KR102117290B1 - 의료 영상 재구성 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의료 영상 재구성 장치 및 그 방법과 기록매체를 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은, 3차원 의료 영상이 3차원 공간 상에 정 위치하도록 3차원 의료 영상 정보의 지오메트리를 보정하는 지오메트리 보정부; 상기 3차원 의료 영상 정보에서 악궁 궤적을 검출하는 악궁 궤적 검출부; 상기 3차원 의료 영상 정보에 영상 정보 활용 구간을 설정하고, 상기 악궁 궤적에 대한 엑스선 조사경로를 설정하는 영상 정보 활용 구간 설정부; 및 상기 영상 정보 활용 구간의 상기 3차원 의료 영상 정보를 상기 엑스선 조사 경로로 서메이션하여 2차원 의료 영상을 재구성하는 재구성부를 포함한다.

Description

의료 영상 재구성 장치 및 그 방법
본 발명은 의료 영상 재구성 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원(3D) 의료 영상 정보의 3차원 공간 상의 위치를 보정한 후에 악궁 궤적을 검출하고 검출된 악궁 궤적을 기준으로 3차원 의료 영상(예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영 영상)으로부터 자동 재구성 방식으로 2차원(2D) 의료 영상(예를 들어, 파노라마 영상)을 생성하기 위한 의료 영상 재구성 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
이하의 본 발명의 실시예에서는 3차원 의료 영상의 일예로 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography) 영상을 예로 들어 설명하고, 2차원 의료 영상의 일예로 파노라마 영상(Panorama Image)을 예로 들어 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님을 미리 밝혀둔다.
일반적으로, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상, 초음파 영상 등의 3차원 의료 영상은 피검체를 개괄적이고 일목요연하게 파악할 수 있는 장점이 있다. 그러나 피검체의 내부 구조 등을 더욱 자세히 관찰하기 위해서는 3차원 의료 영상보다는 2차원 의료 영상을 이용하는 것이 효과적일 수 있다. 따라서 3차원 의료 영상과 2차원 의료 영상을 함께 디스플레이한다면 사용자가 피검체에 대하여 개괄적이고 면밀한 관찰을 동시에 할 수 있다.
이러한 종래의 3차원 의료 영상과 2차원 의료 영상을 디스플레이하는 방식의 일예로서 대한민국공개특허번호 제10-2013-0138612호(2013년 12월 19일 공개)를 살펴보면 다음과 같다.
종래의 3차원 의료 영상과 2차원 의료 영상을 디스플레이하는 장치는, 피검체에 대한 3차원 의료 영상을 획득하는 3차원 영상 획득부, 획득된 3차원 의료 영상에 대한 외부 입력에 기초하여 피검체에 대한 적어도 하나의 단면을 선택하는 단면 선택부, 선택된 적어도 하나의 단면에 상응하게 피검체를 스캔하여 2차원 의료 영상을 획득하는 2차원 영상 획득부, 및 2차원 의료 영상과 3차원 의료 영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.
이때, 단면 선택부는, 획득된 3차원 의료 영상 상에 위치할 적어도 하나의 윈도우를 생성하는 윈도우 생성부, 3차원 의료 영상 상에서 상기 생성된 적어도 하나의 윈도우를 이동시키는 윈도우 제어부, 및 선택된 적어도 하나의 단면과 인접한 적어도 하나의 단면을 추가로 선택하는 추가 단면 선택부를 포함한다.
그리고 2차원 영상 획득부는, 선택된 적어도 하나의 단면에 상응하게 피검체를 스캔하여 적어도 하나의 제 1 이차원 의료 영상을 획득하는 제 1 영상 획득부, 단면과 인접한 적어도 하나의 단면에 상응하게 피검체를 스캔하여 적어도 하나의 제 2 이차원 의료 영상을 획득하는 제 2 영상 획득부, 및 적어도 하나의 제 1 이차원 의료 영상 및 적어도 하나의 제 2 이차원 의료 영상을 합성함으로써 적어도 하나의 합성 2차원 의료 영상을 획득하는 합성 영상 획득부를 포함한다.
그러나 상기 종래 기술은 적어도 어느 하나의 단면과 그 단면에 인접한 적어도 하나의 단면에 상응하는 제 1, 2 이차원 의료 영상을 각각 획득하여 합성함으로써 적어도 하나의 합성 2차원 의료 영상을 획득할 수 있으나, 이렇게 얻어진 합성 2차원 의료 영상은 실제 촬영된 2차원 의료 영상, 특히 파노라마 영상과 다르다는 문제점이 있다.
왜냐하면, 일반적인 파노라마 영상은 악궁 궤적을 따라 엑스선 빔을 일정간격 이동 및 중첩(shift and add)시킴으로써 악궁 궤적 내 원하는 포커스 레이어에 대한 투과영상을 펼쳐 표시한다. 하지만, 종래 기술에서 사용하는 방식과 같은 단순한 영상 합성 방식으로 선택 영역(범위) 내의 의료 영상을 중첩하여 2차원 의료 영상을 획득하는 경우 부정확한 2차원 의료 영상이 획득되게 되는 문제점이 있다.
한편, 컴퓨터 단층 촬영 시 촬영자의 경험 정도에 따른 숙련도에 따라 환자(피검자)의 촬영 자세를 정확히 잡지 못한 상태에서 촬영하는 경우가 빈번히 발생하고 있다.
이처럼 환자의 촬영 위치가 틀어진 상태로 촬영된 컴퓨터 단층 촬영 영상은 좌우 대칭 및 안면 골격의 구조가 틀어져 보이는 현상을 방지할 수 없다.
따라서 컴퓨터 단층 촬영 시 환자의 자세가 부정확한 상태에서 획득된 컴퓨터 단층 촬영 영상을 의료 진단용 3차원 뷰어(3D Viewer)를 통해 디스플레이할 경우, 컴퓨터 단층 촬영 영상이 틀어져 보이는 현상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래에는 컴퓨터 단층 촬영 영상에서 수동 방식으로 재구성된 파노라마 영상을 생성하였다. 즉, 종래에는 컴퓨터 단층 촬영 영상 중 액시얼(Axial) 축 단면 영상에서 사용자가 임의로 악궁 궤적을 수동으로 입력하고, 수동으로 입력된 악궁 궤적에 수직하는 임의 구간의 영상 정보를 재구성하여 파노라마 영상을 생성하였다. 이때, 특정 단면 영상에서 사용자가 임의로 수동 입력하여 지정한 악궁 궤적을 모든 단면에 적용한 후 재구성된 파노라마 영상을 생성하였다.
그런데, 각 단면 별로 악궁 궤적의 위치가 다르기 때문에 수동 방식으로 파노라마 영상을 재구성할 때 치아가 악궁 궤적 외부에 존재할 경우 파노라마 영상에 나타나지 않는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 전술한 바와 같은 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 2차원 의료 영상(예: 파노라마 영상)을 추가적으로 촬영하지 않고, 기 촬영된 3차원 의료 영상 정보를 이용하여 해당 영상이 3차원 공간 상에 정 위치하도록 하여 촬영 시 환자의 부정확한 자세로 인하여 발생되는 오차를 보정한 후에 악궁 궤적을 검출하고 검출된 악궁 궤적을 기준으로 자동 재구성 방식으로 2차원 의료 영상을 생성하기 위한 의료 영상 재구성 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 3차원 의료 영상이 3차원 공간 상에 정 위치하도록 3차원 의료 영상 정보의 지오메트리를 보정하는 지오메트리 보정부; 상기 3차원 의료 영상 정보에서 악궁 궤적을 검출하는 악궁 궤적 검출부; 상기 3차원 의료 영상 정보에 영상 정보 활용 구간을 설정하고, 상기 악궁 궤적에 대한 엑스선 조사경로를 설정하는 영상 정보 활용 구간 설정부; 및 상기 영상 정보 활용 구간의 상기 3차원 의료 영상 정보를 상기 엑스선 조사 경로로 서메이션(Summation)하여 2차원 의료 영상을 재구성하는 재구성부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 악궁을 포함하는 3차원 의료 영상 정보에서 악궁 궤적을 검출하는 악궁 궤적 검출부; 상기 3차원 의료 영상 정보에 영상 정보 활용 구간을 설정하고, 상기 악궁 궤적에 대한 엑스선 조사경로를 설정하는 영상 정보 활용 구간 설정부; 및 상기 영상 정보 활용 구간의 상기 3차원 의료 영상 정보를 상기 엑스선 조사 경로로 서메이션(Summation)하여 2차원 의료 영상을 재구성하는 재구성부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 의료 영상 재구성 장치의 의료 영상 재구성 방법에 있어서, (a) 3차원 의료 영상이 3차원 공간 상에 정 위치하도록 3차원 의료 영상 정보의 지오메트리를 보정하는 단계; (b) 상기 3차원 의료 영상 정보에서 악궁 궤적을 검출하는 단계; (c) 상기 3차원 의료 영상 정보에 영상 정보 활용 구간을 설정하고, 상기 악궁 궤적에 대한 엑스선 조사경로를 설정하는 단계; 및 (d) 상기 영상 정보 활용 구간의 상기 3차원 의료 영상 정보를 상기 엑스선 조사 경로로 서메이션(Summation)하여 2차원 의료 영상을 재구성하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 기 촬영된 3차원 의료 영상 정보를 이용하여 해당 영상이 3차원 공간 상에 정 위치하도록 하여 촬영 시 환자의 부정확한 자세로 인하여 발생되는 오차를 보정한 후에 악궁 궤적을 검출하고 검출된 악궁 궤적을 기준으로 자동 재구성 방식으로 파노라마 영상을 생성함으로써, 파노라마 영상을 추가적으로 촬영할 필요가 없고, 추가 촬영이 필요 없으므로 추가적인 피폭을 제거하여 피검자(환자)의 피폭선량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 기존의 수동 방식으로 재구성된 파노라마 영상과 대비하여 사용자의 편의성 및 영상 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 컴퓨터 단층 촬영 시 환자의 부정확한 자세로 인하여 발생되는 오차를 보정함으로써, 단면 별 영상의 위치 정확도를 개선할 수 있고, 그에 따라 보다 정확한 의료 진단이 가능하도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 컴퓨터 단층 촬영 정보를 이용하여 자동 재구성 방식으로 파노라마 영상을 자동 생성 시 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정을 적용함으로써, 안면 골격의 틀어짐을 방지할 수 있고, 그에 따라 단면 별 영상의 위치 정확도를 개선할 수 있으며, 또한 확대도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 파노라마 영상 촬영 장치를 구현하기 위한 별도 또는 추가의 장치 구성을 필요로 하지 않으므로 의료 장비의 크기를 소형화할 수 있으며, 또한 의료 장치의 설치 공간을 축소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 재구성 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 보정부의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 각도 추출부의 상세 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도별 카운트 맵 추출부의 상세 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 악궁 궤적 생성부의 상세 구성도,
도 6은 임계값 t1, t2를 만족하는 값의 중첩 영상 추출을 나타내는 도면,
도 7은 전치 교합면의 X, Y축 위치 좌표 검출 방식을 설명하기 위한 도면,
도 8은 전치 교합면의 평균 영상 및 그래디언트 영상을 나타내는 도면,
도 9는 그래디언트 영상에서 각도 추출 영상을 나타내는 도면,
도 10은 45°각도의 고정 악궁 좌표 계산을 위한 검색 영역을 나타내는 도면,
도 11은 검색 영역의 히스토그램 분포를 이용하여 악궁 좌표를 추출하는 방식을 설명하기 위한 도면,
도 12는 90°각도의 고정 악궁 좌표 계산을 위한 검색 영역을 나타내는 도면,
도 13은 검색 영역의 히스토그램 분포를 이용하여 악궁 좌표를 추출하는 방식을 설명하기 위한 도면,
도 14는 전치 악궁 좌표 계산을 위한 검색 영역을 나타내는 도면,
도 15는 검색 영역의 히스토그램 분포를 이용하여 전치 악궁 좌표를 추출하는 방식을 설명하기 위한 도면,
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 재구성 방법에 대한 흐름도,
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 보정 과정에 대한 상세 흐름도,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 각도 추출 과정에 대한 상세 흐름도,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도별 카운트 맵 추출 과정에 대한 상세 흐름도,
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 악궁 궤적 생성 과정(620)에 대한 상세 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체의 기재에 있어서 일부 구성요소들을 단수형으로 기재하였다고 해서, 본 발명이 그에 국한되는 것은 아니며, 해당 구성요소가 복수 개로 이루어질 수 있음을 알 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 기술 요지를 정리하여 살펴보면, 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서는 컴퓨터 단층 촬영 정보에 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정을 적용하여 3차원 공간 상에 컴퓨터 단층 촬영 영상이 정 위치하도록 보정한 후에, 컴퓨터 단층 촬영 영상을 이용하여 자동 재구성 방식으로 파노라마 영상을 생성한다.
이때, 본 발명의 실시예에서는 컴퓨터 단층 촬영 영상에서 치아의 특징 정보를 이용하여 검출된 악궁 궤적과 장비 촬영 시퀀스 정보를 이용하여 산출된 RCP(Rotate Center Point) 좌표를 통해 악궁 궤적의 위치 별 엑스레이 소스의 위치 좌표를 설정하고, 각각의 위치 좌표를 중심으로 한 엑스선 조사 경로와 악궁 궤적 간 교차 구간의 영상 정보를 재구성하여 파노라마 영상을 생성한다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 먼저 컴퓨터 단층 촬영 시 환자의 부정확한 자세로 인하여 발생되는 오차를 보정하기 위하여 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정 알고리즘을 적용하여 위치 오차를 보정한다. 이때, 컴퓨터 단층 촬영 영상에서 지정된 관심 영역(ROI)의 특징값을 이용하여 최적화된 위치를 산출한다. 이후에, 컴퓨터 단층 촬영 영상에 치아 특징값을 이용하는 악궁 궤적 검출 알고리즘을 적용하여 악궁 궤적을 검출하고, 악궁 궤적 및 장비 촬영 시퀀스 정보를 이용하여 RCP 좌표를 산출한다. 이후에, 컴퓨터 단층 촬영 영상에서 파노라마 영상을 생성하기 위하여 자동 재구성 방식 알고리즘을 적용한다. 이때, 검출된 악궁 궤적과 RCP 좌표를 이용하여 악궁 궤적의 위치 별 엑스레이 소스의 위치 좌표를 설정하고, 각각의 위치 좌표로부터 발생되는 엑스선 조사 경로와 악궁 궤적의 교차 구간에 대한 영상 정보를 서메이션해서 악궁 궤적을 따라 배치함으로써 파노라마 영상을 생성한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 재구성 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 재구성 장치는, 컴퓨터 단층 촬영 정보에 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정(CT Geometry Correction)을 적용하여 3차원 공간 상에 컴퓨터 단층 촬영 영상이 정 위치하도록 보정하기 위한 지오메트리 보정부(100), 악궁 궤적을 검출하기 위한 악궁 궤적 검출부(200), 영상 정보 활용 구간 및 엑스선 조사 경로를 설정하기 위한 영상 정보 활용 구간 설정부(300), 및 악궁 궤적 검출부(200)에서 검출된 악궁 궤적을 기준으로 "영상 정보 활용 구간 설정부(300)에서 설정된 영상 정보 활용 구간" 내의 "지오메트리 보정부(100)에서 보정된 컴퓨터 단층 촬영 영상의 영상 정보"를 엑스선 조사 경로 별로 서메이션(Summation)하여 악궁 궤적을 따라 재구성하여 파노라마 영상을 구현하는 재구성부(400)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 지오메트리 보정부(100)는 컴퓨터 단층 촬영 시 환자의 부정확한 자세로 인하여 발생되는 오차를 보정하기 위해 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정을 수행한다. 이때, 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정을 적용한 후의 영상은 환자의 얼굴이 정면을 주시한 형태이고, 좌우 턱 및 눈의 위치 등 좌우 대칭인 기관 또는 특징점이 수평을 유지하며, 고개를 너무 숙이거나 들고 있지 않도록 변형된 영상이다. 이러한 지오메트리 보정부(100)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 보정부(100)의 상세 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 보정부(100)는, 컴퓨터 단층 촬영 정보를 전달받아 컴퓨터 단층 촬영 정보의 위치 보정을 위해 각 단면 방향의 보정 각도를 추출하기 위한 보정 각도 추출부(110), 및 보정 각도 추출부(110)에서 추출된 각 단면 방향의 보정 각도를 이용하여 컴퓨터 단층 촬영 영상을 회전시켜 지오메트리 보정을 수행하기 위한 보정부(120)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치(도면에 도시되지 않음)가 일예로 피검자의 두부를 촬영하여 컴퓨터 단층 촬영 정보(CT Data)를 의료 영상 정보의 지오메트리 보정 장치로 전달한다.
그러면, 보정 각도 추출부(110)는 컴퓨터 단층 촬영 장치로부터 컴퓨터 단층 촬영 정보를 전달받아 컴퓨터 단층 촬영 정보의 위치 보정을 위해 MPR(Multi Planar Reconstruction)의 각 단면(커로우널, 새지털, 액시얼) 방향의 보정 각도를 추출한다. 이때, MPR의 각 단면 방향의 보정 각도를 추출하기 위해 서브 루틴(도 3의 보정 각도 추출부)을 단면 방향 별로 수행한다. 여기서, MPR은 다수의 2차원 단면 영상을 3차원 영상으로부터 재구성한 것을 의미하며, 커로우널, 새지털, 액시얼은 3차원 영상의 X, Y, Z 축의 각 단면과 관련된다.
그리고 보정부(120)는 보정 각도 추출부(110)에서 단면 방향 별로 추출된 회전 각도(보정 각도)를 이용하여 컴퓨터 단층 촬영 영상을 회전시켜 지오메트리 보정을 수행한다. 이때, 회전 각도(보정 각도)는 커로우널, 새지털, 액시얼 방향에 따라 3개의 파라미터(Parameter)로 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 각도 추출부(110)의 상세 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 각도 추출부(110)는, 컴퓨터 단층 촬영 정보에서 기준점 정보를 추출하기 위한 기준점 정보 추출부(111), 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 기준점 정보를 포함하는 관심영역(ROI)의 영상 정보를 이용하여 기 설정된 회전 각도별로 카운트 맵(Count Map)을 추출하기 위한 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112), 및 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)에서 각 회전 각도별로 추출된 카운트 맵 중 최소 카운트 맵의 회전 각도를 추출하기 위한 회전 각도 추출부(113)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 기준점 정보 추출부(111)는 컴퓨터 단층 촬영 장치로부터 컴퓨터 단층 촬영 정보를 전달받아 컴퓨터 단층 촬영 정보 내에서 추출할 수 있는 기준점 정보 중의 어느 하나를 추출한다. 이때, 기준점 정보로는 턱선 정보, 치아 배열을 나타내는 정보, 이어 플러그(Ear Plug) 등을 활용한 기준점 정보, TMJ(Temporo-Mandibular Joint)의 위치 정보, 눈의 위치 정보 등이 있을 수 있다.
일예로, 기준점 정보로 하악 턱선 정보(3차원 상의 좌표)를 이용하는 경우를 예를 들어 살펴보면, 컴퓨터 단층 촬영 상에서 지정된 구간의 액시얼 단면 영상을 중첩하여 중첩 영상을 획득한다. 중첩 영상 획득 시 하악 턱선 정보만을 추출하기 위해 후술되는 임의의 임계값을 사용한다. 이때, 중첩 영상 생성 수식 g(x,y)는 하기의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00001
여기서, x, y, z는 컴퓨터 단층 촬영 영상에서 X, Y, Z 축의 위치값을 의미하고, w는 단면 영상의 가로 크기이며, h는 단면 영상의 세로 크기이다. 그리고 zs는 Z축에서 영상 중첩을 위해 설정된 시작 지점이고, ze는 Z축에서 영상 중첩을 위해 설정된 종료 지점이다. 컴퓨터 단층 촬영 영상의 중첩 시작, 종료 지점값은 환자의 특성에 따라 변동이 가능하기 때문에 변경이 가능하며, 실험적으로 얻어 최적화하여 사용할 수 있다. 그 일예를 살펴보면 하기의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112017102256457-pct00002
그리고 중첩 영상 생성 조건 수식 f(x,y,z)는 하기의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00003
여기서, I(x,y,z)는 컴퓨터 단층 촬영 영상의 각 픽셀값을 의미하고, 지정된 임계값을 만족하는 경우 중첩 영상 g(x,y)의 값을 증가시킨다. 지정된 임계값 t1은 1000이고, t2는 2000이다. 이때, 임계값 t1, t2는 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 조건에 따라 변동이 가능하기 때문에 변경이 가능하며, 실험적으로 얻어 최적화하여 사용할 수 있다.
그리고 중첩한 영상 정보를 이용하여 하악 턱선의 중심 영역을 산출한다. 컴퓨터 단층 촬영 상에서 지정된 구간의 액시얼 단면 영상 내에서 하악 턱선의 중심 영역의 영상 정보를 추출한다. 추출된 영상 정보가 후술되는 조건을 만족하는 단면의 좌표를 하악 턱선의 중심 영역으로 활용한다. 하악 턱선의 중심영역을 검출하기 위한 수식 h(x,y)는 하기의 [수학식 4]와 같다.
Figure 112017102256457-pct00004
여기서, bx, by는 중첩 영상 내에서 하악 턱선의 중심영역을 검출하기 위해 지정한 구간의 중심 좌표이고, sx, sy는 해당 구간의 영역 크기값이다. 이때, 해당 구간 설정을 위한 수식은 하기의 [수학식 5]와 같다.
Figure 112017102256457-pct00005
그리고 지정 구간의 X축 중심 좌표를 검출하기 위한 수식 X(x,y), Y(x,y)는 하기의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00006
중첩 영상 내에서 유효 지점을 설정하기 위해 임의의 임계값 t를 기준으로 한다. 일예로, 임계값 t는 40이다. 여기서, 임계값 t의 값은 영상의 특성에 따라 변동이 가능하기 때문에 변경이 가능하며, 실험적으로 얻어 최적화하여 사용할 수 있다.
일예로, 검출된 중심 좌표를 기준으로 구간 설정을 위한 영역 크기값 sx, sy는 모두 100이다. 이때, 영역의 크기값은 영상의 특성에 따라 변경이 가능하며, 실험적으로 얻어 최적화하여 사용할 수 있다.
최종적으로 설정된 구간 내에서 하악 턱선 정보를 검출하기 위한 수식 j(x,y,z)는 하기의 [수학식 7]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00007
여기서, m은 마스크(Mask) 크기를 의미하고, 지정된 영역 내에서 각 픽셀 주변의 마스크 영역을 검색하여 픽셀값이 임계값 t1, t2를 만족하는 총 개수 TC를 하기의 [수학식 8]과 계산한다.
Figure 112017102256457-pct00008
이때, TC의 값이 마스크 영역의 크기와 동일한 경우 해당 위치 지점을 하악 턱선의 위치 좌표로 활용한다.
그리고 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)는 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 기준점 정보를 기준으로 추출된 관심 영역(ROI : Region Of Interest)의 영상 정보를 이용하여, 기 설정된 회전 각도별로 카운트 맵을 추출한다. 이때, 각 회전 각도별로 카운트 맵을 추출하기 위해 서브 루틴(도 4의 회전 각도별 카운트 맵 추출부)을 각 회전 각도별로 수행한다.
그리고 회전 각도 추출부(113)는 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)에서 각 회전 각도별로 추출된 카운트 맵의 유효 픽셀 개수를 측정하여 가장 적은 픽셀 개수를 갖는 카운트 맵(즉, 최소 카운트 맵)의 회전 각도를 추출한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)의 상세 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)는, 기 설정된 회전 각도별로 컴퓨터 단층 촬영 영상을 회전시키기 위한 영상 회전부(112a), 영상 회전부(112a)에서 회전된 컴퓨터 단층 촬영 영상으로부터 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 기준점 정보를 기준으로 관심 영역의 영상 정보를 추출하기 위한 영상 정보 추출부(112b), 및 영상 정보 추출부(112b)에서 추출된 관심 영역의 영상 정보를 이용하여 카운트 맵을 추출하기 위한 카운트 맵 추출부(112c)를 포함한다.
다음으로, 상기 각 구성 요소에 대하여 좀 더 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 영상 회전부(112a)는 컴퓨터 단층 촬영 영상을 기 지정(설정)된 회전 각도 구간만큼 기 설정된 임의의 회전 각도(예 : 0.1도) 간격으로 반복하여 회전시킨다. 이때, 회전 각도 간격은 임의로 변경이 가능하고, 0.1도 간격 이외의 간격으로도 설정이 가능하며, 이는 처리시간과 정확도 사이의 트레이드-오프(Trade-off) 관계에 따라 설정하여 사용할 수 있다.
그리고 처리 속도 개선을 위해 컴퓨터 단층 촬영 영상을 축소하여 영상 회전 처리를 수행할 수도 있다. 예를 들면, 800*800*600 크기의 원본 정보를 400*400*600, 400*400*300, 400*800*300 등으로 축소하여 처리할 수 있다. 또한, 영상 보정을 위한 회전 각도의 정확한 산출을 위해 노이즈 제거 필터 등의 전처리 알고리즘을 적용한 후에 영상 회전 처리를 수행할 수도 있다.
일예로, 각 단면별로 지정된 컴퓨터 단층 촬영 영상의 회전 각도 구간은 액시얼은 (-10°~ 10°), 새지털은 (-9°~ 9°), 커로우널은 (-3°~ 3°)와 같이 설정할 수 있으며, 이는 하나의 실시 예에 해당한다.
그리고 회전 각도의 설정은 컴퓨터 단층 촬영 출력 정보가 틀어질 수 있는 범위를 고려하여 각 장비에 맞게 파라미터화하여 사용할 수 있다.
그리고 영상 회전은 액시얼 방향, 새지털 방향, 커로우널 방향에 따라 지정된 회전 각도 간격(예 : 0.1도)으로 각도를 변경하면서 후술되는 영상 정보 추출부(112b) 및 카운트 맵 추출부(112c)의 동작을 반복한다.
그리고 영상 회전의 순서는 임의로 선택할 수 있으며, 모든 방향에 대해 카운트 맵을 구하여 회전 각도를 찾는 방법도 가능하고, 액시얼 방향을 먼저 찾고 새지털 방향을 찾고 커로우널 방향을 찾는 방식으로 회전 각도를 찾는 방법도 가능하다.
그리고 영상 정보 추출부(112b)는 영상 회전부(112a)에서 회전된 컴퓨터 단층 촬영 영상으로부터 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 하악 턱선 정보(기준점 정보)를 기준으로 각 단면별로 지정된 관심 영역(ROI)의 영상 정보를 추출한다. 이때, 관심 영역은 상악 및 하악이 모두 포함될 수 있는 크기로 설정할 수 있다. 여기서, 관심 영역의 설정도 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(또는 알고리즘)의 성능을 좌우할 수 있는 요소이기 때문에 상악 및 하악이 모두 포함되는 형태 외의 다양한 형태로 설정이 가능하다.
그리고 카운트 맵 추출부(112c)는 영상 정보 추출부(112b)에서 추출된 관심 영역 내의 영상 정보를 이용하여 지정된 임계값을 기준으로 카운트 맵을 추출한다. 이때, 카운트 맵 생성 수식 g(x,y)는 하기의 [수학식 9]와 같다.
Figure 112017102256457-pct00009
여기서, r1, r2는 설정된 관심 영역의 높이값을 의미한다.
그리고 카운트 맵 생성 조건 수식 f(x,y,z)는 하기의 [수학식 10]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00010
이때, 지정된 임계값 t1은 500이고, t2는 1500으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다.
한편, 악궁 궤적 검출부(200)는 장비 촬영 시퀀스 정보를 활용하여 표준 악궁과 RCP(Rotate Center Point) 좌표를 설정하기 위한 정보 설정부(210), 및 정보 설정부(210)에서 설정된 표준 악궁을 이용하여 악궁 궤적을 생성하기 위한 악궁 궤적 생성부(220)를 포함한다.
이때, 정보 설정부(210)는 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 장비 촬영 시퀀스 정보를 활용하여 표준 악궁과 RCP 좌표를 설정한다.
이렇게 설정된 표준 악궁과 RCP 좌표는 악궁 궤적의 위치별 엑스레이 경로(X-ray Path) 산출 시 사용되며, 이후에 해당 엑스레이 경로와 악궁 궤적이 교차하는 지점을 기준으로 지정된 구간의 영상 정보를 서메이션하여 악궁 궤적을 따라 재구성하여 파노라마 영상을 구현한다. 이때, 표준 악궁과 RCP 좌표의 위치에 따라 서메이션하는 엑스레이 경로가 결정된다. 엑스레이 경로는 실제 파노라마 영상 촬영 장치로 촬영하였을 때 엑스레이 소스(X-ray Source)의 위치에서 엑스레이(X-ray)가 발생하여 컴퓨터 단층 촬영 볼륨의 각 복셀(Voxel)의 위치를 지나가는 경로를 계산하여 사용할 수 있다.
일예로, 컴퓨터 단층 촬영 정보의 복셀 사이즈를 고려하여 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 Y축에서 8mm 이동 후 표준 악궁 및 RCP 좌표의 위치를 설정한다. 이러한 표준 악궁 및 RCP 좌표의 위치 이동 거리는 실험적으로 최적화하여 산출된 값을 적용할 수 있으며, 8mm라는 값은 재구성된 파노라마 영상의 확대 및 축소를 최소화할 수 있는 위치를 고려하여 설정한 하나의 실시 예이다. 따라서 이러한 값은 변경이 가능하며 파라미터화하여 적용할 수 있다.
그리고 악궁 궤적 생성부(220)는 정보 설정부(210)에서 설정된 표준 악궁을 이용하여 악궁 궤적을 생성하기 위해 큐빅 스플라인 커브(Cubic-Spline Curve)를 이용한다. 이러한 악궁 궤적 생성부(220)에 대하여 도 5 내지 도 15를 참조하여 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 악궁 궤적 생성부(220)의 상세 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 악궁 궤적 생성부(220)는, 전치 교합면의 위치 좌표를 검출하기 위한 위치 좌표 검출부(221), 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 고정 악궁 좌표를 검출하기 위한 고정 악궁 좌표 검출부(222), 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 각 단면별로 전치 악궁 좌표를 검출하기 위한 전치 악궁 좌표 검출부(223), 고정 악궁 좌표 검출부(222)에서 검출된 고정 악궁 좌표와 전치 악궁 좌표 검출부(223)에서 검출된 전치 악궁 좌표를 이용하여 악궁 좌표를 보정하기 위한 악궁 좌표 보정부(224), 및 악궁 좌표 보정부(224)를 통해 각 단면별로 보정되어 검출된 악궁 좌표를 이용하여 악궁 궤적을 산출하기 위한 악궁 궤적 산출부(225)를 포함한다.
여기서, 위치 좌표 검출부(221)는 하악 턱 끝 위치의 단면을 기준으로 지정된 높이의 단면까지 특정 임계값 t1, t2를 만족하는 값의 중첩 영상을 추출한다(도 6 참조). 일예로, 임계값 t1은 1000이고, t2는 2000으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다. 이때, 추출된 중첩 영상에서 전치 교합면의 위치 좌표를 검출하는 경우 그 정확도를 향상시키기 위해 노이즈 필터를 적용할 수 있다.
도 7을 참조하여 살펴보면, 추출된 중첩 영상에서 치아의 중첩도가 높은 지점을 검출하기 위해 특정 임계값 t3을 만족하는 Y축 좌표를 추출한다. 일예로, 임계값 t3는 50으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다.
해당 Y축 기준으로 1~1.5cm 거리에서 X축 시작, 종료 지점을 추출하여 중간값을 계산하여 X축 좌표를 추출한다. 위의 Y축 기준 이동 거리는 실험적으로 최적화하여 산출된 값을 적용할 수 있으며, 1~1.5cm라는 값은 악궁의 형태를 고려하여 설정한 하나의 예이므로, 변경이 가능하고 파라미터화하여 적용할 수 있다.
Z축 좌표는 턱 끝 위치 좌표를 기준으로 3.5cm 상단 지점으로 임의로 지정한다. 여기서, 3.5cm로 설정한 것은 실험적인 결과 수치를 반영한 것으로, 통계적으로 턱 끝에서 교합면까지 거리는 소아가 2.4cm이고, 성인이 4.0cm이다. 따라서 환자의 크기나 연령을 고려하여 최적화된 거리 설정값은 변경이 가능하고 파라미터화하여 적용할 수 있다.
도 8을 참조하여 살펴보면, 1차 추출된 전치 교합면의 위치 좌표를 이용하여 특정 관심 영역(ROI) 내의 각 픽셀별 평균값으로 영상을 생성하고 해당 평균 영상에서의 그래디언트 영상을 추출한다. 이때, 관심 영역은 전치를 포함할 수 있는 사각형 형태의 영역을 의미하고, 관심 영역 크기 설정을 위한 값은 파라미터화하여 사용할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 추출된 그래디언트 영상에서 상악 및 하악의 치아 각도를 계산한다. 치아 각도 계산 수식 A(x,y)는 하기의 [수학식 11]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00011
여기서, G(x,y)는 그래디언트 영상의 픽셀값을 의미한다.
계산의 효율을 높이기 위해 임의로 45°, 135° 이외의 각도는 0으로 설정한다. 상악의 경우 45°각도, 하악의 경우 135°각도의 분포가 매우 높기 때문이다.
이때, 치아 교합면의 위치 검출을 위해 치아 각도가 계산된 영상에서 특정 영역에 분포하는 각도 정보 개수를 파악하여 45°, 135° 각도 개수의 차이가 가장 적은 지점을 추출하여 해당 좌표를 전치 교합면의 위치 좌표로 활용한다.
그리고 고정 악궁 좌표 검출부(222)는 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 Y축에서 1.5cm 이동한 후 좌/우 45°각도로 지정된 검색 영역(도 10 참조)의 임계값 t1, t2를 만족하는 히스토그램을 생성한다. 위의 Y축 기준 이동 거리는 실험적으로 최적화하여 산출된 값을 적용할 수 있으며, 1.5cm라는 값은 악궁의 형태를 고려하여 설정한 하나의 예이므로, 변경이 가능하고 파라미터화하여 적용할 수 있다. 일예로, 임계값 t1은 1000으로 정하고, t2는 2000으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 히스토그램의 총 개수에서 최소(Min), 최대(Max) 20% 커팅(Cutting) 후 중심점을 악궁 좌표로 추출한다.
전술한 바와 같이, 전치 교합면의 위치 좌표에서 45° 각도의 고정 악궁 좌표를 추출한 후 모든 단면에서 해당 좌표를 사용한다.
또한, 고정 악궁 좌표 검출부(222)는 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표 기준으로 Y축에서 2.5cm, 6.5cm 이동한 후 좌/우 90°각도로 지정된 검색 영역(도 12 참조)의 임계값 t1, t2를 만족하는 히스토그램을 생성한다. 위의 Y축 기준 이동 거리는 실험적으로 최적화하여 산출된 값을 적용할 수 있으며, 2.5cm, 6.5cm라는 값은 악궁의 형태를 고려하여 설정한 하나의 예이므로, 변경이 가능하고 파라미터화하여 적용할 수 있다. 일예로, 임계값 t1은 1000으로 정하고, t2는 2000으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 히스토그램의 총 개수에서 최소(Min), 최대(Max) 20% 커팅 후 중심점을 악궁 좌표로 추출한다.
전술한 바와 같이, 전치 교합면의 위치 좌표에서 90°각도의 고정 악궁 좌표를 추출한 후 모든 단면에서 해당 좌표를 사용한다.
그리고 전치 악궁 좌표 검출부(223)는 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 지정된 검색 영역(도 14 참조)의 임계값 t1, t2를 만족하는 히스토그램을 생성한다. 일예로, 임계값 t1은 1000으로 정하고, t2는 2000으로 정할 수 있으며, 컴퓨터 단층 촬영 장치 또는 촬영 환경에 따라 변경하여 설정할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 히스토그램의 총 개수에서 최소(Min), 최대(Max) 20% 커팅 후 중심점을 악궁 좌표로 추출한다.
각 단면별로 상기와 같은 전치 악궁 좌표 추출 과정을 반복 수행한다.
그리고 악궁 좌표 보정부(224)는 전치 악궁 좌표 검출부(223)에서 검출된 전치 악궁 좌표보다 고정 악궁 좌표 검출부(222)에서 검출된 고정 악궁 좌표가 Y축 상에서 상단에 존재할 경우 악궁 궤적의 곡선에 변형이 생기는 문제를 방지하기 위해 전치 악궁 좌표를 기준으로 1mm 하단에 고정 악궁 좌표가 위치하도록 보정한다. 여기서, 보정 거리는 실험적으로 최적화하여 산출된 값을 적용할 수 있으며, 1mm라는 값은 악궁의 형태를 고려하여 설정한 하나의 예이므로, 변경이 가능하고 파라미터화하여 적용할 수 있다.
각 단면별로 상기와 같은 악궁 좌표 보정 과정을 반복 수행한다.
그리고 악궁 궤적 산출부(225)는 악궁 좌표 보정부(224)를 통해 각 단면별로 보정되어 검출된 악궁 좌표를 이용하여 악궁 궤적을 산출하기 위해 하기의 [수학식 12]와 같은 큐빅 스플라인 커브(Cubic-Spline Curve)를 이용한다.
Figure 112017102256457-pct00012
그리고 큐빅 스플라인 커브를 이용해 산출된 악궁 궤적을 컴퓨터 단층 촬영 볼륨의 복셀 크기에 맞게 등간격으로 분할하거나 장비 촬영 시퀀스 정보를 활용하여 분할한다. 이때, 검출된 악궁 궤적의 중심점을 기준으로 좌측 및 우측 방향으로 이동하며 분할한다.
한편, 영상 정보 활용 구간 설정부(300)는 위치 정보 설정부(210)에서 설정된 표준 악궁의 궤적과 악궁 궤적 검출부(200)에서 검출된 악궁 궤적의 교차 지점을 산출하여 영상 정보 활용 구간을 설정하기 위해 표준 악궁에서 지정된 거리의 직교 구간 좌표를 산출한다. 이때, 해당 직교 구간 좌표는 표준 악궁과 RCP 좌표의 기울기와 직교한다. 또한, 전치와 구치는 치아의 두께 및 참조 구간이 차이나기 때문에 서메이션 구간(영상 정보 활용 구간)을 다르게 적용할 수 있다. 해당 특성을 고려하여 전치와 구치의 서메이션 구간을 기 지정된 값을 이용하여 설정한다.
그리고 영상 정보 활용 구간 설정부(300)는 RCP 좌표를 기초로 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사 경로 및 이를 위한 엑스선 소스의 위치 좌표를 산출한다.
한편, 재구성부(400)는 가중치 맵을 생성하기 위한 가중치 맵 생성부(410), 재구성하는 파노라마 영상에 반영되는 영상 정보의 비율을 조정하기 위한 조정부(420), 및 조정부(420)에서 조정된 "영상 정보 활용 구간 설정부(300)에서 설정된 영상 정보 활용 구간 내의 영상 정보"를 가중치 맵 생성부(410)의 가중치에 따라 서메이션하여 파노라마 영상을 재구성하기 위한 의료 영상 재구성부(430)를 포함한다.
이때, 재구성부(400)는 의료 영상 재구성부(430)에서 재구성된 파노라마 영상의 크기를 조정하기 위한 영상 크기 조정부(440)를 더 포함한다.
또한, 재구성부(400)는 의료 영상 재구성부(430)에서 재구성된 파노라마 영상에 대하여 영상 처리를 수행하기 위한 의료 영상 처리부(450)를 더 포함한다.
여기서, 가중치 맵 생성부(410)는 컴퓨터 단층 촬영 볼륨에서 검출한 악궁 궤적을 이용하여 파노라마 영상을 재구성할 때 치아의 특징 및 선명도를 향상시키기 위해 컴퓨터 단층 촬영 볼륨의 3D 그래디언트 맵(Gradient Map)을 생성하여 서메이션 시 가중치로 활용되도록 한다.
이때, 3D 그래디언트 맵은 하기의 [수학식 13]과 같이 소벨 마스크(Sobel Mask)를 이용하여 각 단면(액시얼, 새지털, 커로우널)별로 추출하되, 엑스레이 경로의 특성을 고려하여 각 경로별 각도(Angle) 정보를 이용하여 새지털, 커로우널 단면의 그래디언트 정보를 합성하여 사용한다.
Figure 112017102256457-pct00013
그리고 조정부(420)는 오패서티 테이블(Opacity Table)를 생성하여 이용한다. 즉, 컴퓨터 단층 촬영 넘버(CT Number)의 특성을 고려하여 특정 임계값 이하의 영역에 감마 커브(Gamma Curve)를 적용하여 오패서티 테이블을 생성한다. 이때, 오패서티 테이블은 룩업 테이블(Look-Up Table)의 일종으로서, 본 발명에서 재구성하는 파노라마 영상에 반영되는 영상 정보의 비율을 조정할 수 있는 하나의 방법으로 이용된다. 오패서티 테이블 생성 수식 T(x)는 하기의 [수학식 14]과 같다.
Figure 112017102256457-pct00014
여기서, s는 오패서티 테이블(Opacity Table) 크기를 의미하고, g는 감마 커브 파워(Gamma Curve Power)를 의미한다. 임계값 t는 실험적으로 최적으로 산출하여 적용이 가능하며, 임계값 t은 2000이라고 하는 경우 이 값은 컴퓨터 단층 촬영 넘버(CT Number)를 고려하여 설정한 하나의 실시 예이다.
그리고 의료 영상 재구성부(430)는 지오메트리 보정부(100)에서 보정된 컴퓨터 단층 촬영 영상의 영상 정보 중 조정부(420)에서 조정된 "영상 정보 활용 구간 설정부(300)에서 설정된 영상 정보 활용 구간 내의 영상 정보"를 가중치 맵 생성부(410)의 가중치에 따라 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사 경로로 서메이션하고, 서메이션 결과를 악궁 궤적을 따라 적절히 중첩 및/또는 배치하여 파노라마 영상을 재구성한다. 이때, 표준 악궁의 직교 구간과 검출한 악궁 좌표가 교차하는 지점을 산출하여 해당 지점을 기준으로 지정된 구간의 영상 정보를 서메이션한다.
그리고 서메이션 시 영상 정보 활용 구간의 값을 오패서티 테이블에 적용한 후 가중치를 적용한다. 이때, 가중치는 가우시안(Gaussian) 가중치와 그래디언트 가중치를 병합하여 적용하거나 가우시안 가중치와 그래디언트 가중치를 각각 독립적으로 적용할 수도 있다. 또한, 기중치로 서메이션 구간 내의 픽셀(Pixel)의 인텐시티(Intensity) 값을 이용할 수도 있다.
여기서, 그래디언트 가중치를 사용할 경우 서메이션 구간의 위치 좌표 정보를 이용하여 3D 그래디언트 맵 상에서 해당 구간의 정보를 획득한다. 해당 구간 정보는 바이-리니어 인터폴레이션(Bi-Linear Interpolation) 방식을 적용하여 보간 결과값을 사용한다. 이때, 그래디언트 정보값은 엣지(Edge) 주변에서 큰 값을 가지는 특성을 가지고 있기 때문에 엣지 내부 정보 및 주변 정보를 활용하기 위해 가우시안 마스크(Gaussian Mask)를 적용하여 스무딩(Smoothing)시킨다. 그리고 결과 정보를 정규화(Normalize)하여 그래디언트 가중치로 변환한다. 그리고 최종 가중치 생성을 위해 가우시안 가중치와 병합한다. 그리고 최종 생성된 가중치를 오패서티 테이블을 통과한 결과값에 적용하여 서메이션한다.
상기와 같은 처리를 각 단면별로 검출한 악궁 궤적의 모든 엑스레이 경로 구간에 적용하여 파노라마 영상을 재구성한다.
그리고 의료 영상 크기 조정부(440)는 컴퓨터 단층 촬영 정보 상에서 재구성된 파노라마 영상의 크기를 조정한다. 즉, 파노라마 영상 촬영 장치에서 촬영한 영상과 유사한 결과 영상을 도출하거나 불필요한 테두리 부분을 제거하기 위해 특정 영역을 커팅(Cutting)하여 영상 크기를 조절한다. 이때, 영상 크기 조정이 불필요한 경우에는 의료 영상 크기 조정부(440)를 생략할 수도 있다.
그리고 의료 영상 처리부(450)는 재구성된 파노라마 영상에 대하여 후 처리(Post Processing)를 수행하여 영상의 품질을 향상시킨다. 영상의 품질 향상을 극대화하기 위해 지오메트리 보정부(100)의 수행 이전에 전 처리(Pre-Processing) 과정을 적용할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 재구성 방법에 대한 흐름도로서, 그 구체적인 실시 예는 의료 영상 재구성 장치에 대한 설명에서 상세히 전술한 바 있으므로, 여기서는 그 동작 과정에 대하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, 지오메트리 보정부(100)가 컴퓨터 단층 촬영 정보에 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정(CT Geometry Correction)을 적용하여 3차원 공간 상에 컴퓨터 단층 촬영 영상이 정 위치하도록 보정한다(500). 이러한 지오메트리 보정 과정(500)에 대해서는 도 17 내지 도 19를 참조하여 후술하기로 한다.
이후, 악궁 궤적 검출부(200)가 악궁 궤적을 검출한다(600). 이때, 악궁 궤적 검출 과정(600)은 정보 설정부(210)가 장비 촬영 시퀀스 정보를 활용하여 표준 악궁과 RCP(Rotate Center Point) 좌표를 설정하는 과정(610), 및 악궁 궤적 생성부(220)가 정보 설정부(210)에서 설정된 표준 악궁을 이용하여 악궁 궤적을 생성하는 과정(620)을 포함한다. 이러한 악궁 궤적 생성 과정(620)에 대해서는 도 20을 참조하여 후술하기로 한다.
이후, 영상 정보 활용 구간 설정부(300)가 영상 정보 활용 구간을 설정하고, RCP 좌표를 이용하여 영상 정보 활용 구간 내 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 소스의 위치 좌표를 설정하여 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사경로를 산출한다(700).
이후, 재구성부(400)가 악궁 궤적 검출부(200)에서 검출된 악궁 궤적을 기준으로 "영상 정보 활용 구간 설정부(300)에서 설정된 영상 정보 활용 구간" 내의 "지오메트리 보정부(100)에서 보정된 컴퓨터 단층 촬영 영상의 영상 정보"를 엑스선 조사 경로 별로 서메이션한 후 악궁 궤적을 따라 배치하여 파노라마 영상을 재구성한다(800). 이때, 파노라마 영상 재구성 과정(800)은 가중치 맵 생성부(410)가 가중치 맵을 생성하는 과정(810), 조정부(420)가 재구성하는 파노라마 영상에 반영되는 영상 정보의 비율을 조정하는 과정(820), 및 의료 영상 재구성부(430)가 조정부(420)에서 조정된 "영상 정보 활용 구간 설정부(300)에서 설정된 영상 정보 활용 구간 내의 영상 정보"를 가중치 맵 생성부(410)의 가중치에 따라 서메이션하여 파노라마 영상을 재구성하는 과정(830)을 포함한다. 그리고 파노라마 영상 재구성 과정(800)은 영상 크기 조정부(440)가 의료 영상 재구성부(430)에서 재구성된 파노라마 영상의 크기를 조정하는 과정(840)을 더 포함한다. 또한, 파노라마 영상 재구성 과정(800)은 의료 영상 처리부(450)가 의료 영상 재구성부(430)에서 재구성된 파노라마 영상에 대하여 영상 처리를 수행하는 과정(850)을 더 포함한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 지오메트리 보정 과정(500)에 대한 상세 흐름도이다.
먼저, 보정 각도 추출부(110)가 컴퓨터 단층 촬영 정보를 전달받아 컴퓨터 단층 촬영 정보의 위치 보정을 위해 각 단면 방향의 보정 각도를 추출한다(510). 이때, 각 단면별로 보정 각도를 추출하기 위해 서브 루틴(도 18의 보정 각도 추출 과정)을 각 단면별로 수행한다.
이후, 보정부(120)가 보정 각도 추출부(110)에서 추출된 각 단면 방향의 보정 각도를 이용하여 컴퓨터 단층 촬영 영상을 회전시켜 지오메트리 보정을 수행한다(520).
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 각도 추출 과정(510)에 대한 상세 흐름도이다.
먼저, 기준점 정보 추출부(111)가 컴퓨터 단층 촬영 정보에서 기준점 정보를 추출한다(511).
이후, 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)가 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 기준점 정보에 따른 영상 정보를 이용하여, 기 설정된 회전 각도별로 카운트 맵을 추출한다(512). 이때, 각 회전 각도별로 카운트 맵을 추출하기 위해 서브 루틴(도 19의 회전 각도별 카운트 맵 추출 과정)을 각 회전 각도별로 수행한다.
이후, 회전 각도 추출부(113)가 회전 각도별 카운트 맵 추출부(112)에서 각 회전 각도별로 추출된 카운트 맵 중 최소 카운트 맵의 회전 각도를 추출한다(513).
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 각도별 카운트 맵 추출 과정(512)에 대한 상세 흐름도이다.
먼저, 영상 회전부(112a)가 기 설정된 회전 각도별로 컴퓨터 단층 촬영 영상을 회전시킨다(512a).
이후, 영상 정보 추출부(112b)가 영상 회전부(112a)에서 회전된 컴퓨터 단층 촬영 영상으로부터 기준점 정보 추출부(111)에서 추출된 기준점 정보를 기준으로 관심 영역의 영상 정보를 추출한다(512b).
이후, 카운트 맵 추출부(112c)가 영상 정보 추출부(112b)에서 추출된 관심 영역의 영상 정보를 이용하여 카운트 맵을 추출한다(512c).
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 악궁 궤적 생성 과정(620)에 대한 상세 흐름도이다.
먼저, 위치 좌표 검출부(221)가 전치 교합면의 위치 좌표를 검출한다(621).
이후, 고정 악궁 좌표 검출부(222)가 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 고정 악궁 좌표를 검출한다(622).
이후, 전치 악궁 좌표 검출부(223)가 위치 좌표 검출부(221)에서 검출된 전치 교합면의 위치 좌표를 기준으로 각 단면별로 전치 악궁 좌표를 검출한다(623).
이후, 악궁 좌표 보정부(224)가 고정 악궁 좌표 검출부(222)에서 검출된 고정 악궁 좌표와 전치 악궁 좌표 검출부(223)에서 검출된 전치 악궁 좌표를 이용하여 악궁 좌표를 보정한다(624).
이후, 악궁 궤적 산출부(225)가 악궁 좌표 보정부(224)를 통해 각 단면별로 보정되어 검출된 악궁 좌표를 이용하여 악궁 궤적을 산출한다(625).
한편, 이상의 실시예에서는 컴퓨터 단층 촬영 정보에 컴퓨터 단층 촬영 지오메트리 보정을 적용하여 3차원 공간 상에 컴퓨터 단층 촬영 영상이 정 위치하도록 보정한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따라 보정된 컴퓨터 단층 촬영 영상은 뷰어 등을 통해 디스플레이될 경우, 촬영대상, 촬영자세와 무관하게 좌우측 눈, 좌우측 귀, 이어로드 등 좌우 대칭인 기관 내지는 특징점이 상시적으로 수평면 상에 배열된다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 의료 영상 재구성 방법은 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, 정보 파일, 정보 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. 상기 매체는 프로그램 명령, 정보 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 피검체의 악궁이 포함된 3차원 의료 영상 정보로 상기 악궁의 파노라마 영상을 재구성하는 의료 영상 재구성 장치로서,
    상기 3차원 의료 영상 정보로 상기 악궁에 대한 악궁 궤적을 산출하는 악궁 궤적 검출부;
    상기 악궁 궤적의 파노라마 영상을 위한 상기 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사경로를 설정하는 영상 정보 활용 구간 설정부; 및
    상기 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사경로를 따라 상기 3차원 의료 영상 정보를 서메이션(Summation)해서 상기 파노라마 영상을 재구성하는 재구성부를 포함하는
    의료 영상 재구성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 악궁 궤적 검출부는,
    상기 3차원 의료 영상 정보로 전치 교합면의 위치 좌표를 검출하고,
    상기 전치 교합면의 위치좌표를 기준으로 악궁 좌표와 단면 별 전치 악궁 좌표를 산출하고,
    상기 단면 별 전치 악궁 좌표로 상기 악궁 좌표를 보정하고,
    보정된 상기 악궁 좌표로 상기 악궁 궤적을 산출하는
    의료 영상 재구성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 악궁 궤적 검출부는 큐빅 스플라인 커브(Cubic-Spline Curve)를 이용해서 상기 악궁 좌표로 상기 악궁 궤적을 산출하는
    의료 영상 재구성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 의료 영상 정보에 영상 정보 활용 구간을 설정하는 영상 정보 활용 구간 설정부를 더 포함하고,
    상기 재구성부는, 상기 영상 정보 활용 구간 내의 상기 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사경로를 따라 상기 3차원 의료 영상 정보를 서메이션(Summation)해서 상기 파노라마 영상을 재구성하는
    의료 영상 재구성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 정보 활용 구간 설정부는, 파노라마 촬영 장비 시퀀스로 상기 악궁 궤적의 파노라마 촬영을 위한 RCP(Rotation Center Point)를 설정하고, 상기 RCP에 대한 상기 악궁 궤적의 위치 별 엑스선 조사경로를 설정하는 의료 영상 재구성 장치.
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