KR100875413B1 - 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 영상 처리 시스템 및방법 - Google Patents

컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 영상 처리 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컬러 플로우 영상의 이득을 자동으로 조절하는 영상 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 외부로부터 입력되는 영상신호에 기초하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하고, 형성된 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 최적의 컬러 플로우 영상 프레임을 선정하고, 선정된 컬러 플로우 영상 프레임에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 이득 조절폭을 산출하며, 산출된 이득 조절폭에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 영상 처리 시스템 및 방법을 제공한다.
컬러 플로우 영상, 이득, 혈관, 혈류

Description

컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 영상 처리 시스템 및 방법{IMAGE PROCESSING SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING GAIN OF COLOR FLOW IMAGES}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 절차를 보이는 플로우챠트.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈관의 컨투어를 형성하는 절차를 보이는 플로우챠트.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
100 : 초음파 진단 시스템 110 : 프로브
112 : 트랜스듀서 120 : 빔 포머
130 : 영상 프로세서 140 : 디스플레이부
본 발명은 영상 처리 시스템에 관한 것으로, 특히 컬러 플로우 영상의 이득을 자동으로 조절하는 영상 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
영상 처리 시스템은 대상체의 영상을 처리하여 디스플레이하는 장치로서, 다양한 분야에서 이용되고 있다. 영상 처리 시스템의 일예로서, 초음파 진단을 위한 영상 처리 시스템(이하, 초음파 진단 시스템이라 함)을 설명한다.
초음파 진단 시스템은 피검체의 체표로부터 체내의 소망 부위를 향하여 초음파 신호를 조사하고, 반사된 초음파 신호(초음파 에코신호)의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 무침습으로 얻는 장치이다. 이 장치는 X선 진단장치, X선 CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 화상진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 표시 가능하고, X선 등의 피폭이 없어 안전성이 높은 장점을 갖고 있어, 심장, 복부, 비뇨기 및 산부인과 진단을 위해 널리 이용되고 있다.
특히, 종래의 초음파 진단 시스템은 움직이는 대상체와 산란체의 속도를 표시하는 컬러 플로우 영상(Color Flow Imaging)을 제공하고 있다. 즉, 종래의 초음파 진단 시스템은 도플러 편향(Doppler Shift)에 기초하여 움직이고 있는 대상체, 예를 들어 심장 또는 혈관에 흐르고 있는 혈액의 속도와 방향을 다양한 컬러로 표시한다. 예를 들면, 종래의 초음파 진단 시스템은 프로브의 트랜스듀서 측으로 다가오는 혈액의 흐름을 붉은색으로 표시하고, 트랜스듀서 측으로부터 멀어지는 혈액 흐름을 푸른색으로 표시하며, 빠른 속도로 흐르는 혈액의 흐름을 연한 색으로, 그리고 느린 속도로 흐르는 혈액의 흐름을 진한 색으로 표시하고 있다.
이와 같이, 종래의 초음파 진단 시스템은 실시간으로 혈류의 흐름을 시각화 할 수 있을 뿐만 아니라, 커다란 혈관에서의 높은 속도의 흐름에서부터 작은 움직임까지 광범위한 흐름의 상태를 정확하게 표현할 수 있다.
그러나, 종래의 초음파 진단 시스템은 컬러 플로우 영상에서 혈류가 혈관에 비해 다소 작게 표시되거나, 혈류가 혈관을 초과하여 표시되는 경우, 컬러 플로우 영상의 이득을 미세하게 조절해야 한다. 이 때, 컬러 플로우 영상의 이득을 미세하게 조절하는 것은 자동적으로 이루어지는 것이 아니라 사용자의 수동 조작에 의해 이루어진다. 다시 말하여, 종래의 초음파 진단 시스템은 디스플레이되는 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하기 위해, 사용자가 복잡한 과정을 통해 수동으로 이득을 미세하게 조절해야 하며, 이로 인해 진단 소요 시간이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 컬러 플로우 영상에서 혈관의 단면적과 혈류의 단면적을 산출하고, 산출된 혈관 및 혈류 단면적에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 자동으로 조절하는 영상 처리 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 영상 처리 시스템은 외부로부터 입력되는 영상신호에 기초하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하기 위한 프레임 형성수단; 상기 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 최적의 컬러 플로우 영상 프레임을 선정하기 위한 컬러 플로우 영상 프레임 선정수단; 상기 선정된 컬러 플로우 영상 프레임에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 이득 조절 폭을 산출하기 위한 이득 조절폭 산출수단; 및 상기 이득 조절폭에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하기 위한 이득 조절수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 영상 처리 방법은 a) 외부로부터 입력되는 영상신호에 기초하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하는 단계; b) 상기 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 최적의 컬러 플로우 영상 프레임을 선정하는 단계; c) 상기 선정된 컬러 플로우 영상 프레임에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 이득 조절폭을 산출하는 단계; 및 d) 상기 이득 조절폭에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 단계를 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 본 발명에 따른 영상 처리 시스템의 일예로서 초음파 진단 시스템을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 진단 시스템의 구성을 보이는 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진단 시스템(100)은 프로브(110), 빔 포머(Beam Former)(120), 영상 프로세서(130) 및 디스플레이부(140)를 포함한다.
프로브(110)는 다수의 1D 또는 2D 트랜스듀서(112)를 포함한다. 프로브(110)는 각 트랜스듀서(112)에 입력되는 펄스들의 입력 시간을 적절하게 지연시킴으로써 집속된 초음파 빔(Beam)을 송신 스캔 라인(Scan line)을 따라 대상체(도시하지 않음)로 송신한다. 한편, 대상체로부터 반사된 초음파 에코신호들은 각 트랜스듀서(112)에 서로 다른 수신 시간을 가지면서 입력되고, 각 트랜스듀서(112)는 입력된 초음파 에코신호들을 빔 포머(120)로 출력한다.
빔 포머(120)는 프로브(110)의 각 트랜스듀서(112)에 의해 송신되는 초음파 신호를 대상체에 집속시키고, 대상체에서 반사되어 각 트랜스듀서(112)로 수신되는 초음파 에코신호에 시간 지연을 가하여 초음파 에코신호를 집속시킨다.
영상 프로세서(130)는 빔 포머(120)에서 출력되는 초음파 에코신호에 기초하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하고, 형성된 컬러 플로우 영상 프레임에서 혈관의 단면적과 혈류의 단면적을 산출하며, 산출된 단면적에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 조절한다. 영상 프로세서(130)의 동작에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
영상 프로세서(130)에 의해 처리된 컬러 플로우 영상은 디스플레이부(140)에 디스플레이된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 영상 프로세서(130)의 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 플로우 영상의 이득을 자동으로 조절하는 절차를 보이는 플로우챠트이다.
도시된 바와 같이, 영상 프로세서(130)는 빔 포머(120)에서 출력되는 초음파 에코신호에 기초하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하고(S110), 형성된 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하기 위한 기준 영상 프레임, 즉 최대 속도로 혈류가 흐르는 컬러 플로우 영상 프레임을 선정한다(S120). 여기서, 기준 영상 프레임은 심장의 최대 수축 기간에 해당되는 컬러 플로우 영상 프레임이다. 또한, 최대 속도를 갖는 컬러 플로우 영상 프레임을 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하기 위한 기준 영상 프레임으로 선정하는 것은, 기준 영상 프레임에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 증가시키는 경우, 혈류가 혈관을 초과하여 표시되는 것을 방지하기 위함이다. 예를 들어, 심장의 최대 이완 기간에 해당되는 컬러 플로우 영상 프레임을 기준 영상 프레임으로 선택하는 경우, 선택된 기준 영상 프레임에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 증가시키면, 심장의 최대 수축 기간에서는 혈류가 혈관을 초과한 것으로 표시될 수도 있다.
영상 프로세서(130)는 기준 영상 프레임에 ROI를 설정하고(S130), ROI가 설정된 기준 영상 프레임에 기초하여 혈관의 컨투어를 형성한다(S140). 단계 S140에 대해서는 도 3을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
영상 프로세서(130)는 형성된 혈관 컨투어를 이용하여 혈관의 단면적을 산출한다(S150).
이어서, 영상 프로세서(130)는 단계 S120에서 선정된 기준 영상 프레임에 설정된 ROI에서 혈류를 나타내는 픽셀들을 분석하여(S160), 1 이상의 픽셀값을 갖는 픽셀을 검출한다(S170). 여기서, 단계 S160은 혈류의 히스토그램을 분석하여 1 이상의 픽셀값을 갖는 검출할 수 있다. 영상 프로세서(130)는 검출된 픽셀을 이용하여 혈류의 단면적을 산출한다(S180).
영상 프로세서(130)는 단계 S150에서 산출된 혈관 단면적과 단계 S180에서 산출된 혈류 단면적에 기초하여 단면적 비율을 산출한다(S190). 예를 들어, 영상 프로세서(130)는 단면적 비율 = 혈류 단면적/혈관 단면적과 같은 수학식을 통해 혈관 및 혈류의 단면적 비율을 산출한다.
영상 프로세서(130) 산출된 단면적 비율이 1 이하인지를 판단한다(S200).
단계 S200에서 단면적 비율이 1 이하인 것으로 판단되면, 영상 프로세서(130)는 산출된 단면적 비율에 대응하는 이득 증가분을 산출하고(S210), 산출된 이득 증가분에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 증가시킨다(S220).
한편, 단계 S200에서 단면적 비율이 1을 초과하는 것으로 판단되면, 영상 프로세서(130)는 산출된 단면적 비율에 대응하는 이득 감소분을 산출하고(S230), 산출된 이득 감소분에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 감소시킨다(S240).
이어서, 영상 프로세서(130)는 초음파 진단 시스템(100)에서 실행되고 있는 컬러 플로우 영상의 이득 자동 조절 프로세스가 종료되는지 판단하여(S250), 이득 자동 조절 프로세스가 종료되는 것으로 판단되면, 영상 프로세서(130)는 실행중인 이득 자동 조절 프로세스를 종료하는 한편, 이득 자동 조절 프로세스가 종료되지 않는 것으로 판단되면, 단계 S110으로 되돌아간다.
이하, 도 3을 참조하여 혈관의 컨투어를 형성하는 절차를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 혈관의 컨투어를 형성하는 절차를 보이는 플로우챠트이다.
도시된 바와 같이, 영상 프로세서(130)는 기준 영상 프레임으로부터 에지 데이터를 추출한다(S310). 여기서, 에지 데이터는 다양한 알고리즘을 통해 추출될 수 있으며, 예를 들어 캐니 에지 알고리즘(Canny Edge Algorithm)을 통해 추출될 수 있다.
영상 프로세서(130)는 추출된 에지 데이터에 형태학적 연산(Morphological Operations)을 수행한다(S320). 여기서 형태학적 연산은 영상의 형태 변환 처리를 행하는 연산으로서, 에지 데이터의 크기를 축소시키기 위한 축소(Reduction) 연산, 축소 연산된 에지 데이터의 최외곽 픽셀을 확장시키기 위한 팽창(Dilation) 연산, 및 에지 데이터에서 노이즈 성분을 제거하기 위한 침식(Erosion) 연산으로 이루어진다.
이어서, 영상 프로세서(130)는 에지 데이터의 모든 연결 성분들을 검색하여 동일한 연결성분에 존재하는 에지 데이터에 하나의 고유 라벨을 부여하는 연결 성분 표식(Connected-Component Labeling) 연산을 수행한다(S330). 여기서, 연결 성분 표식 연산은 4 연결도(4 Connectivity)를 이용한 순차 연결 성분 알고리즘(Sequential Connected Components Algorithm)을 이용한다.
영상 프로세서(130)는 에지 데이터에 기초하여 에지 데이터의 무게 중심에 해당되는 시드 포인트를 검출하고(S340), 검출된 시드 포인트를 중심으로 하여 방사 방향으로 조사하여 혈관의 에지 데이터를 검출한다(S350).
영상 프로세서(130)는 검출된 혈관의 에지 데이터에 기초하여 혈관의 컨투어를 형성한다(S360).
본 발명이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부한 청구 범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 컬러 플로우 영상에서 혈관의 단면적과 혈류의 단면적에 기초하여 컬러 플로우 영상의 이득을 자동으로 조절할 수 있으며, 이로 인해 사용자는 컬러 플로우 영상을 용이하게 관측할 수 있다.

Claims (16)

  1. 입력 영상신호를 이용하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하기 위한 프레임 형성수단;
    상기 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 이득 조절을 위한 기준 영상 프레임을 선정하기 위한 기준 영상 프레임 선정수단;
    상기 기준 영상 프레임을 이용하여 이득 조절폭을 산출하기 위한 이득 조절폭 산출수단; 및
    상기 산출된 이득 조절폭을 이용하여 상기 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하기 위한 이득 조절수단
    을 포함하는 영상 처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 영상신호는 초음파 영상신호인 영상 처리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기준 영상 프레임은 최대 속도로 흐르는 혈류를 보여주는 컬러 플로우 영상 프레임인 영상 처리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이득 조절폭 산출수단은
    상기 기준 영상 프레임에서 혈관의 단면적을 산출하기 위한 혈관 단면적 산출수단;
    상기 기준 영상 프레임에서 혈류의 단면적을 산출하기 위한 혈류 단면적 산출수단;
    상기 혈관 단면적 및 상기 혈류 단면적을 이용하여 이득 증가폭을 산출하기 위한 이득 증가폭 산출수단; 및
    상기 혈관 단면적 및 상기 혈류 단면적을 이용하여 이득 감소폭을 산출하기 위한 이득 감소폭 산출수단
    을 포함하는 영상 처리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 혈관 단면적 산출수단은
    상기 기준 영상 프레임으로부터 상기 혈관의 컨투어를 형성하기 위한 수단; 및
    상기 혈관 컨투어를 이용하여 상기 혈관 단면적을 산출하기 위한 수단
    을 포함하는 영상 처리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 혈관 컨투어 형성수단은
    상기 기준 영상 프레임으로부터 에지 데이터를 추출하기 위한 수단;
    상기 에지 데이터에 형태학적 연산(Morphological Operations)과 연결 성분 표식 연산((Connected-Component Labeling Operation)을 수행하기 위한 수단;
    상기 에지 데이터로부터 시드 포인트를 검출하고, 검출된 시드 포인트로부터 혈관의 에지 데이터를 검출하기 위한 수단; 및
    상기 검출된 혈관 에지 데이터를 이용하여 상기 혈관 컨투어를 형성하기 위한 수단
    을 포함하는 영상 처리 시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 혈류 단면적 산출수단은
    상기 혈류를 나타내는 픽셀들 중에서 1 이상의 픽셀값을 갖는 픽셀을 검출하기 위한 수단; 및
    상기 검출된 픽셀을 이용하여 상기 혈류 단면적을 산출하기 위한 수단
    을 포함하는 영상 처리 시스템.
  8. a) 입력 영상신호를 이용하여 다수의 컬러 플로우 영상 프레임을 형성하는 단계;
    b) 상기 다수의 컬러 플로우 영상 프레임에서 이득 조절을 위한 기준 영상 프레임을 선정하는 단계;
    c) 상기 기준 영상 프레임을 이용하여 이득 조절폭을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 이득 조절폭을 이용하여 상기 컬러 플로우 영상의 이득을 조절하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 영상신호는 초음파 영상신호인 영상 처리 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 기준 영상 프레임은 최대 속도로 흐르는 혈류를 보여주는 컬러 플로우 영상 프레임인 영상 처리 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 단계 c)는
    c1) 상기 기준 영상 프레임에서 혈관의 단면적을 산출하는 단계;
    c2) 상기 기준 영상 프레임에서 혈류의 단면적을 산출하는 단계; 및
    c3) 상기 혈관 단면적 및 상기 혈류 단면적을 이용하여 상기 이득 조절폭을 산출하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 단계 c1)는
    c11) 상기 기준 영상 프레임에서 혈관의 컨투어를 형성하는 단계; 및
    c12) 상기 혈관 컨투어를 이용하여 상기 혈관의 단면적을 산출하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 단계 c11)은
    c111) 상기 기준 영상 프레임으로부터 에지 데이터를 추출하는 단계;
    c112) 상기 에지 데이터에 형태학적 연산(Morphological Operations)을 수행하는 단계;
    c113) 상기 에지 데이터에 성분 표식 연산((Connected-Component Labeling Operation)을 수행하는 단계;
    c114) 상기 에지 데이터로부터 시드 포인트를 검출하는 단계;
    c115) 상기 시드 포인트를 기준으로 상기 에지 데이터로부터 혈관의 에지 데이터를 검출하는 단계; 및
    c116) 상기 혈관 에지 데이터를 이용하여 상기 혈관 컨투어를 형성하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  14. 제 11항에 있어서, 상기 단계 c2)는
    c21) 상기 기준 영상 프레임에서 혈류를 나타내는 픽셀들을 분석하는 단계;
    c22) 상기 혈류를 나타내는 픽셀들에서 1 이상의 픽셀값을 갖는 픽셀을 검출하는 단계; 및
    c23) 상기 검출된 픽셀을 이용하여 상기 혈류의 단면적을 산출하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 단계 c3)는
    c31) 상기 혈관 단면적 및 상기 혈류 단면적 간의 단면적 비율을 산출하는 단계;
    c32) 상기 단면적 비율과 기준값을 비교하는 단계;
    c33) 상기 단면적 비율이 상기 기준값 이하이면, 상기 단면적 비율을 이용하여 이득 증가폭을 산출하고 상기 이득 증가폭을 이용하여 상기 컬러 플로우 영상의 이득을 증가시키는 단계; 및
    c34) 상기 단면적 비율이 상기 기준값을 초과하면, 상기 단면적 비율을 이용하여 이득 감소폭을 산출하고 상기 이득 감소폭을 이용하여 상기 컬러 플로우 영상의 이득을 감소시키는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  16. 삭제
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