KR102240184B1

KR102240184B1 - System for creating model of anatomical structure and system for guiding medical tool comprising the same

Info

Publication number: KR102240184B1
Application number: KR1020190057071A
Authority: KR
Inventors: 고재철
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-04-14
Also published as: KR20200132120A

Abstract

일 실시예에 따른 해부학적 구조의 모델 생성 시스템은 복수 개의 해부학적 식별 요소들을 포함하는 해부학적 구조의 의료 영상을 획득하는 입력부; 상기 의료 영상에서 상기 복수 개의 해부학적 식별 요소들 중 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계를 생성하고, 생성된 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계에 기초하여 해부학적 구조의 모델을 생성하는 처리부; 및 생성된 모델을 출력하는 출력부를 포함한다.An anatomical structure model generation system according to an embodiment includes: an input unit for acquiring a medical image of an anatomical structure including a plurality of anatomical identification elements; In the medical image, a positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements among the plurality of anatomical identification elements is generated, and based on the positional relationship between the generated at least one pair of anatomical identification elements, anatomical A processing unit that generates a structure model; And an output unit for outputting the generated model.

Description

Anatomical structure model generation system and medical tool guide system including the same TECHNICAL FIELD {SYSTEM FOR CREATING MODEL OF ANATOMICAL STRUCTURE AND SYSTEM FOR GUIDING MEDICAL TOOL COMPRISING THE SAME}

이하, 실시예들은 해부학적 구조의 모델 생성 시스템 및 이를 포함하는 의료 도구 가이드 시스템에 관한 것이다.Hereinafter, embodiments relate to an anatomical model generation system and a medical tool guide system including the same.

현재 의료 영상을 획득하는 C-arm 기기는 환자의 척추 구조물을 평면인 2차원 X-ray 영상으로 투사하고, 의료진은 이러한 2차원 영상을 보면서 시술을 수행하고 있다. 그러나, 환자의 척추 구조물은 3차원 구조이므로, 의료진이 시술 도구의 위치를 확인하기 어려워 정확한 시술이 어렵다. 이에, 의료진이 C-arm 기기를 여러 방향으로 촬영을 반복함으로써 시술 위치를 추정하고 있으나, 이는 환자와 의료진 모두 방사선에 과다하게 노출되는 결과를 초래하고, 시술 시간이 늘어나며, 시술 정확도가 감소하고, C-arm 기기를 조작하는 과정에서 감염의 위험도가 증가할 수 있다.Currently, C-arm devices that acquire medical images project a patient's spine structure as a planar 2D X-ray image, and medical staff are performing procedures while viewing these 2D images. However, since the patient's spine structure is a three-dimensional structure, it is difficult for a medical staff to check the location of a procedure tool, making it difficult to perform an accurate procedure. Accordingly, the medical staff is estimating the location of the procedure by repeatedly photographing the C-arm device in various directions, but this results in excessive exposure to radiation for both the patient and the medical staff, the duration of the procedure is increased, and the accuracy of the procedure is reduced. The risk of infection may increase in the process of operating a C-arm device.

공개특허공보 제10-2000-0029993호 (2000.05.25. 공개)Unexamined Patent Publication No. 10-2000-0029993 (published on May 25, 2000)

일 실시예에 따른 목적은 대상체의 자세 변화 등으로 인해 해부학적 구조의 형태가 달라지더라도 해부학적 구조 및 이에 대한 시술 도구의 위치를 3차원 공간 상에 정확하게 반영하는 해부학적 구조의 모델 생성 시스템 및 이를 포함하는 의료 도구 가이드 시스템을 제공하는 것이다.An object according to an embodiment is a system for generating a model of an anatomical structure that accurately reflects the anatomical structure and the position of a surgical tool for the anatomical structure on a three-dimensional space even if the shape of the anatomical structure is changed due to a change in the posture of an object, It is to provide a medical tool guide system including this.

상기 처리부는 상기 의료 영상 중 복수 개의 국소적인 영역들의 각각에 존재하는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계를 생성할 수 있다.The processing unit may generate a positional relationship between at least a pair of anatomical identification elements present in each of a plurality of localized regions of the medical image.

상기 복수 개의 국소적인 영역들 중 임의의 제1 국소적인 영역에 존재하는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계는 상기 제1 국소적인 영역과 다른 제2 국소적인 영역에 존재하는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계와 독립적일 수 있다.The positional relationship between at least a pair of anatomical identification elements present in a first local region among the plurality of local regions is at least one present in a second local region different from the first local region. It can be independent of the positional relationship between the pair of anatomical identification elements.

상기 처리부는 축 방향 관점의 상기 의료 영상에서 기준 식별 요소를 식별하고, 시상면 관점의 상기 의료 영상에서 상기 기준 식별 요소를 기준으로 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들을 식별할 수 있다.The processing unit may identify a reference identification element in the medical image in an axial view and identify at least a pair of anatomical identification elements in the medical image in a sagittal view based on the reference identification element.

상기 처리부는 시상면 관점의 상기 의료 영상에 기초하여 축 방향 관점의 상기 의료 영상에서 상기 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들을 식별할 수 있다.The processing unit may identify the at least one pair of anatomical identification elements in the medical image in the axial view based on the medical image in the sagittal view.

상기 처리부는 시상면 관점의 상기 의료 영상에서 임의의 제1 식별 요소 및 상기 제1 식별 요소에 인접하는 다른 하나의 제2 식별 요소를 잇는 연속적인 라인에 기초하여 상기 제1 식별 요소 및 상기 제2 식별 요소의 경계를 식별할 수 있다.The processing unit includes the first identification element and the second identification element on the basis of a continuous line connecting an arbitrary first identification element and another second identification element adjacent to the first identification element in the medical image of the sagittal view. The boundaries of the identification element can be identified.

일 실시예에 따른 의료 도구 가이드 시스템은 복수 개의 해부학적 식별 요소들을 포함하는 제1 의료 영상을 이용하여 해부학적 구조의 모델을 생성하는 모델 생성 시스템; 제2 의료 영상을 획득하는 영상 획득 시스템; 상기 모델 및 상기 제2 의료 영상을 정합하는 영상 정합 시스템; 및 해부학적 구조에 대한 의료 도구의 상대적인 위치를 추적하는 위치 추적 시스템을 포함하고, 상기 모델 생성 시스템은 상기 제1 의료 영상에서 상기 복수 개의 해부학적 식별 요소들 중 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계를 생성하고, 생성된 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계에 기초하여 상기 모델을 생성한다.A medical tool guide system according to an embodiment includes: a model generation system for generating a model of an anatomical structure by using a first medical image including a plurality of anatomical identification elements; An image acquisition system for acquiring a second medical image; An image matching system for matching the model and the second medical image; And a position tracking system for tracking the relative position of the medical tool with respect to the anatomical structure, wherein the model generation system includes at least one pair of anatomical identification elements among the plurality of anatomical identification elements in the first medical image. A positional relationship is created therebetween, and the model is generated based on the positional relationship between the generated at least one pair of anatomical identification elements.

상기 제1 의료 영상은 시술 전에 획득되고, 상기 제2 의료 영상은 시술 중에 획득될 수 있다.The first medical image may be acquired before the procedure, and the second medical image may be acquired during the procedure.

일 실시예에 따른 해부학적 구조의 모델 생성 시스템 및 이를 포함하는 의료 도구 가이드 시스템은 대상체의 자세 변화 등으로 인해 해부학적 구조의 형태가 달라지더라도 해부학적 구조 및 이에 대한 시술 도구의 위치를 3차원 공간 상에 정확하게 반영할 수 있다.In the anatomical structure model generation system and the medical tool guide system including the same according to an embodiment, even if the shape of the anatomical structure is changed due to a change in the posture of the object, etc., the anatomical structure and the position of the treatment tool are 3D. It can be accurately reflected in space.

일 실시예에 따른 해부학적 구조의 모델 생성 시스템 및 이를 포함하는 의료 도구 가이드 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the anatomical model generation system and the medical tool guide system including the same according to an embodiment are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are clearly understood by those skilled in the art from the following description. It will be possible.

도 1은 일 실시예에 따른 의료 도구 가이드 시스템의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템이 모델을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 11은 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템이 모델을 생성하는데 이용하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of a medical tool guide system according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram of a model generation system according to an embodiment.
3 and 4 are diagrams for explaining a process of generating a model by a model generation system according to an exemplary embodiment.
5 to 11 are diagrams for explaining a method used by a model generation system to generate a model according to an exemplary embodiment.

이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and the nature, order, or order of the constituent element is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, the description of one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapping range.

도 1은 일 실시예에 따른 의료 도구 가이드 시스템의 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a medical tool guide system according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is a block diagram of a model generation system according to an exemplary embodiment.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 의료 도구 가이드 시스템(1)은 시술 전 대상체의 해부학적 구조를 촬영한 제1 의료 영상에 기초하여 해부학적 구조의 모델을 생성하고, 생성된 모델 및 시술 중 해부학적 구조를 촬영한 제2 의료 영상을 정합하고, 정합된 영상과 제2 의료 영상에 기초하여 해부학적 구조에 대한 의료 도구의 3차원 위치를 추정할 수 있다. 술자는 추정된 의료 도구의 3차원 위치에 기초하여 해부학적 구조에 대한 의료 도구의 위치를 조절할 수 있다. 일 예에서, 대상체는 인체, 동물 등 생물체를 포함할 수 있다. 일 예에서, 의료 도구는 가이드 바늘을 포함할 수 있다. 일 예에서, 의료 도구 가이드 시스템(1)은 가상 현실 또는 증강 현실을 이용하여 의료 도구의 3차원 위치를 안내할 수 있다.1 and 2, the medical tool guide system 1 according to an embodiment generates a model of an anatomical structure based on a first medical image taken of an anatomical structure of an object before the procedure, and A second medical image photographing an anatomical structure during a model and a procedure may be matched, and a 3D position of a medical tool with respect to the anatomical structure may be estimated based on the matched image and the second medical image. The operator can adjust the position of the medical tool with respect to the anatomical structure based on the estimated three-dimensional position of the medical tool. In one example, the subject may include an organism such as a human body or an animal. In one example, the medical tool may comprise a guide needle. In one example, the medical tool guide system 1 may guide the three-dimensional position of the medical tool using virtual reality or augmented reality.

일 실시예에서, 의료 도구 가이드 시스템(1)은 모델 생성 시스템(10), 영상 획득 시스템(20), 영상 정합 시스템(30) 및 위치 추적 시스템(40)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the medical tool guide system 1 may include a model generation system 10, an image acquisition system 20, an image matching system 30, and a location tracking system 40.

모델 생성 시스템(10)은 제1 의료 영상(11)에 기초하여 해부학적 구조의 모델(12)을 생성할 수 있다. 일 예에서, 해부학적 구조는 척추(spine)를 포함할 수 있다.The model generation system 10 may generate a model 12 of an anatomical structure based on the first medical image 11. In one example, the anatomical structure may include a spine.

모델 생성 시스템(10)은 입력부(110), 처리부(120) 및 출력부(130)를 포함할 수 있다.The model generation system 10 may include an input unit 110, a processing unit 120, and an output unit 130.

입력부(110)는 복수 개의 해부학적 식별 요소들을 포함하는 해부학적 구조의 제1 의료 영상(11)을 획득할 수 있다. 일 예에서, 제1 의료 영상(11)은 시술 전 촬영된 영상일 수 있다. 일 예에서, 제1 의료 영상(11)은 자기 공명 영상법(magnetic resonance imaging)에 의해 획득된 영상, 시술 또는 수술용 투시 조영 장비인 C-arm 장비에 의해 획득된 영상, X선 영상 등일 수 있다. 일 예에서, 해부학적 식별 요소는 척추 뼈(vertebra) 또는 척추 뼈의 일부를 포함할 수 있다.The input unit 110 may acquire a first medical image 11 having an anatomical structure including a plurality of anatomical identification elements. In one example, the first medical image 11 may be an image captured before the procedure. In one example, the first medical image 11 may be an image acquired by magnetic resonance imaging, an image acquired by a C-arm device, which is a fluoroscopic imaging device for a procedure or surgery, an X-ray image, and the like. have. In one example, the anatomical identification element may include a vertebra or a portion of a vertebral bone.

처리부(120)는 제1 의료 영상(11)의 전체적인 영역 중 어느 하나의 국소적인 영역에 존재하는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계를 획득하고, 이를 다른 나머지 적어도 하나의 국소적인 영역에 대해서도 반복적으로 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계를 획득하고, 획득된 복수 개의 위치 관계들에 기초하여 모델(12)을 생성할 수 있다. 일 예에서, 처리부(120)는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들을 포함하는 최소 크기의 국소적인 영역을 선택하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 의료 영상을 촬영하는 시점에 따라 대상체가 취하는 자세가 달라지더라도, 이에 따라 복수 쌍의 식별 요소들 사이의 변화된 위치 관계들이 생성된 모델(12)에 반영될 수 있다. 상기와 같은 구체적인 방식에 대해 도 3 내지 도 11을 참조하며 후술하기로 한다.The processing unit 120 acquires a positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements present in any one local area among the overall area of the first medical image 11, and obtains a positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements. For the region, a positional relationship between at least a pair of anatomical identification elements may be repeatedly obtained, and the model 12 may be generated based on the obtained plurality of positional relationships. In one example, the processing unit 120 may be configured to select a localized area having a minimum size including at least a pair of anatomical identification elements. According to this method, even if the posture taken by the object is changed according to the time point at which the medical image is captured, the changed positional relationships between the plurality of pairs of identification elements may be reflected in the generated model 12 accordingly. The detailed method as described above will be described later with reference to FIGS. 3 to 11.

대안적으로, 처리부(120)는 제1 의료 영상(11)의 전체적인 영역을 임의의 해부학적 식별 요소를 각각 포함하는 복수 개의 국소적인 영역들로 분할(segment)하고, 임의의 한 쌍의 국소적인 영역들에 대해 어느 하나의 국소적인 영역의 해부학적 식별 요소 및 다른 하나의 국소적인 영역의 해부학적 식별 요소 사이의 위치 관계를 획득하고, 이를 다른 나머지 적어도 한 쌍의 국소적인 영역에 대해 반복적으로 식별 요소들 사이의 위치 관계를 획득하고, 획득된 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계에 기초하여 모델(12)을 생성할 수도 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 의료 영상을 촬영하는 시점에서의 대상체가 취하는 자세에 따라 결정된 복수 쌍의 식별 요소들 사이의 위치 관계들이 고정적으로 기록될 수 있다. 이에 따라 복수 쌍의 식별 요소들 사이의 변화된 위치 관계들이 반영되지 않을 수 있다. 이로 인해 의료 영상을 촬영하는 시점마다 대상체에게 동일한 자세를 취할 것이 요구될 수 있다.Alternatively, the processing unit 120 divides the entire area of the first medical image 11 into a plurality of localized areas each including an arbitrary anatomical identification element, and For regions, a positional relationship between an anatomical identification element of one local area and an anatomical identification element of another local area is acquired, and this is repeatedly identified for at least a pair of other local areas. The positional relationship between the elements may be acquired, and the model 12 may be generated based on the positional relationship between the acquired anatomical identification elements. According to this method, positional relationships between a plurality of pairs of identification elements determined according to a posture taken by an object at the time of capturing a medical image may be fixedly recorded. Accordingly, changed positional relationships between the plurality of pairs of identification elements may not be reflected. For this reason, it may be required to take the same posture for the object every time the medical image is captured.

출력부(130)는 생성된 해부학적 구조의 모델(12)을 출력할 수 있다. 일 예에서, 해부학적 구조의 모델(12)은 3차원 모델일 수 있다.The output unit 130 may output the model 12 of the generated anatomical structure. In one example, the anatomical structure model 12 may be a three-dimensional model.

영상 획득 시스템(20)은 해부학적 구조에 대한 제2 의료 영상(22, 23)을 획득할 수 있다. 일 예에서, 제2 의료 영상(22, 23)은 시술 중 촬영된 또는 시술 중 실시간으로 촬영되는 영상일 수 있다. 일 예에서, 제2 의료 영상(22, 23)은 자기 공명 영상법(magnetic resonance imaging)에 의해 획득된 영상, 시술 또는 수술용 투시 조영 장비인 C-arm 장비에 의해 획득된 영상, X선 영상 등일 수 있다. 일 예에서, 제2 의료 영상(22, 23)은 2차원 영상일 수 있다. 일 예에서, 영상 획득 시스템(20)은 해부학적 구조에 설정량의 복수 개의 광자(photon)들을 조사하고, 해부학적 구조를 투과하는 복수 개의 광자(21)들의 수를 검출할 수 있다.The image acquisition system 20 may acquire second medical images 22 and 23 for an anatomical structure. In an example, the second medical images 22 and 23 may be images captured during a procedure or in real time during a procedure. In one example, the second medical images 22 and 23 are images acquired by magnetic resonance imaging, images acquired by a C-arm device, which is a fluoroscopic imaging device for procedures or surgery, and an X-ray image. Etc. In an example, the second medical images 22 and 23 may be 2D images. In one example, the image acquisition system 20 may irradiate a set amount of a plurality of photons on an anatomical structure and detect the number of a plurality of photons 21 passing through the anatomical structure.

영상 정합 시스템(30)은 모델 생성 시스템(10)이 생성한 모델(12) 및 영상 획득 시스템(20)이 획득한 제2 의료 영상(22)을 정합할 수 있다. 영상 정합 시스템(30)은 모델(12)의 복수 개의 식별 요소들 및 제2 의료 영상(22)의 복수 개의 식별 요소들을 서로 매칭함으로써 정합 영상(31)을 출력할 수 있다.The image matching system 30 may match the model 12 generated by the model generation system 10 and the second medical image 22 acquired by the image acquisition system 20. The image registration system 30 may output the registration image 31 by matching a plurality of identification elements of the model 12 and a plurality of identification elements of the second medical image 22 with each other.

위치 추적 시스템(40)은 영상 획득 시스템(20)이 획득한 제2 의료 영상(23)에 기초하여 의료 도구의 위치(41)를 추적할 수 있다. 여기서, 위치 추적 시스템(40)이 이용하는 제2 의료 영상(23)은 영상 정합 시스템(30)이 이용하는 제2 의료 영상(22)과 동일할 수 있다. 도시되지 않은 예에서, 위치 추적 시스템(40)은 대상체에 설치되는 제1 광학 마커, 의료 도구에 설치되는 제2 광학 마커, 제1 광학 마커의 위치와 제2 광학 마커의 위치를 추적하는 카메라 및 제1 광학 마커와 제2 광학 마커 사이의 위치 관계를 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.The location tracking system 40 may track the location 41 of the medical tool based on the second medical image 23 acquired by the image acquisition system 20. Here, the second medical image 23 used by the location tracking system 40 may be the same as the second medical image 22 used by the image matching system 30. In an example not shown, the location tracking system 40 includes a first optical marker installed on an object, a second optical marker installed on a medical tool, a camera for tracking the positions of the first optical marker and the second optical marker, and It may include a processor that acquires a positional relationship between the first optical marker and the second optical marker.

도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템이 모델을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining a process of generating a model by a model generation system according to an exemplary embodiment.

도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템은 의료 영상 중 복수 개의 국소적인 영역들(A1, A2, A3, A4) 각각에 존재하는 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들(T1, T2) 사이의 위치 관계(R1)를 생성할 수 있다. 여기서, 모델 생성 시스템은 의료 영상의 전체적인 영역을 복수 개의 국소적인 영역들(A1, A2, A3, A4)로 분할하는 것이 아니라, 의료 영상의 전체적인 영역을 이루는 복수 개의 국소적인 영역들(A1, A2, A3, A4) 중 임의의 국소적인 영역을 선택하는 것이다. 임의의 국소적인 영역을 선택할 때, 모델 생성 시스템은 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들(T1, T2)이 포함된 최소 크기의 국소적인 영역을 선택할 수 있다.3 and 4, the model generation system according to an embodiment includes at least a pair of anatomical identification elements ( The positional relationship R1 between T1 and T2) can be created. Here, the model generation system does not divide the entire area of the medical image into a plurality of local areas A1, A2, A3, A4, but a plurality of local areas A1, A2 , A3, A4). When selecting an arbitrary localized area, the model generation system may select a localized area of the smallest size including at least one pair of anatomical identification elements T1 and T2.

모델 생성 시스템은 제1 국소적인 영역(A1)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계, 제2 국소적인 영역(A2)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계, 제3 국소적인 영역(A3)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계 및 제4 국소적인 영역(A4)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계에 기초하여 모델을 생성할 수 있다.The model generation system includes a positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements in the first local area A1, a positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements in the second local area A2, The model is constructed based on the positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements in the third local area A3 and the positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements in the fourth local area A4. Can be generated.

제1 국소적인 영역(A1)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계, 제2 국소적인 영역(A2)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계, 제3 국소적인 영역(A3)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계 및 제4 국소적인 영역(A4)의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계는 서로에 대해 독립적일 수 있다. 여기서, "독립적"이라는 것은, 예를 들어, 어느 하나의 국소적인 영역의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계가 다른 하나의 국소적인 영역의 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계와 관련이 없다는 것을 의미한다. 따라서, 서로 독립적인 복수 쌍의 해부학적 식별 요소들 사이의 위치 관계들에 기초하여 모델이 생성되므로, 시술 중 의료 영상을 촬영하는 동안 대상체의 자세가 변화하더라도, 생성된 모델과 시술 중 획득된 의료 영상이 정확하게 정합될 수 있다.The positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements in the first localized area A1, the positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements in the second localized area A2, and third localized The positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements of the region A3 and the positional relation between the at least one pair of anatomical identification elements of the fourth local region A4 may be independent of each other. Here, "independent" means, for example, that the positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements in one local area is different between at least one pair of anatomical identification elements in one local area. It means that it has nothing to do with the relationship of its location. Therefore, since a model is generated based on the positional relationships between a plurality of pairs of anatomical identification elements that are independent of each other, even if the posture of the object changes while taking a medical image during the procedure, the created model and the medical care acquired during the procedure Images can be accurately matched.

도 5 내지 도 11은 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템이 모델을 생성하는데 이용하는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 모델 생성 시스템의 방식을 순차적으로 설명하면서 참조할 도면을 특별히 언급할 때, 도 5 내지 도 11도 함께 참조할 수 있다.5 to 11 are diagrams for explaining a method used by the model generation system to generate a model according to an exemplary embodiment. Hereinafter, when referring to drawings to be referred to while sequentially describing the method of the model generation system, FIGS. 5 to 11 may also be referred to.

도 5를 참조하면, 축 방향 관점에서 바라본 의료 영상이 도시된다. 축 방향 관점의 의료 영상에서는 축 방향으로 연장하는 형상을 가지는 해부학적 구조를 구성하는 복수 개의 해부학적 식별 요소들, 특히 척추를 구성하는 복수 개의 척추 뼈들을 구분하기 쉽지 않다. 도시된 예에서, 국소적인 영역(A)에는 어느 하나의 척추뼈의 아래 관절 돌기 및 그 인접하는 척추뼈의 위 관절 돌기가 포함되어 있다.Referring to FIG. 5, a medical image viewed from an axial perspective is shown. In a medical image from an axial perspective, it is not easy to distinguish a plurality of anatomical identification elements constituting an anatomical structure having a shape extending in an axial direction, in particular, a plurality of vertebral bones constituting a spine. In the illustrated example, the localized area A includes the lower articular processes of any one vertebrae and the upper articular processes of the adjacent vertebrae.

일 실시예에 따른 모델 생성 시스템은 축 방향 관점의 의료 영상 중 기준 식별 요소(SP)를 포함하는 국소적인 영역(A)을 선택할 수 있다. 도 6을 참조하면, 모델 생성 시스템은 선택된 국소적인 영역(A) 중 가장 식별이 쉬운 기준 식별 요소(SP)를 식별할 수 있다. 예를 들어, 기준 식별 요소(SP)는 극상 돌기일 수 있다. 도 7을 참조하면, 모델 생성 시스템은 기준 식별 요소(SP)를 포함하는 부위 중 임의의 부분에 기준점(RP)을 설정할 수 있다. 도 8을 참조하면, 모델 생성 시스템은 시상면 관점의 의료 영상에서 기준 식별 요소(SP)를 기준으로 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소(SP)들을 식별할 수 있다. 예를 들어, 모델 생성 시스템은 극상 돌기를 기준으로 그 인접하는 한 쌍의 척추뼈들을 식별할 수 있다. 특별하게는, 도 9를 참조하면, 모델 생성 시스템은 어느 하나의 척추뼈의 아래 관절 돌기(LSP) 및 그 인접하는 척추뼈의 위 관절 돌기(USP)를 식별할 수 있다. 이후, 모델 생성 시스템은 한 쌍의 척추뼈들 사이의 위치 관계를 생성할 수 있다. 이후, 모델 생성 시스템은 시상면 관점의 의료 영상에 기초하여 축 방향 관점의 의료 영상에서 적어도 한 쌍의 해부학적 식별 요소들을 식별할 수 있다.The model generation system according to an embodiment may select a local area A including the reference identification element SP from among the medical images in the axial direction. Referring to FIG. 6, the model generation system may identify a reference identification element SP that is easiest to identify among the selected local area A. For example, the reference identification element SP may be a superfine protrusion. Referring to FIG. 7, the model generation system may set a reference point RP in an arbitrary part of a portion including the reference identification element SP. Referring to FIG. 8, the model generation system may identify at least a pair of anatomical identification elements SP based on the reference identification element SP in the medical image of the sagittal view. For example, the model generation system may identify a pair of adjacent vertebrae based on the climax. Specifically, referring to FIG. 9, the model generation system may identify the lower joint protrusion (LSP) of any one vertebrae and the upper joint protrusion (USP) of adjacent vertebrae. Then, the model generation system may create a positional relationship between the pair of vertebrae. Thereafter, the model generation system may identify at least a pair of anatomical identification elements in the medical image in the axial direction based on the medical image in the sagittal view.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템은 시상면 관점의 의료 영상에서 인접하는 한 쌍의 척추뼈들을 보다 쉽게 식별하기 위해서 축 방향 관점의 의료 영상에서 기준 식별 요소가 포함된 부위에 설정한 기준점(RP)의 위치를 변경할 수 있다. 이는 모델 생성 시스템이 처리하는 의료 영상의 기준 프레임을 변경하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 모델 생성 시스템은 기준점(RP)이 횡방향으로 이동하도록 의료 영상의 기준 프레임을 횡방향으로 이동시킬 수 있다.Referring to FIG. 10, in order to more easily identify a pair of adjacent vertebrae in a medical image from a sagittal view, a model generation system according to an embodiment includes a reference identification element in a medical image from an axial perspective. The position of the set reference point (RP) can be changed. This may be understood as changing the reference frame of the medical image processed by the model generation system. For example, the model generation system may move the reference frame of the medical image in the horizontal direction so that the reference point RP moves in the horizontal direction.

도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 모델 생성 시스템은 시상면 관점의 의료 영상에서 임의의 제1 식별 요소 및 제1 식별 요소에 인접하는 다른 하나의 제2 식별 요소를 잇는 연속적인 라인(CL)에 기초하여 제1 식별 요소 및 제2 식별 요소의 경계를 식별할 수 있다. 예를 들어, 제1 식별 요소가 어느 하나의 척추뼈이면, 제2 식별 요소는 그에 인접하는 아래 척추뼈일 수 있다.Referring to FIG. 11, the system for generating a model according to an embodiment includes a continuous line (CL) connecting an arbitrary first identification element and another second identification element adjacent to the first identification element in a medical image from a sagittal view. ) Based on the boundary between the first identification element and the second identification element. For example, if the first identification element is any one of the vertebrae, the second identification element may be the lower vertebrae adjacent thereto.

실시예에 따른 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, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 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 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as systems, structures, devices, circuits, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

Claims

In the anatomical structure model generation system,
An input unit for obtaining a medical image of an anatomical structure including a plurality of anatomical identification elements;
The at least one pair of anatomy is configured to select a plurality of localized regions each including at least one pair of anatomical identification elements in the medical image, and is included in any one of the plurality of localized regions A positional relationship between the anatomical identification elements is created, and a positional relationship between at least one pair of anatomical identification elements included in the remaining local area is repeatedly generated for the remaining local area, and the generated at least one pair of A processing unit that generates a model of an anatomical structure based on positional relationships between anatomical identification elements; And
An output unit that outputs the generated model;
Model generation system comprising a.

delete

The method of claim 1,
The positional relationship between at least a pair of anatomical identification elements present in a first local region among the plurality of local regions is at least one present in a second local region different from the first local region. A system for creating a model that is independent of the positional relationship between the pair of anatomical identification elements.

The method of claim 1,
The processing unit identifies a reference identification element in the medical image in an axial perspective, and identifies at least a pair of anatomical identification elements in the medical image in a sagittal view based on the reference identification element.

The method of claim 4,
The processing unit is a model generation system for identifying the at least one pair of anatomical identification elements in the medical image in an axial view based on the medical image in a sagittal view.

The method of claim 4,
The processing unit includes the first identification element and the second identification element based on a continuous line connecting an arbitrary first identification element and another second identification element adjacent to the first identification element in the medical image of the sagittal view. A model generation system that identifies the boundaries of identification elements.

A model generation system for generating a model of an anatomical structure by using a first medical image including a plurality of anatomical identification elements;
An image acquisition system for acquiring a second medical image;
An image matching system for matching the model and the second medical image; And
A position tracking system for tracking the relative position of the medical tool to the anatomical structure;
Including,
The model generation system is configured to select a plurality of localized regions each including at least a pair of anatomical identification elements in the first medical image, and included in any one of the plurality of localized regions. Generating a positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements, and repeatedly generating a positional relationship between the at least one pair of anatomical identification elements included in the remaining local area for the remaining local area, and And a medical tool guide system for generating the model based on positional relationships between the generated at least one pair of anatomical identification elements.

The method of claim 7,
The first medical image is acquired before the procedure, and the second medical image is obtained during the procedure.