KR101352769B1

KR101352769B1 - 배경과 관심조직을 구별하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101352769B1
Application number: KR1020120049290A
Authority: KR
Inventors: 장진호; 강지운; 송태경; 유양모
Original assignee: 서강대학교산학협력단
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2014-01-22
Also published as: WO2013168873A1; US20150221081A1; US9478023B2; KR20130125623A

Abstract

본 발명은 관심 조직을 구별하는 방법에 관한 것으로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하고, 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키고, 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하고, 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 것을 특징으로 하며, 광 파장을 변화시켜 가면서 취득한 광 음향 영상을 분석하여 영상에 대해 인덱스를 부여하고, 이를 통하여 배경 신호와 구하고자 하는 신호를 구분할 수 있다.

Description

배경과 관심조직을 구별하는 방법 및 장치{Method and apparatus of differentiating between a background and a region of interest}

본 발명은 배경과 관심조직을 구별하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광 파장을 변화시켜 가면서 취득한 광 음향 영상을 분석하여 영상의 각 픽셀에 인덱스를 부여하고, 부여된 인덱스를 이용하여 배경 신호와 구하고자 하는 신호를 구분할 수 있는 관심 조직을 구별하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

광 음향 영상에 나타나는 여러 인체 조직들은 각기 다른 광 흡수 계수를 갖고 있다.

도 1은 인체 조직 내에서의 광 흡수 계수를 보여준다.

도 1을 참조하면, 각 물질은 인체 내에서 각각 최적의 광 음향 계수(Absorption Coefficient)를 출력하는 광 파장이 정해져 있다. 예를 들어 Hb의 경우 400nm, 550nm, HbO₂의 경우 420nm와 550nm 부근, 그리고 900nm에서 최적의 광 흡수 계수를 보이며, 단백질의 경우 200nm 정도에서 최적의 광 흡수 계수를 보인다. 이러한 물질별 광 흡수 계수의 차이를 이용하여 최적의 광 흡수 계수를 보이는 광 파장을 구별해 냄으로써, 주변 배경과 보고자 하는 인체의 생리학적 변화를 구별할 수 있다.

인체 조직 내에서의 광 흡수 계수를 이용한 광 음향 영상화 기법에서는 각 광 파장에 따라 변하는 변화를 이용하여 인체 내의 생리학적 변화를 영상화할 수 있다. 한편, 모든 조직들이 특정 광 파장에서 최적으로 반응하지만 다른 조직을 영상화하고 싶을 때도 최적은 아니지만 반응할 수 있다. 즉, 모든 광 흡수 계수는 완벽하게 구분될 수 없으므로 선택적인 배경 구별을 위한 방법 및 장치가 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 광 파장을 변화시켜 가면서 취득한 광 음향 영상을 분석하여 영상에 대해 인덱스를 부여하고, 이를 통하여 배경 신호와 구하고자 하는 신호를 구분할 수 있는 관심 조직을 구별하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 사용자는 관찰하고자 하는 대상만을 더 높은 대조 해상도로 구현할 수 있는 관심 조직을 구별하는 장치를 제공하는 것이다.

또한, 상기된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위한 제1 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키는 단계; 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 단계를 포함하는 관심 조직을 구별하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이 나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 할 수 있다.

즉, 상기 관심 조직에서 가장 많은 광 에너지를 흡수하는 파장의 인덱스가 아니더라도 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수 간에 가장 큰 차이가 나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 할 수 있다.

또한, 상기 관심 조직이 2번째로 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 0보다 크고, 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트보다 작게 설정할 수 있다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위한 제2 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 최대최소비 변환 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 파장에 따라 일정 수준 이상의 변화를 보이는 픽셀을 추출하는 단계를 포함한다.

즉, 파장에 따라 일정 수준 이상의 변화를 보이지 않는 픽셀들은 배경으로 볼 수 있으며, 파장에 따라 일정 수준 이상의 변화를 보이는 픽셀들 중에 상기 관심 조직의 픽셀들이 포함되어 있을 것이다.

따라서, 상기 최대값과 상기 최소값의 차이가 일정 값 이상인 경우는 최대최소비 변환 웨이트의 최대값을 부여하고, 상기 최대값과 상기 최소값의 차이가 일정 값 이하인 경우는 최대최소비 변환 웨이트의 최소값을 부여할 수 있다.

광 파장을 변화시키면서 각 픽셀의 강도를 검출할 때 여러 파장들에 대해서 일정 범위 내의 강도를 나타내는 픽셀과 일정 범위 이상의 강도 차이를 나타내는 픽셀을 구분할 수 있다. 광 파장을 변화시켜가면서 취득한 각 픽셀의 최대값과 최소값의 비율을 각 픽셀에 대응시켜 최대최소 프레임을 구성하고 할 수 있으며, 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 최대최소비 변환 웨이트 프레임을 구성하고, 일정 범위 이상의 강도 차이를 나타내는 픽셀을 검출해 냄으로써 관심 조직과 배경을 구분할 수 있다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위한 제3 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키는 단계; 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 단계; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 단계; 상기 시그널 웨이트와 상기 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 각 픽셀별 최종 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 상기 관심 조직의 픽셀을 추출하는 단계를 포함하는 관심 조직을 구별하는 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위한 제1 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시켜 인덱스 프레임을 생성하는 인덱스 프레임 생성부; 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 시그널 웨이트 생성부; 및 상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위한 제2 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율마다의 각 픽셀별 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 최대최소비 변환 웨이트 생성부; 및 상기 생성된 최대최소비 변환 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치를 제공한다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위한 제3 실시 예로서, 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시켜 인덱스 프레임을 생성하는 인덱스 프레임 생성부; 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 시그널 웨이트 생성부; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 최대최소비 변환 웨이트 생성부; 상기 시그널 웨이트와 상기 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성하여 웨이트 프레임을 생성하는 웨이트 프레임 생성부 단계; 및 상기 생성된 각 픽셀별 최종 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치를 제공한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 관심 조직을 구별하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 광 파장을 변화시켜 가면서 취득한 광 음향 영상을 분석하여 영상에 대해 인덱스를 부여하고, 이를 통하여 배경 신호와 구하고자 하는 관심 조직의 신호를 구분할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 사용자는 관찰하고자 하는 대상만을 더 높은 대조 해상도로 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면, 유방 검체를 사용하여 수행된 광음향 실험의 결과 영상에서, 유방 검체, 유방 검체를 고정하기 위한 스테이플 영역, 및 검체와 레이저와의 상호작용(interaction) 영역을 서로 구분해 낼 수 있다.

도 1은 인체 조직 내에서의 광 흡수 계수를 보여준다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 인덱스 프레임, 시그널 웨이트 프레임, 최대최소비 변환 웨이트 프레임 및 최종 웨이트 프레임을 생성하는 과정을 도시한 것이다.
도 4는 미세 석회화를 포함한 유방 생검 조직에 대한 광음향 영상과 이에 대한 웨이트 프레임, 그리고 이를 통한 마스킹 후 영상 LPF (median filtering)을 취한 결과를 각각 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 인덱스 프레임에서의 인덱스에 대응하는 색을 각 픽셀에 대응시켜 생성한 인덱스 프레임을 나타낸 것이다.

본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법은 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계; 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키는 단계; 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

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. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자 외에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 보고자 하는 관심 조직의 광 파장에 따른 반응 정도의 변화를 알고 있다고 가정한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 장치의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 장치는 픽셀 강도 검출부(210), 인덱스 프레임 생성부(220), 시그널 웨이트 생성부(230), 최대최소비 변환 웨이트 생성부(240), 웨이트 프레임 생성부(250), 웨이트 적용부(260) 및 필터링부(270)로 구성된다.

픽셀 강도 검출부(210)는 파장별로 획득한 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하고, 파장별로 영상 프레임을 생성한다. 이때, 상기 영상 프레임은 각 픽셀마다 강도가 대응되어 있는 영상 프레임인 것이 바람직하다.

한편, 픽셀 강도 검출부(210)가 영상 프레임을 생성하기 위하여 이용하는 영상은 각 파장에 대해 취득한 광 음향 신호에 대해 빔 집속을 수행하여 포락선 검출된(Envelope detected) 크기(Magnitude) 신호가 될 수 있으며, 또한 충분히 조절된 동적 범위(Dynamic range)를 갖는 백엔드 처리된 영상(Back-end processed image)이 될 수 있다. 크기 신호를 가지고 영상 프레임을 생성할 경우 설정된 ROI(region of interest)에 따라 처리할 데이터 양이 많을 수 있지만 더 안정한 성능을 보이며, 백엔드 처리된 영상을 가지고 수행할 경우에는 ROI에 따라 더 적은 데이터 양만을 가지고 수행될 수 있지만, 설정된 동적 범위에 따라 배경 구별 성능이 떨어질 수 있다.

인덱스 프레임 생성부(220)는 픽셀 강도 검출부(210)에서 생성된 영상 프레임들의 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상 프레임의 인덱스를 각 픽셀에 대응시킨 인덱스 프레임을 생성한다. 이때, 파장마다 인덱스가 대응되어 있으며, 영상 프레임의 인덱스와 파장의 인덱스는 동일한 것이 바람직하다.

인덱스 프레임 생성부(220)는 픽셀 강도 검출부(210)에서 생성된 영상 프레임들의 픽셀마다 최적 광 흡수 계수에 대응하는 인덱스를 생성한다.

관심 조직을 가장 잘 나타내는 파장 구간 N개를 임의로 설정하는 경우 수식으로 표현하면 다음과 같다.

파장 구간 N개에 대하여 인덱스가 1, 2, 3, ......N이 부여된다.

시그널 웨이트 생성부(230)는 인덱스 프레임 생성부(220)가 생성한 인덱스 프레임에 포함된 인덱스 중에서 부각시키고 인덱스에 대해서는 큰 시그널 웨이트를, 구별하고 싶을 때에는 작은 시그널 웨이트를 적용하여 픽셀별 시그널 웨이트 프레임을 구성한다.

일 실시 예로서, 시그널 웨이트 생성부(230)는 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 할 수 있다.

즉, 상기 관심 조직에서 가장 많은 광 에너지를 흡수하는 파장의 인덱스가 아니더라도 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수의 차이가 최대가 되는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것이다.

다른 실시 예로서, 시그널 웨이트 생성부(230)는 인덱스 프레임 생성부(220)가 생성한 인덱스 프레임에 포함된 인덱스들 중에서 관심 조직에 가장 많이 흡수되는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 1로 하고, 그 밖의 다른 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 0 이상 1 미만의 값으로 정한다. 이때, 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이나는 파장은 도 1에 도시한 바와 같이 알고 있다는 것을 가정한다.

예를 들면, 도 1에 도시된 파장별 광 흡수 계수에서 2개 이상의 파장에서 큰 광 흡수 계수를 나타내는 조직의 경우 가장 큰 광 흡수 계수를 나타내는 파장에 대응하는 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 1로 하고, 다음으로 큰 광 흡수 계수를 나타내는 파장에 대응하는 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 1/2로 할 수 있다.

한편, 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이 나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 0으로 하고, 그 밖의 다른 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 0 초과 1 이하의 값으로 정하는 것도 가능하나, 시그널 웨이트를 결정하는 방법은 이에 한정되지 않는다.

관심 조직에 가장 많이 흡수되는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 1로 하는 경우는 관심 조직 영상이 배경 조직 영상의 비하여 더 큰 강도를 갖게 되는 반면, 관심 조직에 가장 많이 흡수되는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트를 0으로 하는 경우는 배경 조직의 영상이 관심 조직의 영상에 비하여 더 큰 강도를 갖게 될 것이다. 따라서, 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 웨이트의 적절한 조정을 통해 최적의 관심 조직과 배경 조직의 구별을 용이하게 할 수 있다.

최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)는 각 픽셀에서의 최소값과 최대값의 비율을 이용하여 최대최소비 변환 웨이트를 정함으로써, 최대최소비 변환 웨이트 프레임을 구성한다.

최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)는 픽셀 강도 검출부(210)에서 생성된 영상 프레임들 중에서 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값을 각 픽셀별로 추출한 다음, 최대값과 최소값의 차이에 따라 0 이상 1 이하의 최대최소비 변환 웨이트를 생성한다.

예를 들어, 최대값과 최소값의 차이가 큰 경우 관심 조직의 픽셀이라고 판단할 수 있다면 최대최소비 변환 웨이트의 최대값을 부여하고, 최대값과 최소값의 차이가 작은 경우 배경이라고 판단할 수 있다면 최대최소비 변환 웨이트의 최소값을 부여할 수 있다. 한편, 관심 조직 또는 배경이 아닌 다른 조직의 픽셀에 대해서는 0과 1 사이의 최대최소비 변환 웨이트를 부여하는 것이 바람직하다.

최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)는 모든 파장에 대해 강도가 작게 변하는 신호(static signal)를 구별하기 위하여 최대최소비 변환 웨이트를 0으로 설정할 수 있으며, 최대최소비 변환 웨이트를 1로 설정하여 배경 영상을 관심 조직 영상보다 부각시킬 수도 있다. 관찰하고자 하는 조직이 무엇이냐에 따라 배경만 남길 수도 있으며, 인덱스 프레임 생성부(220)의 구성을 어떻게 설정하느냐에 따라 최소 반응을 보이는 부분을 찾을 수 있도록 변형이 가능할 것이다.

웨이트 프레임 생성부(250)는 시그널 웨이트 생성부(230)의 시그널 웨이트와 최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)의 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성한다. 일 례로서, 시그널 웨이트 생성부(230)의 시그널 웨이트와 최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)의 최대최소비 변환 웨이트를 대응하는 각 픽셀별로 곱셈하여 최종 웨이트를 생성할 수 있다.

결과적으로 인덱스 프레임에서 구한 시그널 웨이트 프레임과, 각 픽셀별 강도의 최대값과 최소값으로부터 구한 최대최소비 변환 웨이트 프레임을 이용하여 최종 웨이트 프레임을 구성한다.

웨이트 적용부(260)는 웨이트 프레임 생성부(250)에서 생성된 웨이트를 관심 조직의 가장 큰 광 흡수 계수에 대응하는 파장으로부터 생성된 영상 프레임에 적용한다. 웨이트를 영상 프레임에 적용한 결과, 배경 영상은 어둡게 되고, 관심 조직의 영상은 밝게 된다.

즉, 웨이트 적용부(260)는 최적 파장으로 구성한 영상 프레임에 웨이트 프레임 생성부(250)가 생성한 웨이트를 이용하여 마스킹(masking)을 수행함으로써, 배경을 구별한다. 결과적으로 광 음향 영상 기법에서 특정 조직의 광의 파장 변화에 따른 반응을 분석하여 해당 조직에 대해 고 대조도 영상을 제공할 수 있다.

필터링부(270)는 웨이트 적용부(260)에서 출력된 영상 프레임에 대하여 필터링을 수행하여 노이즈를 제거한다. 필터링부(270)는 웨이트 적용부(260)가 출력한 영상 프레임과 초음파 영상의 조합도와 영상의 질을 향상시키기 위해 영상 프레임에 대하여 2-D LPF를 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 인덱스 프레임, 시그널 웨이트 프레임, 최대최소비 변환 웨이트 프레임 및 최종 웨이트 프레임을 생성하는 과정을 도시한 것이다.

도 2와 도 3(a)를 참조하면, 픽셀 강도 검출부(210)가 파장별로 획득한 영상 프레임들이 영상 프레임1, 영상 프레임2, 영상 프레임3, 영상 프레임4로 표현되어 있다.

상기 영상 프레임들로부터 인덱스 프레임 생성부(220)는 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상 프레임의 인덱스를 각 픽셀에 대응시킨 인덱스 프레임을 생성한다. 시그널 웨이트 생성부(230)는 상기 인덱스 프레임을 이용하여 시그널 웨이트 변환을 통해 시그널 웨이트 프레임을 생성한다.

예를 들어, 최적의 파장에 대응하는 인덱스가 3이고, 인덱스 1에 대응하는 파장이 관심 조직에 대하여 최적 파장 다음 크기의 강도가 있다고 할 때, 시그널 웨이트 변환이 이루어지는 방법은 다음과 같다. 즉, 인덱스가 3인 픽셀에 대해서는 시그널 웨이트를 1로 할당하고, 인덱스가 2인 픽셀에 대해서는 0.5를 할당하며, 그 밖의 다른 픽셀에 대해서는 0으로 할당한다.

한편, 픽셀 강도 검출부(210)가 파장별로 획득한 영상 프레임들로부터 최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)는 각 픽셀에서의 최소값과 최대값의 비율을 생성하고, 이 비율로부터 최대최소비 변환 웨이트를 생성한다. 최대최소비 변환 웨이트의 변환방법은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 최대값/최소값 비율이 1에 가까운 픽셀에 대해서는 0을 부여하고, 최대값/최소값 비율이 0에 가까운 픽셀에 대해서는 1을 부여하는 것이다. 도 3에서 최대값/최소값 비율이 4/3 이상인 경우는 0을 부여하고, 4/3과 4/2 사이인 경우에는 0.5를 부여하며, 4/2 미만인 경우에는 1을 부여하고 있다.

다음으로, 웨이트 프레임 생성부(250)는 시그널 웨이트 생성부(230)의 시그널 웨이트와 최대최소비 변환 웨이트 생성부(240)의 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성한다. 웨이트 프레임과 시그널 웨이트 프레임의 각 픽셀별로 곱한 결과 웨이트 프레임이 생성됨을 확인할 수 있다.

마지막으로, 도 3(b)를 참조하면, 웨이트 적용부(260)는 최적 파장에 대응하는 영상 프레임3에 상기 웨이트 프레임을 픽셀별로 곱함으로써, 배경이 구별된 영상 프레임을 생성하게 된다.

도 4는 미세 석회화를 포함한 유방 생검 조직에 대한 광음향 영상과 이에 대한 웨이트 프레임, 그리고 이를 통한 마스킹 후 영상 LPF (median filtering)을 취한 결과를 각각 도시한 것이다.

도 4(a)는 미세 석회화를 포함한 유방 생검 조직에 대한 광음향 영상이고, 도 4(b)는 미세 석회화를 포함한 유방 생검 조직에 대한 웨이트 프레임이며, 도 4(c)는 마스킹 후 영상 LPF (median filtering)을 취한 결과이다.

영상은 Surelite OPO system (Continuum, USA)로 19mJ/cm²의 광 에너지를 인가한 후 연구 패키지 SonixDAQ를 장착한 SonixTouch (Ultrasonix, Canada)로 실험하여 얻은 영상이다. 파장은 680 nm부터 750 nm 까지는 10 nm씩 바꿔가면서, 그리고 800 nm부터 1000 nm까지는 50 nm씩 바꿔가면서 실험을 진행하였다. 미세석회화를 포함한 유방 생검 조직은 스테이플러(stapler)를 통해 고정되었으며, 스테이플러는 대부분 800~1000 nm에서 최적 파장을 갖는다.

인덱스 프레임으로부터 시그널 웨이트 프레임을 생성할 때, 미세 석회화의 최적 파장인 700 nm에서 최적 파장을 갖는 인덱스 2에 16의 웨이트를 주었으며 나머지는 0으로 하였다. 최대최소비 변환 웨이트 프레임은 최대값/최소값이 1보다 작으면 0으로 마스킹하도록 하였다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법은 도 2에 도시된 관심 조직을 구별하는 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 관심 조직을 구별하는 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법에도 적용된다.

500 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출한다. 검출한 픽셀별 강도를 이용하여 파장별로 영상 프레임을 생성하는 것이 바람직하다. 이때, 영상 프레임은 각 픽셀마다 강도가 대응되어 있는 영상 프레임인 것이 바람직하다.

510 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시킨다. 이때, 파장마다 인덱스가 대응되어 있으며, 영상 또는 영상 프레임의 인덱스와 파장의 인덱스는 동일한 것이 바람직하다.

520 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성한다.

이때, 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이가 나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것이 바람직하다.

다른 예로서, 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 관심 조직이 2번째로 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 0보다 크고, 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트보다 작게 설정할 수 있다.

530 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법은 도 2에 도시된 관심 조직을 구별하는 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 관심 조직을 구별하는 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시 예에 따른 관심 조직을 구별하는 방법에도 적용된다.

600 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출한다.

610 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성한다.

보다 상세하게는 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값을 각 픽셀별로 추출한 다음, 최대값과 최소값의 차이에 따라 0 이상 1 이하의 최대최소비 변환 웨이트를 생성한다. 예를 들어, 최대값과 최소값의 차이가 큰 경우 관심 조직의 픽셀이라고 판단할 수 있다면 최대최소비 변환 웨이트의 최대값을 부여하고, 최대값과 최소값의 차이가 작은 경우 배경이라고 판단할 수 있다면 최대최소비 변환 웨이트의 최소값을 부여할 수 있다. 한편, 관심 조직 또는 배경이 아닌 픽셀에 대해서는 0과 1 사이의 최대최소비 변환 웨이트를 부여하는 것이 바람직하다.

620 단계에서 관심 조직을 구별하는 장치는 상기 생성된 최대최소비 변환 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성한다.

도 7은 인덱스 프레임에서의 인덱스에 대응하는 색을 각 픽셀에 대응시켜 생성한 인덱스 프레임을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시 예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

의료 영상, 영상 처리, Spectroscopic Photoacoustic Imaging

210 : 픽셀 강도 검출부 220 : 인덱스 프레임 생성부
230 : 시그널 웨이트 생성부 240 : 최대최소비 변환 웨이트 생성부
250 : 웨이트 프레임 생성부 260 : 웨이트 적용부
270 : 필터링부

Claims

파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키는 단계;
상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 상기 관심 조직이 구별된 영상을 생성하는 단계를 포함하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 시그널 웨이트를 생성하는 단계는,
상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수가 가장 많이 차이 나는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것을 특징으로 하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 관심 조직에서 가장 많은 광 에너지를 흡수하는 파장의 인덱스가 아니더라도 상기 관심 조직의 광 흡수 계수와 주변 조직의 광 흡수 계수의 차이가 최대가 되는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것을 특징으로 하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 가장 큰 값으로 하는 것을 특징으로 하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제1 항에 있어서,
상기 관심 조직이 2번째로 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트를 0보다 크고, 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장의 인덱스에 대응하는 픽셀의 시그널 웨이트보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 관심 조직을 구별하는 방법.
파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 최대최소비 변환 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 단계를 포함하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제6 항에 있어서,
상기 최대값과 최소값의 차이가 일정 값 이상인 경우는 상기 관심 조직의 픽셀이라고 판단하여 최대최소비 변환 웨이트의 최대값을 부여하고, 최대값과 최소값의 차이가 일정 값 미만인 경우는 배경이라고 판단하여 최대최소비 변환 웨이트의 최소값을 부여하는 것을 특징으로 하는 관심 조직을 구별하는 방법.
파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 단계;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시키는 단계;
상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 단계;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 단계;
상기 시그널 웨이트와 상기 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 각 픽셀별 최종 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 단계를 포함하는 관심 조직을 구별하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시켜 인덱스 프레임을 생성하는 인덱스 프레임 생성부;
상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 시그널 웨이트 생성부; 및
상기 생성된 각 픽셀별 시그널 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치.
파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 최대최소비 변환 웨이트 생성부; 및
상기 생성된 최대최소비 변환 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치.
파장별로 획득한 관심 조직 영상의 각 픽셀별 강도를 검출하는 픽셀 강도 검출부;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도가 가장 큰 영상에 대응하는 인덱스를 각 픽셀에 대응시켜 인덱스 프레임을 생성하는 인덱스 프레임 생성부;
상기 관심 조직이 흡수하는 파장을 고려하여 상기 각 픽셀에 대응하는 시그널 웨이트를 생성하는 시그널 웨이트 생성부;
상기 각 픽셀에 대응하는 강도의 최대값과 최소값의 비율을 이용하여 각 픽셀별로 적용할 최대최소비 변환 웨이트를 생성하는 최대최소비 변환 웨이트 생성부;
상기 시그널 웨이트와 상기 최대최소비 변환 웨이트를 이용하여 최종 웨이트를 생성하여 웨이트 프레임을 생성하는 웨이트 프레임 생성부 단계; 및
상기 생성된 각 픽셀별 최종 웨이트를 상기 관심 조직이 가장 많이 흡수하는 파장으로 획득한 영상의 각 픽셀에 적용하여 배경이 구별된 영상을 생성하는 웨이트 적용부를 포함하는 관심 조직을 구별하는 장치.