KR101376834B1 - 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법 - Google Patents

피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법을 공개한다. 이 방법은 (a) 움직임 검출 모듈이 피사체의 실시간 움직임 정보를 출력하는 단계; (b) 움직임 계산 모듈이 상기 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 3축 움직임 파라미터로 변환하여 출력하는 단계; (c) 구동 모듈이 상기 3축 움직임 파라미터에 응답하여 구동 모터를 구동하는 단계; 및 (d) 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 구동 모터의 구동에 응답하여 상기 피사체가 실제 움직인 만큼 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 움직임 검출 모듈로부터 얻은 움직임 정보를 통하여 피사체의 3축 움직임 파라미터를 계산하여 이에 따라 의료영상 데이터 획득 모듈을 이동 시켜줌으로써 마치 피사체가 촬영중에 움직이지 않은 것과 같은 의료영상 데이터를 획득할 수 있어 피사체의 움직임에 의한 잘못된 샘플 획득을 최소화 할 수 있고, 피사체의 움직임에 따라 실시간으로 의료영상 데이터 획득 모듈을 동시에 움직여주므로 획득되는 의료영상의 정확도가 향상된다.

Description

피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법{a real-time motion tracking of the subject and medical imaging correction method}
본 발명은 의료영상 보정 방법에 관한 것으로서, 특히 정확한 의료 영상을 획득하기 위해서 피사체의 움직임에 대한 적절한 보정을 해 주어야 하는 의료 영상기기에서 영상 데이터 획득 후에 피사체의 움직임에 따라 측정장비를 직접 움직이게 하여 영상을 획득하는 과정 중에 실시간으로 오차를 보정할 수 있는 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 관한 것이다.
현대 의료 영상 장비의 발전은 의료계의 혁신을 이끌며 신체에 손상을 주지 않고도 뇌 구조 및 기능적 구조를 파악하여 많은 질병들의 치료에 도움을 주었다. 특히 양전자방출촬영(PET)의 경우 사용되는 방사성 리간드(ligand)에 따라서 에너지 대사량, 수용체의 분포, 신경 전달 물질의 분비량, 유전자 발현 정도 등을 정량적으로 측정할 수 있기 때문에 다른 의료영상이 갖지 못하는 큰 장점이 있다고 할 수 있다.
하지만, 영상의 공간 해상도가 시스템의 검출기의 물리적, 구조적 특성에 의해 제한되기 때문에 다른 영상 시스템에 비해 해상도가 떨어진다는 단점 또한 지니고 있다.
또한, PET는 방사성 리간드에서 방출된 양전자의 소멸 에너지를 검출하기 때문에 충분한 샘플의 수를 얻기 위해서는 30분 이상의 긴 촬영 시간이 필요하게 된다.
이렇게 긴 촬영시간 동안 피사체의 움직임은 최대한 제한이 되어야 하나, 무의식적인 움직임 또는 생리적 현상 등으로 인한 움직임이 발생하게 되면, 이후 바뀐 위치로 샘플링이 이루어지게 되며, 영상 복원시 잘못된 위치의 데이터를 가지고 복원을 하게 되므로 정확하지 못한 영상 데이터의 복원으로 이어지는 경우가 발생하는 문제점이 있었다.
이와 같이, PET와 같은 의료 영상기기에서는 일반적으로 촬영 시간이 길어질수록 움직이지 않기가 어려운데, 이러한 움직임의 영향은 영상장비의 해상도가 높아짐에 따라서 더욱 커지게 된다.
특히, PET와 같은 정량적인 측정이 중요한 장비에서는 움직임에 의한 영상의 측정 오차를 줄이는 것이 더욱 중요하므로 정확한 의료 영상을 획득하기 위해서는 피사체의 움직임에 대한 적절한 보정을 해 주는 과정이 필요하다.
이를 위하여 종래에는 피사체의 움직임을 감지하는 시스템에 의해 움직임에 관한 정보를 얻고, 그 정보를 영상재구성 알고리즘에 적용하여 보정하는 것이 일반적이었다.
그러나, 영상 데이터 획득 후에 소프트웨어로 움직임을 보정하는 경우에는 소프트웨어적인 움직임 보정 오차뿐만 아니라 감쇄(attenuation), 산란(scatter), 또는 정규화(normalization) 등과 같은 영상의 정량적인 보정 과정에서의 오차보정 또한 매우 중요한 요소로 작용한다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해서는, 측정된 움직임 정보를 하드웨어적으로 구현하여 피사체의 움직임에 따라 측정장비를 움직이게 하여 움직임을 보정할 필요성이 있었다.
본 발명의 목적은 의료 영상기기에서 피사체의 실시간 움직임 정보를 검출 하고 분석하여 영상 데이터 획득 후에 피사체의 움직임에 따라 실시간으로 측정장비를 직접 움직이게 하여 영상의 정량적인 보정을 할 수 있는 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법은 (a) 움직임 검출 모듈이 피사체의 실시간 움직임 정보를 출력하는 단계; (b) 움직임 계산 모듈이 상기 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 3축 움직임 파라미터로 변환하여 출력하는 단계; (c) 구동 모듈이 상기 3축 움직임 파라미터에 응답하여 구동 모터를 구동하는 단계; 및 (d) 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 구동 모터의 구동에 응답하여 상기 피사체가 실제 움직인 만큼 이동하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법은 상기 (b) 단계 후 상기 (c) 단계 전에 제어 모듈이 상기 3축 움직임 파라미터를 기계어로 변환하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법은 상기 (a) 단계 전에 (e) 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체의 의료영상 데이터를 획득하는 단계; 및 (f) 데이터 처리 모듈이 상기 의료영상 데이터를 전달받아 영상을 복원하고 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 상기 (d) 단계는 상기 구동 모듈이 상기 의료영상 데이터 획득 모듈 양쪽의 상기 구동 모터를 다른 방향으로 구동시켜 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체가 실제 움직인 일정 각도만큼 회전이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 상기 (d) 단계는 상기 구동 모듈이 상기 의료영상 데이터 획득 모듈 양쪽의 상기 구동 모터를 같은 방향으로 구동시켜 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체가 실제 움직인 일정 거리만큼 평행이동하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 상기 의료영상 데이터 획득 모듈은 PET, MRI, SPECT, X-ray, CT 및 Ultrasound 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 상기 움직임 검출 모듈은 CCD 카메라, 자이로스코프 및 레이 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 움직임 검출 모듈로부터 얻은 움직임 정보를 통하여 피사체의 3축 움직임 파라미터를 계산하여 이에 따라 의료영상 데이터 획득 모듈을 이동 시켜줌으로써 마치 피사체가 촬영중에 움직이지 않은 것과 같은 의료영상 데이터를 획득할 수 있어 피사체의 움직임에 의한 잘못된 샘플 획득을 최소화 할 수 있게 된다.
또한, 피사체의 움직임에 따라 실시간으로 의료영상 데이터 획득 모듈을 동시에 움직여주므로 획득되는 의료영상의 정확도가 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 구동 모터를 이용하여 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 구동 모터를 이용하여 3차원의 각 평면 상에서 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 장치의 구성도로서, 의료영상 데이터 획득 모듈(110), 데이터 처리 모듈(120), 움직임 검출 모듈(130), 움직임 계산 모듈(140), 제어 모듈(150) 및 구동 모듈(160)을 구비한다.
도 2는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도로서, (a)는 피사체가 일정 각도(Asub)만큼 회전이동한 경우이고, (b)는 피사체가 일정 거리(Dsub)만큼 평행이동한 경우이다.
도 4는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 구동 모터(112, 114)를 이용하여 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도로서, (a)는 회전이동시키는 경우이고, (b)는 평행이동시키는 경우이다.
도 5는 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법에 따라 구동 모터(112, 114)를 이용하여 3차원의 각 평면 상에서 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시키는 실시예의 구성도로서, (a)는 X-Y 평면, (b)는 Y-Z 평면, (c)는 Z-X 평면의 경우이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법의 동작을 설명하면 다음과 같다.
의료영상의 촬영 시작과 동시에 의료영상 데이터 획득 모듈(110)과 움직임 검출 모듈(130)이 작동을 시작한다.
의료영상 데이터 획득 모듈(110)은 측정하고자 하는 의료영상의 데이터를 획득하는데 필요한 센서부를 비롯한 기구 및 전자장비로서, PET, MRI, SPECT, X-ray, CT, Ultrasound 등을 포함한다.
데이터 처리 모듈(120)은 의료영상 데이터 획득 모듈(110)로부터 피사체의 의료영상 정보를 인가받아 영상을 복원하고 영상 데이터를 저장한다.
이때, 만일 피사체(50)가 움직이는 경우, 움직임 검출 모듈(130)은 피사체(50)의 움직임을 감지하여 실시간 움직임 정보를 출력한다(S110). 움직임 검출 모듈(130)은 센서에 따라서 CCD 카메라, 자이로스코프, 레이 센서 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
일반적으로 단단한 고체 형태의 물체의 움직임은 3축의 수평이동과 3축의 회전이동의 6개의 움직임 파라미터로 표현할 수 있는데, 움직임 계산 모듈(140)은 움직임 검출 모듈(130)로부터 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 6개의 움직임 파라미터(DOF)로 변환시킨다(S120).
제어 모듈(150)은 움직임 계산 모듈(140)로부터 움직임 파라미터를 인가받아 기계어로 변환시키고(S130), 구동 모듈(160)은 제어 모듈(150)로부터 변환된 기계어에 응답하여 의료영상 데이터 획득 모듈(110) 구동 모터(112, 114)를 구동시켜(S140) 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 실제 움직인 만큼 평행이동과 회전이동의 조합으로 6가지 방향으로 이동시킨다(S150).
이때, 구동모듈(160)이 구동모터(112,114)를 구동시켜 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 움직여 주기 위해서는 의료영상 데이터 획득 모듈(110)이 3축 회전 및 이동이 가능한 구조여야만 한다.
이를 위하여 본 발명에 따른 피사체(50)의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 장치는 축에 해당하는 위치인 의료영상 데이터 획득 모듈(110)에 양방향 움직임이 가능한 구동 모터(112, 114)를 구비한다.
즉, 도 4에서 보는 바와 같이, 구동 모터(112, 114)가 각기 다른 방향을 향해서 움직이면 의료영상 데이터 획득 모듈(110)의 회전이 가능하며, 구동 모터(112, 114)가 같은 방향으로 작동되면 의료영상 데이터 획득 모듈(110)의 축 이동이 가능하게 된다.
또한, 도 5에서 보는 바와 같이, 3차원의 각 평면(X-Y, Y-Z, Z-X) 상에서 의료영상 데이터 획득 모듈(110) 구동 모터(112, 114)의 작동 방향에 따라 3개의 축 방향으로 의료영상 데이터 획득 모듈(110)의 평행이동 및 회전이동이 가능하게 된다.
예를 들어, 도 3(a)에서 보는 바와 같이, 의료영상 데이터 획득 모듈(110)이 피사체(50)의 의료영상을 스캔하는 중에 피사체(50)가 일정 각도(Asub)만큼 회전이동하였다고 가정한다.
움직임 검출 모듈(130)이 피사체(50)의 움직임을 감지하여 실시간 움직임 정보를 출력하면, 움직임 계산 모듈(140)은 움직임 검출 모듈(130)로부터 피사체(50)가 일정 각도(Asub)만큼 회전이동한 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 회전이동에 대한 3개의 움직임 파라미터 및 평행이동에 대한 3개의 움직임 파라미터로 변환시킨다.
제어 모듈(150)은 움직임 계산 모듈(140)로부터 6개의 움직임 파라미터를 인가받아 기계어로 변환시키고, 구동 모듈(160)은 제어 모듈(150)로부터 6개의 움직임 파라미터의 변환된 기계어에 응답하여 의료영상 데이터 획득 모듈(110) 구동 모터(112, 114)를 구동시켜 도 4(a)에서 보는 바와 같이, 각기 다른 방향을 향해서 움직이게 하여 도3(a)에서 보는바와 같이 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 피사체(50)가 실제 움직인 일정 각도(Asub)와 동일 크기의 각도(Asys)만큼 회전이동시킨다.
또한, 도 3(b)에서 보는 바와 같이, 의료영상 데이터 획득 모듈(110)이 피사체(50)의 의료영상을 스캔하는 중에 피사체(50)가 일정 거리(Dsub)만큼 평행이동하였다고 가정한다.
움직임 검출 모듈(130)이 피사체(50)의 움직임을 감지하여 실시간 움직임 정보를 출력하면, 움직임 계산 모듈(140)은 움직임 검출 모듈(130)로부터 피사체(50)가 일정 거리(Dsub)만큼 평행이동한 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 회전이동에 대한 3개의 움직임 파라미터 및 평행이동에 대한 3개의 움직임 파라미터로 변환시킨다.
제어 모듈(150)은 움직임 계산 모듈(140)로부터 6개의 움직임 파라미터를 인가받아 기계어로 변환시키고, 구동 모듈(160)은 제어 모듈(150)로부터 6개의 움직임 파라미터의 변환된 기계어에 응답하여 의료영상 데이터 획득 모듈(110) 양쪽의 구동 모터(112, 114)를 구동시켜 도 4(b)에서 보는 바와 같이, 각기 같은 방향을 향해서 움직이게 하여 도 3(b)에서 보는 바와 같이 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 피사체(50)가 실제 움직인 일정 거리(Dsub)와 동일 크기의 일정 거리(Dsys)만큼 평행이동시킨다.
이와같은 일련의 동작이 피사체(50)의 촬영이 종료 될 때까지 실시간으로 진행된다.
이때, 각 축마다 2개 그 이상의 구동 모터를 설치하여 모듈을 구동시킬 수도 있는데, 구동 모터를 포함한 구동부(미도시)는 의료영상 데이터 획득 모듈(110)의 무게를 견딜 수 있어야 하며, mm 단위의 정밀한 움직임이 가능하도록 설계되어야 한다.
이와 같이 본 발명에 따른 피사체(50)의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법은 움직임 검출 모듈(130)로부터 얻은 움직임 정보를 통하여 피사체(50)의 3축 움직임 파라미터를 계산하여 이에 따라 실시간으로 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 이동시켜줌으로써 마치 피사체(50)가 촬영 중에 움직이지 않은 것과 같은 의료영상 데이터를 획득할 수 있어 피사체(50)의 움직임에 의한 잘못된 샘플 획득을 최소화 할 수 있게 된다.
또한, 피사체(50)의 움직임에 따라 실시간으로 의료영상 데이터 획득 모듈(110)을 동시에 움직여주므로 획득되는 의료영상의 정확도가 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 각 구성요소들은 일체형으로 제조되거나 각각 분리되어 제조될 수 있고, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
50: 피사체
110: 의료영상 데이터 획득 모듈
112, 114: 구동 모터
120: 데이터 처리 모듈
130: 움직임 검출 모듈
140: 움직임 계산 모듈
150: 제어 모듈
160: 구동 모듈

Claims (7)

  1. (a) 움직임 검출 모듈이 피사체의 실시간 움직임 정보를 출력하는 단계;
    (b) 움직임 계산 모듈이 상기 실시간 움직임 정보를 인가받아 분석하여 3축 움직임 파라미터로 변환하여 출력하는 단계;
    (c) 구동 모듈이 상기 3축 움직임 파라미터에 응답하여 구동 모터를 구동하는 단계; 및
    (d) 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 구동 모터의 구동에 응답하여 상기 피사체가 실제 움직인 만큼 이동하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계는
    상기 구동 모듈이 상기 구동 모터를 구동시켜 상기 의료영상 데이터 획득 모듈을 상기 피사체가 실제 움직인 방향의 일정 거리만큼 평행이동시키고, 상기 피사체가 실제 움직인 방향의 일정 각도만큼 회전이동시키는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계 후 상기 (c) 단계 전에
    제어 모듈이 상기 3축 움직임 파라미터를 기계어로 변환하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 전에
    (e) 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체의 의료영상 데이터를 획득하는 단계; 및
    (f) 데이터 처리 모듈이 상기 의료영상 데이터를 전달받아 영상을 복원하고 저장하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 구동 모듈이 상기 의료영상 데이터 획득 모듈 양쪽의 상기 구동 모터를 다른 방향으로 구동시켜 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체가 실제 움직인 일정 각도만큼 회전이동하는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는
    상기 구동 모듈이 상기 의료영상 데이터 획득 모듈 양쪽의 상기 구동 모터를 같은 방향으로 구동시켜 상기 의료영상 데이터 획득 모듈이 상기 피사체가 실제 움직인 일정 거리만큼 평행이동하는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 의료영상 데이터 획득 모듈은
    회전이 가능한 PET, MRI, SPECT, X-ray, CT 및 Ultrasound 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 움직임 검출 모듈은
    CCD 카메라, 자이로스코프 및 레이 센서 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    피사체의 실시간 움직임 추적 및 의료영상 보정 방법.
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