KR100942699B1 - 요골원위부 골간단 경계추출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 요골원위부 골간단 경계를 추출할 수 있는 방법 및 장치는, 엑스선 영상에서 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하고, 그레이 레벨의 그래디언트를 이용하여 상기 관심 영역에 대한 포텐셜 에너지 분포를 설정하고, 상기 관심영역에서 요골원위부 골간단의 양 측면과 골단쪽에 근접한 임시경계를 설정한 후, 메트로폴리스 어닐링 방법을 이용하여 상기 설정된 임시 경계를 조정하여, 최소의 에너지를 갖는 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하도록 구현된다.

골연령, 엑스선 영상, 메트로폴리스 어닐링, 그래디언트, 경계 추출

Description

요골원위부 골간단 경계추출 방법 및 장치{Method and system for extracting distal radius metaphysis}

본 발명은 엑스선 영상으로부터 어린이의 성인 신장 예측에 이용되는 요골원위부의 골간단 경계를 추출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 어린이 성장에 관심이 많아지면서, 어린이의 성인 신장을 예측할 수 있는 임상적 방법 개발과, 성인 신장을 증가시킬 수 있는 치료 방법의 개발은 소아 성장연구 분야의 주요 관심사가 되었다.

이 중에서, 어린이의 성인 신장 예측은 해당 어린이의 골연령 측정에 기반하여 이루어진다. 여기서 골연령이란 해당 어린이의 물리적 연령과 다른 생리학적인 골성숙 연령을 의미하는 것으로, 물리적 연령과 반드시 일치하는 것은 아니며, 골성숙이 완료된 상태의 골연령은 누구나 같도록 되어있다.

따라서 골연령은 해당 어린이의 성장 잔여 시간에 대한 척도로 사용되어, 골연령이 물리적 연령보다 많으면 성장 잔여 시간이 짧아서 향후 해당 아동의 성장 여력은 작은 것으로 판단한다. 그리고 골연령 측정을 통하여 성인 신장이 작을 것 으로 예측되는 어린이는 골성숙이 완료되기 전에 성장 치료를 통하여 성인 신장을 증가시킬 수 있다.

현재 대표적으로 사용되는 골연령 측정 방법으로는, 아틀라스에 기반한 Greulich-Pyle (GP) 방법과, 골의 성숙도 정도를 점수로 표기하는 기법인 Tanner-Whitehouse (TW) 방법이 있다. 이 중에서 TW 방법이 좀 더 객관적이어서 현재 널리 활용되고 있으며, 상기 TW 방법은 TW2로 개선되고, 2000년에는 TW3가 발표되었다.

TW3 방법에서는 엑스선 영상에 나타난 골 성장점의 성숙 점수를 합하여 RUS(radius, ulna, short bones) 점수와 손목뼈(carpal) 점수를 얻는다. 각 골 성장점 성숙 단계는 보통 A-I 의 9단계로 이루어지며, 각 골성숙 단계에는 상응하는 성숙 점수가 부여되어 있다.

보통 임상 의사는 TW3 판정 방법에 기반하여, 손의 엑스선 사진으로부터 골의 성숙 단계를 판독하고, 이를 성숙 점수로 환산하고, 각 골의 성숙 점수를 합하여 RUS 점수나 carpal 점수를 계산한 후 해당 아동의 골연령을 측정한다.

기존의 골연령 측정 방법은, 임상 의사의 주관적인 판단에 의하여 이루어지기 때문에, 임상 의사 간에 판독 오차가 발생할 수 있으며, 동일한 의사도 시간에 따라 상이한 판독 결과를 제공할 수 있다.

따라서 컴퓨터 알고리즘을 통하여 골성숙 단계를 객관적으로 계측하는 장비의 개발이 요구되었으며, 현재까지 몇몇 컴퓨터 알고리즘을 이용한 골성숙 단계 계측 장비가 개발되어 활용되고 있다.

그러나, 현재 임상에서 활용되고 있는 골연령 측정 관련 장비의 대부분은, 획득된 엑스선 영상으로부터 의사가 TW3 골연령 측정을 하는 과정을 용이하게 도와주는 도구만 제공할 뿐 스스로 골성숙 단계를 계측할 수 없거나, 골성숙 단계를 계측하는 기능이 포함되어 있더라도 의사의 주관적 개입이 필요하거나, 골성숙 계측 과정이 자동화한 되어 있더라도 계측 결과의 정확성을 보장할 수 없는 경우가 많다.

더 구체적으로 설명하면, 골성숙 단계의 판정은, 골 성장점을 형성하는 골단골(epiphysis)과 골간단(metaphysis)의 형상 변화와 두 골의 융합 상태를 적절히 분류하고 평가하여 이루어진다. 따라서 정확한 골성숙 단계의 판정을 위해서는, 골 성장점을 형성하는 골단골과 골간단의 경계를 정확히 추출하여야 한다.

그런데, 기존의 방법에 따르면, 엑스선 영상에서 골단골과 골간단의 경계를 추출하는 것은, 다양한 경계 검출(edge detection)용 마스크를 적용하거나 그레이레벨 문턱치(thresholding) 설정 방법에 의해 이루어졌다. 그러나 실제 엑스선 영상을 이용하여 상기와 같은 방법으로 경계를 검출할 경우 많은 잡신호가 섞여 있어 그 검출 결과에 대한 신뢰도가 떨어진다는 문제점이 있다.

이외에, 엑스선 영상에서 잡신호의 영향을 줄이기 위하여 active shape model (ASM)이나 snake 와 같은 방법을 사용하여 골 경계선을 검출하기도 하는데, 이 경우는 많은 표본 영상을 사전에 획득하여 임상 의사의 수작업을 통하여 골경계 데이터베이스를 구축해야 하거나, snake에 곡률 특성을 주는 방법에 따라서 골경계 검출 성능이 달라지지며, 실제로 다양한 골경계에 어울리는 snake를 만들기도 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같이, 기존의 엑스선 영상으로부터 골연령 측정에 중요한 기준이 되는 요골원위부의 골간단 경계를 추출하는 방법은, 추출결과에 대한 정확도가 떨어져, 골연령 측정에 대한 신뢰도가 저하된다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은, 요골원위부 엑스선 영상에서 골간단의 경계를 정확하고 간단하게 추출하기 위한 것으로서, 그레이 레벨의 그래디언트(gradiant) 및 메트로폴리스 어닐링 방법을 이용하여, 잡신호가 많은 엑스선 영상으로부터 가장 신뢰성 있는 요골원위부 골간단 경계를 추출할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 요골원위부 골간단 경계추출 방법은, 엑스선 영상에서 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하는 단계; 그레이레벨의 그래디언트를 이용하여 상기 관심 영역에 대한 포텐셜에너지 분포를 설정하는 단계; 상기 관심영역에서 요골원위부 골간단의 양 측면과 골단쪽에 근접한 임시경계를 설정하는 단계; 및 메트로폴리스 어닐링 방법을 이용하여 상기 설정된 임시 경계를 조정하여, 최소의 에너지를 갖는 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 단계를 포함하여 이루어진다.

더하여, 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 요골원위부 골간단 경계추출 장치는, 엑스선 영상에서 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하는 관심영역 설정 부; 상기 관심영역에서 그레이레벨의 그래디언트로부터 포텐셜에너지 분포를 설정하는 포텐셜에너지 설정부; 상기 관심영역에서 요골원위부 골간단의 임시경계를 설정하는 전처리부; 및 메트로폴리스 어닐링 방법으로 상기 설정한 임시 경계를 조정하여 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 경계 추출부를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면 손의 엑스선 영상을 이용하여 요골 원위부 골간단 경계를 추출하고자 할 때, 그레이 레벨의 그래디언트 및 메트로폴리스 어닐링 방법에 의하여 요골 원위부 골간단 경계를 간단하고, 정확하게 추출할 수 있으며, 그 결과, 어린이 성장 예측에 중요한 지표가 되는 골연령을 보다 정확히 측정할 수 있는 우수한 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 요골원위부 골간단 경계 추출 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 요골 원위부 골간단 경계 추출 방법은, 먼저 단계 11에서, 엑스선 영상을 입력받아, 상기 엑스선 영상으로부터 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정한다. 상기 엑스선 영상은 일반적으로 이용되는 아날로그 필름 방식의 엑스선 촬영 장치나 디지털 센서 방식의 엑스선 촬영 장치로 획득할 수 있다. 본 발명에 따른 요골 원위부 골간단 경계추출 방법은 엑스선 영상에 나타난 요골 원위부와 인근 연부 조직의 밝기 차이를 이용한 것으로서, 상기 엑스선 촬영 장치를 이용한 엑스선 촬영은 요골 원위부와 인근 연부조직의 대조도가 커지도록 실시하는 것이 바람직하다.

도 2는 엑스선 촬영 영상(21)과 요골원위부 주위에 설정한 관심영역(22)의 일 예를 나타낸다. 상기 도 2에 예시된 바와 같이, 요골(20)이 영상의 한 축에 나란히 나타나도록 엑스선 촬영하는 것이 바람직하며, 관심 영역(22)의 중심은 대략 상기 요골(20)의 원위부 골간단 중앙부에 놓이도록 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 도 2의 예시에서, 엑스선 영상(21)의 공간 해상도는 200PPI(pixels per inch)로 하였으며, 그레이 레벨은 256(8-비트) 레벨로 하였다. 관심영역은 236ㅧ236 픽셀로 하였다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 요골원위부 골간단 경계추출 방법은, 단계 12에서, 상기 설정한 관심영역에 대하여 그레이 레벨의 그래디언트로부터 각 픽셀의 포텐셜 에너지를 설정하여, 상기 관심영역에서의 포텐셜에너지 분포를 구한다.

여기서, 그래디언트의 계산은 3ㅧ3 Sobel 필터(S)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 잡신호를 더욱 줄이기 위하여 크기를 키운 Sobel 필터를 이용하는 것도 가능하다. 상기 Sobel 필터(S)를 이용함에 있어서, 각 픽셀에서의 그래디언트의 크기는, x 방향 Sobel 필터값(Sx)과 y 방향 Sobel 필터값(Sy)의 조합

으로 설정하고, 상기 픽셀에서의 포텐셜에너지는

로 설정한다. 이렇게 하면 그래디언트가 큰 픽셀(즉, 요골과 연부 조직의 경계)에서 포텐셜에너지가 낮아지는 역학계를 만들 수 있다.

도 3은 상기 단계 12에 의해서, 관심영역(22)에서 설정한 포텐셜 에너지가 나타난 영상을 예시한다. 상기와 같이 그래디언트가 큰 픽셀에서 포텐셜 에너지가 낮아지도록 설정한 영상으로서, 영상 내에서 밝기가 어두워질수록 포텐셜에너지가 낮아진다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 요골원위부 골간단 경계추출 방법, 그 다음 단계 13에서, 상기 관심영역의 포텐셜 에너지 영상으로부터 요골원위부 골간단의 양 측면 경계와 골단쪽 임시경계를 설정한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른, 상기 단계 13에서의 임시 경계를 설정하는 과정에 대한 상세 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 상기 단계 13에서의 전처리 과정은, 먼저 단계 131을 통해, 상기 관심영역 내에서 요골이 배치된 축(예를 들어, X축)에 평행한 관심영역의 양측 경계에 두 개의 직선을 설정하고, 상기 골단이 배치되는 축(예를 들어 Y축)에 평행한 관심영역의 경계선에 또 다른 직선을 설정하고, 그 다음 단계 132에서, 상기 세 직선의 중심을 관심영역의 중심 방향으로 평행이동하면서, 동시에 각 직선을 회전시켜, 상기 세 직선 각각에 대하여 각 직선상에 놓인 픽셀들의 평균 포텐셜에너지가 최소가 되는 위치와, 회전각을 찾는다. 즉, 배경과 요골의 경계에서 포텐셜 에너지가 최소가 되므로, 상기 세 직선이 각각 요골원위부의 경계에 가장 근접하게 놓일 수 록, 그 평균 포텐셜 에너지는 최소가 된다. 따라서, 단계 133에서, 평균 포텐셜 에너지가 최소가 되는 위치와 회전각을 갖는 세 직선으로 둘러싸인 경계를 요골원위부 골간단 임시경계로 설정한다.

도 5는 상기 단계 13에 의한 전처리 과정의 바람직한 실시 예를 나타낸 것으로서, 부호 51a, 51b, 51c는 단계 131에서 각각의 초기 위치에 놓인 세 직선을 가 리키고, 부호 52a, 52b, 52c는 단계 132에 의해서 이동 및 회전되어 최소의 평균 포텐션 에너지를 갖는 위치에 놓인 세 직선을 가리키며, 53은 상기 세 직선(52a,52b,52c)에 의해 만들어진 임시 경계를 가리킨다.

다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 요골원위부 골간단 경계추출 방법은, 단계 14에서, 상기 설정한 임시경계를 메트로폴리스 어닐링 방법으로 처리하여, 요골원위부 골간단의 상세 경계를 추출한다.

도 6은 상기 메트로폴리스 어닐링 방법에 의한 요골원위부 골간단 경계의 상세 추출 과정의 바람직한 실시 예를 도시하는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명은 요골원부 골간단 상세 경계를 추출하기 위하여, 먼저 단계 141에서, 상기 설정한 임시경계를 분할하여 다수의 랜드마크 픽셀을 관심영역에 설정한다. 도 7은 다수(N)의 랜드마크 픽셀의 설정 예를 도시한 것으로서, 포텐셜 에너지 분포를 나타낸 영상에 설정된 임시 경계를 일정 간격으로 나누어, 상기 임시 경계 상의 해당 픽셀을 랜드마크 픽셀(71)로 설정하였다. 편의상 임시 경계의 양 끝에 위치한 두 개의 랜드마크(1번 및 N번)는 관심영역의 경계선을 따라서 이동하도록 제한을 가한다.

그리고, 단계 142에서, 상기 각 랜드마크 픽셀의 에너지(E)를 설정한다. 여기서, 랜드마크 픽셀의 에너지를 설정하는 방법은 다양하게 이루어질 수 있는데, 예를 들면, 해당 랜드마크 픽셀의 포텐셜에너지와 벤딩에너지의 합으로 설정한다. n번째 랜드마크 픽셀의 벤딩에너지는 전후(n-1,n+1) 랜드마크 픽셀들이 형성하는 각도(θ)를 이용하여

로 설정할 수 있다. 이 벤딩에너지는 포텐셜에너지의 감소가 없는 상태에서 랜드마크 픽셀에 굴곡이 생기는 것을 방지하기 위한 일종의 패널티이다. n번째 랜드마크 픽셀의 벤딩에너지의 계수(

)는 상수로 설정할 수도 있고, 전후에 위치한 n-1, n, n+1 번째 랜드마크 픽셀의 평균 포텐셜에너지에 비례하도록 설정할 수도 있다. 도 7의 실시 예에서는 후자의 방법을 택한다. 그리고 나서 단계 143에서 메트로폴리스 어닐링을 시작하기 위한 최고온도(

)를 설정한다. 상기

는 최저 포텐셜에너지보다 큰 값으로 하는 것이 바람직하며, 본 실시 예에서는 편의상 최고 포텐셜에너지의 5배로 설정한다.

메트로폴리스 어닐링은 에너지가 주어진 물리계에서 온도를 서서히 낮추면서 그 온도에서 가장 보편적인 물리적 상태를 만들어 해당 물리계의 낮은 에너지 상태의 구조를 찾는 방법이다. 이 방법은 해당 물리계가 국소점에 빠져 실질적 최소 상태에 이르지 못하는 것을 방지하며, 어떤 온도에서 가장 보편적인 물리적 상태를 만들어 낸다. 메트로폴리스 방법에서는 온도 T인 물리계의 상태를 변화시키려 할 때, 에너지 변화가 ΔE이면 max[

,1]의 확률로 상태 변화를 확정하여 가장 보편적인 물리적 상태를 만들어낸다.

따라서, 상기와 같이 최고 온도

가 설정되면, 단계 144에서 메트로폴 리스 어닐링 온도 T를

로 한 상태에서, 무작위 혹은 순서대로 선택한 랜드마크 픽셀의 위치를 인근으로 이동시키되, 시스템의 에너지 변화를 계산하여 메트로폴리스 방법으로 이동을 확정한다. 그리고 단계 145에서, 상기 단계 144의 과정을 설정된 횟수(총 랜드마크 픽셀수(N)의 다수 배)만큼 실시하도록 반복시키고, 상기 설정횟수만큼 이동이 이루어진 후에는, 단계 146에서 온도 T를 사전에 설정된 단위 온도(ΔT) 만큼 낮춘 후에, 단계 147에서 현재의 메트로폴리스 어닐링 온도 T를 확인하여, 최저 온도가 될 때까지 온도를 낮춰가면서, 상기 단계 144를 반복시킨다.

상기 단계 144에서 랜드마크의 위치를 인근으로 이동시킬 때 전후 두 개의 랜드마크가 만드는 직선의 수직방향(도 7의 화살표 방향)으로 이동하되, 이동 위치는 현재 랜드마크 위치에서 사전에 설정한 거리 이내의 픽셀을 무작위 선택한다.

상기 단계 144를 반복실행함에 의하여, 상기 설정된 각 랜드마크 픽셀은 최저 에너지를 갖는 픽셀로 이동되어, 가장 유사한 요골원위부 골간단의 경계를 추출할 수 있게 된다.

도 8은, 상술한 메트로폴리스 어닐링 방법에 의하여 상기 단계 13에서 설정된 임시 경계를 조정하여, 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출한 결과의 일 예를 도시한 것이다.

앞서 언급한 바와 같이 기존의 ASM을 이용하여 요골원위부 골간단 경계를 추출하려는 경우에는, 상당한 양의 요골원위부 골간단 경계추출 데이터베이스를 갖추고 있어야 하며, snake 등을 이용하여 요골원위부 골간단을 추출할 경우에는 snake 의 특성에 따라 골간단 경계 검출 성능이 달라질 수 있었으나, 본 발명에 의한 요골원위부 골간단 경계추출 방법에 의하면, 별도의 데이터베이스없이 엑스선 영상에서 물리적으로 가장 그럴법한 경계선을 찾도록 함으로써, 간편하면서도 뛰어난 성능의 골간단 경계추출 성능을 보여준다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 요골원위부 골간단 경계추출 장치를 도시하는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 요골원위부 골간단 경계추출 장치는, 손의 엑스선 영상으로부터 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하는 관심영역 설정부(201)와, 상기 관심영역의 각 픽셀의 포텐셜 에너지를 그레이레벨의 그래디언트로부터 설정하여 포텐셜에너지 분포 영상을 만드는 포텐셜에너지 설정부(202)와, 상기 관심영역의 포텐셜 에너지 분포 영상에서 요골원위부 골간단의 임시 경계를 설정하는 전처리부(203)와, 상기 포텐셜 에너지 분포 영상의 임시 경계를 메트로폴리스 어닐링 방법으로 조정하여 에너지가 가장 낮은 부분으로 이루어지는 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 경계 추출부(204)를 포함한다.

상술한 요골원위부 골간단 경계 추출 장치에서의 동작은, 앞서 설명한 요골원위부 골간단 경계 추출 방법에 따라 이루어지는 것으로서, 불필요한 중복 설명을 피하기 위하여 상기 동작의 상세 설명은 생략한다.

본 발명에 의한 요골원위부 골간단 경계추출 장치는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장되는 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다. 즉, 본 발명 의 요골원위부 골간단 경계 추출 장치는, 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 손의 엑스선 촬영 영상 데이터로부터 골연령 측정에 필요한 요골원위부 골간단 경계를 비교적 간단하고 정확하게 추출할 수 있다. 상기에서, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD_ROM, 자기테이프, 플로피디스크 및 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 요골원위부 골간단 경계 추출 방법을 나타낸 흐름도,

도 2는 본 발명에 의한 요골원위부 골간단 경계 추출에 이용되는 엑스선 영상 및 관심영역 설정 예를 보인 예시도,

도 3은 본 발명에 의한 포텐셜 에너지 분포 설정 예를 보인 예시도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 요골원위부 골간단 경계 추출 방법에 있어서, 임시 경계를 설정하는 상세 과정을 나타낸 흐름도,

도 5는 본 발명에 의한 임시 경계 설정 예를 보인 예시도,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 요골원위부 골간단 경계 추출 방법에 있어서, 요골원위부 골간단 상세 경계의 설정 과정을 구체적으로 나타낸 흐름도,

도 7은 본 발명에 의한 요골원위부 골간단 상세 경계의 설정에 있어서, 랜드마크 픽셀의 설정 예를 도시한 예시도,

도 9은 본 발명에 의한 요골원위부 골간단 상세 경계 추출 결과의 일 예를 도시한 예시도, 그리고

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 요골원위부 골간단 경계 추출 장치를 도시하는 블록도이다.

Claims (17)

1. 엑스선 영상에서 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하는 단계;

   그레이레벨의 그래디언트를 이용하여 상기 관심 영역에 대한 포텐셜에너지 분포를 설정하는 단계;

   상기 관심영역에서 요골원위부 골간단의 양 측면과 골단쪽에 근접한 임시경계를 설정하는 단계; 및

   메트로폴리스 어닐링 방법을 이용하여 상기 설정된 임시 경계를 조정하여, 최소의 에너지를 갖는 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 단계를 포함하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엑스선 영상은

   요골 원위부와 인근 연부조직의 밝기 차가 크도록 촬영된 것임을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 관심 영역에 대한 포텐셜 에너지 분포를 설정하는 단계는,

   상기 관심 영역 내 각 픽셀의 포텐셜 에너지는 그레이 레벨의 그래디언트의 절대값에 -1을 곱한 값으로 설정함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 요골원 위부 골간단 경계추출 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 임시 경계를 설정하는 단계는,

   상기 관심영역의 경계선중 요골원위부 양 측면의 위치한 2개의 경계선과, 골단쪽에 위치한 경계선을 세 개의 직선으로 설정하는 단계;

   상기 설정한 세 개의 직선 각각에 대하여, 직선의 중심을 상기 관심영역의 중심 방향으로 평행이동하면서 동시에 직선을 회전시켜 직선상에 위치한 픽셀들의 포텐셜에너지 평균값을 구하여, 직선의 포센셜 에너지 평균값이 최소가 되는 위치와 회전각을 찾는 단계; 및

   상기 위치와 회전각을 찾는 단계를 통하여 찾은 위치 및 회전각을 갖는 세 개의 직선으로 둘러싸인 부분을 요골원위부 골간단에 대한 임시경계로 설정하는 단계를 포함하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 단계는,

   상기 임시 경계를 분할하여, 임시 경계 선상에 위치한 다수의 랜드마크 픽셀을 설정하는 단계;

   상기 각 랜드마크 픽셀의 에너지를 설정하는 단계;

   메트로폴리스 어닐링을 시작하기 위한 최고온도를 설정하는 단계;

   무작위 혹은 순서대로 복수의 랜드마크 픽셀을 선택하여, 메트로폴리스 어닐링 방법에 의해 이동시키는 단계;

   사전에 설정된 횟수가 도달되었는 지를 확인하여, 설정 횟수에 도달할때까지 상기 복수의 랜드마크 픽셀의 선택 및 메트로폴리스 어닐링 방법에 의한 이동을 반복하여 수행하도록 하는 단계;

   상기 사전에 설정된 횟수가 도달하면, 상기 메트로폴리스 어닐링 방법을 통해서 구해진 매트로폴리스 어닐링 온도를 단위 온도만큼 감소시키는 단계; 및

   상기 메트로폴리스 어닐링 방법을 통해서 구해진 메트로폴리스 어닐링 온도가 사전에 설정한 최저온도 미만인지를 확인하여, 최저 온도 미만이 아니면, 상기 다수의 랜드마크 픽셀을 선택하여, 메트로폴리스 어닐링 방법에 의해 이동시키는 단계부터 반복 수행하고, 최저 온도 미만이면 현재 상태의 랜드마크 픽셀들을 연결한 경계를 요골원위부 골간단 상세 경계로 추출하는 단계를 포함하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 다수의 랜드마크 픽셀에서, 임시 경계의 양 끝에 위치한 두 개의 랜드마크 픽셀은 관심영역의 경계선을 따라서 이동하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 최고온도는 최저 포텐셜에너지보다 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 각 랜드마크 픽셀의 에너지를 설정하는 단계는,

   상기 각 랜드마크 픽셀의 에너지 E를 해당 랜드마크 픽셀의 포텐셜에너지와 벤딩에너지의 합으로 설정하되, 상기 벤딩에너지는

   

   (여기서,

   

   는 해당 랜드마크 픽셀의 벤딩에너지의 계수이고, θ는 해당 랜드마크 픽셀의 전,후 랜드마크 픽셀들이 형성하는 각도임)로 설정하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 랜드마크 픽셀의 벤딩에너지 계수

    

    는 상수인 요골원위부 골간단 경계 추출 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 랜드마크 픽셀의 벤딩에너지 계수

    

    는, 전,후 랜드마크 픽셀의 포텐셜에너지의 평균에 비례하는 요골원위부 골간단 경계 추출 방법.
12. 제 6 항에 있어서,

    상기 다수의 랜드마크 픽셀을 선택하여, 메트로폴리스 어닐링 방법에 의해 이동시키는 단계는,

    선택한 랜드마크 픽셀의 전후 랜드마크 픽셀이 만드는 직선의 수직방향으로 상기 선택한 랜드마크 픽셀을 이동시키되, 현재 위치에서 사전에 설정한 거리 이내의 픽셀을 무작위로 선택하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 방법.
13. 엑스선 영상에서 요골원위부를 포함하는 관심영역을 설정하는 관심영역 설정부;

    상기 관심영역에서 그레이레벨의 그래디언트로부터 포텐셜에너지 분포를 설정하는 포텐셜에너지 설정부;

    상기 관심영역에서 요골원위부 골간단의 임시경계를 설정하는 전처리부; 및

    메트로폴리스 어닐링 방법으로 상기 설정한 임시 경계를 조정하여 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 경계 추출부를 포함하는 요골원위부 골간단 경계추출 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 포텐셜에너지 설정부는,

    상기 관심 영역 내 각 픽셀의 포텐셜 에너지를, 상기 픽셀의 그레이 레벨의 그래디언트의 절대값에 -1을 곱한 값으로 설정하여 포텐셜에너지 분포를 구하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 전처리부는,

    상기 관심영역에서 영역을 표시하는 경계선 4개 중 요골원위부 양 측면의 위치한 두 개의 경계선과 골단쪽 경계선을 세 개의 직선으로 설정하고, 설정된 세 개의 직선을 상기 관심영역의 중심 방향으로 평행이동하면서 동시에 회전시키면서, 설정된 세 개의 직선 각각에 위치한 픽셀들의 포텐셜에너지 평균값을 구하여, 설정된 세 개의 직선 각각의 포센셜 에너지 평균값이 최소가 될 때, 설정된 세 개의 직선으로 둘러싸인 부분을 임시 경계로 설정하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 장치.
16. 제 13 항에 있어서, 상기 경계추출부는

    상기 임시 경계를 분할하여, 임시 경계 선상에 위치한 다수의 랜드마크 픽셀을 설정하고, 상기 랜드마크 픽셀의 에너지를 설정한 후, 사전에 설정한 최고온도에서 최저 온도의 범위에서 단위온도만큼 감소시키면서 메트로폴리스 어닐링에 의해 랜드마크 픽셀을 이동시켜, 요골원위부 요골원위부 골간단 상세 경계를 추출하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 장치.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 경계 추출부는

    상기 다수의 랜드마크 픽셀 각각의 전후 랜드마크 픽셀이 만드는 직선의 수직방향으로 상기 다수의 랜드마크 픽셀 각각을 이동시키되, 현재 위치에서 사전에 설정한 거리 이내의 픽셀을 무작위로 선택하는 것을 특징으로 하는 요골원위부 골간단 경계추출 장치.

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