KR101659056B1 - 2차원 기술자를 이용한 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법 - Google Patents

2차원 기술자를 이용한 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법 Download PDF

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Abstract

두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법에서, 상기 두개골유합증 자동진단시스템은 영상 촬영부, 영상 처리부, 연산부 및 자동 진단부를 포함한다. 상기 영상 촬영부는 환자의 두개골 영상을 촬영한다. 상기 영상 처리부는 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상에서 두개골유합증의 진단을 위한 기준면들을 추출하고 상기 두개골을 분할한다. 상기 연산부는 상기 영상 처리부를 통해 처리된 두개골 영상으로부터 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)들을 추출한다. 상기 자동 진단부는 상기 연산부를 통해 추출된 2차원 형상 기술자들 및 상기 기술자들의 연관관계로부터 두개골유합증을 자동으로 진단한다.

Description

2차원 기술자를 이용한 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법{AUTOMATED DIAGNOSIS SYSTEM FOR CRANIOSYNOSTOSIS USING A 2D SHAPE DESCRIPTOR AND AUTOMATED DIAGNOSIS METHOD FOR CRANIOSYNOSTOSIS USING THE SAME}
본 발명은 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차원 기술자(2D shape descriptor)를 이용하여 영상촬영부로부터 촬영된 환자의 두개골 형상으로부터 두개골유합증을 자동으로 진단할 수 있는 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법에 관한 것이다.
두개골유합증(Craniosynostosis)은 두개골의 봉합선이 유합해 두개골과 뇌조직의 성장에 장애를 초래하는 선천적 질병으로, 특히 출생 후 3개월 내지 1년 사이에 적절한 교정 또는 수술이 필요한 것으로 알려져 있다.
이에 따라, 두개골유합증의 적절한 진단 및 치료는 빠를수록 유리하지만, 현재까지의 두개골유합증의 진단이 대부분 두개골에 대한 CT 촬영 등을 통해 숙련된 의사에 의해 수행될 수밖에 없으므로 조기 진단이 어려운 문제가 있어 왔다.
한편, 두개골유합증의 진단과 관련하여, 미국 특허출원 US2013-046656호는 두개골의 양적평가에 관한 기술로 CT이미지로부터 두개골유합증의 연산을 해석하기 위한 기술을 개시하고 있으나, 본 기술을 통해서는 실제 측정된 모델과 형상 모델 사이의 차이를 연산하여 비정상적인 대상을 진단하는 단순한 기술을 개시하고 있을 뿐이며, 이에 따라 두개골유합증의 진단의 정확성이 높지 않은 문제가 있다.
따라서, 특히, 최근의 CT 촬영과 같은 3차원 영상 촬영기술이 발전하였는바, 필요한 정보를 즉각적으로 획득할 수 있는 여건을 바탕으로, 상기 촬영된 영상으로부터 의료 전문가의 주관적인 진단 없이 자가 진단 또는 자동 진단으로 두개골유합증을 보다 정확하게 진단할 수 있는 기술의 필요성이 대두되고 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 보다 정확하고 효과적인 진단이 가능한 2차원 기술자를 이용한 두개골유합증 자동진단시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 두개골유합증 자동진단시스템을 이용한 두개골유합증 자동진단방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 두개골유합증 자동진단시스템은 영상 촬영부, 영상 처리부, 연산부 및 자동 진단부를 포함한다. 상기 영상 촬영부는 환자의 두개골 영상을 촬영한다. 상기 영상 처리부는 상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상에서 두개골유합증의 진단을 위한 기준면들을 추출하고 상기 두개골을 분할한다. 상기 연산부는 상기 영상 처리부를 통해 처리된 두개골 영상으로부터 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)들을 추출한다. 상기 자동 진단부는 상기 연산부를 통해 추출된 2차원 형상 기술자들 및 상기 기술자들의 연관관계로부터 두개골유합증을 자동으로 진단한다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 촬영된 영상에서 전방은 전두비근봉합으로 후방은 후두점으로 정의되는 두개골 기준면(cranial reference plane)을 추출하는 제1 영상 처리부, 상기 촬영된 영상에서 뇌실의 위치를 이용하여 상기 두개골 기준면과 평행한 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)을 선택하는 제2 영상 처리부, 및 상기 촬영된 영상에서 임계값(bone threshold)을 이용하여 두개골을 분할하는 제3 영상 처리부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연산부에서 추출하는 상기 2차원 형상 기술자들은 CI(cranial index), CR(cranial radius index) 및 CES(cranial extreme spot index)를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 두개골유합증 자동진단방법에서 환자의 두개골 영상을 촬영한다. 상기 촬영된 영상에서 두개골유합증의 진단을 위한 기준면들을 추출한다. 상기 촬영된 영상에서 임계값(bone threshold)을 이용하여 두개골을 분할한다. 상기 기준면들 및 상기 분할된 두개골 데이터로부터, 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)들을 추출한다. 상기 추출된 2차원 형상 기술자들 사이의 연관 관계를 연산한다. 상기 2차원 형상 기술자들 및 상기 기술자들 사이의 연관 관계를 바탕으로 두개골유합증을 자동으로 진단한다.
일 실시예에서, 상기 촬영된 영상에서 기준면들을 추출하는 단계는, 상기 촬영된 영상에서 전방은 전두비근봉합으로 후방은 후두점으로 정의되는 두개골 기준면(cranial reference plane)을 추출하는 단계, 및 상기 촬영된 영상에서 뇌실의 위치를 이용하여 상기 두개골 기준면과 평행한 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차원 형상 기술자들을 추출하는 단계에서, CI(cranial index), CR(cranial radius index) 및 CES(cranial extreme spot index)를 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 CI는,
Figure 112014118403220-pat00001
식 (1)
(MW: 기준면 상에서의 최대 너비(maximum width), ML: 기준면 상에서의 최대 길이(maximum lenth)) 로 연산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 CR은,
Figure 112014118403220-pat00002
식 (2)
(an: 푸리에 계수, N: 두개골 경계점들의 개수) 로 연산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 CES는,
Figure 112014118403220-pat00003
식 (3)
(D: 두개골 경계점들의 한 쌍의 정규 유클리드 거리로 연산되는 거리함수, pi: 극대점들의 좌표, C: 모든 극대점들의 중심좌표, Rj: 극대점 영역의 중심좌표, N: 극대점들의 개수, M: 극대점 영역들의 개수) 로 연산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차원 형상 기술자들을 추출하는 단계에서, 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 차이를 극대화하기 위해 상기 CES에 가중치를 부여하여 w-CES(weighted CES)를 연산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 w-CES는,
Figure 112014118403220-pat00004
식 (4)
(S-CES: 시상 기준면에서의 CES, C-CES: 이중관상 기준면에서의 CES, α: 시상 기준면의 가중치, β: 이중관상 기준면의 가중치, α 및 β 모두 1.0~2.0 사이) 로 연산될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차원 형상 기술자들 사이의 연관 관계를 연산하는 단계에서, CI와 CR, CI와 w-CES 및 CR과 w-CES의 연관 관계를 연산할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 두개골유합증을 자동으로 진단하는 단계에서, CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단하고, CI와 CR의 연관 관계, CI와 w-CES의 연관 관계, 또는 CR과 w-CES의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증을 구별 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래의 환자의 두개골 촬영영상으로부터 신규 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)를 추출하여 두개골유합증을 자동으로 진단할 수 있으므로, 종래의 전문 의료인의 주관적인 판단에 근거하여 진단하던 두개골유합증을 보다 신속하고 정확하게 진단할 수 있다. 이에 따라, 두개골유합증의 조기발견을 통한 조기 치료가 가능하다.
특히, 상기 2차원 형상 기술자들 상호 간의 연관 관계에 관한 정보를 획득하고, 이를 바탕으로 두개골유합증을 자동으로 진단하므로, 하나의 2차원 형상 기술자들만으로 진단하는 것보다 정확하고 객관적인 진단이 가능하다.
나아가, 상기 2차원 형상 기술자 중 CR의 추출에서, 푸리에 계수비의 절대값을 바탕으로 CR 값을 결정하므로 두개골유합증 중 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 보다 명확한 구별 진단이 가능할 수 있다.
또한, 상기 2차원 형상 기술자 중 CES의 추출에서도 가중치를 부여하여 w-CES를 추가 연산하여, 시강 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 보다 명확한 구별 진단이 가능할 수 있다.
특히, 자동 진단부에서는, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단할 수 있는 CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 우선적으로 두개골유합증 두개골을 구별 진단한 후, 다른 2차원 형상 기술자들 상호간의 연관관계를 바탕으로 두개골유합증의 종류를 구별 진단하므로, 객관적이고 정확한 진단이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개골유합증 자동진단시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 두개골유합증 자동진단시스템을 이용한 두개골유합증 자동진단방법을 도시한 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2에서 선택되는 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)을 도시한 이미지들이다.
도 4a 및 도 4b는 시상 기준면 및 이중관상 기준면에서의 CI(cranial index)의 계측 방법의 예를 도시한 이미지들이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 시상 두개골유합증의 질량중심점 거리 함수(centroid distance function) 및 이에 대한 푸리에 계수(Fourier coefficient)를 도시한 그래프들이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 이중관상 두개골유합증의 질량중심점 거리 함수(centroid distance function) 및 이에 대한 푸리에 계수(Fourier coefficient)를 도시한 그래프들이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 두개골 경계점들에서의 정규 유클리드 거리(normalized Euclidean distance)의 연산 및 이를 바탕으로 한 CM(cranial matrix)의 예를 도시한 이미지들이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 정상 두개골의 CM과 'A' 부분을 확대하여 도시한 이미지들이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 각각 시상 두개골유합증을 나타내는 두개골에서의 CM 이미지, 'B' 부분의 확대 이미지 및 두개골의 실제 촬영 이미지이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 각각 이중관상 두개골유합증을 나타내는 두개골에서의 CM 이미지, 'C' 부분의 확대 이미지 및 두개골의 실제 촬영 이미지이다.
도 11a 및 도 11b는 CI와 CR 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다.
도 12a 및 도 12b는 CI와 w-CES 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다.
도 13a 및 도 13b는 CR과 w-CES 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 두개골유합증 자동진단시스템을 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 두개골유합증 자동진단시스템을 이용한 두개골유합증 자동진단방법을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 두개골유합증 자동진단시스템(100)은 영상 촬영부(20), 영상 처리부(30), 연산부(40) 및 자동 진단부(50)를 포함하며, 이를 이용하여 두개골유합증을 자동으로 진단한다.
보다 구체적으로, 우선, 상기 영상 촬영부(20)는 환자의 두개골(10)을 3차원 CT(computerized tomographic) 영상으로 촬영한다(단계 S10).
이 경우, 3차원 CT 영상의 촬영은 종래의 CT 영상 촬영과 동일하게 수행되며, 이와 같이 촬영된 CT 영상은 상기 영상 처리부(30)로 제공된다.
이 후, 상기 영상 처리부(30)에서는, 상기 촬영된 3차원 CT 영상으로부터 기준면들을 추출한다(단계 S20).
구체적으로, 상기 영상 처리부(30)의 제1 영상 처리부에서는, 상기 촬영된 영상으로부터 두개골 기준면(cranial reference plane)을 추출한다(단계 S21). 이 경우, 상기 두개골 기준면은 전방은 전두비근봉합(frontal nasal suture)으로 후방은 후두점(opisthion)으로 정의된다.
이 후, 상기 영상 처리부의 제2 영상 처리부에서는, 상기 두개골 기준면을 바탕으로 시상 기준면(sagittal reference plane, S-plane) 및 이중관상 기준면(bicoronal reference plane, C-plane)을 선택한다(단계 S22).
이 경우, 상기 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)은 모두 두개골 기준면과 평행하며, 뇌의 뇌실(ventricle)의 위치를 이용하여 정의된다.
즉, 상기 시상 기준면은 측뇌실(lateral ventricle)의 상부에 해당하며, 상기 이중관상 기준면은 제4 뇌실(fourth ventricle)의 최대치에 해당한다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2에서 선택되는 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)을 도시한 이미지들이다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 시상 기준면은 측뇌실의 상부에 해당되며, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 이중관상 기준면은 제4 뇌실의 최대치에 해당된다.
이 후, 상기 영상 처리부의 제3 영상 처리부에서는, 임계값(bone threshold)을 이용하여 두개골을 분할한다(단계 S30). 즉, 상기 시상 기준면 및 이중관상 기준면들 상의 각각의 두개골(skull)을 200HU(Hounsfield)의 임계값(bone threshold)을 기준으로 2차원 영역으로 분할한다.
이 후, 상기 연산부(40)는 상기 2차원 영역으로 분할된 각각의 두개골에 대한 데이터로부터 2차원 형상 기술자들(2D shape descriptors)을 추출한다(단계 S40).
이 경우, 상기 연산부(40)에서 추출하는 2차원 형상 기술자들로는 두개골 인덱스(cranial index, CI), 두개골 반경 인덱스(cranial radius index, CR) 및 두개골 극대점 인덱스(cranial extreme spot index, CES)를 포함한다.
상기 두개골 인덱스(CI)는 두개골 최대 너비와 두개골 최대 길이 사이의 비율을 의미하며, 이 경우, 두개골 최대 너비는 두개골 기준면과 수직이며, 두개골 최대 길이는 두개골 기준면과 평행하다.
도 4a 및 도 4b는 시상 기준면 및 이중관상 기준면에서의 CI(cranial index)의 계측 방법의 예를 도시한 이미지들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 시상 기준면(S-plane)에서의 두개골 인덱스(CI), 및 상기 이중관상 기준면(C-plane)에서의 두개골 인덱스(CI) 모두 하기 식 (1)과 같이, 각각의 기준면 상에서의 최대 너비(maximum width)를 최대 길이(maximum length)로 나눈 값으로 계측된다.
Figure 112014118403220-pat00005
식 (1)
(MW: 기준면 상에서의 최대 너비(maximum width), ML: 기준면 상에서의 최대 길이(maximum lenth))
한편, 상기 두개골 반경 인덱스(CR)는 질량중심점 거리 함수(centroid distance function)의 푸리에 계수(Fourier coefficients)들의 최대값 및 최소값들의 비율을 의미한다.
이 경우, 상기 질량중심점 거리함수는, Dengsheng Zhang GL, A Comparative Study of Fourier Descirptors for Shape Representation and Retrieval. Proc of 5th Asian Conference on Computer Vision 22 2002, pp. 646-51에 소개되고 있으며, 두개골의 2차원 형상의 경계점들(oriented skull boundary points)의 중심점인 질량중심점(centroid point)으로부터 상기 두개골 경계점들(oriented skull boundary points)까지의 유클리드 거리(Euclidean distance)로 표현된다.
또한, 상기 두개골의 경계점들은 90도의 위치에서 반시계방향으로 매 10도의 간격으로 검출되고, 상기 질량중심점은 모든 두개골 경계점들의 좌표들의 평균값으로 정의된다.
본 실시예에서는, 46명의 정상인들과 39명의 두개골유합증 환자들을 대상으로, 본 실시예를 통해 제시된 두개골유합증 자동진단시스템을 이용한 두개골유합증 자동진단방법을 검증하는 실험을 실시하였으며, 상기 영상 촬영부(20)를 통해 촬영하고, 촬영된 영상을 상기 영상 처리부(30)를 통해 처리하여 상기 연산부(40)에서 기술자들을 추출하고, 상기 자동 진단부(50)에서 결과로부터 두개골유합증을 진단하였다. 이하에서는 상기 실험 결과들을 바탕으로 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 시상 두개골유합증의 질량중심점 거리 함수(centroid distance function) 및 이에 대한 푸리에 계수(Fourier coefficient)를 도시한 그래프들이다. 도 6a 및 도 6b는 각각 이중관상 두개골유합증의 질량중심점 거리 함수(centroid distance function) 및 이에 대한 푸리에 계수(Fourier coefficient)를 도시한 그래프들이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 두개골 반경 인덱스(CR)와 관련하여, 실제 시상 두개골유합증 환자들의 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이 질량중심점 거리함수는 싸인파(sine wave) 형상을 가지며, 이의 푸리에 계수들은 도 5b에 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 음의 값(negative value)을 나타낸다.
반면, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 두개골 반경 인덱스(CR)와 관련하여, 실제 이중관상 두개골유합증 환자들의 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이 질량중심점 거리함수는 코싸인파(cosine wave) 형상을 가지며, 이의 푸리에 계수들은 도 6b에 도시된 바와 같이 상대적으로 큰 양의 값(positive value)을 나타낸다.
이에 따라, 푸리에 계수들의 비(Fourier coefficient ratio, FCR)는 푸리에 계수의 최소값과 최대값의 비율로 연산되며, 절대값은 상기 FCR에서 하기 식 (2)와 같이 1을 빼면 양의 값이거나 음의 값 중 하나로 나누어지게 된다. 이에 따라, 하기 식 (2)에 표현된 바와 같이, 상기 두개골 반경 인덱스(CR)는 FCR이 양이면 3, FCR이 음이면 ??3으로 연산된다.
Figure 112014118403220-pat00006
식 (2)
(an: 푸리에 계수, N: 두개골 경계점들의 개수)
도 7a 및 도 7b는 각각 두개골 경계점들에서의 정규 유클리드 거리(normalized Euclidean distance)의 연산 및 이를 바탕으로 한 CM(cranial matrix)의 예를 도시한 이미지들이다.
상기 두개골 극대점 인덱스(cranial extreme spot index, CES)는 상기 두개골 경계점들(oriented skull boundary points)의 한 쌍의 점들 사이의 거리의 분산으로 정의된다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 두개골 행렬(cranial matrix, CM)이란 상기 두개골 경계점들의 한 쌍의 정규 유클리드 거리(normalized Euclidean distance)로 정의되어, 중앙 대각선이 0(zero) 값을 갖는 대칭행렬에 해당된다. 또한, 상기 두개골 행렬에서는 거리가 0.95보다 큰 경우 우측 상부에 극대점들(extreme spots)이 표시된다.
마찬가지로, 본 실시예에서 정상인들과 두개골유합증 환자들에 대한 두개골 행렬을 획득한 결과를 예를 들어 설명하면 하기와 같다.
도 8a 및 도 8b는 각각 정상 두개골의 CM과 'A' 부분을 확대하여 도시한 이미지들이다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 정상 두개골의 경우, 두개골 행렬(CM) 상에서, 우측 상부에서 극대점들이 대각선으로 연장되는 것을 확인할 수 있다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 각각 시상 두개골유합증을 나타내는 두개골에서의 CM 이미지, 'B' 부분의 확대 이미지 및 두개골의 실제 촬영 이미지이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c를 참조하면, 시상 두개골유합증 환자들의 경우, 두개골 행렬(CM) 상에서, 우측 상부의 중앙에 극대점들이 집중되어 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 각각 이중관상 두개골유합증을 나타내는 두개골에서의 CM 이미지, 'C' 부분의 확대 이미지 및 두개골의 실제 촬영 이미지이다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 이중관상 두개골유합증 환자들의 경우, 두개골 행렬(CM) 상에서, 우측 상부에 양 측으로 극대점들이 두 개로 분할되어 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 실제 두개골유합증 환자들의 두개골 행렬(CM)의 연산 결과, 두개골 행렬에 표시되는 극대점들의 형상, 개수, 패턴 등을 바탕으로 두개골유합증 환자를 추정하는 것이 가능함을 확인할 수 있다.
이에 따라, 상기 두개골 극대점 인덱스(cranial extreme spot index, CES)는 하기 식 (3)과 같이, 극대점들 또는 극대점들이 나타나는 영역의 변화를 바탕으로 연산된다.
Figure 112014118403220-pat00007
식 (3)
(D: 두개골 경계점들의 한 쌍의 정규 유클리드 거리로 연산되는 거리함수, pi: 극대점들의 좌표, C: 모든 극대점들의 중심좌표, Rj: 극대점 영역의 중심좌표, N: 극대점들의 개수, M: 극대점 영역들의 개수)
다만, 실제 실험을 통한 결과에서, 시상 두개골유합증 환자들에서 시상 기준면 및 이중관상 기준면에서의 두개골 극대점 인덱스는 1.55~3.59의 범위에서 2.29의 평균값을 나타내었고, 이중관상 두개골유합증 환자들에서는 6.42~20.59의 범위에서 16.62의 평균값을 나타내었다.
이에 따라, 시상 두개골유합증 및 이중관상 두개골유합증 사이의 두개골 극대점 인덱스(CES)의 차이를 극대화하기 위해, 상기 연산부(40)에서는 상기 두개골 극대점 인덱스(CES)를 추출하고, 상기 CES에 가중치를 부여한 가중 두개골 극대점 인덱스(w-CES)를 추출한다.
이 경우, 상기 가중 두개골 극대점 인덱스(w-CES)는, 시상 기준면(S-plane)에서의 두개골 극대점 인덱스(S-CES)와 이중관상 기준면(C-plane)에서의 두개골 극대점 인덱스(C-CES)에 각각 가중치를 부여하여 합산한 하기 식 (4)로 연산된다.
Figure 112014118403220-pat00008
식 (4)
(α: 시상 기준면의 가중치, β: 이중관상 기준면의 가중치, α 및 β 모두 1.0~2.0 사이)
도 11a 및 도 11b는 CI와 CR 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다. 도 12a 및 도 12b는 CI와 w-CES 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다. 도 13a 및 도 13b는 CR과 w-CES 사이의 연관도를 도시한 그래프들이다.
이후, 상기 연산부(40)는 상기 추출된 두개골 인덱스(CI), 두개골 반경 인덱스(CR) 및 가중 두개골 극대점 인덱스(w-CES)를 바탕으로, CI와 CR, CI와 w-CES 및 CR과 w-CES의 연관 관계를 연산한다(단계 S50).
실제 측정 및 연산된 데이터들을 바탕으로 상기 연산부(40)에서 연산된 연관 관계를 살펴보면, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 시상 기준면(S-plane)과 이중관상 기준면(C-plane) 모두에서 CI와 CR의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증은 확연하게 구별 진단이 가능하지만, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골 사이의 구별 진단은 어렵다고 볼 수 있다.
마찬가지로, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 시상 기준면(S-plane)과 이중관상 기준면(C-plane) 모두에서 CR과 w-CES의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증은 확연하게 구별 진단이 가능하지만, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골 사이의 구별 진단은 어렵다고 볼 수 있다.
그러나, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 비록 정상 두개골의 값이 시상 두개골유합증 두개골의 값과 일부 중첩되며 시상 두개골유합증 두개골 값으로 치우친 경향을 나타내지만, 시상 기준면(S-plane)과 이중관상 기준면(C-plane) 모두에서 CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증은 물론이고, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골 사이의 구별 진단이 가능하다고 할 수 있다.
이상과 같이, 상기 자동 진단부(50)는, 시상 기준면(S-plane)과 이중관상 기준면(C-plane) 모두에서, CI와 CR의 연관 관계, CI와 w-CES의 연관 관계, 또는 CR과 w-CES의 연관 관계를 통해 두개골유합증 환자에 대하여 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증을 구별 진단할 수 있다.
나아가, 상기 자동 진단부(50)는, 시상 기준면(S-plane)과 이중관상 기준면(C-plane) 모두에서, CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단할 수 있다.
즉, 상기 자동 진단부(50)는 CI와 w-CES의 연관 관계를 통해, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단한 후, CI와 CR의 연관 관계, CI와 w-CES의 연관 관계, 또는 CR과 w-CES의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증을 구별 진단할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래의 환자의 두개골 촬영영상으로부터 신규 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)를 추출하여 두개골유합증을 자동으로 진단할 수 있으므로, 종래의 전문 의료인의 주관적인 판단에 근거하여 진단하던 두개골유합증을 보다 신속하고 정확하게 진단할 수 있다. 이에 따라, 두개골유합증의 조기발견을 통한 조기 치료가 가능하다.
특히, 상기 2차원 형상 기술자들 상호 간의 연관 관계에 관한 정보를 획득하고, 이를 바탕으로 두개골유합증을 자동으로 진단하므로, 하나의 2차원 형상 기술자들만으로 진단하는 것보다 정확하고 객관적인 진단이 가능하다.
나아가, 상기 2차원 형상 기술자 중 CR의 추출에서, 푸리에 계수비의 절대값을 바탕으로 CR 값을 결정하므로 두개골유합증 중 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 보다 명확한 구별 진단이 가능할 수 있다.
또한, 상기 2차원 형상 기술자 중 CES의 추출에서도 가중치를 부여하여 w-CES를 추가 연산하여, 시강 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 보다 명확한 구별 진단이 가능할 수 있다.
특히, 자동 진단부에서는, 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단할 수 있는 CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 우선적으로 두개골유합증 두개골을 구별 진단한 후, 다른 2차원 형상 기술자들 상호간의 연관관계를 바탕으로 두개골유합증의 종류를 구별 진단하므로, 객관적이고 정확한 진단이 가능할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 두개골유합증 자동진단시스템 및 이를 이용한 두개골유합증 자동진단방법은 두개골유합증의 진단에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
100 : 두개골유합증 자동진단시스템
10 : 두개골 20 : 영상 촬영부
30 : 영상 처리부 40 : 연산부
50 : 자동 진단부

Claims (13)

  1. 환자의 두개골 영상을 촬영하는 영상 촬영부;
    상기 영상 촬영부에서 촬영된 영상에서 두개골유합증의 진단을 위한 기준면들을 추출하고 상기 두개골을 분할하는 영상 처리부;
    상기 영상 처리부를 통해 처리된 두개골 영상으로부터 2차원 형상 기술자(2D shape descriptor)들을 추출하는 연산부; 및
    상기 연산부를 통해 추출된 2차원 형상 기술자들 및 상기 기술자들의 연관관계로부터 두개골유합증을 자동으로 진단하는 자동 진단부를 포함하고,
    상기 연산부에서 추출하는 상기 2차원 형상 기술자들은 CI(cranial index), CR(cranial radius index) 및 CES(cranial extreme spot index)를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 촬영된 영상에서 전방은 전두비근봉합으로 후방은 후두점으로 정의되는 두개골 기준면(cranial reference plane)을 추출하는 제1 영상 처리부;
    상기 촬영된 영상에서 뇌실의 위치를 이용하여 상기 두개골 기준면과 평행한 시상 기준면(S-plane) 및 이중관상 기준면(C-plane)을 선택하는 제2 영상 처리부; 및
    상기 촬영된 영상에서 임계값(bone threshold)을 이용하여 두개골을 분할하는 제3 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 CI는,
    Figure 112016039277739-pat00009
    식 (1)
    (MW: 기준면 상에서의 최대 너비(maximum width), ML: 기준면 상에서의 최대 길이(maximum lenth))
    로 연산되는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 CR은,
    Figure 112016039277739-pat00010
    식 (2)
    (an: 푸리에 계수, N: 두개골 경계점들의 개수)
    로 연산되는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 CES는,
    Figure 112016039277739-pat00011
    식 (3)
    (D: 두개골 경계점들의 한 쌍의 정규 유클리드 거리로 연산되는 거리함수, pi: 극대점들의 좌표, C: 모든 극대점들의 중심좌표, Rj: 극대점 영역의 중심좌표, N: 극대점들의 개수, M: 극대점 영역들의 개수)
    로 연산되는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 연산부에서는,
    시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증의 차이를 극대화하기 위해 상기 CES에 가중치를 부여하여 w-CES(weighted CES)를 연산하는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 w-CES는,
    Figure 112016039277739-pat00012
    식 (4)
    (S-CES: 시상 기준면에서의 CES, C-CES: 이중관상 기준면에서의 CES, α: 시상 기준면의 가중치, β: 이중관상 기준면의 가중치, α 및 β 모두 1.0~2.0 사이)
    로 연산되는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 연산부에서는,
    상기 2차원 형상 기술자들에서 CI와 CR, CI와 w-CES 및 CR과 w-CES의 연관 관계를 연산하는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 자동 진단부는,
    CI와 w-CES의 연관 관계를 통해 정상 두개골과 두개골유합증 두개골을 구별 진단하고,
    CI와 CR의 연관 관계, CI와 w-CES의 연관 관계, 또는 CR과 w-CES의 연관 관계를 통해 시상 두개골유합증과 이중관상 두개골유합증을 구별 진단하는 것을 특징으로 하는 두개골유합증 자동진단시스템.
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