(Bridge), 임플란트(Implant), 완전틀니(Denture) 등의 다양한 치료 방법들이 이용되고 있다. If missing teeth are neglected, the patient's digestive function deteriorates due to weakened masticatory function. Difficulties in communication arise due to inaccurate pronunciation, and various problems such as misalignment of teeth around missing teeth and loss of gum bones occur. Therefore, to replace a patient's lost teeth, various treatment methods such as bridges, implants, and complete dentures are used.

임플란트 수술은 각종 치아질환이나 노화, 선천성 결함 및 사고 등의 이유로 치아가 상실된 경우, 상실된 자연 치아를 대체하는 치료 방법 중 하나이다. 상악 또는 하악에 치아 보철물을 직접 식립함으로써, 기능적, 심미적으로 가장 효과적인 보철 치료 방법이다. Implant surgery is one of the treatment methods to replace lost natural teeth when teeth are lost due to various dental diseases, aging, congenital defects, or accidents. Directly placing a dental prosthesis in the upper or lower jaw is the most effective functional and aesthetically effective prosthetic treatment method.

임플란트의 구성 요소는 상악 또는 하악 골에 직접 이식되어 자연치아의 뿌리 부분을 대체하는 고정체(Fixture), 고정체와 보철물(Crown)을 연결시켜 주는 지대주(Abutment), 치아 모양의 보철물로 이루어 진다. 그리고 임플란트 수술에서 중요한 요소는 환자의 치아 위치, 치조골 상태, 상악동 또는 하학관의 위치 등 다양한 요인을 고려한 식립 위치 및 방향을 결정하는 것이다. The components of an implant are comprised of a fixture that is implanted directly into the maxilla or mandible bone to replace the root of a natural tooth, an abutment that connects the fixture to the crown, and a tooth-shaped prosthesis. . An important factor in implant surgery is determining the placement location and direction considering various factors such as the position of the patient's teeth, the condition of the alveolar bone, and the location of the maxillary sinus or inferior canal.

일반적으로 영상진단 기기(예를 들어, CBCT(Cone-Beam Computed Tomography) 또는 MDCT(Multi-Detector Computed Tomography) 등)를 통해 환자의 3차원 단층 영상을 획득하고, 임플란트 수술계획을 통해 주변 해부학적 구조물을 고려하여 임플란트 식립 위치 및 방향 등을 결정한다. In general, 3D tomographic images of the patient are acquired through imaging diagnostic equipment (e.g., CBCT (Cone-Beam Computed Tomography) or MDCT (Multi-Detector Computed Tomography), etc.), and surrounding anatomical structures are identified through implant surgery planning. Considering this, the location and direction of implant placement are determined.

특히, 상악 어금니를 발치한 후 남아 있는 치조골의 두께가 얇거나, 발치한 치아 뿌리가 있던 곳까지 상악동이 내려와 임플란트를 심기에 부적합한 경우에는, 상악 위쪽에 위치한 상악동 크기와 위치를 먼저 정확히 파악해야 한다. 그 후, 상악동 아랫부분을 위로 들어올리고 그 공간에 뼈를 채워 넣어 임플란트를 심을 수 있는 뼈의 양을 확보하는 상악동 거상술을 시행해야 한다.In particular, if the thickness of the alveolar bone remaining after extracting the maxillary molar is thin, or if the maxillary sinus descends to the area where the extracted tooth root was, making it unsuitable for implant placement, the size and location of the maxillary sinus located in the upper part of the maxilla must first be accurately determined. . After that, a maxillary sinus lift surgery must be performed to secure the amount of bone that can be used to place an implant by lifting the lower part of the maxillary sinus upward and filling the space with bone.

따라서, 임플란트 수술계획 과정에서 환자의 3차원 해부학적 모델이 필요하고, 이를 위해서는 방사선 영상 촬영 및 해부학적 구조물과 병변 분할이 선행되어야 한다. 그러나, CBCT 영상은 MDCT에 비해 영상 대조도(image contrast)가 낮은 한계점이 존재한다.Therefore, in the implant surgery planning process, a three-dimensional anatomical model of the patient is required, and for this, radiological imaging and anatomical structures and lesion segmentation must be preceded. However, CBCT images have a limitation in that they have lower image contrast than MDCT.

또한, CBCT 영상에서는 치아 교정기와 치아 보철물, 아말감 충전재, 치과 임플란트 등으로 인한 금속 음영과, 영상 촬영 시 환자의 움직임으로 인한 움직임 잡음이 발생할 수 있다. 그리고 상악동은 비강(nasal cavity), 사골동(ethmoid sinus), 전두동(frontal sinus) 등과 인접해 있으므로, 다양한 해부학적 구조물 사이에서 목표 구조물을 정확히 분할하는 것이 어렵고, 수동 분할에 시간이 많이 소요된다.Additionally, in CBCT images, metal shadows may occur due to braces, dental prosthesis, amalgam fillings, dental implants, etc., and movement noise may occur due to the patient's movement during imaging. Additionally, since the maxillary sinus is adjacent to the nasal cavity, ethmoid sinus, and frontal sinus, it is difficult to accurately segment the target structure among various anatomical structures, and manual segmentation takes a lot of time.

최근에 딥러닝 기술이 발전하면서 CBCT 또는 MDCT에서 해부학적 구조물을 자동으로 분할하는 기술이 많이 보고되고 있다. 그러나 딥러닝 모델을 학습하기 위해서는 해부학적 구조물 및 병변에 대한 정확한 레이블링 데이터가 필요하며, 이 과정에서 의료진의 상당한 시간과 노동력이 요구된다. 따라서, 상악동과 병변에 대한 정확한 레이블링이 없다면 딥러닝 모델을 학습할 수 없으며, 비지도학습 기반의 딥러닝 모델은 상악동 및 병변의 다양한 양상을 학습하지 못하여 분할 성능이 낮다는 한계점이 존재한다.Recently, with the development of deep learning technology, many technologies for automatically segmenting anatomical structures in CBCT or MDCT have been reported. However, in order to learn a deep learning model, accurate labeling data for anatomical structures and lesions is required, and this process requires a significant amount of time and labor from medical staff. Therefore, without accurate labeling of the maxillary sinus and lesions, a deep learning model cannot be learned, and unsupervised learning-based deep learning models have the limitation of low segmentation performance because they cannot learn various aspects of the maxillary sinus and lesions.

따라서, 본 발명은 레이블-프리(label-free) 학습 방법을 이용하여 환자의 의료 영상에서 상악동 및 병변을 자동으로 분할하는 상악동 및 병변 자동 분할 시스템, 이의 동작 방법 및 자동 분할 모델 학습 방법을 제공한다.Therefore, the present invention provides an automatic maxillary sinus and lesion segmentation system for automatically segmenting the maxillary sinus and lesions in a patient's medical image using a label-free learning method, an operating method thereof, and an automatic segmentation model learning method. .

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 분할 시스템의 동작 방법으로서,As a method of operating a partitioned system operated by at least one processor, which is a feature of the present invention for achieving the technical object of the present invention,

정상인의 의료 영상과 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상을 획득하고, 상기 환자의 의료 영상에 포함된 상악동 병변의 특징을 기초로 상기 정상인의 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성하는 단계, 상기 인조의 상악동 병변을 상기 정상인의 의료 영상의 상악동에 추가하여 인조의 상악동 병변을 포함하는 학습 데이터를 생성하는 단계, 상기 학습 데이터가 입력되면 의료 영상에서 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 분할 모델을 학습하는 단계, 그리고 학습시킨 상기 분할 모델로 상기 환자의 의료 영상이 입력되면, 상기 환자의 의료 영상으로부터 상기 환자의 상악동과 환자의 상악동 공기 영역을 분할한 후 상기 환자의 상악동에서 상기 환자의 상악동 공기 영역을 제거하여 상악동 병변을 분할하는 단계를 포함한다.Obtaining a medical image of a normal person and a medical image of a patient with a maxillary sinus lesion, and generating a synthetic maxillary sinus lesion from the medical image of the normal person based on the characteristics of the maxillary sinus lesion included in the medical image of the patient, the artificial maxillary sinus lesion Generating learning data including an artificial maxillary sinus lesion by adding a maxillary sinus lesion to the maxillary sinus of the medical image of the normal person, and learning a segmentation model so that the maxillary sinus and maxillary sinus air area are output in the medical image when the learning data is input. , and when the patient's medical image is input to the learned segmentation model, the patient's maxillary sinus and the patient's maxillary sinus air region are divided from the patient's medical image, and then the patient's maxillary sinus air region is removed from the patient's maxillary sinus. It includes the step of dividing the maxillary sinus lesion.

상기 학습 데이터를 생성하는 단계는, 상기 정상인의 의료 영상을 기초로 상기 정상인의 상악동 영역을 라벨링하여 상악동 영역 레이블을 생성하는 단계, 상기 상악동 병변의 대표적인 특징을 기초로 인조의 상악동 병변 레이블을 생성하는 단계, 그리고 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating the learning data includes generating a maxillary sinus area label by labeling the maxillary sinus area of the normal person based on the medical image of the normal person, and generating a synthetic maxillary sinus lesion label based on representative features of the maxillary sinus lesion. It may include a step, and a step of creating an initial artificial maxillary sinus lesion.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는, 채우기 방법, 원 그리기 방법 그리고 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 기초로 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.In the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion, the initial artificial maxillary sinus lesion may be created based on at least one of a filling method, a circle drawing method, and a border drawing method.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는, 상기 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채워 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.In the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion, the initial artificial maxillary sinus lesion may be created by filling the entire maxillary sinus area in the medical image of the normal person with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는, 상기 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 생성하고, 생성한 원들 중 기 설정한 기준 크기보다 작은 영역의 원을 상기 초기 인조 상악동 병변으로 생성할 수 있다.In the step of generating the initial artificial maxillary sinus lesion, a plurality of circles are generated within the maxillary sinus area in the medical image of the normal person, and among the generated circles, a circle in an area smaller than a preset standard size is generated as the initial artificial maxillary sinus lesion. You can.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는, 상기 정상인의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성하고, 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.In the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion, a membrane of a certain thickness may be created at the border of the maxillary sinus in the medical image of the normal person, and the initial artificial maxillary sinus lesion that mimics the maxillary sinus lesion may be created to be in contact with the maxillary sinus border.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계 이후에, 상기 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 상기 인조의 상악동 병변을 생성할 수 있다.After the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion, the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion may be adjusted to create the artificial maxillary sinus lesion.

상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계 이후에, 상기 정상인의 상악동 영역 레이블에서 상기 인조의 상악동 병변 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion, the step of confirming the maxillary sinus air area by calculating the difference between the maxillary sinus area label of the normal person and the artificial maxillary sinus lesion label may be further included.

상기 학습하는 단계는, 상기 인조의 상악동 병변을 제외한 상악동 공기 영역과 상기 상악동 레이블, 그리고 상기 인조의 상악동 병변이 삽입된 상기 정상인의 의료 영상을 상기 분할 모델에 입력하면, 상악동과 상기 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시킬 수 있다.In the learning step, when the maxillary sinus air area excluding the artificial maxillary sinus lesion, the maxillary sinus label, and the medical image of the normal person with the artificial maxillary sinus lesion inserted are input into the segmentation model, the maxillary sinus and the maxillary sinus air area are The segmentation model can be trained to be output.

상기 분할하는 단계는, 상악동 병변이 포함된 상악동 영역에서 상악동 공기 영역의 차를 통해 상악동 병변을 분할할 수 있다.In the dividing step, the maxillary sinus lesion may be divided through the difference between the maxillary sinus air area in the maxillary sinus area containing the maxillary sinus lesion.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 장치로서, As a device that is another feature of the present invention for achieving the technical object of the present invention,

통신장치, 메모리, 그리고 상기 메모리에 로드된 프로그램의 명령들(instructions)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 환자의 상악동 병변의 특징을 기초로 정상인의 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성하여 상기 정상인의 의료 영상에 상기 인조의 상악동 병변이 추가된 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터로 분할 모델을 학습시켜 의료 영상이 입력되면 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시키며, 학습시킨 상기 분할 모델로 상기 환자의 의료 영상이 입력되면, 상기 환자의 의료 영상으로부터 상기 환자의 상악동과 상악동 공기 영역을 출력한 후 상기 환자의 상악동에서 상기 상악동 공기 영역을 제거하여 상악동 병변을 분할한다.It includes a communication device, a memory, and at least one processor that executes instructions of a program loaded in the memory, wherein the processor displays an artificial maxillary sinus lesion in a medical image of a normal person based on the characteristics of the patient's maxillary sinus lesion. Generate learning data in which the artificial maxillary sinus lesion is added to the medical image of the normal person, and train a segmentation model with the learning data so that when the medical image is input, the maxillary sinus and maxillary sinus air area are output. When the patient's medical image is input to the learned segmentation model, the patient's maxillary sinus and maxillary sinus air area are output from the patient's medical image, and then the maxillary sinus air area is removed from the patient's maxillary sinus to create a maxillary sinus lesion. Divide.

상기 프로세서는, 상기 정상인의 의료 영상을 기초로 상악동 영역을 라벨링하고, 채우기 방법, 원 그리기 방법 그리고 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 기초로 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.The processor may label the maxillary sinus area based on the medical image of the normal person and generate an initial artificial maxillary sinus lesion based on at least one of a filling method, a circle drawing method, and a boundary drawing method.

상기 프로세서는, 상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채워 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하거나, 상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 무작위로 생성하고, 생성한 원들 중 기준으로 기 설정한 원의 반지름보다 작은 영역의 원을 상기 초기 인조 상악동 병변으로 생성하거나, 상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성하고, 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.The processor generates the initial artificial maxillary sinus lesion by filling the entire maxillary sinus area in the medical images of normal people with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion, or randomly generates a plurality of circles in the maxillary sinus area in the medical images of normal people, and generates Among the circles, a circle with an area smaller than the radius of the circle preset as a standard is created as the initial artificial maxillary sinus lesion, or a membrane of a certain thickness is created at the border of the maxillary sinus in the medical images of the normal people, and the maxillary sinus lesion is made to contact the border of the maxillary sinus. The initial artificial maxillary sinus lesion that mimics the above can be created.

상기 프로세서는, 상기 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 상기 인조의 상악동 병변을 생성하고, 상악동 레이블에서 인조의 상악동 병변 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역을 확인할 수 있다.The processor may adjust the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion to create the artificial maxillary sinus lesion, and determine the maxillary sinus air area by calculating the difference between the maxillary sinus label and the artificial maxillary sinus lesion label.

상기 프로세서는, 상기 인조의 상악동 병변을 제외한 상악동 공기 영역과 상기 상악동 레이블, 그리고 상기 인조의 상악동 병변이 삽입된 상기 정상인의 의료 영상을 상기 분할 모델에 입력하면, 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시킬 수 있다.The processor is configured to output the maxillary sinus and maxillary sinus air areas when the maxillary sinus air area excluding the artificial maxillary sinus lesion, the maxillary sinus label, and the medical image of the normal person into which the artificial maxillary sinus lesion is inserted are input to the segmentation model. A segmentation model can be trained.

상기 프로세서는, 상악동 병변이 포함된 상악동 영역에서 상악동 공기 영역의 차를 통해 상악동 병변을 분할할 수 있다.The processor may segment the maxillary sinus lesion through the difference between the maxillary sinus air area in the maxillary sinus area containing the maxillary sinus lesion.

본 발명에 따르면, 레이블-프리(label-free) 학습 방법을 이용하여 상악동 병변이 없는 의료 영상에서 사전지식기반 인조의 병변 생성부를 통해 상악동 병변을 상악동 영역 내에 생성한 후, 이를 학습하여 실제 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상에서 상악동 및 병변을 자동으로 분할할 수 있다.According to the present invention, a maxillary sinus lesion is created in the maxillary sinus area through a prior knowledge-based artificial lesion creation unit in a medical image without a maxillary sinus lesion using a label-free learning method, and then learned to create an actual maxillary sinus lesion. The maxillary sinus and lesions can be automatically segmented from medical images of patients with .

또한, 기존의 치과의사가 의료 영상에서 수동으로 상악동 및 병변을 분할하는 방법에 비해, 노동력이 절감되고 치과의사 간 분할 편차가 감소된다.In addition, compared to the existing method of dentists manually segmenting the maxillary sinus and lesions in medical images, labor is saved and segmentation variation between dentists is reduced.

또한, 임플란트의 수술 계획을 세우는 시간을 단축시키고, 임플란트 성공률 제고에도 큰 도움이 된다.In addition, it shortens the time required to plan an implant surgery and is greatly helpful in improving the implant success rate.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템이 구현된 환경의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템의 동작에 대한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 상악동 및 병변 분할 모델을 학습하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 분할 모델을 학습하는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 분할 모델이 상악동 병변을 자동 분할하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인조의 상악동 병변을 생성한 의료 영상에 데이터 증강 기술을 적용한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 의료 영상에서 상악동 병변을 자동 분할한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템의 구조도이다.
Figure 1 is an exemplary diagram of an environment in which an automatic maxillary sinus and lesion segmentation system according to an embodiment of the present invention is implemented.
Figure 2 is a flowchart of the operation of the automatic maxillary sinus and lesion segmentation system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flowchart of a method for learning a maxillary sinus and lesion segmentation model according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an example diagram of learning a segmentation model according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an example of a segmentation model automatically segmenting a maxillary sinus lesion according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example of applying data augmentation technology to a medical image generating an artificial maxillary sinus lesion according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is an example of automatic segmentation of a maxillary sinus lesion in a medical image according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a structural diagram of an automatic maxillary sinus and lesion segmentation system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템, 이의 동작 방법 및 자동 분할 모델 학습 방법에 대해 설명한다. Hereinafter, the automatic maxillary sinus and lesion segmentation system, its operation method, and automatic segmentation model learning method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템이 구현된 환경의 예시도이다.Figure 1 is an exemplary diagram of an environment in which an automatic maxillary sinus and lesion segmentation system according to an embodiment of the present invention is implemented.

상악동 및 병변 자동 분할 시스템(이하, 설명의 편의를 위하여 '분할 시스템'이라 지칭함)(100)은 상악동 병변이 있는 의료 영상에서 상악동과 상악동 안에 있는 병변을 분할한다. The automatic maxillary sinus and lesion segmentation system (hereinafter referred to as the 'segmentation system' for convenience of explanation) 100 divides the maxillary sinus and the lesion within the maxillary sinus in a medical image containing a maxillary sinus lesion.

분할 시스템(100)은 레이블-프리 학습 방법을 이용하여 상악동 병변이 없는 의료 영상에 사전지식 기반으로 병변 생성부(Synthetic lesion generator)를 통해 인조의 상악동 병변을 생성한다. 병변 생성부(110)가 생성한 인조의 상악동 병변을 상악동 병변이 없는 정상인의 상악동 영역 내에 삽입한다. The segmentation system 100 uses a label-free learning method to generate artificial maxillary sinus lesions through a synthetic lesion generator based on prior knowledge in medical images without maxillary sinus lesions. The artificial maxillary sinus lesion created by the lesion creation unit 110 is inserted into the maxillary sinus area of a normal person without a maxillary sinus lesion.

이를 위해, 분할 시스템(100)에는 인조의 상악동 병변이 삽입된 상악동으로부터 상악동과 상악동 공기 영역을 분할하도록 학습된 분할 모델이 구성되어 있다. 학습된 분할 모델은 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상에서 상악동과 상악동 병변을 자동으로 분할한다.To this end, the segmentation system 100 is configured with a segmentation model learned to segment the maxillary sinus and the maxillary sinus air area from the maxillary sinus where the artificial maxillary sinus lesion is inserted. The learned segmentation model automatically segments the maxillary sinus and sinus lesions in medical images of patients with maxillary sinus lesions.

즉, 의료 영상에서 정확하게 상악동과 상악동 병변을 분할하기 위해, 분할 시스템(100)에는 상악동 공기 영역과 병변을 포함한 상악동 영역을 분할하도록 학습된 분할 모델이 포함되어 있다. 그리고, 분할 시스템(100)은 후처리 과정에서 병변이 포함된 상악동 영역에서 상악동 공기 영역의 차를 구하여, 상악동 영역에서 상악동 병변만을 자동으로 분할한다.That is, in order to accurately segment the maxillary sinus and the maxillary sinus lesion in the medical image, the segmentation system 100 includes a segmentation model learned to segment the maxillary sinus air area and the maxillary sinus area including the lesion. Then, in the post-processing process, the segmentation system 100 obtains the difference between the maxillary sinus air area in the maxillary sinus area containing the lesion and automatically segments only the maxillary sinus lesion in the maxillary sinus area.

상술한 기능을 수행하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 분할 시스템(100)은 병변 생성부(110)와 병변 분할부(120)를 포함한다.To perform the above-described functions, the segmentation system 100, as shown in FIG. 1, includes a lesion creation unit 110 and a lesion segmentation unit 120.

병변 생성부(110)는 상악동 병변을 생성한다. 이때 생성한 상악동 병변은 상악동 병변이 없는 정상인들의 의료 영상에서 추출된 상악동에 추가할 인조의 상악동 병변이다. The lesion creation unit 110 creates a maxillary sinus lesion. The maxillary sinus lesion created at this time is an artificial maxillary sinus lesion to be added to the maxillary sinus extracted from medical images of normal people without maxillary sinus lesions.

즉, 병변 생성부(110)는 정상인들의 의료 영상에 인조의 상악동 병변을 추가하여, 인조의 상악동 병변이 포함된 학습 의료 영상과 레이블 데이터를 생성한다. 그리고 학습 의료 영상과 레이블 데이터를 매핑하여 관리한다.That is, the lesion generator 110 adds artificial maxillary sinus lesions to medical images of normal people and generates learning medical images and label data including the artificial maxillary sinus lesions. Then, the learning medical images and label data are mapped and managed.

여기서, 병변 생성부(110)가 인조의 상악동 병변을 생성하기 위해, 실제 상악동 병변이 있는 환자들의 상악동 병변에서 획득된 대표적인 양상(Domain knowledge)을 모방하여 상악동 병변을 생성하는 방법을 이용한다. Here, in order to create an artificial maxillary sinus lesion, the lesion creation unit 110 uses a method of creating a maxillary sinus lesion by imitating representative aspects (domain knowledge) obtained from maxillary sinus lesions of patients with actual maxillary sinus lesions.

병변 생성부(110)는 채우기 방법, 원 그리기 방법, 그리고 상악동 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 사용하여, 인조의 상악동 병변과 레이블을 생성한다. 병변 생성부(110)가 최초 생성한 인조의 상악동 병변은 초기 인조 상악동 병변이라 지칭한다. The lesion creation unit 110 creates an artificial maxillary sinus lesion and label using at least one of the filling method, the circle drawing method, and the maxillary sinus border drawing method. The artificial maxillary sinus lesion first created by the lesion creation unit 110 is referred to as an initial artificial maxillary sinus lesion.

본 발명의 실시예에서는 채우기 방법, 원 그리기 방법 그리고 상악동 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 인조의 상악동 병변을 생성하는 것을 예로 하여 설명한다. 그러나 세 가지 방법을 모두 사용하여 인조의 상악동 병변을 생성할 수도 있으며, 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.In an embodiment of the present invention, the creation of an artificial maxillary sinus lesion using at least one of the filling method, the circle drawing method, and the maxillary sinus border drawing method will be described as an example. However, all three methods can be used to create artificial maxillary sinus lesions, and the method is not limited to any one method.

병변 생성부(110)는 인조의 상악동 병변을 생성하기 위해, 먼저 인조의 상악동 병변 레이블을 생성한다. 병변 생성부(110)는 생성한 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 실제 상악동 병변의 픽셀 양상을 모방한 인조의 상악동 병변을 생성한다.In order to create an artificial maxillary sinus lesion, the lesion creation unit 110 first creates an artificial maxillary sinus lesion label. The lesion creation unit 110 adjusts the pixel intensity of the initially created artificial maxillary sinus lesion to create an artificial maxillary sinus lesion that mimics the pixel aspect of an actual maxillary sinus lesion.

병변 생성부(110)가 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하기 위해 사용하는 기준 픽셀은, 실제 상악동 병변에서 획득된 대표적인 양상에 해당하는 정보이다. 병변 생성부(110)가 사용하는 기준 픽셀에 대한 정보를 수집하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다. The reference pixel used by the lesion creation unit 110 to adjust the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion is information corresponding to a representative aspect obtained from an actual maxillary sinus lesion. Since there are various methods for collecting information about the reference pixel used by the lesion generator 110, embodiments of the present invention are not limited to any one method.

병변 생성부(110)는 채우기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채운 인조의 상악동 병변을 생성할 수 있다. 즉, 실제 환자의 병변의 크기가 매우 커 상악동이 완전히 상악동 병변으로 채워진 경우를 고려하여, 병변 생성부(110)는 채우기 방법을 통해 상악동 영역 전체를 상악동 병변으로 채우도록 인조의 상악동 병변을 생성할 수 있다. The lesion creation unit 110 may generate an artificial maxillary sinus lesion in medical images of normal people by filling the entire maxillary sinus region with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion through a filling method. That is, considering the case where the size of the actual patient's lesion is so large that the maxillary sinus is completely filled with the maxillary sinus lesion, the lesion creation unit 110 creates an artificial maxillary sinus lesion to fill the entire maxillary sinus area with the maxillary sinus lesion through a filling method. You can.

또한, 병변 생성부(110)는 원 그리기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 무작위로 생성한다. 그리고 생성한 원들 중 기 설정한 기준 크기 즉, 이후 설명할 하이퍼파라미터에서 원의 반지름(Radius of circle)으로 정한 크기보다 작은 영역의 원을 인조의 상악동 병변으로 생성할 수도 있다. 이때 생성되는 원의 개수는 10~30개, 크기는 반지름 10-20픽셀의 범위안에서 무작위로 생성되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.Additionally, the lesion generator 110 randomly generates a plurality of circles within the maxillary sinus area in medical images of normal people through a circle drawing method. In addition, among the generated circles, a circle smaller than the preset standard size, that is, the size set as the radius of circle in the hyperparameter to be explained later, can be created as an artificial maxillary sinus lesion. At this time, the number of circles generated is 10 to 30, and the size is explained as an example in which the circles are randomly generated within the range of 10 to 20 pixels in radius, but it is not necessarily limited to this.

즉, 실제 환자의 병변이 비교적 작아 상악동의 일부분만 상악동 병변이 차지하는 경우를 고려하여, 병변 생성부(110)는 원 그리기 방법을 통해 생성된 작은 영역의 원을 인조의 상악동 병변으로 사용할 수 있다. That is, considering the case where the actual patient's lesion is relatively small and the maxillary sinus lesion occupies only a portion of the maxillary sinus, the lesion creation unit 110 may use a small area of a circle created through a circle drawing method as an artificial maxillary sinus lesion.

또한, 병변 생성부(110)는 경계 그리기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성한다. 그리고 병변 생성부(110)는 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 인조의 상악동 병변을 생성할 수도 있다. 이때 두께는 3~10픽셀인 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.Additionally, the lesion creation unit 110 creates a film of a certain thickness at the border of the maxillary sinus in medical images of normal people through a border drawing method. Additionally, the lesion creation unit 110 may create an artificial maxillary sinus lesion that mimics the maxillary sinus lesion so that it contacts the border of the maxillary sinus. At this time, the thickness is explained as an example of 3 to 10 pixels, but it is not necessarily limited to this.

이와 같이 병변 생성부(110)는 정상인의 의료 영상에서 추출한 상악동 영역에, 상술한 방법으로 생성한 인조의 상악동 병변을 삽입하여, 인조의 상악동 병변이 포함된 의료 영상(이하, '학습용 의료 영상'이라 지칭함)과 상악동 병변 레이블을 획득할 수 있다. 이처럼 인조의 상악동 병변이 포함된 학습용 의료 영상에서 병변 생성부(110)는 상악동과 인조의 병변 영역의 차로 상악동 공기 영역을 추출할 수 있다.In this way, the lesion creation unit 110 inserts the artificial maxillary sinus lesion created by the above-described method into the maxillary sinus region extracted from the medical image of a normal person, and inserts the artificial maxillary sinus lesion into the medical image containing the artificial maxillary sinus lesion (hereinafter referred to as 'medical image for learning'). ) and maxillary sinus lesion labels can be obtained. In this way, from the learning medical image containing the artificial maxillary sinus lesion, the lesion generator 110 can extract the maxillary sinus air area as the difference between the maxillary sinus and the artificial lesion area.

병변 생성부(110)에서 추출한 상악동 공기 영역과 상악동 레이블 데이터, 그리고 학습용 의료 영상을 포함하는 학습 데이터는, 병변 분할부(120)를 구성하는 상악동 및 상악동 병변 분할 모델(이하, 설명의 편의를 위하여 '분할 모델'이라 지칭함)의 입력으로 사용된다. 본 발명의 실시예에서는 병변 분할부(120)를 분할 모델로 구성되는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.The learning data including the maxillary sinus air area, maxillary sinus label data, and medical images for learning extracted from the lesion creation unit 110 are the maxillary sinus and maxillary sinus lesion segmentation model (hereinafter, for convenience of explanation) constituting the lesion segmentation unit 120. It is used as input to the 'segmentation model'). In the embodiment of the present invention, the lesion segmentation unit 120 is described as an example of being configured as a segmentation model, but it is not necessarily limited to this.

병변 분할부(120)는 학습 데이터가 입력되면, 학습용 의료 영상에서 상악동과 인조의 상악동 병변을 제외한 공기 영역을 분할하도록 분할 모델을 학습시킨다. 병변 분할부(120)에서 의료 영상으로부터 상악동과 상악동 병변을 정확하게 분할할 수 있도록 하기 위하여, 병변 분할부(120)는 학습용 의료 영상에서 상악동 공기 영역과 인조의 상악동 병변이 포함된 상악동 영역이 분할되도록 분할 모델을 학습한다. 이는 병변 분할부(120)에서 의료 영상으로부터 상악동과 상악동 병변을 정확하게 분할할 수 있도록 하기 위함이다. When learning data is input, the lesion segmentation unit 120 trains a segmentation model to segment the air area excluding the maxillary sinus and artificial maxillary sinus lesions in the training medical image. In order to enable the lesion dividing unit 120 to accurately segment the maxillary sinus and the maxillary sinus lesion from the medical image, the lesion dividing unit 120 divides the maxillary sinus air area and the maxillary sinus area containing the artificial maxillary sinus lesion in the learning medical image. Learn a segmentation model. This is to enable the lesion segmentation unit 120 to accurately segment the maxillary sinus and the maxillary sinus lesion from the medical image.

그리고, 병변 분할부(120)는 인조의 상악동 병변을 분할하기 위하여, 인조의 상악동 병변이 포함된 상악동 영역과 학습 데이터에 포함된 상악동 공기 영역으로 분할 모델을 학습시킨다. 이를 통해 병변 분할부(120)는 상악동 영역에서 공기 영역의 차를 구할 수 있다. In order to segment the artificial maxillary sinus lesion, the lesion segmentation unit 120 trains a segmentation model into the maxillary sinus area containing the artificial maxillary sinus lesion and the maxillary sinus air area included in the learning data. Through this, the lesion dividing unit 120 can obtain the difference in the air area in the maxillary sinus area.

본 발명의 실시예에서는 분할 모델로 SinusNet을 사용하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. SinusNet은 U-Net 기반의 분할 모델로, 인코더 부분은 3×3 합성곱 레이어 + 배치 정규화 + ReLU, 그리고 2×2 Maxpooling으로 구성된다. 그리고 디코더 부분은 3×3 합성곱 레이어 + 배치 정규화 + ReLU, 그리고 2D transposed convolution layer와 스킵 커넥터 레이어로 구성된다. In the embodiment of the present invention, the use of SinusNet as a segmentation model is described as an example, but it is not necessarily limited to this. SinusNet is a U-Net-based segmentation model, and the encoder part consists of 3 × 3 convolution layers + batch normalization + ReLU, and 2 × 2 Maxpooling. And the decoder part consists of 3×3 convolution layer + batch normalization + ReLU, 2D transposed convolution layer, and skip connector layer.

병변 분할부(120)는 상악동 병변이 있는 환자들의 의료 영상이 입력되면, 학습된 분할 모델을 통해 의료 영상에서 상악동과 상악동 병변을 분할한다. When medical images of patients with maxillary sinus lesions are input, the lesion segmentation unit 120 divides the maxillary sinus and sinus lesions in the medical images through a learned segmentation model.

이상에서 설명한 분할 시스템(100)의 동작 방법에 대해 도 2를 참조로 설명한다.The operating method of the division system 100 described above will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상악동 및 병변 자동 분할 시스템의 동작에 대한 흐름도이다.Figure 2 is a flowchart of the operation of the automatic maxillary sinus and lesion segmentation system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 분할 시스템(100)은 분할 모델의 학습을 위해 의료 영상을 획득한다(S100). 여기서, 의료 영상은 정상인의 CBCT 영상 또는 MDCT 영상뿐만 아니라 상악동 병변이 있는 환자의 CBCT 영상 또는 MDCT 영상을 포함한다. 정상인의 의료 영상은 학습 데이터 및 검증 데이터로 사용되고, 상악동 병변이 있는 환자들의 의료 영상은 학습된 분할 모델의 테스트를 위해 사용되는 것을 예로 하여 설명한다.As shown in FIG. 2, the segmentation system 100 acquires medical images to learn a segmentation model (S100). Here, the medical image includes not only a CBCT image or MDCT image of a normal person, but also a CBCT image or MDCT image of a patient with a maxillary sinus lesion. This will be explained using an example where medical images of normal people are used as learning data and verification data, and medical images of patients with maxillary sinus lesions are used to test the learned segmentation model.

분할 시스템(100)은 S100 단계에서 획득한 환자의 다양한 의료 영상들을 이용하여 인조의 상악동 병변을 생성한다. 분할 시스템(100)은 생성한 인조의 상악동 병변을 정상인의 의료 영상에 추가하여, 인조의 상악동 병변이 포함된 학습용 의료 영상과 레이블 데이터, 그리고 상악동 공기 영역을 포함하는 학습 데이터를 생성한다. 그리고, 분할 시스템(100)은 생성한 학습 데이터로 분할 모델을 학습한다(S200).The segmentation system 100 creates an artificial maxillary sinus lesion using various medical images of the patient acquired in step S100. The segmentation system 100 adds the created artificial maxillary sinus lesion to the medical image of a normal person, generating training medical images and label data including the artificial maxillary sinus lesion, and learning data including the maxillary sinus air area. Then, the segmentation system 100 learns a segmentation model using the generated training data (S200).

학습 데이터로 학습된 분할 모델을 포함하는 분할 시스템(100)은 상악동 병변이 있는 환자들의 의료 영상이 입력되면, 입력된 의료 영상에서 상악동과 상악동 공기 영역을 분할한다. 그리고 분할 시스템(100)은 분할한 상악동에서 상악동 공기 영역의 차를 구하여 상악동 병변을 분할한다(S300).When medical images of patients with maxillary sinus lesions are input, the segmentation system 100, which includes a segmentation model learned using learning data, divides the maxillary sinus and the maxillary sinus air area in the input medical images. Then, the segmentation system 100 divides the maxillary sinus lesion by finding the difference in the air area of the maxillary sinus in the segmented maxillary sinus (S300).

이때, S200 단계에서 분할 시스템(100)이 인조의 상악동 병변을 생성하여 분할 모델을 학습하는 방법에 대해 도 3을 참조로 설명한다.At this time, a method in which the segmentation system 100 creates an artificial maxillary sinus lesion and learns a segmentation model in step S200 will be described with reference to FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 상악동 및 병변 분할 모델을 학습하는 방법의 흐름도이다.Figure 3 is a flowchart of a method for learning a maxillary sinus and lesion segmentation model according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 분할 시스템(100)은 인조의 상악동 병변을 생성하기 위해, 먼저 수집한 복수의 의료 영상들 중 정상인의 의료 영상을 기초로 상악동 영역을 라벨링한다(S201). 분할 시스템(100)이 상악동 영역을 라벨링하는 방법은 다양하므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.As shown in FIG. 3, in order to create an artificial maxillary sinus lesion, the segmentation system 100 labels the maxillary sinus area based on a medical image of a normal person among a plurality of medical images collected first (S201). Since there are various methods by which the segmentation system 100 labels the maxillary sinus region, embodiments of the present invention are not limited to any one method.

분할 시스템(100)은 상악동 영역을 라벨링한 후, 인조의 상악동 병변 레이블을 생성한다(S202). 즉, 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상으로부터 상악동 영역을 확인하고, 대표적으로 상악동 병변에 나타나는 양상을 모방하여 인조 상악동 병변 레이블을 생성한다(S202). The segmentation system 100 labels the maxillary sinus region and then generates a synthetic maxillary sinus lesion label (S202). That is, the maxillary sinus area is identified from the medical image of a patient with a maxillary sinus lesion, and an artificial maxillary sinus lesion label is created by imitating the aspects that typically appear in the maxillary sinus lesion (S202).

분할 시스템(100)은 채우기 방법, 원 그리기 방법, 그리고 경계 그리기 방법 중 어느 하나를 수행하여 초기 인조의 상악동 병변(이하, 설명의 편의를 위하여 '초기 인조 상악동 병변'이라 지칭함)을 생성한다(S203).The segmentation system 100 performs one of the filling method, the circle drawing method, and the border drawing method to generate an initial artificial maxillary sinus lesion (hereinafter referred to as an 'initial artificial maxillary sinus lesion' for convenience of explanation) (S203 ).

즉, 분할 시스템(100)은 채우기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채운 초기 인조 상악동 병변을 생성할 수 있다.That is, the segmentation system 100 can generate an initial artificial maxillary sinus lesion in medical images of normal people by filling the entire maxillary sinus region with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion through the filling method.

또한, 분할 시스템(100)은 원 그리기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 무작위로 생성한다. 그리고 생성한 원들 중 하기 표 1에 나타낸 하이퍼파라미터에서 원의 반지름으로 정한 크기보다 작은 크기로 생성된 원의 영역을 인조의 상악동 병변으로 생성할 수도 있다. Additionally, the segmentation system 100 randomly generates a plurality of circles within the maxillary sinus region in medical images of normal people through a circle drawing method. Also, among the created circles, a circle area whose size is smaller than the size determined by the radius of the circle in the hyperparameters shown in Table 1 below can be created as an artificial maxillary sinus lesion.

또한, 분할 시스템(100)은 경계 그리기 방법을 통해, 정상인들의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성한다. 그리고 분할 시스템(100)은 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 인조의 상악동 병변을 생성할 수도 있다. Additionally, the segmentation system 100 generates a film of a certain thickness at the boundary of the maxillary sinus in medical images of normal people through a boundary drawing method. Additionally, the segmentation system 100 may create an artificial maxillary sinus lesion that mimics a maxillary sinus lesion so that it contacts the maxillary sinus border.

본 발명의 실시예에서는 다음 표 1에 나타낸 하이퍼파라미터를 이용하여 인조의 상악동 병변을 생성하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, the creation of an artificial maxillary sinus lesion is described as an example using the hyperparameters shown in Table 1 below, but it is not necessarily limited to this.

하이퍼
파라미터
hyper
parameter
Number of shapes
(circles)
Number of shapes
(circles)
Pixel value range(pixels)Pixel value range(pixels) Radius of Circle (pixels)Radius of Circle (pixels) Edge width (pixels)Edge width (pixels) Kernel size of Median filterKernel size of Median filter
범위range 10~3010~30 40~18040~180 10~2010~20 3~103~10 55

즉, 분할 시스템(100)은 원 그리기 방법을 이용하여 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성할 때, 원의 개수는 10~30개, 크기는 반지름 10-20픽셀의 범위 안에서 무작위로 인조의 상악동 병변을 생성한다. 또한, 분할 시스템(100)은 경계 그리기 방법을 통해 의료 영상의 상악동의 경계에서, 3~10픽셀 두께의 막을 생성하여 상악동 경계에 접하는 상악동 병변을 모방한 인조의 상악동 병변을 생성할 수 있다.That is, when the segmentation system 100 generates a synthetic maxillary sinus lesion in a medical image using a circle drawing method, the number of circles is 10 to 30 and the size of the circles is randomly within the range of 10 to 20 pixels in radius. creates lesions. Additionally, the segmentation system 100 can create a synthetic maxillary sinus lesion that mimics a maxillary sinus lesion adjacent to the maxillary sinus border by creating a membrane 3 to 10 pixels thick at the border of the maxillary sinus in a medical image through a boundary drawing method.

또한, 분할 시스템(100)은 인조의 상악동 병변의 픽셀 강도는 40~180 범위의 픽셀 값을 무작위로 부여한 후, 5×5의 중앙값 필터를 적용한다.Additionally, the segmentation system 100 randomly assigns pixel values in the range of 40 to 180 for the pixel intensity of the artificial maxillary sinus lesion and then applies a 5×5 median filter.

이와 같이, 분할 시스템(100)은 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역에 인조의 상악동 병변을 생성하여, 인조의 상악동 병변이 포함된 학습용 의료 영상과 인조 상악동 병변 레이블을 생성한다. In this way, the segmentation system 100 creates an artificial maxillary sinus lesion in the maxillary sinus area in a medical image of a normal person, and generates a training medical image including the artificial maxillary sinus lesion and an artificial maxillary sinus lesion label.

분할 시스템(100)은 S203 단계에서 생성한 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 실제 상악동 병변의 픽셀 양상을 모방한 인조의 상악동 병변을 생성한다(S204). 이때, 분할 시스템(100)은 픽셀 강도를 최소값과 최대값만 지정해 두고, 최소값과 최대값 내의 범위에서 각 초기 인조 상악동 병변마다 랜덤하게 픽셀 강도를 조절한다. 분할 시스템(100)은 다양한 기술 또는 방법으로 픽셀 강도를 조절할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 방법으로 한정하지 않는다.The segmentation system 100 adjusts the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion created in step S203 to create an artificial maxillary sinus lesion that mimics the pixel aspect of an actual maxillary sinus lesion (S204). At this time, the segmentation system 100 sets only the minimum and maximum pixel intensity values and randomly adjusts the pixel intensity for each initial artificial maxillary sinus lesion within the range of the minimum and maximum values. Since the segmentation system 100 can adjust pixel intensity using various techniques or methods, embodiments of the present invention are not limited to any one method.

이와 같이 분할 시스템(100)은 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역에 인조의 상악동 병변을 생성한 후, 정상인의 의료 영상에 인조의 상악동 병변을 추가한다(S205). 그리고 나서 분할 시스템(100)은 상악동 레이블에서 인조의 상악동 병변 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역을 확인한다(S206).In this way, the segmentation system 100 creates a synthetic maxillary sinus lesion in the maxillary sinus area in the medical image of a normal person and then adds the artificial maxillary sinus lesion to the medical image of a normal person (S205). Then, the segmentation system 100 determines the maxillary sinus air area by obtaining the difference between the maxillary sinus label and the artificial maxillary sinus lesion label (S206).

이는, 분할 모델이 상악동에서 상악동 병변을 분할하는 것보다 공기 영역을 더 쉽게 분할할 수 있다. 따라서, 의료 영상에서 상악동과 공기 영역을 분할하고 상악동에서 공기 영역의 차를 구함으로써 상악동 병변을 찾기 위해, 분할 시스템(100)은 상악동 영역에서 상악동 공기 영역을 확인한다.This allows the segmentation model to segment the air region more easily than segmenting the maxillary sinus lesion in the maxillary sinus. Therefore, in order to find a maxillary sinus lesion by segmenting the maxillary sinus and the air area in the medical image and finding the difference between the air areas in the maxillary sinus, the segmentation system 100 identifies the maxillary sinus air area in the maxillary sinus area.

분할 시스템(100)은 학습 데이터로 분할 모델을 학습시킨다(S207). 즉, 분할 시스템(100)은 인조의 상악동 병변을 제외한 상악동 공기 영역과 상악동 레이블 데이터, 그리고 의료 영상을 분할 모델을 학습시키는 입력으로 사용한다. The segmentation system 100 trains a segmentation model using training data (S207). That is, the segmentation system 100 uses the maxillary sinus air area excluding the artificial maxillary sinus lesion, maxillary sinus label data, and medical images as inputs for learning the segmentation model.

그리고 분할 시스템(100)은 학습 데이터가 분할 모델에 입력되면 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 분할 모델을 학습시킨다. 그리고, 병변 분할부(120)는 병변이 포함된 상악동에서 상악동 공기 영역의 차를 통해 상악동 병변을 분할하도록 분할 모델을 학습한다.And the segmentation system 100 trains the segmentation model so that when learning data is input to the segmentation model, the maxillary sinus and maxillary sinus air area are output. Additionally, the lesion segmentation unit 120 learns a segmentation model to segment the maxillary sinus lesion through the difference in the maxillary sinus air area in the maxillary sinus containing the lesion.

상술한 절차를 통해 분할 시스템(100)이 분할 모델인 분할 모델을 학습시키는 예와, 의료 영상에서 상악동 병변을 분할한 예에 대해 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 도 4에 도시된 3개의 인조의 상악동 병변들을 이용하여, 상악동 영역에서 인조의 상악동 병변과 상악동 공기 영역을 인지하는 것을 예로 하여 설명한다.An example in which the segmentation system 100 learns a segmentation model through the above-described procedure and an example in which a maxillary sinus lesion is segmented in a medical image will be described with reference to FIGS. 4 to 6 . In an embodiment of the present invention, recognition of a synthetic maxillary sinus lesion and a maxillary sinus air area in the maxillary sinus area will be described as an example using the three artificial maxillary sinus lesions shown in FIG. 4.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 분할 모델을 학습하는 예시도이다.Figure 4 is an example diagram of learning a segmentation model according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 분할 시스템(100)은 정상인의 의료 영상(①)에서 정상인의 상악동 영역을 라벨링하여 상악동 레이블(②)을 생성한다. 그리고, 분할 시스템(100)은 초기 인조 상악동 병변(③)을 생성한 후, 생성한 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여 인조의 상악동 병변(④)을 생성한다.As shown in FIG. 4, the segmentation system 100 generates a maxillary sinus label (②) by labeling the maxillary sinus area of a normal person in a medical image (①) of a normal person. Then, the segmentation system 100 creates an initial artificial maxillary sinus lesion (③) and then adjusts the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion to create an artificial maxillary sinus lesion (④).

분할 시스템(100)은 생성한 인조의 상악동 병변(④)을 정상인의 의료 영상(①)에 추가하여 학습용 의료 영상(⑤)을 생성한다. 그리고 분할 시스템(100)은 상악동 레이블(②)에서 인조의 상악동 병변(④)의 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역(⑥)을 확인한다.The segmentation system 100 generates a medical image for learning (⑤) by adding the artificial maxillary sinus lesion (④) to the medical image (①) of a normal person. Then, the segmentation system 100 determines the maxillary sinus air area (⑥) by calculating the difference between the label of the artificial maxillary sinus lesion (④) and the maxillary sinus label (②).

이와 같이, 정상인의 의료 영상(①)에서 상악동 레이블(②)과 인조의 상악동 병변이 추가된 학습용 의료 영상(⑤)이 생성된 후, 분할 시스템(100)은 정상인의 의료 영상(①)과 학습용 의료 영상(⑤)이 입력되면 출력으로 상악동과 상악동 공기 영역을 출력(⑦)하도록 분할 모델을 학습시킨다. In this way, after the training medical image (⑤) with the maxillary sinus label (②) and the artificial maxillary sinus lesion added is generated from the normal person's medical image (①), the segmentation system 100 uses the normal person's medical image (①) for learning purposes. When a medical image (⑤) is input, a segmentation model is trained to output the maxillary sinus and maxillary sinus air area (⑦).

출력으로 얻은 상악동 및 상악동 공기 영역은 분할 모델을 학습시키기 위한 손실 함수의 입력으로 사용된다. 그리고 검증 데이터에 있는 정답 데이터 즉, 상악동 레이블(②) 및 상악동 공기 영역(⑥)과 분할 시스템(100)이 예측한 상악동과 상악동 공기 영역의 출력(⑦)을 비교하여, 현재 예측한 이미지가 정답과 얼마나 다른지 다른 정도를 계산하여 분할 모델을 업데이트 한다. 이를 위해, 도 4의 의료 영상(①), 상악동 레이블(②), 학습 영상(⑤) 및 상악동 공기 영역(⑥)을 검증 데이터라 지칭한다.The maxillary sinus and maxillary sinus air areas obtained as output are used as input to the loss function to learn the segmentation model. And by comparing the correct data in the verification data, that is, the maxillary sinus label (②) and maxillary sinus air area (⑥), with the output of the maxillary sinus and maxillary sinus air area (⑦) predicted by the segmentation system 100, the currently predicted image is the correct answer. Update the segmentation model by calculating how much it is different from the other. For this purpose, the medical image (①), maxillary sinus label (②), learning image (⑤), and maxillary sinus air area (⑥) in FIG. 4 are referred to as verification data.

분할 모델을 학습시키기 위해, 본 발명의 실시예에서는 MDL(Multi-label Dice Loss 손실 함수를 이용하며, 다음 수학식 1과 같이 MDL 손실 함수를 정의할 수 있다.In order to learn a segmentation model, the embodiment of the present invention uses the MDL (Multi-label Dice Loss) loss function, and the MDL loss function can be defined as shown in Equation 1 below.

여기서, n은 픽셀 수, K는 클래스 수(배경, 상악동 병변이 포함된 상악동 영역, 공기 영역), G는 정답 데이터, P는 예측 결과를 의미한다. 여기서 MDL 손실 함수는 이미 알려진 기술로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략한다.Here, n is the number of pixels, K is the number of classes (background, maxillary sinus area containing maxillary sinus lesions, air area), G is the correct answer data, and P is the prediction result. Here, the MDL loss function is an already known technology, and detailed description is omitted in the embodiments of the present invention.

분할 시스템(100)은 분할 모델에 대한 학습을 400회(Epoch) 반복 시행하며, 1회 학습 후 손실 함수를 계산, 손실 값이 최소가 되는 방향으로 분할 모델의 가중치(weight)를 갱신한다.The partition system 100 repeats learning of the partition model 400 times (epoch), calculates a loss function after learning once, and updates the weight of the partition model in a direction that minimizes the loss value.

본 발명의 실시예에서는 상악동 및 병변 특성을 고려하여 분할 모델을 학습시키는데 사용되는 데이터 수를 확보하기 위한 예에 대해 도 5를 참조로 설명한다. In an embodiment of the present invention, an example of securing the number of data used to learn a segmentation model in consideration of maxillary sinus and lesion characteristics will be described with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인조의 상악동 병변을 생성한 의료 영상에 데이터 증강 기술을 적용한 예시도이다.Figure 5 is an example of applying data enhancement technology to a medical image generating an artificial maxillary sinus lesion according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 데이터 증강 기술을 통해, 학습에 사용되는 학습 데이터의 수를 증가시켜 분할 모델을 학습시키는데 사용한다. As shown in Figure 5, in an embodiment of the present invention, the number of training data used for learning is increased through data augmentation technology and used to train a segmentation model.

도 5의 (a)는 원본 의료 영상을 나타낸 것이고, (b)는 원본 의료 영상의 밝기를 조절하여 생성한 영상이다. (c)는 원본 의료 영상에 가우시안 블러를 적용하여 원본 의료 영상보다 흐린 의료 영상을 생성하였으며, (d)는 원본 의료 영상을 회전시켜 획득한 학습용 의료 영상이다.Figure 5 (a) shows the original medical image, and (b) is an image created by adjusting the brightness of the original medical image. (c) is a medical image that is blurrier than the original medical image by applying Gaussian blur to the original medical image, and (d) is a training medical image obtained by rotating the original medical image.

본 발명의 실시예에서는 원본 영상을 -20°에서 +20° 내의 범위에서 회전시켜 새로운 의료 영상을 획득할 수 있다. 또한, 원본 영상의 밝기를 -20%에서 +20% 내의 범위에서 밝게 하거나 어둡게 하여 새로운 의료 영상을 획득할 수도 있고, 가우시안 블러(σ=0.5)를 활용하여 원본 영상 대비 흐려진 의료 영상을 획득할 수도 있다. 본 발명의 실시예에서 언급된 범위들이 항상 이와 같이 한정되는 것은 아니다.In an embodiment of the present invention, a new medical image can be obtained by rotating the original image within a range of -20° to +20°. Additionally, a new medical image can be obtained by brightening or darkening the brightness of the original image within the range of -20% to +20%, and a medical image that is blurred compared to the original image can be obtained by using Gaussian blur (σ=0.5). there is. Ranges stated in embodiments of the present invention are not always limited as such.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 분할 모델이 상악동 병변을 자동 분할하는 예시도이다.Figure 6 is an example of a segmentation model automatically segmenting a maxillary sinus lesion according to an embodiment of the present invention.

상술한 도 4의 분할 모델 학습 절차가 완료된 후, 분할 시스템(100)은 도 6에 도시된 바와 같이 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상(⑧)이 입력되면, 분할 모델을 통해 환자의 의료 영상(⑧)으로부터 상악동(⑨)과 상악동 공기 영역(⑩)을 추출한다. 그리고 분할 시스템(100)은 상악동 공기 영역(⑩)의 반전 이미지를 구하고, 상악동(⑨)과 반전된 상악동 공기 영역의 픽셀 곱(pixel-wise multiplication)을 통해 환자의 의료 영상(⑧)으로부터 상악동 병변(⑪)을 자동으로 분할한다.After the above-described segmentation model learning procedure of FIG. 4 is completed, when the medical image (⑧) of a patient with a maxillary sinus lesion is input as shown in FIG. 6, the segmentation system 100 generates the patient's medical image (⑧) through the segmentation model. Extract the maxillary sinus (⑨) and maxillary sinus air area (⑩) from ⑧). Then, the segmentation system 100 obtains an inverted image of the maxillary sinus air area (⑩) and detects the maxillary sinus lesion from the patient's medical image (⑧) through pixel-wise multiplication of the maxillary sinus (⑨) and the inverted maxillary sinus air area. (⑪) is automatically divided.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 의료 영상에서 상악동 병변을 자동 분할한 예시도이다.Figure 7 is an example of automatic segmentation of a maxillary sinus lesion in a medical image according to an embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 각 행은 상악동(Sinus), 상악동 공기 영역(Air), 상악동 병변(Lesion) 분할을 의미한다. 그리고 제1 표시 수단(노란색, ⑫)으로 표시된 부분은 정답 영역을, 제2 표시 수단(빨간색, ⑬)으로 표시된 부분은 병변 예측 영역을 의미한다. Each row shown in Figure 7 represents the division of the maxillary sinus (Sinus), the maxillary sinus air area (Air), and the maxillary sinus lesion (Lesion). The part marked with the first display means (yellow, ⑫) represents the correct answer area, and the portion marked with the second display means (red, ⑬) represents the lesion prediction area.

본 발명의 실시예에서는 상악동 및 상악동 병변 자동분할 정확도를 비교하기 위해 F1-score(F1)와 Precision(PR), Recall(RC)을 사용한다. PR은 맞다고 예측한 것들 중 실제로 맞는 것의 비율로, 정답부분 안에서 일부분만 예측한다면 100%가 된다. RC는 맞다고 예측해야 하는 정답에서 얼만큼 예측에 성공했는지를 나타내는 수치로, PR과 반대로 정답 부분보다 더 크게 예측한다면 100%가 된다. 그리고 F1은 PR과 RC의 평균이다.In an embodiment of the present invention, F1-score (F1), Precision (PR), and Recall (RC) are used to compare the accuracy of automatic segmentation of maxillary sinus and sinus lesions. PR is the ratio of those predicted to be correct to those that are actually correct. If only a part of the correct answer is predicted, it becomes 100%. RC is a number that indicates how successful the prediction was in the correct answer that was supposed to be correct. Contrary to PR, if the prediction is greater than the correct answer, it becomes 100%. And F1 is the average of PR and RC.

이때, 레이블-프리 학습에 사용되는 인조의 병변 생성 기법에 따라 상악동 병변 자동분할의 결과는 표 2와 같다. At this time, the results of automatic maxillary sinus lesion segmentation according to the artificial lesion creation technique used in label-free learning are shown in Table 2.

병변 생성 기법Lesion creation technique 상악동maxillary sinus 상악동 공기 영역maxillary sinus air area 상악동 병변Maxillary sinus lesions 채움replenishment 경계boundary one F1F1 PRPR RCR.C. F1F1 PRPR RCR.C. F1F1 PRPR RCR.C. 97.0±1.897.0±1.8 96.7±1.896.7±1.8 97.4±2.497.4±2.4 79.3±18.079.3±18.0 97.5±1.497.5±1.4 70.3±23.870.3±23.8 41.4±18.041.4±18.0 86.1±6386.1±63 29.6±17.029.6±17.0 97.1±1.497.1±1.4 96.4±2.196.4±2.1 97.9±1.397.9±1.3 87.3±10.187.3±10.1 97.8±1.297.8±1.2 80.2±15.680.2±15.6 61.5±13.561.5±13.5 89.4±8.289.4±8.2 48.4±15.948.4±15.9 96.4±2.996.4±2.9 97.2±1.697.2±1.6 95.7±4.695.7±4.6 88.6±8.288.6±8.2 97.8±1.397.8±1.3 81.9±12.981.9±12.9 60.2±21.160.2±21.1 86.9±13.886.9±13.8 48.5±21.148.5±21.1 96.6±1.796.6±1.7 95.8±2.495.8±2.4 97.4±2.197.4±2.1 95.0±2.295.0±2.2 94.7±3.594.7±3.5 95.4±2.995.4±2.9 80.9±11.680.9±11.6 82.7±9.182.7±9.1 80.1±15.080.1±15.0

본 발명의 실시예에서는 세 가지 인조의 병변 생성 기법들을 모두 사용하였을 때 가장 높은 상악동 병변 분할 성능을 보이는 것을 알 수 있다. In the embodiment of the present invention, it can be seen that the highest maxillary sinus lesion segmentation performance is achieved when all three artificial lesion creation techniques are used.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템의 구조도이다.Figure 8 is a structural diagram of a computing system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참고하면, 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 상악동 및 병변 자동 분할 시스템(100)은 컴퓨팅 시스템(200)으로 구현될 수 있으며, 컴퓨팅 시스템(200)에서 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들(instructions)이 포함된 프로그램을 실행한다. 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장될 수 있고, 유통될 수 있다. Referring to FIG. 8, the automatic maxillary sinus and lesion segmentation system 100 operated by at least one processor may be implemented as a computing system 200, and is described to execute the operations of the present invention in the computing system 200. Run a program containing instructions. Programs can be stored and distributed in computer-readable storage media.

컴퓨팅 시스템(200)의 하드웨어는 적어도 하나의 프로세서(210), 메모리(220), 스토리지(230), 통신 인터페이스(240)를 포함할 수 있고, 버스를 통해 연결될 수 있다. 이외에도 입력 장치 및 출력 장치 등의 하드웨어가 포함될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(200)은 프로그램을 구동할 수 있는 운영 체제를 비롯한 각종 소프트웨어가 탑재될 수 있다.The hardware of the computing system 200 may include at least one processor 210, memory 220, storage 230, and communication interface 240, and may be connected through a bus. In addition, hardware such as input devices and output devices may be included. The computing system 200 may be equipped with various software, including an operating system capable of running programs.

프로세서(210)는 컴퓨팅 시스템(200)의 동작을 제어하는 장치로서, 프로그램에 포함된 명령들을 처리하는 다양한 형태의 프로세서일 수 있고, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등 일 수 있다. The processor 210 is a device that controls the operation of the computing system 200 and may be various types of processors that process instructions included in a program, for example, a Central Processing Unit (CPU) or a Micro Processor Unit (MPU). ), MCU (Micro Controller Unit), GPU (Graphic Processing Unit), etc.

메모리(220)는 본 발명의 동작을 실행하도록 기술된 명령들이 프로세서(210)에 의해 처리되도록 해당 프로그램을 로드한다. 메모리(220)는 예를 들면, ROM(read only memory), RAM(random access memory) 등 일 수 있다. 스토리지(230)는 본 발명의 동작을 실행하는데 요구되는 각종 데이터, 프로그램 등을 저장한다. 통신 인터페이스(240)는 유/무선 통신 모듈일 수 있다.The memory 220 loads the corresponding program so that instructions described to execute the operations of the present invention are processed by the processor 210. The memory 220 may be, for example, read only memory (ROM), random access memory (RAM), etc. The storage 230 stores various data, programs, etc. required to execute the operations of the present invention. The communication interface 240 may be a wired/wireless communication module.

이상에서 본 발명의 실시예에 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 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims. It falls within the scope of rights.

Claims (16)

적어도 하나의 프로세서에 의해 동작하는 분할 시스템의 동작 방법으로서,
정상인의 의료 영상과 상악동 병변이 있는 환자의 의료 영상을 획득하고, 상기 환자의 의료 영상에 포함된 상악동 병변의 특징을 기초로 상기 정상인의 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성하는 단계,
상기 인조의 상악동 병변을 상기 정상인의 의료 영상의 상악동에 추가하고, 채우기 방법, 원 그리기 방법 그리고 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 기초로 초기 인조 상악동 병변을 생성하고, 상기 초기 인조 상악동 병변으로부터 생성한 인조의 상악동 병변을 포함하는 학습 데이터를 생성하는 단계,
상기 학습 데이터가 입력되면 의료 영상에서 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 분할 모델을 학습하는 단계, 그리고
학습시킨 상기 분할 모델로 상기 환자의 의료 영상이 입력되면, 상기 환자의 의료 영상으로부터 상기 환자의 상악동과 환자의 상악동 공기 영역을 분할한 후 상기 환자의 상악동에서 상기 환자의 상악동 공기 영역을 제거하여 상악동 병변을 분할하는 단계
를 포함하는, 동작 방법.
1. A method of operating a partitioned system operated by at least one processor, comprising:
Acquiring a medical image of a normal person and a medical image of a patient with a maxillary sinus lesion, and generating an artificial maxillary sinus lesion from the medical image of the normal person based on the characteristics of the maxillary sinus lesion included in the medical image of the patient;
Adding the artificial maxillary sinus lesion to the maxillary sinus of the medical image of the normal person, generating an initial artificial maxillary sinus lesion based on at least one of a filling method, a circle drawing method, and a border drawing method, and generating the initial artificial maxillary sinus lesion from the initial artificial maxillary sinus lesion. Generating training data including a maxillary sinus lesion of a synthetic human,
When the learning data is input, learning a segmentation model to output the maxillary sinus and maxillary sinus air area in the medical image, and
When the patient's medical image is input to the learned segmentation model, the patient's maxillary sinus and the patient's maxillary sinus air area are divided from the patient's medical image, and then the patient's maxillary sinus air area is removed from the patient's maxillary sinus. Steps to segment the lesion
A method of operation, including.
제1항에 있어서,
상기 학습 데이터를 생성하는 단계는,
상기 정상인의 의료 영상을 기초로 상기 정상인의 상악동 영역을 라벨링하여 상악동 레이블을 생성하는 단계, 그리고
상기 상악동 병변의 대표적인 특징을 기초로 인조의 상악동 병변 레이블을 생성하는 단계
를 포함하는, 동작 방법.
According to paragraph 1,
The step of generating the learning data is,
Generating a maxillary sinus label by labeling the maxillary sinus area of the normal person based on the medical image of the normal person, and
A step of generating an artificial maxillary sinus lesion label based on the representative characteristics of the maxillary sinus lesion.
A method of operation, including.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는,
상기 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채워 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는, 동작 방법.
According to paragraph 2,
The step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion is,
An operation method of generating the initial artificial maxillary sinus lesion by filling the entire maxillary sinus region in the medical image of the normal person with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion.
제2항에 있어서,
상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는,
상기 정상인의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 생성하고, 생성한 원들 중 기 설정한 기준 크기보다 작은 영역의 원을 상기 초기 인조 상악동 병변으로 생성하는, 동작 방법.
According to paragraph 2,
The step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion is,
An operation method of generating a plurality of circles in the maxillary sinus area in the medical image of the normal person, and generating a circle smaller than a preset standard size among the generated circles as the initial artificial maxillary sinus lesion.
제2항에 있어서,
상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계는,
상기 정상인의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성하고, 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는, 동작 방법.
According to paragraph 2,
The step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion is,
An operation method of generating a film of a certain thickness at the border of the maxillary sinus in the medical image of the normal person, and generating the initial artificial maxillary sinus lesion that mimics the maxillary sinus lesion to contact the border of the maxillary sinus.
제2항에 있어서,
상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는 단계 이후에,
상기 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 상기 인조의 상악동 병변을 생성하는, 동작 방법.
According to paragraph 2,
After the step of creating the initial artificial maxillary sinus lesion,
An operating method for generating the artificial maxillary sinus lesion by adjusting the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion.
제2항에 있어서,
상기 인조의 상악동 병변 레이블을 생성하는 단계 이후에,
상기 정상인의 상악동 레이블에서 상기 인조의 상악동 병변 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역을 확인하는 단계
를 더 포함하는, 동작 방법.
According to paragraph 2,
After the step of generating the artificial maxillary sinus lesion label,
Confirming the maxillary sinus air area by calculating the difference between the maxillary sinus lesion label of the normal person and the maxillary sinus lesion label of the artificial person.
An operation method further comprising:
제8항에 있어서,
상기 학습하는 단계는,
상기 인조의 상악동 병변을 제외한 상악동 공기 영역과 상기 상악동 레이블, 그리고 상기 인조의 상악동 병변이 삽입된 상기 정상인의 의료 영상을 상기 분할 모델에 입력하면, 상악동과 상기 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시키는, 동작 방법.
According to clause 8,
The learning step is,
When the maxillary sinus air area excluding the artificial maxillary sinus lesion, the maxillary sinus label, and the medical image of the normal person with the artificial maxillary sinus lesion inserted are input into the segmentation model, the segmentation model is output so that the maxillary sinus and the maxillary sinus air area are output. Learning how to operate.
제9항에 있어서,
상기 분할하는 단계는,
상악동 병변이 포함된 상악동 영역에서 상악동 공기 영역의 차를 통해 상악동 병변을 분할하는, 동작 방법.
According to clause 9,
The dividing step is,
An operating method that divides a maxillary sinus lesion through the difference in the maxillary sinus air area from the maxillary sinus area containing the maxillary sinus lesion.
통신장치,
메모리, 그리고
상기 메모리에 로드된 프로그램의 명령들(instructions)을 실행하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는
정상인의 의료 영상을 기초로 상악동 영역을 라벨링하고, 채우기 방법, 원 그리기 방법 그리고 경계 그리기 방법 중 적어도 하나의 방법을 기초로 초기 인조 상악동 병변을 생성하며, 환자의 상악동 병변의 특징을 기초로 상기 정상인의 의료 영상에서 인조의 상악동 병변을 생성하여 상기 정상인의 의료 영상에 상기 인조의 상악동 병변이 추가된 학습 데이터를 생성하고, 상기 학습 데이터로 분할 모델을 학습시켜 의료 영상이 입력되면 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시키며, 학습시킨 상기 분할 모델로 상기 환자의 의료 영상이 입력되면, 상기 환자의 의료 영상으로부터 상기 환자의 상악동과 상악동 공기 영역을 출력한 후 상기 환자의 상악동에서 상기 상악동 공기 영역을 제거하여 상악동 병변을 분할하는, 상악동 및 상악동 병변 분할 시스템.
communication device,
memory, and
At least one processor that executes instructions of a program loaded into the memory,
The processor is
Label the maxillary sinus area based on the medical image of the normal person, create an initial artificial maxillary sinus lesion based on at least one of the filling method, circle drawing method, and border drawing method, and create an initial artificial maxillary sinus lesion based on the characteristics of the patient's maxillary sinus lesion. A synthetic maxillary sinus lesion is created from a medical image of a normal person to generate learning data in which the artificial maxillary sinus lesion is added to the medical image of a normal person, and a segmentation model is trained using the learning data to generate a maxillary sinus and maxillary sinus air area when the medical image is input. The segmentation model is trained to output, and when the medical image of the patient is input with the learned segmentation model, the patient's maxillary sinus and maxillary sinus air area are output from the patient's medical image, and then the maxillary sinus of the patient is output. Maxillary sinus and sinus lesion segmentation system, which divides the maxillary sinus lesion by removing the air region.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 전체를 상악동 병변의 픽셀 강도로 채워 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하거나,
상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동 영역 내에 복수의 원들을 무작위로 생성하고, 생성한 원들 중 기준으로 기 설정한 원의 반지름보다 작은 영역의 원을 상기 초기 인조 상악동 병변으로 생성하거나,
상기 정상인들의 의료 영상에서 상악동의 경계에서 일정 두께의 막을 생성하고, 상악동 경계에 접하도록 상악동 병변을 모방한 상기 초기 인조 상악동 병변을 생성하는, 상악동 및 상악동 병변 분할 시스템.
According to clause 11,
The processor,
The initial artificial maxillary sinus lesion is created by filling the entire maxillary sinus region in the medical images of the normal people with the pixel intensity of the maxillary sinus lesion, or
In the medical images of the normal people, a plurality of circles are randomly generated in the maxillary sinus area, and among the generated circles, a circle in an area smaller than the radius of the circle preset as a standard is generated as the initial artificial maxillary sinus lesion, or
A maxillary sinus and maxillary sinus lesion segmentation system that generates a film of a certain thickness at the border of the maxillary sinus in the medical images of normal people and creates the initial artificial maxillary sinus lesion that mimics the maxillary sinus lesion to contact the border of the maxillary sinus.
제13항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 초기 인조 상악동 병변의 픽셀 강도를 조절하여, 상기 인조의 상악동 병변을 생성하고, 상악동 레이블에서 인조의 상악동 병변 레이블의 차를 구하여 상악동 공기 영역을 확인하는, 상악동 및 상악동 병변 분할 시스템.
According to clause 13,
The processor,
A maxillary sinus and maxillary sinus lesion segmentation system that adjusts the pixel intensity of the initial artificial maxillary sinus lesion to create the artificial maxillary sinus lesion, and determines the maxillary sinus air area by calculating the difference between the maxillary sinus label and the artificial maxillary sinus lesion label.
제14항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 인조의 상악동 병변을 제외한 상악동 공기 영역과 상기 상악동 레이블, 그리고 상기 인조의 상악동 병변이 삽입된 상기 정상인의 의료 영상을 상기 분할 모델에 입력하면, 상악동과 상악동 공기 영역이 출력되도록 상기 분할 모델을 학습시키는, 상악동 및 상악동 병변 분할 시스템.
According to clause 14,
The processor,
When the maxillary sinus air area excluding the artificial maxillary sinus lesion, the maxillary sinus label, and the medical image of the normal person with the artificial maxillary sinus lesion inserted are input to the segmentation model, the segmentation model is learned so that the maxillary sinus and the maxillary sinus air area are output. Shiki, maxillary sinus and maxillary sinus lesion segmentation system.
제15항에 있어서,
상기 프로세서는,
상악동 병변이 포함된 상악동 영역에서 상악동 공기 영역의 차를 통해 상악동 병변을 분할하는, 상악동 및 상악동 병변 분할 시스템.
According to clause 15,
The processor,
A maxillary sinus and sinus lesion segmentation system that divides a maxillary sinus lesion through the difference in the maxillary sinus air area in the maxillary sinus area containing the maxillary sinus lesion.
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Jung SK, 외. Deep Active Learning for Automatic Segmentation of Maxillary Sinus Lesions Using a Convolutional Neural Network. Diagnostics (Basel). 2021.04.12.* *

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