KR102510760B1 - 영상처리장치, 영상처리방법 및 이를 기록한 기록매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상처리장치, 영상처리방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 영상처리장치는, 적어도 하나의 해부학적 개체에 대한 표준정보를 저장하는 저장부와; 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 의료영상에 대하여, 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하고, 검출된 해부학적 개체의 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 저장부에 저장된 표준 정보를 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하고, 추정된 용적에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 의하여, 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 기반으로 소정 시점 해부학적 개체 예를 들어, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐에 대한 상태 정보를 파악하여 제공하므로, 간단하고 정확한 질병 진단이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 의료영상으로부터 측정된 정보를 이용하여 소정 개체의 상태를 진단할 수 있는 정보를 제공하는 영상처리장치, 영상처리방법 및 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.
의료영상은 대상체의 내부 구조를 제공하며, 촬영 및 처리된 신체 내의 구조적 세부사항, 내부 조직 및 유체의 흐름 등을 사용자에게 보여준다. 의사 등의 사용자는 의료영상을 이용하여 환자의 건강 상태 및 질병을 진단할 수 있다.
의료영상으로는 자기 공명 영상을 제공하기 위한 자기 공명 영상(MRI: magnetic resonance image), 컴퓨터 단층(CT: Computed Tomography) 영상, 엑스선(X-ray) 영상, 및 초음파(Ultrasound) 영상 등이 있다. 의료영상은 촬영장치의 종류 및 촬영방식에 따라 대상체를 다양한 방식으로 표현한다.
폐기능 검사의 일종인 폐활량 측정(spirometry)은 폐활량계(또는 호흡계)를 사용하여 폐활량(VC), 흡기예비량(IRV), 호기예비량(ERV) 등을 측정 및 계산하고, 그 결과를 종합하여 폐기능을 평가한다.
일반적으로 폐활량 측정법은 잔기용량(RV)의 측정이 불가하고 재현성이 낮은 단점이 있다. 따라서, 폐활량 측정법은 특정 폐질환의 확진 용도로는 사용되기 어려우며, 대부분 폐기능의 이상 여부를 판단하는 정도로서 그 사용 범위가 제한된다.
그에 따라, 의료영상, 보다 구체적으로, 흉부영상을 폐기능 검사에 이용하여, 보다 정확하고 다양한 폐기능의 진단 결과를 제공할 수 있는 영상처리에 대한 수요가 존재한다.
(선행기술문헌)
미국 특허출원공개공보 US2003/0055331호
일본 공개특허공보 특개2010131152호
미국 특허출원공개공보 US2014/0099009호
(선행기술문헌)
미국 특허출원공개공보 US2003/0055331호
일본 공개특허공보 특개2010131152호
미국 특허출원공개공보 US2014/0099009호
본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치는, 적어도 하나의 해부학적 개체에 대한 표준정보를 저장하는 저장부와; 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 의료영상에 대하여, 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하고, 검출된 해부학적 개체의 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 저장부에 저장된 표준 정보를 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하고, 추정된 용적에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 기반으로 질병의 진단에 필요한 시점(최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 해부학적 개체에 대한 상태 정보를 파악하여, 보다 간단하고 정확한 질병 진단이 가능하게 된다.
대상체 정보는 제2 해부학적 개체에 대한 제1 측정값을 포함하며, 표준 정보는 제1 측정값에 대응하는 제3 해부학적 개체의 제1 추정값을 포함하며, 프로세서는 표준 정보에 기초하여 제1 측정값에 대응하는 제1 추정값을 결정하고, 제1 추정값으로부터 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있다. 이에, 진단 대상인 해부학적 개체의 주변 개체에 대한 정보를 이용하여 진단에 필요한 정보를 추정할 수 있다.
대상체 정보는 제1 해부학적 개체에 대한 제2 측정값과 제3 해부학적 개체에 대한 제3 측정값을 더 포함하며, 프로세서는, 제1 추정값과, 제2 측정값과, 제3 측정값을 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있다. 이에, 의료영상의 측정값과 이를 이용한 추정값을 통한 수식을 이용하는 편리한 방식으로 진단에 필요한 시점의 개체 정보가 추정된다.
프로세서는, 수학식 
를 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있으며, LM은 제1 해부학적 개체의 용적, DRC는 제1 추정값, LN은 제2 측정값, DNC는 제3 측정값을 나타낸다. 이에, 간단한 수식으로 필요한 정보를 계산을 통해 추정할 수 있다.
프로세서는, 의료 영상의 픽셀수를 카운트하여 의료 영상 촬영 시점에서의 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정하고, 결정된 촬영 시점에서의 인덱스와 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산할 수 있다. 이에, 해부학적 개체의 상태에 대한 정보를 제공하는 인덱스를 계산하여, 필요한 정보로서 제공 가능하다.
프로세서는, 카운트된 픽셀수를 부피 단위로 환산하고, 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적, 의료영상 촬영 시점에서의 제2 측정값 및 부피 단위로 환산된 적어도 하나의 인덱스를 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산할 수 있다. 이에, 촬영 시점의 정보를 픽셀수와 부피의 관계 및 추정된 용적 정보를 이용하여 인덱스를 계산하여, 이를 상태 정보로서 제공할 수 있다.
인덱스는 폐의 기능 검사에서 사용되는 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에, 기존의 폐활량 측정 방식에서 구하기 어려웠던 RV까지 폐 진단에 활용할 수 있는 장점이 있다.
제1 해부학적 개체는 폐를 포함하고, 소정 시점은 최대 흡기 또는 최대 호기를 포함하며, 프로세서는, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적을 추정할 수 있다. 이에, 임의의 시점에 촬영된 폐 영상으로, 진단에 필요한 최대 흡기 또는 최대 호기의 폐의 용적을 유추하므로, 정확한 폐질환의 진단이 가능하다.
제2 해부학적 개체 및 제3 해부학적 개체는 제1 해부학적 개체의 주변 조직에 대응할 수 있다. 이에, 진단 대상인 폐의 주변 조직을 활용하여, 폐 진단에 필요한 정보를 획득할 수 있다.
제2 해부학적 개체는 횡경막을 포함하고, 제3 해부학적 개체는 갈비뼈를 포함하며, 제1 측정값은 횡경막의 길이를 포함하고, 제2 측정값은 의료영상의 촬영 시점에서의 폐의 용적을 포함하고, 제3 측정값은 흉곽의 지름을 포함할 수 있다. 이에, 주변 조직에 대한 다양한 측정값을 이용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐 용적 추정이 가능하다.
표준 정보는 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분되어 저장부에 저장될 수 있다. 이에, 검증된 표준 정보를 이용하여 진단 대상의 용적을 추정하므로, 결과에 대한 신뢰도를 확보할 수 있다.
의료 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 이에, 표시된 정보에 기초하여 각종 질병에 대한 진단이 가능한 장치가 제공된다.
한편, 본 발명 일실시예에 따른 영상처리방법은, 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 의료영상에 대하여, 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하는 단계와; 검출된 해부학적 개체의 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 적어도 하나의 해부학적 개체에 대한 표준 정보를 이용하여, 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계와; 추정된 용적에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 기반으로 질병의 진단에 필요한 시점(최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 해부학적 개체에 대한 상태 정보를 파악하여, 보다 간단하고 정확한 질병 진단이 가능하게 된다.
대상체 정보는 제2 해부학적 개체에 대한 제1 측정값을 포함하며, 표준 정보는 제1 측정값에 대응하는 제3 해부학적 개체의 제1 추정값을 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 표준 정보에 기초하여 제1 측정값에 대응하는 제1 추정값을 결정하는 단계와, 제1 추정값으로부터 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이에, 진단 대상인 해부학적 개체의 주변 개체에 대한 정보를 이용하여 진단에 필요한 정보를 추정할 수 있다.
대상체 정보는 제1 해부학적 개체에 대한 제2 측정값과 제3 해부학적 개체에 대한 제3 측정값을 더 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 제1 추정값과, 제2 측정값과, 제3 측정값을 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있다. 이에, 의료영상의 측정값과 이를 이용한 추정값을 통한 수식을 이용하는 편리한 방식으로 진단에 필요한 시점의 개체 정보가 추정된다.
제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 수학식 
를 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있으며, LM은 제1 해부학적 개체의 용적, DRC는 제1 추정값, LN은 제2 측정값, DNC는 제3 측정값을 나타낸다. 이에, 간단한 수식으로 필요한 정보를 계산을 통해 추정할 수 있다.
의료 영상의 픽셀수를 카운트하여 의료 영상 촬영 시점에서의 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정하는 단계와; 결정된 촬영 시점에서의 인덱스와 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계를 더 포함하며, 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 계산된 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스에 의해 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 해부학적 개체의 상태에 대한 정보를 제공하는 인덱스를 계산하여, 필요한 정보로서 제공 가능하다.
카운트된 픽셀수를 부피 단위로 환산하는 단계를 더 포함하고, 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계는, 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적, 의료영상 촬영 시점에서의 제2 측정값 및 부피 단위로 환산된 적어도 하나의 인덱스를 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산할 수 있다. 이에, 촬영 시점의 정보를 픽셀수와 부피의 관계 및 추정된 용적 정보를 이용하여 인덱스를 계산하여, 이를 상태 정보로서 제공할 수 있다.
인덱스는 폐의 기능 검사에서 사용되는 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에, 기존의 폐활량 측정 방식에서 구하기 어려웠던 RV까지 폐 진단에 활용할 수 있는 장점이 있다.
제1 해부학적 개체는 폐를 포함하고, 소정 시점은 최대 흡기 또는 최대 호기를 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적을 추정할 수 있다. 이에, 임의의 시점에 촬영된 폐 영상으로, 진단에 필요한 최대 흡기 또는 최대 호기의 폐의 용적을 유추하므로, 정확한 폐질환의 진단이 가능하다.
제2 해부학적 개체 및 제3 해부학적 개체는 제1 해부학적 개체의 주변 조직에 대응할 수 있다. 이에, 진단 대상인 폐의 주변 조직을 활용하여, 폐 진단에 필요한 정보를 획득할 수 있다.
제2 해부학적 개체는 횡경막을 포함하고, 제3 해부학적 개체는 갈비뼈를 포함하며, 제1 측정값은 횡경막의 길이를 포함하고, 제2 측정값은 의료영상의 촬영 시점에서의 폐의 용적을 포함하고, 제3 측정값은 흉곽의 지름을 포함할 수 있다. 이에, 주변 조직에 대한 다양한 측정값을 이용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐 용적 추정이 가능하다.
표준 정보는 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분되어 미리 저장되며, 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 디스플레이부를 통해 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 검증된 표준 정보를 이용하여 진단 대상의 용적을 추정하므로 결과에 대한 신뢰도를 확보되며, 표시된 정보에 기초하여 각종 질병에 대한 진단이 가능한 장치가 제공된다.
한편, 본 발명 일실시예에 따른 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램으로서 영상처리방법을 수행하는 프로그램이 기록된 기록매체에 있어서, 영상처리방법은, 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 의료영상에 대하여, 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하는 단계와; 검출된 해부학적 개체의 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 적어도 하나의 해부학적 개체에 대한 표준 정보를 이용하여, 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계와; 추정된 용적에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 기반으로 질병의 진단에 필요한 시점(최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 해부학적 개체에 대한 상태 정보를 파악하여, 보다 간단하고 정확한 질병 진단이 가능하게 된다.
대상체 정보는 제2 해부학적 개체에 대한 제1 측정값을 포함하며, 표준 정보는 제1 측정값에 대응하는 제3 해부학적 개체의 제1 추정값을 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 표준 정보에 기초하여 제1 측정값에 대응하는 제1 추정값을 결정하는 단계와, 제1 추정값으로부터 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이에, 진단 대상인 해부학적 개체의 주변 개체에 대한 정보를 이용하여 진단에 필요한 정보를 추정할 수 있다.
대상체 정보는 제1 해부학적 개체에 대한 제2 측정값과 제3 해부학적 개체에 대한 제3 측정값을 더 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 제1 추정값과, 제2 측정값과, 제3 측정값을 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있다. 이에, 의료영상의 측정값과 이를 이용한 추정값을 통한 수식을 이용하는 편리한 방식으로 진단에 필요한 시점의 개체 정보가 추정된다.
제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 수학식 
를 이용하여 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산할 수 있으며, LM은 제1 해부학적 개체의 용적, DRC는 제1 추정값, LN은 제2 측정값, DNC는 제3 측정값을 나타낸다. 이에, 간단한 수식으로 필요한 정보를 계산을 통해 추정할 수 있다.
의료 영상의 픽셀수를 카운트하여 의료 영상 촬영 시점에서의 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정하는 단계와; 결정된 촬영 시점에서의 인덱스와 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계를 더 포함하며, 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 계산된 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스에 의해 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 해부학적 개체의 상태에 대한 정보를 제공하는 인덱스를 계산하여, 필요한 정보로서 제공 가능하다.
카운트된 픽셀수를 부피 단위로 환산하는 단계를 더 포함하고, 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계는, 추정된 소정 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적, 의료영상 촬영 시점에서의 제2 측정값 및 부피 단위로 환산된 적어도 하나의 인덱스를 이용하여 소정 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산할 수 있다. 이에, 촬영 시점의 정보를 픽셀수와 부피의 관계 및 추정된 용적 정보를 이용하여 인덱스를 계산하여, 이를 상태 정보로서 제공할 수 있다.
인덱스는 폐의 기능 검사에서 사용되는 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에, 기존의 폐활량 측정 방식에서 구하기 어려웠던 RV까지 폐 진단에 활용할 수 있는 장점이 있다.
제1 해부학적 개체는 폐를 포함하고, 소정 시점은 최대 흡기 또는 최대 호기를 포함하며, 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적을 추정할 수 있다. 이에, 임의의 시점에 촬영된 폐 영상으로, 진단에 필요한 최대 흡기 또는 최대 호기의 폐의 용적을 유추하므로, 정확한 폐질환의 진단이 가능하다.
제2 해부학적 개체는 횡경막을 포함하고, 제3 해부학적 개체는 갈비뼈를 포함하며, 제1 측정값은 횡경막의 길이를 포함하고, 제2 측정값은 의료영상의 촬영 시점에서의 폐의 용적을 포함하고, 제3 측정값은 흉곽의 지름을 포함할 수 있다. 이에, 주변 조직에 대한 다양한 측정값을 이용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐 용적 추정이 가능하다.
표준 정보는 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분되어 미리 저장되며, 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 디스플레이부를 통해 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 검증된 표준 정보를 이용하여 진단 대상의 용적을 추정하여 결과에 대한 신뢰도를 확보할 수 있으며, 나아가 표시된 정보에 기초하여 각종 질병에 대한 진단이 가능한 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료처리장치를 설명하기 위한 도면이며,
도 2은 본 발명 일실시예에 의한 영상처리장치로서 CT 장치를 도시한 도면이며,
도 3는 도 2의 CT 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명 일 실시예에 의한 영상처리장치로서 MRI 장치를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5는 네트워크 시스템에서 외부와 통신을 수행하는 통신부의 구성을 간략하게 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치로서 초음파 장치를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치의 구성을 도시한 블록도이며,
도 8은 폐활량 측정 방식을 이용한 폐 질환 진단을 설명하기 위한 그래프이며,
도 9는 호흡 주기에 따른 폐의 용적 변화를 도시한 그래프
도 10 내지 도 15는 본 발명 일실시예에 따라 영상처리장치에서 소정 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하기 위한 과정을 설명하기 위한 도면들이며,
도 16은 본 발명 일실시예에 의한 영상처리방법을 도시한 흐름도이다.
도 2은 본 발명 일실시예에 의한 영상처리장치로서 CT 장치를 도시한 도면이며,
도 3는 도 2의 CT 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명 일 실시예에 의한 영상처리장치로서 MRI 장치를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 5는 네트워크 시스템에서 외부와 통신을 수행하는 통신부의 구성을 간략하게 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치로서 초음파 장치를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치의 구성을 도시한 블록도이며,
도 8은 폐활량 측정 방식을 이용한 폐 질환 진단을 설명하기 위한 그래프이며,
도 9는 호흡 주기에 따른 폐의 용적 변화를 도시한 그래프
도 10 내지 도 15는 본 발명 일실시예에 따라 영상처리장치에서 소정 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하기 위한 과정을 설명하기 위한 도면들이며,
도 16은 본 발명 일실시예에 의한 영상처리방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
또한, 실시예에서 “포함하다” 또는 “가지다”와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재함을 지정하기 위한 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가되는 가능성을 배제하는 것은 아니다.
명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
본 명세서에서 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들(pixel) 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들(voxel)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 X-ray, CT, MRI, 초음파 및 다른 의료영상 시스템에 의해 획득된 대상체의 의료영상 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 근육 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료영상 전문가 등이 될 수 있고, 의료 장치를 수리하는 기술자 또는 환자가 될 수도 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 "정보"는 해부학적 정보 또는 기능적 정보를 나타낼 수 있으며, 본 발명에서는 해부학적 정보를 이용하여 기능적 정보가 도출되는 실시예를 중심으로 기술된다.
또한, 본 명세서에서 "폐용적"은 폐의 실제크기(해부학적) 또는 폐 속에 포함된 기체의 총량(기능적)을 지칭할 수 있으므로, 발명의 전반적인 내용을 고려하여 적절한 의미를 가지도록 해석될 것이다.
이하에서는 도면과 관련하여 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 구성과 직접적으로 관련되지 않은 부분은 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 영상처리장치(100)는 의료영상을 획득하고, 획득된 의료영상을 화면에 표시하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 영상처리장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 단층 촬영 장치(이하 CT 장치 라고도 한다)(101), 엑스선(X-ray, 이하 X선 또는 엑스레이 라고도 한다) 촬영 장치(도시되지 아니함), 자기 공명 영상 장치(이하 MRI 장치 라고도 한다)(102), 혈관 조영 검사(angiography) 장치(도시되지 아니함), 초음파 (ultrasound) 장치(103) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
CT 장치(101)는 대상체에 대하여 단면 영상을 제공할 수 있으므로, 일반적인 엑스선 촬영 장치에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 또는 횡경막 등의 근육)를 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있다. CT 장치(101)는, 예를 들어, 2mm 두께 이하의 영상을 초당 수십, 수백 장씩 획득하여 가공함으로써 대상체에 대하여 비교적 정확한 단면 영상을 제공할 수 있다.
엑스선 촬영 장치는, 엑스선을 인체에 투과하여, 인체 내부 구조물을 영상화하는 장치를 의미한다. 혈관 조영 검사 장치는, 카테터라고 하는 2mm 내외의 가느다란 관을 통해 조영제가 주입된 피검사자의 혈관(동맥, 정맥)을 엑스선을 통해서 볼 수 있게 하는 장치이다.
MRI 장치(102)는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 이미지를 획득하는 기기이다.
초음파 장치(103)는, 대상체의 체표로부터 체내의 소정 부위를 향하여 초음파 신호를 전달하고, 체내의 조직에서 반사된 초음파 신호(이하, 초음파 에코신호 라고도 한다)의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 얻는 장치를 의미한다.
다른 실시예에 의하면, 본 발명의 영상처리장치(100)는 의료영상을 표시 가능하게 처리하는 디스플레이장치(104)를 포함한다. 디스플레이장치(104)는 데스크탑 컴퓨터(desktop computer), 스마트 텔레비전(smart TV) 등의 영상처리 기능을 가지는 다양한 형태로 구현된 장치를 포함하며, 고정식 단말뿐만 아니라 이동식 단말 형태로도 구현될 수 있다. 이동식 단말로 구현된 디스플레이장치(104)의 일례로 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet)과 같은 스마트 패드(smart pad), 스마트 TV(smart TV), 데스크탑 컴퓨터(desktop), 랩탑 컴퓨터(laptop), PDA(personal digital assistant, 개인 휴대용 정보 단말기) 등이 있을 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이장치(104)에는 의료영상의 처리 또는 분석이 가능한 플랫폼(platform)으로서, 소정 어플리케이션이 설치될 수 있다.
일실시예에서, 어플리케이션의 실행에 의해, 사용자 선택이 가능한 UI(이하, GUI(graphic user interface) 라고도 한다)로서 각종 버튼이 위치되는 입력 영역 및 의료영상이 표시되는 표시 영역이 화면 상에 표시될 수 있다. 사용자는 어플리케이션의 입력 영역의 UI를 이용하여 CT 장치(101) 등의 의료장치로부터 획득한 의료영상의 불러오기 즉, 로드(load)가 가능하며, 로드된 의료영상은 어플리케이션의 표시 영역을 통해 사용자에게 제공된다. 표시되는 의료영상은 진단을 위해 처리된 의료영상을 포함한다.
일실시예에서, 어플리케이션의 표시 영역을 통해 의료영상에 포함된 소정 해부학적 개체(예를 들어, 폐)의 상태에 관한 정보(진단 정보)가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 영상처리장치(100)는, 의료영상 정보 시스템(PACS: Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 의료영상 데이터를 주고받을 수 있다. 또한, 영상처리장치(100)는, 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM: Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 서버 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 영상처리장치(100)는, 터치 스크린을 포함할 수도 있다. 터치스크린은 터치 입력 위치, 터치된 면적뿐만 아니라 터치 입력 압력까지도 검출할 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 터치 스크린은 직접 터치(real-touch) 뿐만 아니라 근접 터치(proximity touch)도 검출될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 직접 터치(real-touch) 라 함은 화면에 실제로 사용자의 신체(예를 들어, 손가락) 또는 터치 도구로서 마련되는 터치펜(예를 들어, 포인팅 디바이스, 스타일러스, 햅틱 펜(haptic pen), 전자펜 등)가 터치된 경우를 말하고, 근접 터치(proximity-touch) 라 함은 사용자의 신체 또는 터치 도구가 화면에 실제로 터치는 되지 않고, 화면으로부터 소정 거리 떨어져 접근된 경우(예를 들어, 검출가능한 간격이 30 mm 이하의 호버링(hovering))를 말한다.
터치 스크린은 예를 들면, 저항막(resistive) 방식, 정전 용량(capacitive) 방식, 적외선(infrared) 방식 또는 초음파(acoustic wave) 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 영상처리장치(100)는, 터치 스크린을 통해 의료영상에 대한 사용자의 티치 입력으로서, 제스처 입력을 감지할 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 사용자의 터치 입력에는 탭(tap), 탭보다 강하게 터치하는 클릭(click), 터치 앤 홀드(touch and hold), 더블 탭(double tap), 더블 클릭(double click), 터치를 유지한 상태로 소정 거리를 이동하는 드래그(drag), 드래그 앤 드롭(drag and drop), 슬라이드(slide), 플리킹(flicking), 패닝(panning), 스와이프(swipe), 핀치(pinch) 등을 모두 포함한다. 드래그, 슬라이드, 플리킹, 스와이프 등의 입력은 터치스크린에 손가락(또는 터치펜)이 닿는 프레스(press), 소정 거리의 이동 및 터치스크린으로부터의 릴리즈(release)로 구성될 수 있으며, 직선 또는 곡선 형태의 이동을 모두 포함한다. 상기의 다양한 터치 입력들을 제스처 입력에 포함된다
본 발명의 일 실시예에 의하면, 영상처리장치(100)는, 의료영상을 제어하기 위한 버튼 중 일부 또는 전부를 GUI 형태로 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치(100)로서 CT 장치(101)를 도시한 도면이고, 도 3는 도 2의 CT 장치(101)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, CT 장치(101)는 갠트리(202), 테이블(205), 엑스선 생성부(206) 및 엑스선 검출부(208)를 포함할 수 있다.
CT 장치(101)과 같은 단층 촬영 장치는 대상체에 대하여 단면 영상을 제공할 수 있으므로, 일반적인 X-ray 촬영 기기에 비하여 대상체의 내부 구조(예컨대, 신장, 폐 등의 장기 또는 횡경막 등의 근육)가 겹치지 않게 표현할 수 있다는 장점이 있다.
단층 촬영 장치는 CT(computed Tomography) 장치, OCT(Optical Coherenc Tomography), 또는 PET(positron emission tomography)-CT 장치 등과 같은 모든 단층 촬영 장치들을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 단층(Tomography) 영상이란, 단층 촬영 장치에서 대상체를 단층 촬영하여 획득된 영상으로, 엑스레이 등과 같은 광선을 대상체로 조사한 후 투영된 데이터를 이용하여 이미징된 영상을 의미할 수 있다. 구체적으로, CT(Computed Tomography) 영상 이란 대상체에 대한 적어도 하나의 축을 중심으로 회전하며 대상체를 촬영함으로써 획득된 복수개의 엑스레이 영상들의 합성 영상을 의미할 수 있다.
이하에서는, 단층 촬영 장치(200)로서 도 2 및 도 3에 도시된 CT 장치(101)를 예로 들어 설명하기로 한다.
CT 장치(101)는, 예를 들어, 2mm 두께 이하의 영상데이터를 초당 수십, 수백 회 획득하여 가공함으로써 대상체에 대하여 비교적 정확한 단면 영상을 제공할 수 있다. 종래에는 대상체의 가로 단면만으로 표현된다는 문제점이 있었지만, 다음과 같은 여러 가지 영상 재구성 기법의 등장에 의하여 극복되었다. 3차원 재구성 영상기법들로 는 다음과 같은 기법들이 있다.
- SSD(Shade surface display): 초기 3차원 영상기법으로 일정 HU값을 가지는 복셀들만 나타내도록 하는 기법.
- MIP(maximum intensity projection)/MinIP(minimum intensity projection): 영상을 구성하는 복셀 중에서 가장 높은 또는 낮은 HU값을 가지는 것들만 나타내는 3D 기법.
- VR(volume rendering): 영상을 구성하는 복셀들을 관심영역별로 색 및 투과도를 조절할 수 있는 기법.
- 가상내시경(Virtual endoscopy): VR 또는 SSD 기법으로 재구성한 3차원 영상에서 내시경적 관찰이 가능한 기법.
- MPR(multi planar reformation): 다른 단면 영상으로 재구성하는 영상 기법. 사용자가 원하는 방향으로의 자유자제의 재구성이 가능하다.
- Editing: VR에서 관심부위를 보다 쉽게 관찰하도록 주변 복셀들을 정리하는 여러 가지 기법.
- VOI(voxel of interest): 선택 영역만을 VR로 표현하는 기법.
본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영(CT) 장치(101)는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 장치(101)는 도 3에 도시된 바와 같이 다양한 형태의 장치들을 포함할 수 있다.
갠트리(202)는 엑스선 생성부(206) 및 엑스선 검출부(208)를 포함할 수 있다.
대상체(20)는 테이블(205) 상에 위치될 수 있다.
테이블(205)은 CT 촬영 과정에서 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동할 수 있다. 또한, 테이블(205)은 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있거나(tilting) 또는 회전(rotating)될 수 있다.
또한, 갠트리(202)도 소정의 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 CT 장치(101)는 갠트리(202), 테이블(205), 제어부(218), 저장부(224), 영상 처리부(226), 사용자 입력부(228), 디스플레이부(230), 통신부(232)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 대상체(20)는 테이블(205) 상에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 테이블(205)은 소정의 방향(예컨대, 상, 하, 좌, 우 중 적어도 한 방향)으로 이동 가능하고, 제어부(218)에 의하여 움직임이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(202)는 회전 프레임(204), 엑스선 생성부(206), 엑스선 검출부(208), 회전구동부(210), 데이터 획득 회로(216), 데이터 송신부(220)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리(202)는 소정의 회전축(RA; Rotation Axis)에 기초하여 회전 가능한 고리 형태의 회전 프레임(204)을 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(204)은 디스크의 형태일 수도 있다.
회전 프레임(204)은 소정의 시야 범위(FOV; Field Of View)를 갖도록 각각 대향하여 배치된 엑스선 생성부(206) 및 엑스선 검출부(208)를 포함할 수 있다. 또한, 회전 프레임(204)은 산란 방지 그리드(anti-scatter grid, 314)를 포함할 수 있다. 산란 방지 그리드(214)는 엑스선 생성부(206)와 엑스선 검출부(208)의 사이에서 위치할 수 있다.
CT 장치(101)에 있어서, 검출기(또는 감광성 필름)에 도달하는 X-선 방사선에는, 유용한 영상을 형성하는 감쇠된 주 방사선 (attenuated primary radiation) 뿐만 아니라 영상의 품질을 떨어뜨리는 산란 방사선(scattered radiation) 등이 포함되어 있다. 주 방사선은 대부분 투과시키고 산란 방사선은 감쇠시키기 위해, 환자와 검출기(또는 감광성 필름)와의 사이에 산란 방지 그리드를 위치시킬 수 있다.
예를 들어, 산란 방지 그리드는, 납 박편의 스트립(strips of lead foil)과, 중공이 없는 폴리머 물질(solid polymer material)이나 중공이 없는 폴리머(solid polymer) 및 섬유 합성 물질(fiber composite material) 등의 공간 충전 물질(interspace material)을 교대로 적층한 형태로 구성될 수 있다. 그러나, 산란 방지 그리드의 형태는 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
회전 프레임(204)은 회전 구동부(210)로부터 구동 신호를 수신하고, 엑스선 생성부(206)와 엑스선 검출부(208)를 소정의 회전 속도로 회전시킬 수 있다. 회전 프레임(204)은 슬립 링(도시되지 아니함)을 통하여 접촉 방식으로 회전 구동부(210)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다. 또한, 회전 프레임(204)은 무선 통신을 통하여 회전 구동부(210)로부터 구동 신호, 파워를 수신할 수 있다.
엑스선 생성부(206)는 파워 분배부(PDU; Power Distribution Unit, 도시되지 아니함)에서 슬립 링(도시되지 아니함)을 거쳐 고전압 생성부(도시되지 아니함)를 통하여 전압, 전류를 인가 받아 엑스선을 생성하여 방출할 수 있다. 고전압 생성부가 소정의 전압(이하에서 튜브 전압으로 지칭함)을 인가할 때, 엑스선 생성부(206)는 이러한 소정의 튜브 전압에 상응하게 복수의 에너지 스펙트럼을 갖는 엑스선(X-ray)들을 생성할 수 있다.
엑스선 생성부(206)에 의하여 생성되는 엑스선은, 콜리메이터(collimator, 212)에 의하여 소정의 형태로 방출될 수 있다.
엑스선 검출부(208)는 엑스선 생성부(206)와 마주하여 위치할 수 있다. 엑스선 검출부(208)는 복수의 엑스선 검출소자들을 포함할 수 있다. 단일 엑스선 검출 소자는 단일 채널을 형성할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
엑스선 검출부(208)는 엑스선 생성부(206)로부터 생성되고 대상체(20)를 통하여 전송된 엑스선을 감지하고, 감지된 엑스선의 강도에 상응하게 전기 신호를 생성할 수 있다.
엑스선 검출부(208)는 방사선을 광으로 전환하여 검출하는 간접방식과 방사선을 직접 전하로 변환하여 검출하는 직접방식 검출기를 포함할 수 있다. 간접방식의 엑스선 검출부는 신틸레이터(Scintillator)를 사용할 수 있다. 또한, 직접방식의 엑스선 검출부는 광자계수형 디텍터(photon counting detector)를 사용할 수 있다. 데이터 획득 회로(DAS; Data Acquisitino System)(216)는 엑스선 검출부(208)와 연결될 수 있다. 엑스선 검출부(208)에 의하여 생성된 전기 신호는 DAS(216)에서 수집될 수 있다. 엑스선 검출부(208)에 의하여 생성된 전기 신호는 유선 또는 무선으로 DAS(216)에서 수집될 수 있다. 또한, 엑스선 검출부(208)에 의하여 생성된 전기 신호는 증폭기(도시되지 아니함)를 거쳐 아날로그/디지털 컨버터(도시되지 아니함)로 제공될 수 있다.
슬라이스 두께(slice thickness)나 슬라이스 개수에 따라 엑스선 검출부(208)로부터 수집된 일부 데이터만이 영상 처리부(226)에 제공될 수 있고, 또는 영상 처리부(226)에서 일부 데이터만을 선택할 수 있다.
이러한 디지털 신호는 데이터 송신부(220)를 통하여 유선 또는 무선으로 영상 처리부(226)로 송신 즉, 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 CT 장치(101)의 제어부(218)는 CT 장치(101) 내 각각의 모듈의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(218)는 테이블(205), 회전 구동부(210), 콜리메이터(212), DAS(216), 저장부(224), 영상 처리부(226), 사용자 입력부(228), 디스플레이부(230), 통신부(232) 등의 동작들을 제어할 수 있다.
영상 처리부(226)는 DAS(216)로부터 획득된 데이터(예컨대, 가공 전 순수(pure) 데이터)를 데이터 송신부(220)를 통하여 수신하여, 전처리(pre-processing)하는 과정을 수행할 수 있다.
전처리는, 예를 들면, 채널들 사이의 감도 불균일 정정 프로세스, 신호 세기의 급격한 감소 또는 금속 같은 X선 흡수재로 인한 신호의 유실 정정 프로세스 등을 포함할 수 있다.
영상 처리부(226)의 출력 데이터는 로 데이터(raw data) 또는 프로젝션(projection) 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 프로젝션 데이터는 데이터 획득시의 촬영 조건(예컨대, 튜브 전압, 촬영 각도 등)등과 함께 저장부(224)에 저장될 수 있다.
프로젝션 데이터는 대상체롤 통과한 X선의 세기에 상응하는 데이터 값의 집합일 수 있다. 설명의 편의를 위해, 모든 채널들에 대하여 동일한 촬영 각도로 동시에 획득된 프로젝션 데이터의 집합을 프로젝션 데이터 세트로 지칭한다.
저장부(224)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(SD, XD 메모리 등), 램(RAM; Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM; Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
또한, 영상 처리부(226)는 획득된 프로젝션 데이터 세트를 이용하여 대상체에 대한 단면 영상을 재구성할 수 있다. 이러한 단면 영상은 3차원 영상일 수 있다. 다시 말해서, 영상 처리부(226)는 획득된 프로젝션 데이터 세트에 기초하여 콘 빔 재구성(cone beam reconstruction) 방법 등을 이용하여 대상체에 대한 3차원 영상을 생성할 수 있다.
사용자 입력부(228)를 통하여 X선 단층 촬영 조건, 영상 처리 조건 등에 대한 외부 입력이 수신될 수 있다. 예를 들면, X선 단층 촬영 조건은, 복수의 튜브 전압, 복수의 X선들의 에너지 값 설정, 촬영 프로토콜 선택, 영상재구성 방법 선택, FOV 영역 설정, 슬라이스 개수, 슬라이스 두께(slice thickness), 영상 후처리 파라미터 설정 등을 포함할 수 있다. 또한 영상 처리 조건은 영상의 해상도, 영상에 대한 감쇠 계수 설정, 영상의 조합비율 설정 등을 포함할 수 있다.
사용자 입력부(228)는 외부로부터 소정의 입력을 인가 받기 위한 디바이스 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 사용자 입력부(228)는 마이크로폰, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 패드, 터치펜, 음성, 제스처 인식장치 등을 포함할 수 있다.
디스플레이부(230)는 영상 처리부(226)에 의해 재구성된 엑스선 촬영 영상을 디스플레이할 수 있다.
전술한 엘리먼트들 사이의 데이터, 파워 등의 송수신은 유선, 무선 및 광통신 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
통신부(232)는 서버(234) 등을 통하여 외부 디바이스, 외부 의료 장치 등과의 통신을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치(100)로서 MRI 장치(102)를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에서 자기 공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Image) 이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
MRI 장치(102)는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 영상을 획득하는 기기이다. 예를 들어, 대상체를 강력한 자기장 속에 눕힌 후 특정의 원자핵(예컨대, 수소 원자핵 등)만을 공명시키는 RF 신호를 대상체에 순간적으로 조사했다가 중단하면 상기 특정의 원자핵에서 MR 신호가 방출되는데, MRI 장치(102)는 이 MR 신호를 수신하여 MR 영상을 획득할 수 있다. MR 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다. MR 신호의 크기는 대상체에 포함된 소정의 원자(예컨대, 수소 등)의 농도, 이완시간 T1, 이완시간 T2 및 혈류 등의 흐름에 의해 결정될 수 있다.
MRI 장치(102)는 다른 이미징 장치들과는 다른 특징들을 포함한다. 영상의 획득이 감지 하드웨어(detecting hardware)의 방향에 의존하는 CT와 같은 이미징 장치들과 달리, MRI 장치(102)는 임의의 지점으로 지향된 2D 영상 또는 3D 볼륨 영상을 획득할 수 있다. 또한, MRI 장치(102)는, CT, X-ray, PET 및 SPECT와 달리, 대상체 및 검사자에게 방사선을 노출시키지 않으며, 높은 연부 조직(soft tissue) 대조도를 갖는 영상의 획득이 가능하여, 비정상적인 조직의 명확한 묘사가 중요한 신경(neurological) 영상, 혈관 내부(intravascular) 영상, 근 골격(musculoskeletal) 영상 및 종양(oncologic) 영상 등을 획득할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시에의 MRI 장치(102)는 갠트리(gantry)(420), 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460)를 포함할 수 있다.
갠트리(420)는 주 자석(422), 경사 코일(424), RF 코일(426) 등에 의하여 생성된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단한다. 갠트리(420) 내 보어(bore)에는 정자기장 및 경사자장이 형성되며, 대상체(40)를 향하여 RF 신호가 조사된다.
주 자석(422), 경사 코일(424) 및 RF 코일(426)은 갠트리(420)의 소정의 방향을 따라 배치될 수 있다. 소정의 방향은 동축 원통 방향 등을 포함할 수 있다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블(table)(428)상에 대상체(40)가 위치될 수 있다.
주 자석(422)은 대상체(40)에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자기장 또는 정자장(static magnetic field)을 생성한다. 주 자석에 의하여 생성된 자장이 강하고 균일할수록 대상체(40)에 대한 비교적 정밀하고 정확한 MR 영상을 획득할 수 있다.
경사 코일(Gradient coil)(424)은 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 발생시키는 X, Y, Z 코일을 포함한다. 경사 코일(424)은 대상체(40)의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체(40)의 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다.
RF 코일(426)은 환자에게 RF 신호를 조사하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, RF 코일(426)은, 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 환자에게 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, RF 코일(426)은 어떤 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 이 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수(Radio Frequency)를 갖는 전자파 신호, 예컨대 RF 신호를 생성하여 대상체(40)에 인가할 수 있다. RF 코일(426)에 의해 생성된 전자파 신호가 어떤 원자핵에 가해지면, 이 원자핵은 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이될 수 있다. 이후에, RF 코일(426)에 의해 생성된 전자파가 사라지면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사할 수 있다. 다시 말해서, 원자핵에 대하여 전자파 신호의 인가가 중단되면, 전자파가 가해졌던 원자핵에서는 높은 에너지에서 낮은 에너지로의 에너지 준위의 변화가 발생하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파가 방사될 수 있다. RF 코일(426)은 대상체(40) 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신할 수 있다.
RF 코일(426)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수도 있다. 또한, 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능을 갖는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 갖는 수신 RF 코일로서 각각 구현될 수도 있다.
또한, 이러한 RF 코일(426)은 갠트리(420)에 고정된 형태일 수 있고, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(426)은 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등을 포함한 대상체의 일부분에 대한 RF 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(426)은 유선 및/또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있으며, 통신 주파수 대역에 따른 듀얼 튠(dual tune) 통신도 수행할 수 있다.
또한, RF 코일(426)은 코일의 구조에 따라 새장형 코일(birdcage coil), 표면 부착형 코일(4surface coil) 및 횡전자기파 코일(TEM 코일)을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(426)은 RF 신호 송수신 방법에 따라, 송신 전용 코일, 수신 전용 코일 및 송/수신 겸용 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(426)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.
이하에서는, RF 코일(426)이 다수개의 채널들인 제1 내지 제 N 채널에 각각 대응되는 N 개의 코일들을 포함하는 고주파 멀티 코일(Radio Frequency multi coil)인 경우를 예로 들어 설명한다. 여기서, 고주파 멀티 코일은 다채널 RF 코일이라 칭할 수도 있다.
갠트리(420)는 갠트리(420)의 외측에 위치하는 디스플레이(429)와 갠트리(420)의 내측에 위치하는 디스플레이(도시되지 아니함)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(420)의 내측 및/또는 외측에 위치하는 디스플레이를 통해 사용자 또는 대상체에게 소정의 정보를 제공할 수 있다.
신호 송수신부(430)는 소정의 MR 시퀀스에 따라 갠트리(420) 내부, 즉 보어에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 MR 신호의 송수신을 제어할 수 있다.
신호 송수신부(430)는 경사자장 증폭기(432), 송수신 스위치(434), RF 송신부(436) 및 RF 데이터 획득부(438)를 포함할 수 있다.
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(432)는 갠트리(420)에 포함된 경사 코일(424)을 구동시키며, 경사자장 제어부(454)의 제어 하에 경사자장을 발생시키기 위한 펄스 신호를 경사 코일(424)에 공급할 수 있다. 경사자장 증폭기(432)로부터 경사 코일(424)에 공급되는 펄스 신호를 제어함으로써, X축, Y축, Z축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다.
RF 송신부(436) 및 RF 데이터 획득부(438)는 RF 코일(426)을 구동시킬 수 있다. RF 송신부(436)는 라모어 주파수(Larmor frequency)의 RF 펄스를 RF 코일(426)에 공급하고, RF 데이터 획득부(438)는 RF 코일(426)이 수신한 MR 신호를 수신할 수 있다.
송수신 스위치(434)는 RF 신호와 MR 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모드 동안에 RF 코일(426)을 통하여 대상체(40)로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 모드 동안에는 RF 코일(426)을 통하여 대상체(40)로부터의 MR 신호가 수신되게 할 수 있다. 이러한 송수신 스위치(434)는 RF 제어부(456)로부터의 제어 신호에 의하여 제어될 수 있다.
모니터링부(440)는 갠트리(420) 또는 갠트리(420)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어할 수 있다. 모니터링부(440)는 시스템 모니터링부(442), 대상체 모니터링부(444), 테이블 제어부(446) 및 디스플레이 제어부(448)를 포함할 수 있다.
시스템 모니터링부(442)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링하고 제어할 수 있다.
대상체 모니터링부(444)는 대상체(40)의 상태를 모니터링한다. 구체적으로, 대상체 모니터링부(444)는 대상체(40)의 움직임 또는 위치를 관찰하기 위한 카메라, 대상체(40)의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기, 대상체(40)의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체(40)의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기를 포함할 수 있다.
테이블 제어부(446)는 대상체(40)가 위치하는 테이블(428)의 이동을 제어한다. 테이블 제어부(446)는 시퀀스 제어부(452)의 시퀀스 제어에 따라 테이블(428)의 이동을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(446)는 시퀀스 제어부(452)에 의한 시퀀스 제어에 따라 지속적으로 또는 단속적으로 테이블(428)을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, 갠트리의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.
디스플레이 제어부(448)는 갠트리(420)의 외측 및/또는 내측에 위치하는 디스플레이(429)를 제어한다. 구체적으로, 디스플레이 제어부(448)는 갠트리(420)의 외측 및/또는 내측에 위치하는 디스플레이(429)의 온/오프 또는 디스플레이(429)에 출력될 화면 등을 제어할 수 있다. 또한, 갠트리(420) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(448)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수도 있다.
시스템 제어부(450)는 갠트리(420) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(452), 및 갠트리(420)와 갠트리(420)에 장착된 기기들을 제어하는 갠트리 제어부(458)를 포함할 수 있다.
시퀀스 제어부(452)는 경사자장 증폭기(432)를 제어하는 경사자장 제어부(454), 및 RF 송신부(436), RF 데이터 획득부(438) 및 송수신 스위치(434)를 제어하는 RF 제어부(456)를 포함할 수 있다. 시퀀스 제어부(452)는 오퍼레이팅부(460)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(432), RF 송신부(436), RF 데이터 획득부(438) 및 송수신 스위치(434)를 제어할 수 있다.
여기에서, 펄스 시퀀스(pulse sequence)란, MRI 장치(102)에서 반복적으로 인가되는 신호의 연속을 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터, 예를 들어, 반복 시간(Repetition Time, TR) 및 에코 시간(Time to Echo, TE) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 펄스 시퀀스는 경사자장 증폭기(432), RF 송신부(436), RF 데이터 획득부(438) 및 송수신 스위치(434)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일(424)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
오퍼레이팅부(460)는 시스템 제어부(450)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 장치(102) 전체의 동작을 제어할 수 있다.
오퍼레이팅부(460)는 RF 데이터 획득부(438)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하는 영상 처리부(462), 출력부(464) 및 사용자 인터페이스 부(466)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(462)는 RF 데이터 획득부(438)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하여, 대상체(40)에 대한 MR 화상 데이터를 생성할 수 있다.
영상 처리부(462)는 RF 데이터 획득부(438)가 수신한 MR 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.
영상 처리부(462)는, 예를 들어, 메모리의 k 공간에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(462)는 필요에 따라, 화상 데이터(data)의 합성 처리나 차분 연산 처리 등도 수행할 수 있다. 합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(MIP)처리 등을 포함할 수 있다. 또한, 영상 처리부(462)는 재구성되는 화상 데이터뿐만 아니라 합성 처리나 차분 연산 처리가 행해진 화상 데이터를 메모리(도시되지 아니함) 또는 외부의 서버에 저장할 수 있다.
또한, 영상 처리부(462)가 MR 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 MR 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 MR 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.
출력부(464)는 영상 처리부(462)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(464)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 MRI 시스템을 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다.
출력부(464)는 스피커, 프린터, 디스플레이 등을 포함할 수 있다. 디스플레이의 구현 방식은 한정되지 않으며, 예컨대 액정(liquid crystal), 플라즈마(plasma), 발광 다이오드(light-emitting diode), 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode), 면전도 전자총(surface-conduction electron-emitter), 탄소 나노 튜브(carbon nano-tube), 나노 크리스탈(nano-crystal) 등의 다양한 디스플레이 방식으로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이는 영상을 3D 형태로 표시 가능하게 구현될 수 있으며, 경우에 따라 투명 디스플레이로 구현될 수도 있다.
본 실시예에서 출력부(464)는 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력장치들을 포함할 수 있다.
사용자는 사용자 입력부(466)를 이용하여 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 사용자 입력부(466)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 패드 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.
도 4는 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460)를 서로 분리된 객체로 도시하였지만, 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460) 각각에 의해 수행되는 기능들이 다른 객체에서 수행될 수도 있다는 것은 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 영상 처리부(462)는, RF 데이터 획득부(438)가 수신한 MR 신호를 디지털 신호로 변환한다고 전술하였지만, 이 디지털 신호로의 변환은 RF 데이터 획득부(438) 또는 RF 코일(426)이 직접 수행될 수도 있다.
갠트리(420), RF 코일(426), 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(도시되지 아니함)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(420), RF 코일(426), 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460) 사이의 통신은, LVDS(4Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(4universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜, 광통신 등이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.
도 5는 네트워크 시스템에서 도 4의 MRI 장치(102)를 포함하는 영상처리장치(100)가 외부와 통신이 가능하도록 하는 통신부(532)의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 통신부(532)는, 일실시예에서 도 4에 도시된 갠트리(420), 신호 송수신부(430), 모니터링부(440), 시스템 제어부(450) 및 오퍼레이팅부(460) 중 적어도 하나와도 연결 가능하다. 즉, 통신부(532)는 의료영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있으며, 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 통신부(532)는 유선 또는 무선으로 네트워크(501)와 연결되어 외부의 서버(534), 외부의 다른 의료 장치(536), 또는 외부 디바이스(538)와 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 통신부(532)는 네트워크(501)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, 초음파, 엑스선 등 다른 의료 장치(536)에서 촬영한 의료영상 또한 송수신할 수 있다.
다른 일실시예에서, 도 5에 도시된 통신부(532)는 도 2 및 도 3의 CT 장치(101)에 포함될 수도 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 통신부(532)는 도 3에 도시된 통신부(232)에 대응된다. 그리고, 다른 의료장치(536)는 예컨대 도 1의 MRI 장치(102) 또는 초음파 장치(103)일 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 통신부(532)는 도 4의 MRI 장치(102)에 포함될 수도 있다. 이 경우, 도 4에 도시된 MRI 장치(102)가 도 5의 통신부(532)를 더 포함하는 형태로 구현 가능하다. 그리고, 다른 의료장치(536)는 예컨대 도 1의 CT 장치(101) 또는 초음파 장치(103)일 수 있다.
통신부(532)의 구체적인 동작은 이하와 같다.
통신부(532)는, 유선 또는 무선으로 네트워크(501)와 연결되어 서버(534), 외부 의료 장치(536) 또는 외부 디바이스(538)와의 통신을 수행할 수 있다. 통신부(532)는 의료영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고받을 수 있다.
또한, 통신부(532)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 외부 디바이스(538) 등과 데이터 통신을 수행할 수 있다.
통신부(532)는 네트워크(501)를 통해 대상체에 대한 영상 및/또는 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있다. 통신부(532)는 MRI 장치(102), 엑스선 촬영 장치 등 다른 의료 기기(536)에서 획득된 의료영상 등을 수신할 수 있다.
나아가, 통신부(532)는 서버(534)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 환자의 임상적 진단 등에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부(532)는 병원 내의 서버(534)나 의료 장치(536)뿐만 아니라, 사용자나 환자의 휴대용 장치(단말장치)를 포함하는 외부 디바이스(538) 등과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
또한 장비의 이상유무 및 품질 관리현황 정보를 네트워크를 통해 시스템 관리자나 서비스 담당자에게 송신하고 그에 대한 피드백(feedback)을 수신할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 초음파장치(103)로 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명 일실시예에 따른 영상처리장치(100)로서 초음파 장치(103)를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 영상처리장치(100)는 환자에 대한 중재적 의료 시술과정에서 실시간으로 영상을 생성하는 초음파 장치(ultrasonography machine)(103)로 구성될 수 있다.
초음파 장치(103)는 대상체의 체표로부터 체내의 소정 부위를 향하여 초음파 신호를 전달하고, 체내의 조직에서 반사된 초음파 신호(이하, 초음파 에코신호 라고도 한다)의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 얻는 적어도 하나의 장치를 의미한다.
일 실시예에 의하면, 초음파장치(103)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파 의료영상을 획득하고, 획득된 의료영상을 화면 상에 의료영상을 표시하는 복수의 장치(610, 620)를 포함하는 시스템으로 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 초음파 장치(103)는 프로브(probe) 장치(이하, 프로브 라고도 한다)(610)를 이용하여 초음파 신호를 대상체의 관심영역에 조사하고, 반사되는 초음파 신호 즉, 초음파 에코 신호를 검출함으로써 초음파 영상을 생성한다. 프로브 장치(610)에서 수신된 초음파 에코 신호에 기초한 초음파 영상은 디스플레이장치(620)를 통해 표시된다.
프로브 장치(610)는 초음파 진단 장치 본체에 연결되고 피검사체의 검사 부위에 접촉되어 피검사체에 초음파 신호를 송수신하는 역할을 하는 것이 일반적이나, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치(610)는 피검사체에 초음파 신호를 송수신하는 역할만 할 수도 있고, 이러한 초음파 신호를 송수신하는 역할뿐만 아니라 수신된 초음파 신호에 기초하여 이미지를 생성하는 역할도 수행할 수 있다. 즉, 기존의 초음파 검사 시스템이 초음파 진단 장치 본체 및 프로브로 구분되어 있다면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 장치(100)는 프로브 만을 포함할 수도 있고, 기존의 초음파 진단 장치 본체 및 프로브를 모두 포함할 수 있는 것으로 정의하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 초음파장치(103)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 기술되는 프로브(610)는 고정식 단말뿐만 아니라 이동식 단말 형태로도 구현될 수 있다. 프로브(610)가 이동식 단말로 구현되는 경우, 디스플레이 장치(300)의 일례로 태블릿(tablet)과 같은 스마트 패드(smart pad), 스마트 TV(smart TV), 스마트 폰(smart phone), 데스크탑 컴퓨터(desktop), 랩탑 컴퓨터(laptop), PDA(personal digital assistant, 개인 휴대용 정보 단말기) 등이 있을 수 있다. 도 6은 디스플레이장치(610)가 태블릿인 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
프로브(610)는 대상체에 접촉하는 부분으로, 복수의 소자(transducer element)(이하, 트랜스듀서 라고도 함)(도시되지 아니함) 및 광원(도시되지 아니함)을 포함할 수 있다. 프로브(610)로부터 수 내지 수백 MHz 범위의 초음파가 환자 신체 내부의 특정 부위에 전달되면, 이 초음파는 여러 다른 조직들(tissues) 사이의 계층들로부터 부분적으로 반사된다. 초음파는 신체 내부에서의 밀도 변화가 있는 해부학적 개체들, 예를 들어, 혈장(blood plasma) 내의 혈구들(blood cells), 장기들(organs) 내의 작은 조직들(structures) 등에서 반사된다.
트랜스듀서로는 예를 들어, 압전 물질의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer), 정전 용량의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 정전 용량형 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, cMUT), 자기장의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 자기형 트랜스듀서(magnetic micromachined ultrasonic transducer, mMUT), 광학적 특성의 변화로 초음파와 전기적 신호를 상호 변환시키는 광학형 초음파 검출기(Optical ultrasonic detection) 등 다양한 종류의 초음파 트랜스듀서가 사용될 수 있다.
복수의 소자는 복수의 압전 소자를 포함할 수 있다. 복수의 압전 소자는 압전 물질을 복수 개로 분할하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 길게 형성된 압전 물질을 다이싱 가공하여 제조될 수 있다. 그러나, 복수 개의 압전 소자를 분할 제조하는 것은 이러한 방법에 한정되는 것은 아니며 금속 금형으로 압전 물질을 눌러서 복수 개의 압전 소자를 형성시키는 방법 등 이외에도 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 상기한 압전 물질은 피에조 현상을 일으키는 압전 세라믹, 단결정, 상기 재료와 고분자를 복합한 복합 압전 물질 등일 수 있다.
트랜스듀서 어레이는 초음파와 전기적 신호를 상호 변환 시키는 소자로서 압전 소자를 포함한다고 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 앞서 설명한 다양한 형태의 초음파 트랜스듀서가 사용 가능한 바, 복수의 소자는 초음파 트랜스듀서의 종류에 대응하여 다양한 형태로 구현 가능할 것이다.
복수의 소자는 직선으로 배열되거나(linear array), 곡선으로 배열될 수도 있다(convex array). 또한, 복수의 소자는 복층형 즉, 이중층 또는 다중층으로 배열될 수도 있다(phased array). 배열 형태는 설계자의 의도에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이렇게 배열된 소자들의 상부에는 복수의 소자를 덮는 덮개가 마련될 수 있다.
트랜스듀서가 초음파 진행 방향과 수직한 평면상에 1차원으로 배열되는 복수의 소자를 포함하는 경우를 1차원 트랜스듀서 어레이라고 한다. 1차원 트랜스듀서 어레이는 직선형 배열(linear array)일 수도 있지만 곡선형 배열(convex array)일 수도 있다. 1차원 트랜스듀서 어레이는 제조가 용이하여 제조 가격이 낮다는 장점이 있다.
또한, 트랜스듀서의 복수의 소자는 초음파 진행 방향과 수직한 평면상에 2차원적으로 배열될 수도 있으며, 이를 2차원 트랜스듀서 어레이라고 한다. 2차원 트랜스듀서 어레이는 직선형 배열일 수도 있지만 곡선형 배열일 수도 있다.
여기서, 2차원 트랜스듀서 어레이는 각각의 소자에 입력되는 신호들의 입력 시간을 적절하게 지연시킴으로써 초음파를 송신하는 외부의 스캔라인을 따라 대상체로 송신한다. 그리고, 다수의 에코 신호들을 이용하여 입체 영상을 얻게 된다. 따라서, 2차원 트랜스듀서 어레이는 3차원 입체영상을 구현하는데 보다 용이할 수 있다.
프로브 장치(610)는 광원(도시되지 아니함)을 더 포함할 수 있다. 광원은 대상체 내로 광을 조사하기 위한 것이다. 일 예로, 광원으로는 특정 파장의 광을 발생시키는 적어도 하나의 광원이 사용될 수도 있다. 다른 예로, 광원으로는 서로 다른 파장의 광을 발생시키는 복수의 광원이 사용될 수도 있다. 광원에서 발생되는 광의 파장은 대상체 내의 표적을 고려하여 선택될 수 있다. 이러한 광원은 반도체 레이저(LD), 발광다이오드(LED), 고체 레이저, 가스 레이저, 광섬유, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
프로브(610)에 마련된 트랜스듀서는 제어신호에 따라 초음파 신호를 생성하여, 생성된 초음파 신호를 대상체 내로 조사한다. 그리고 대상체 내의 특정 조직(예를 들어, 병변)에서 반사된 초음파 에코 신호를 수신 즉, 검출한다.
이와 같이 반사된 초음파들은 프로브(610)의 트랜스듀서를 진동시키고, 트랜스듀서는 이 진동들에 따른 전기적 펄스들(electrical pulses)을 출력한다. 이와 같은 전기적 펄스들이 영상으로 변환된다. 해부학적 개체들이 서로 상이한 초음파 반사 특성을 갖는 경우, B 모드(brightness mode)의 초음파 영상에서는 각 해부학적 개체들이 서로 상이한 밝기 값으로 나타난다.
전술한 바와 같이, 다양한 의료장치에 의해서 획득된 의료영상들은 의료장치의 종류 및 촬영 방식에 따라서 대상체를 다양한 방식으로 표현한다. 또한, 의료장치의 촬영 방식 및 종류에 따라서, 획득된 의료영상의 특성이 달라진다. 예를 들어, 일 의료영상에서는 암 조직의 파악이 용이하며, 다른 의료영상에서는 혈관의 파악이 용이할 수 있다.
따라서, 영상의 판독 부위를 고려하여 사용자의 의도에 맞는 의료영상을 제공하는 장치를 사용할 필요가 있다.
이하에서는, 의료영상 내의 소정 영역에 대하여 사용자의 진단을 용이하게 하는 의료영상을 처리하여 사용자에게 제공할 수 있는 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 영상처리장치를 첨부된 도면들을 참조하여, 상세히 설명한다.
본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 의료영상을 디스플레이, 저장 및/또는 처리할 수 있는 모든 영상처리장치가 될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 도 2 내지 도 6에서 설명한 CT 장치(101), MRI 장치(102), 초음파장치(103) 등에 포함되도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 영상처리장치(100)는 획득된 의료영상을 처리하여 도 3 또는 도 5의 디스플레이부(230, 429)를 통해 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 영상처리장치(100)는 도 6의 초음파장치(103)에 포함되어, 프로브장치(610)로부터 초음파 영상을 수신하는 디스플레이장치(620)가 될 수 있다. 이 경우, 영상처리장치(100)는 도 5에서 설명한 통신부(532)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 도 2 내지도 도 6에서 설명한 MRI 장치(102), CT 장치(101), 초음파 장치(103) 등과 같은 의료장치 중 적어도 하나와 네트워크(501)를 통하여 연결되는 서버(534) 또는 외부 디바이스 (538)에 포함될 수도 있을 것이다. 여기서, 영상처리장치(100)는 다양한 형태의 의료영상 중 적어도 하나를 디스플레이, 저장 또는 처리할 수 있는 의료영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)에 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 CT 장치(101), MRI 장치(102) 또는 초음파 장치(103)이외에도, 대상체를 스캔하여 획득된 데이터를 이용하여 영상을 처리/복원하는 모든 의료영상 장치/시스템에 포함되어 구비될 수 있으며, 또는 모든 의료영상 장치/시스템과 연결되어 구비될 수도 있을 것이다.
도 7은 본 발명 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 제어부(710), 디스플레이부(720), 영상처리부(730), 사용자 입력부(740), 저장부(750) 및 통신부(760)를 포함한다. 다만, 도시된 구성요소들이 모두 필수 구성요소들은 아니며, 도시된 구성요소들 이외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수도 있다.
영상처리장치(100)가 도 2 및 도 3에 도시된 CT 장치(101)에 포함되는 경우, 제어부(710), 디스플레이부(720), 영상처리부(730), 사용자 입력부(740) 및 저장부(750)는 각각 도 3의 제어부(218), 디스플레이부(230), 영상처리부(226), 사용자 입력부(228) 및 저장부(224)에 대응될 수 있다. 따라서, 영상처리장치(100)에 있어서, 도 2 또는 도 3에서와 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 영상처리장치(100)가 도 4에 도시된 MRI 장치(102)에 포함되는 경우, 영상처리장치(100)의 적어도 일부는 오퍼레이팅부(460)에 대응될 수 있다. 구체적으로, 영상처리부(730) 및 디스플레이부(720)는 각각 도 4의 영상처리부(462) 및 출력부(464)에 대응될 수 있다. 제어부(710)는 오퍼레이팅부(460) 및/또는 디스플레이 제어부(448)의 적어도 일부에 대응될 수 있다. 따라서, 영상처리장치(100)에 있어서, 도 4에서와 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 영상처리장치(100)는 도 5에서 설명한 서버(534), 의료 장치(536), 외부 디바이스(538), 도 6에서 설명한 초음파 장치(103) 중 어느 하나에 포함될 수도 있다.
디스플레이부(720)는 영상처리장치(100)의 동작과 관련된 어플리케이션을 디스플레이한다. 예를 들면, 디스플레이부(720)는 의료 장치를 이용한 진단에 필요한 메뉴나 안내 사항 등을 디스플레이할 수 있다. 또한, 디스플레이부(720)는 진단 과정에서 획득된 영상들과, 사용자의 의료영상 처리장치 조작을 돕기 위한 사용자 인터페이스(UI)를 디스플레이할 수 있다.
도 7에서는 영상처리장치(100)에 하나의 디스플레이부(720)가 마련된 경우를 예로 들어 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 복수의 디스플레이부 예컨대, 메인 디스플레이와 서브 디스플레이를 포함하도록 구현될 수 있다.
본 실시예에서 디스플레이부(720)는 적어도 하나의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬상한 제1 영상(제1 의료영상) 및/또는 제1 영상의 해부학적 개체에 대응하는 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 저장부(750)에 저장된 표준 정보를 이용하여 소정 해부학적 개체의 상태에 관한 정보 즉, 진단 정보를 제공하도록 하는 제3 영상(제3 의료영상)을 디스플레이 한다. 여기서, 대상체 정보와 표준 정보는 해부학적 정보로, 진단 정보는 기능적 정보로 각각 해석될 수 있다.
디스플레이부(720)는 진단 정보를 제공하는 제3 영상을 생성하는 과정에서 이용되는 참조영상으로서 정의되는 제2 영상(제2 의료영상)을 더 표시할 수 있다.
여기서, 제1 영상은 대상체를 촬영한 의료영상으로, CT 영상, MRI 영상 등과 같은 단층 영상, 엑스레이 영상, 초음파 영상 등 질병 진단을 위해 촬영된 모든 의료영상이 될 수 있다.
영상처리부(730)는 디스플레이부(720)에 영상이 표시되도록 처리한다. 구체적으로, 영상처리부(730)는 대상체를 촬상하여 획득된 신호를 처리하여 디스플레이부(720)에 표시 가능한 화상 데이터로 이미징할 수 있다.
의료영상을 이미징하는 방법에는 첫 번째로 엑스레이 영상의 이미징 방법과 같이 대상체로 엑스레이와 같은 광선을 조사하여 대상체를 촬영하는 방법이 있다. 이 방법은 촬영 기법 또는 스캔 모드의 구별 없이 대상체를 이미징하는 방법이다. 또한, 이 방법은 획득하고자 하는 영상을 위한 별도의 복원 또는 계산 동작 없이, 바로 대상체를 이미징할 수 있다.
두 번째로, MRI 또는 CT 영상과 같이 대상체를 촬영하는데 있어서 촬영 기법 또는 스캔 모드를 다양하게 적용하여 대상체를 이미징하는 방법이 있다. 전술한 두 번째 방법의 경우, 대상체를 스캔할 때 고려할 수 있는 다양한 변수를 이용하여, 신체의 동일 부위를 촬영하더라도 서로 다른 특성을 갖는 영상을 획득할 수 있다. 즉, 용도 또는 목적에 맞춰서 스캔 모드를 변경함으로써, 목적에 부합하는 영상을 획득할 수 있다. 또한, 이 방법은 획득하고자 하는 영상을 위한 별도의 복원 또는 계산 동작을 수행하여 목적하는 영상을 획득할 수 있다.
여기서, 대상체를 스캔하여 의료영상을 촬영하는데 있어서 적용되는 기법을 '스캔 프로토콜(scan protocol)' 또는 '프로토콜'이라 하며, 이하에서는 '프로토콜'이라 한다. 또한, 영상처리부(730)는 획득된 영상 데이터에 소정 프로토콜를 적용하여 의료영상을 생성할 수 있다.
본 발명 일실시예에 따른 영상처리부(730)는 프로토콜을 적용하여 획득된 영상 데이터(제1 영상)를 이용하여, 계산 또는 후처리된 영상 데이터(제2 영상 또는 제3 영상)를 생성할 수 있다. 본 실시예에서 계산 또는 후처리 과정은 영상 분석, 개체 분할(segmentation), 분할된 개체에 대한 길이/부피의 측정 및 픽셀 카운트, 단위 환산, 개체의 상태에 관한 정보를 나타내는 인덱스(index)의 계산 등을 포함할 수 있다.
CT 장치(101)의 경우 조영제(contrast media)를 투여하는지 여부에 따라서 서로 다른 프로토콜을 적용하여 대상체를 스캔 할 수 있다. 또한, CT 장치(101)의 경우 획득되는 영상 데이터는 사이노그램(sonogram) 또는 프로젝션 데이터(projection data)가 될 수 있으며, 획득된 스캔 데이터를 이용하여 영상 데이터 즉, 제1 영상을 생성할 수 있다.
MRI 장치(102)의 경우 다양한 프로토콜을 적용하여 대상체를 스캔하며, 그에 따라서 획득된 MR 신호를 이용해 대상체에 대한 영상을 생성한다. 이하에서는, 대상체를 스캔하여 획득된 데이터, 예를 들어, MR 신호 또는 K 공간 데이터를 스캔 데이터라 하고, 스캔 데이터를 이용하여 생성된 대상체에 대한 영상을 영상 데이터라 한다. 영상 데이터는 전술한 제1 영상에 해당한다.
사용자 입력부(740)는 사용자로부터 명령을 수신 가능하도록 제공된다. 본 실시예의 영상처리장치(100)는 사용자 입력부(740)를 통해 사용자로부터 영상처리장치(100)를 조작하기 위한 입력을 수신하고, 그에 응답하여 영상처리장치(100)가 획득한 제1 의료영상, 제2 의료영상 및/또는 제3 의료영상이 디스플레이부(720)를 통해 출력될 수 있다.
사용자 입력부(740)는 사용자가 직접 영상처리장치(100)를 조작하기 위한 버튼, 키 패드, 스위치, 다이얼 또는 디스플레이부(720) 상에 표시되는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 발명 일실시예에서 사용자 입력부(740)는 디스플레이부(720) 상에 마련된 터치스크린을 포함할 수 있다. 사용자 입력부(740)가 터치스크린을 포함하는 경우, 디스플레이부(720)는 표시된 의료영상에서 사용자에 의해 선택된 지점에 대응하는 개체에 대한 정보를 제공하거나, 선택된 지점을 확대하여 표시할 수 있다.
저장부(750)는 제어부(710)의 제어에 따라서 한정되지 않은 데이터가 저장된다. 저장부(750)는 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive)와 같은 비휘발성 저장매체로 구현된다. 저장부(750)는 제어부(710)에 의해 액세스되며, 제어부(710)에 의한 데이터의 독취/기록/수정/삭제/갱신 등이 수행된다.
저장부(750)에 저장되는 데이터는, 예를 들면 영상처리장치(100)의 구동을 위한 운영체제를 비롯하여, 이 운영체제 상에서 실행 가능한 다양한 어플리케이션, 영상데이터, 부가데이터 등을 포함한다.
본 실시예의 저장부(750)는 소정 해부학적 개체에 대한 정보를 제공하기 위한 각종 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 저장부(750)에는 영상처리장치(100)에서 적어도 하나의 프로토콜을 적용하여 생성된 적어도 하나의 영상 데이터 및/또는 외부로부터 수신된 적어도 하나의 의료영상 데이터가 저장된다. 저장부(750)에 저장된 영상 데이터는 디스플레이부(750)에 의해 표시 가능하다. 또한, 저장부(750)에 저장된 영상 데이터는 본 발명 실시예에 따른 제1 의료영상에 포함된다.
또한, 저장부(750)에는 적어도 하나의 해부학적 개체에 대한 표준 정보가 저장될 수 있다. 이 표준 정보는 후술하는 소정 해부학적 개체(예를 들어, 폐)에 대한 소정 시점(최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 용적(volume) 추정에 활용될 수 있다. 저장부(750)에 저장된 표준 정보는 환자의 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분될 수 있다.
통신부(760)는 다양한 외부장치와 통신을 수행하기 위한 유무선 네트워크 통신 모듈을 포함한다. 통신부(760)는 외부장치로부터 수신되는 커맨드/데이터/정보/신호를 제어부(710)에 전달한다. 또한, 통신부(760)는 제어부(710)로부터 전달받은 커맨드/데이터/정보/신호를 외부장치에 전송할 수도 있다.
통신부(760)는 본 실시예에 따르면 영상처리장치(100)에 내장되나, 일 실시예에서 동글(dongle) 또는 모듈(module) 형태로 구현되어 영상처리장치(100)의 커넥터(도시되지 아니함)에 착탈될 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 통신부(760)는 HID(Human Interface Device) 들을 연결하기 위한 I/O 포트를 포함할 수 있다. 영상처리장치(100)는 I/O 포트를 통해 외부장치와의 영상 데이터의 송수신이 가능할 수 있다.
본 실시예의 통신부(760)는 타 의료장치에서 생성된 의료영상 데이터를 수신할 수 있다. 여기서, 타 의료장치는 다양한 종류의 의료장치일 수 있다. 예를 들어, 타 의료장치는 CT 장치일 수 있으며, 경우에 따라 타 의료장치가 MRI 장치 또는 초음파 장치일 수도 있을 것이다.
일 실시예에서, 영상처리장치(100)는 타 의료장치와 통신부(760)를 통해 직접 연결될 수 있다. 다른 실시예에서 통신부(760)는 의료영상이 저장된 외부 저장매체와의 연결을 위한 접속부를 포함할 수 있다.
제어부(710)는 영상처리장치(100)의 다양한 구성에 대한 제어동작을 수행한다. 예를 들면, 제어부(710)는 영상처리부(730)가 처리하는 영상처리/개체 분할/용적 추정 등과 관련된 프로세스의 진행, 사용자입력부(740)로부터의 커맨드에 대한 대응 제어동작을 수행함으로써, 영상처리장치(100)의 전체 동작을 제어한다.
제어부(710)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 적어도 하나의 프로세서는 프로그램이 저장된 비휘발성 메모리(ROM)로부터 휘발성 메모리(RAM)으로 대응되는 프로그램을 로드하여 실행한다.
본 실시예에 따른 제어부(710)는 CPU(Central Processing Unit), AP(Application Processor), 마이컴(Micro Computer, MICOM)과 같은 적어도 하나의 범용 프로세서를 포함하여, 예를 들어, ROM에 저장된 소정 알고리즘에 따라 대응하는 프로그램을 RAM에 로드하여 실행함으로써 영상처리장치(100)의 다양한 동작들을 수행하도록 구현 가능하다.
영상처리장치(100)의 제어부(710)가 단일 프로세서 예를 들어 CPU로 구현되는 경우, CPU는 영상처리장치(100)에서 수행 가능한 다양한 기능들 예를 들어, 디스플레이부(720)에 표시되는 의료영상의 이미징을 위한 다양한 영상처리 프로세스의 진행으로서 예를 들어 적용되는 프로토콜의 선택 및 그에 따른 이미징에 대한 제어, 사용자입력부(740)를 통해 수신된 커맨드에 대한 대응, 외부 장치와의 유무선 네트워크 통신의 제어 등을 실행 가능하도록 마련될 수 있다.
프로세서는 싱글 코어, 듀얼 코어, 트리플 코어, 쿼드 코어 및 그 배수의 코어를 포함할 수 있다. 프로세서는 복수의 프로세서, 예를 들어, 메인 프로세서(main processor) 및 서브 프로세서(sub processor)를 포함할 수 있다. 서브 프로세서는 대기전원만 공급되고 영상처리장치(100)로서 동작하지 않는 대기모드(standby mode, 이하, 슬립모드(sleep mode) 라고도 한다)에서 동작하도록 마련된다.
상기와 같은 제어부(710)에 포함되는 프로세서, 롬 및 램은 내부 버스(bus)를 통해 상호 연결될 수 있다.
본 발명 일실시예에서 영상처리장치(100)가 랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터로 구현되는 경우, 제어부(710)는 본체에 마련되며 그래픽 처리를 위한 GPU(Graphic Processing Unit, 도시되지 아니함)를 더 포함할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서 영상처리장치(100)가 스마트 폰, 스마트 패드 등의 휴대용 단말로 구현되는 경우, 프로세서가 GPU를 포함할 수 있으며, 예를 들어 프로세서는 코어(core)와 GPU가 결합된 SoC(System On Chip) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 제어부(710)는 영상처리장치(100)에서 지원되는 특정 기능, 예를 들어, 메인 프로세서를 포함한 소정 구성에서의 오류 발생을 감지하는 기능을 수행하기 위한 프로그램과 해당 프로그램을 실행하는 전용 프로세서로서 마련되는 칩(chip) 예를 들어, IC(integrated circuit) 칩을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(710)는 사용자 입력부(740)를 통해 의료영상의 분석 또는 이를 이용한 진단이 가능한 플랫폼(platform)으로서, 소정 어플리케이션을 실행하도록 하는 사용자 명령을 수신할 수 있다. 실행된 어플리케이션은 사용자 선택이 가능한 UI로서 각종 버튼이 표시되는 입력 영역과, 의료영상이 표시되는 표시 영역을 포함할 수 있다.
사용자는 어플리케이션의 입력 영역의 UI를 이용하여 내부 또는 외부에 저장된 의료영상의 불러오기 즉, 로드(load)가 가능하며, 로드된 의료영상은 어플리케이션의 표시 영역을 통해 디스플레이부(720)에 표시된다. 또한, 사용자는 실행된 어플리케이션에서 소정 해부학적 개체에 대한 정보를 제공하도록 하는 사용자 명령을 입력할 수 있다.
본 발명 일 실시예에서 영상처리부(730)는 하드웨어 구성인 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 제어부(710)에 의해 구동되는 소프트웨어 구성인 의료영상 분석 어플리케이션으로 구현될 수 있다.
즉, 이하에서 설명하는 영상처리부(730)의 동작들은 제어부(710)에 의해 구동되는 소프트웨어의 실행에 따라 이루어지는 것이 된다. 따라서, 영상처리부(730)가 수행하는 각종 동작들은 제어부(710) 즉, 적어도 하나의 프로세서에 의해 수행되는 것으로도 볼 수 있다.
본 발명 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)의 제어부(710)는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 제1 의료영상에 대하여, 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출한다. 제어부(710)는 검출된 해부학적 개체의 영역으로부터 측정된 대상체 정보와 저장부(750)에 저장된 표준 정보를 이용하여 대상체에 포함된 제1 해부학적 개체의 용적을 추정한다. 그리고, 제어부(710)는 추정된 용적에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공할 수 있다. 여기서, 추정된 용적은 해부학적 용적으로서 제1 해부학적 개체(즉, 폐)의 크기에 대응하며, 그에 기초하여 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 기능적 정보가 제공될 수 있다.
대상체는 환자의 신체 전부 또는 일부로서 예를 들어 흉부가 될 수 있다. 그에 따라, 본 발명 일 실시예에서 대상체를 촬영한 의료영상은 흉부영상, 보다 구체적으로는 폐 CT 영상이 될 수 있다. 폐 CT 영상은 복수의 해부학적 개체로서, 폐(lung), 횡경막(diaphragm), 갈비뼈로 구성된 흉곽(rib cage) 등을 포함할 수 있다.
이하에서는, 의료영상으로서 흉부영상 즉, 폐 CT 영상을 이용하여 제1 해부학적 개체로서 정의되는 폐의 상태에 관한 정보(진단 정보)를 제공하는 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다. 여기서, 제1 해부학적 개체인 폐의 주변 조직인 횡경막과 흉곽의 정보가 활용될 수 있으며, 횡경막과 흉곽(혹은 갈비뼈)은 각각 제2 해부학적 개체와 제2 해부학적 개체로 정의된다.
다만, 이하에서의 설명은 본 발명에서 구현 가능한 일 실시예로서, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에서는 영상처리장치(100)가 CT 영상뿐 아니라 MRI 영상을 이용하여 폐와 같은 소정 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 구현될 수 있다. 또한, 정보 제공의 대상인 해부학적 개체 역시 폐에 한정되는 것이 아니라, 위, 심장, 뇌 등의 다른 장기나, 근육 등의 조직에 대한 진단에도 활용될 수 있다.
일 실시예에서 영상처리장치(100)는 촬영된 폐 CT 영상을 이용하여 소정 시점 즉, 최대 흡기 또는 최대 호기의 폐 용적을 추정하고, 추정된 용적에 기초하여 폐에 대한 진단정보를 제공할 수 있다. 여기서, 폐 CT 영상은 CT 장치를 통해 당해 촬영된 영상이거나, 경우에 따라 과거에 다른 진단의 목적으로 촬영된 영상일 수 있다. 폐 CT 영상은 흡기(inhale or inspiratory) 영상과 호기(exhale or expulsive) 영상을 포함한다.
일 실시예에서 영상처리장치(100)는 흡기영상을 이용하여 최대 흡기에서의 폐 용적을 추정하고, 호기영상을 이용하여 최대 호기에서의 폐 용적을 추정할 수 있다. 그리고, 영상처리장치(100)는 각각의 추정된 폐 용적 정보와, 폐 CT 영상의 측정값(대상체 정보)과, 미리 저장된 표준값(표준정보)을 이용하여 최대 흡기와 최대 호기에서 폐의 상태 정보를 제공하는 인덱스(TLC, VC, RV)를 결정할 수 있다.
다른 실시예에서 영상처리장치(100)는 흡기영상을 이용하여 최대 흡기에서의 폐 용적을 추정한다. 그리고, 영상처리장치(100)는 추정된 폐 용적 정보와, 폐 CT 영상의 측정값(대상체 정보)과, 미리 저장된 표준값(표준정보)을 이용하여 최대 흡기에서 폐의 상태 정보를 제공하는 인덱스(TLC, VC)를 결정하고, 그 결정된 인덱스(TLC, VC)를 이용하여 최대 호기에서의 폐의 상태 정보를 제공하는 인덱스(RV)를 결정할 수 있다.
즉, 본 발명 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 흡기영상과 호기영상 중 적어도 하나를 이용하여 폐의 상태 정보를 제공하도록 구현 가능하다.
도 8은 폐활량 측정 방식을 이용한 폐 질환 진단을 설명하기 위한 그래프이며, 도 9는 호흡 주기에 따른 폐의 용적 변화를 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일반적인 폐활량 측정(spirometry) 방식에서는 측정 결과 데이터에서 환자의 최대 흡기(801) 또는 최대 호기(802) 시점을 특정하고, 해당 시점에서의 각종 지표들(IRV, ERV, RV, FRC, VC, TLC 등)을 폐질환 진단에 활용한다.
그러나, 환자가 폐 CT 영상을 촬영하면서, 최대 흡기 또는 최대 호기 상태를 계속 유지하는 것은 불가능하며, 환자의 최대 흡기 또는 최대 호기 시점에 맞추어 CT 영상이 촬영되도록 제어하는 것은 매우 어렵다.
그러므로, 본 발명 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 임의의 시점(t1)에 촬영된 폐 CT 영상을 이용하여 최대 흡기(Max. inspiration)(901) 또는 최대 호기(Max. expiration)(902)에서의 폐 정보를 추정하고, 이를 폐 진단에 활용하게 된다.
도 10 내지 도 15는 본 발명 일실시예에 따라 영상처리장치(100)에서 소정 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하기 위한 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
제어부(710)는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 폐 CT 영상(제1 의료영상)으로부터 검출 대상 기관에 대응하는 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출한다. 검출 대상인 해부학적 개체는 장기(internal organs 또는 viscera)뿐 아니라 근육(muscle) 등의 다양한 조직(tissue)을 포함한다.
이 과정에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(710)에 의해 제1 의료영상(1001)에 포함된 복수의 해부학적 개체 각각에 대응하는 영역이 검출되고, 제1 의료영상이 검출된 각 영역에 대응하도록 분리(segmentation) 될 수 있다.
도 10은 폐 CT 영상으로부터 예를 들어, 폐(lung), 횡격막(diaphragm), 갈비뼈(rib)의 영역이 검출 및 분리된 경우를 도시한 것이다. 여기서, 폐는 제1 해부학적 개체, 횡격막은 제2 해부학적 개체, 갈비뼈는 제3 해부학적 개체로서 각각 정의될 수 있다.
제어부(710)는 각 해부학적 개체의 영역별로 분리된 영상(1002, 1003, 1004)을 제2 영상으로서 디스플레이부(720)에 표시할 수 있다.
제어부(710)는 검출된 각 해부학적 개체의 영역에서 해당 해부학적 개체의 길이 또는 부피를 측정한다. 일 실시예에서 제어부(710)는 제1 측정값으로서 제2 해부학적 개체인 횡격막의 길이(LDI, diaphragm length), 제2 측정값으로서 제1 해부학적 개체인 폐의 부피(LN, lung volume), 제3 측정값으로서 제3 해부학적 개체인 갈비뼈에서의 흉곽 크기(DNC, diameter of rib cage)를 각각 측정할 수 있다.
상기의 측정값들(LN, LDI, DNC)은 소정 시점(최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 제1 해부학적 개체 즉, 폐의 용적 추정에 활용될 수 있다. 본 발명 일 실시예에서 의료영상으로부터 측정되는 측정값은 대상체 정보로 정의된다. 여기서, 제1 의료영상이 흡기영상인 경우 대상체 정보는 최대 흡기에서의 폐의 용적 추정에 활용된다. 또한, 제1 의료영상이 호기영상인 경우 대상체 정보를 최대 호기에서의 폐의 용적 추정에 활용된다.
구체적으로, 제어부(710)는 대상체 정보인 제2 해부학적 개체인 횡경막에 대한 제1 측정값(LDI)을 이용하여 제3 해부학적 개체인 갈비뼈에서의 최대 흉곽의 크기(DRC, max diameter of rib cage)를 추정한다. 여기서, 최대 흉곽의 크기는 제1 추정값으로 정의되며, 이 과정에서 저장부(750)에 저장된 표준 정보가 이용될 수 있다.
일실시예에서 저장부(750)에 저장된 표준 정보는 제1 측정값(LDI)에 대응하는 제1 추정값 즉, 최대 흉곽의 크기(DRC)를 추정하기 위한 것이다. 구체적으로, 저장부(750)에는 제1 측정값(LDI)와 제1 추정값(DRC) 간의 관계에 대한 표준 테이블이 표준 정보로서 미리 저장될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제어부(710)는 임의의 시점에서의 횡경막의 길이에 해당하는 제1 측정값(LDI)로 폐 CT 영상의 촬영 시 현재의 호흡 상태를 추정할 수 있다. 도 12와 도 13은 호흡 주기에 따른 횡경막 길이(diaphragmatic length)를 예로 들어 도시한 것이다.
본 발명 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)는 횡경막 즉, 근육과 흉강(chest cavity) 간에 상관 관계가 있다는 점을 활용하여, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 (해부학적) 용적을 추정한다.
저장부(750)에 저장된 표준 테이블에는 횡경막 길이(LDI)와 최대 흉곽의 크기(DRC) 간의 관계가 포함되며, 아래 표 1은 그 일례로서 호기(expulsive)와 흡기(inspiratory)에서 소정 기준에 따라 분류된 피험자(환자) 집단(subject) 별로 Lzapp에 대한 LDI 및 DRC 의 관계를 회귀 방정식(regression equations relating Lzapp to LDI and DRC)으로 나타낸 것이다. 여기서, Lzapp는 횡경막의 반대 존의 길이(length of zone of apposition of the diaphragm)로 정의된다.
| Regression | R2 | ||
| Expulsive | Subject 1 | Lzapp = -128 + 0.464 ⅹ LDI Lzapp = 30 - 0.059 ⅹ DRC |
0.624** 0.004 |
| Subject 2 | Lzapp = -235 + 0.742 ⅹ LDI Lzapp = 304 - 1.069 ⅹ DRC |
0.419** 0.532** |
|
| Inspiratory | Subject 1 | Lzapp = -318 + 1.004 ⅹ LDI Lzapp = 244 - 0.826 ⅹ DRC |
0.887** 0.804** |
| Subject 2 | Lzapp = -123 + 0.400 ⅹ LDI Lzapp = 282 - 1.031 ⅹ DRC |
0.780** 0.156* |
|
| Lzapp = length of zone of apposition of the diaphragm; LDI = length of the diaphragm (anteroposterior projection); DRC = maximal diameter of the ribcage (anteroposterior projection). All values in mm. *p < 0.05; **p < 0.001. |
|||
표 1에서 나타내는 Lzapp와 LDI의 관계 및 Lzapp와 DRC의 관계를 이용하여 LDI와 DRC는 다음의 수학식 1의 상관 관계를 가지게 된다.
여기서, α, β, γ 는 피험자가 속한 집단(이하, 표준 집단 이라고도 한다)에 대응하여 표 1에 기초하여 결정되는 표준값이 된다. 표 1의 호기(expulsive)에서의 subject 1의 경우를 예로 들면 α=125, β=0.464, γ=0.059로 결정되고, 수학식 1은 아래의 수학식 2가 된다.
결과적으로, subject 1으로 분류된 피험자 집단의 호기에서의 최대 흉곽의 크기 즉, 최대 호기에서의 흉곽(DRC1)은 위 수학식 2로 구할 수 있다. 같은 방식으로 subject 1으로 분류된 피험자 집단에 대한 최대 흡기에서의 α=562, β=1.004, γ=0.826으로 결정되어 흉곽(DRC2)은 다음의 수학식 3으로 구할 수 있다.
여기서, 표준 집단은 예를 들어, 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 분류된다. 제어부(710)는 표 1을 이용하여 생성된 수학식 1에 의하여 표준 집단(subject 1, subject 2, ... , subject N) 중 환자가 속한 표준 집단에 대한 최대 흡기와 최대 호기에서의 흉곽의 크기(DRC)를 각각 연산할 수 있게 된다. 환자가 subject 1에 포함되는 경우, 수학식 2와 수학식 3 중 적어도 하나가 이용된다.
상기와 같은 본 발명 일 실시예에 따라, 제어부(710)는 저장부(750)에 저장된 표준 정보에 기초하여 생성된 수학식 1을 이용하여, 도 14에 도시된 바와 같이, 대상체 즉, 환자의 제1 측정값(LDI)에 대응하는 소정 시점(예를 들어, 최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 제1 추정값(DRC)을 결정한다.
제어부(710)는 결정된 제1 추정값(DRC)으로부터 해당 시점(예를 들어, 최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 폐의 용적(LM)을 다음의 수학식 4를 이용하여 계산한다. 여기서, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적(LM)은 제2 추정값으서 정의되며, 앞서 설명한 제2 측정값(LN) 및 제2 측정값(DNC)이 함께 이용될 수 있다.
즉, 상기 수학식 4를 이용하여 결정되는 제2 추정값 즉. 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적(LM)은 다음의 수학식 5와 같다.
그러므로, 본 발명 일 실시예에 따른 영상처리장치(100)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 의료영상이 촬영된 시점에서 측정된 폐의 용적인 제2 측정값(LN)을 이용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적(LM)을 계산에 의해 추정할 수 있게 된다. 그리고, 제어부(710)는 추정된 용적에 대응하는 폐를 포함하는 영상을 제3 의료영상(1502)으로서 디스플레이부(720)에 표시하도록 영상처리부(730)를 제어할 수 있다.
한편, 제어부(710)는 제1 의료영상에서의 픽셀수를 카운트하여, 영상 촬영 시점에서의 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 (기능적) 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정할 수 있다. 여기서, 결정되는 인덱스는 제1 해부학적 개체 즉, 폐의 기능 검사에서 사용되는 지표로서 예를 들어, 전폐용량(total lung capacity, TLC), 폐활량(vital capacity, VC), 잔기용량(residual volume, RV) 중 적어도 하나를 포함한다.
구체적으로, 제어부(710)는 다음의 수학식 6, 7 및 8에 의해 픽셀을 카운트하는 방식으로 제1 의료영상의 촬영 시점에서의 전폐용량(TLCpixels), 폐활량(VCpixels), 잔기용량(RVpixels)을 각각 계산할 수 있다. 여기서, 제어부(710)는 영상의 밀도(density)를 이용하여 각 인덱스 즉, TLC, VC, RV를 나타내는 픽셀을 카운트 할 수 있으며, 그 단위는 HU(housefield unit)가 된다.
여기서, TLCpixel은 제1 영상에 포함된 픽셀 중 그 값(CT 영상 값)이 -1000HU 내지 -150HU의 범위 내 존재하는 픽셀을 나타낸다.
여기서, VCpixel 은 제1 영상에 포함된 픽셀 중 그 값이 -910HU 내지 -800HU의 범위 내 존재하는 픽셀을 나타낸다.
여기서, RVpixel은 제1 영상에 포함된 픽셀 중 그 값이 -1000HU 내지 -450HU의 범위 내 존재하는 픽셀을 나타낸다.
일반적으로, 
의 관계가 성립하므로, 잔기용량의 픽셀수(RVpixels)는 다음의 수학식 9에 의해 계산될 수도 있다.
제어부(710)는 이렇게 카운트된 촬영 시점에서의 전폐용량(TLCpixels), 폐활량(VCpixels), 잔기용량(RVpixels)의 단위를 영상크기(pixel)에서 부피(ml)로 환산한다. 제어부(710)는 다음의 수학식 10, 11 및 12에 의해 촬영 시점에서의 전폐용량(TLCtemp), 폐활량(VCtemp), 잔기용량(RVtemp)의 단위를 각각 환산할 수 있다.
여기서, TLCtemp은 부피 단위로 환산된 전폐용량을 나타내며, 이는 수학식 10과 같이 영상크기 단위의 전폐용량(TLCpixels)에 x, y 및 z 방향에서의 해상도(resolution)를 곱하여 구할 수 있다.
여기서, VCtemp은 부피 단위로 환산된 폐활량을 나타내며, 이는 수학식 11과 같이 영상크기 단위의 폐활량(VCpixels)에 x, y 및 z 방향에서의 해상도를 곱하여 구할 수 있다.
여기서, RVtemp은 부피 단위로 환산된 잔기용량을 나타내며, 이는 수학식 12와 같이 영상크기 단위의 잔기용량(RVpixels)에 x, y 및 z 방향에서의 해상도를 곱하여 구할 수 있다.
그리고, 제어부(710)는 앞서 측정된 제2 측정값인 폐의 용적(LN), 추정된 제2 추정값인 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적(LM), 부피 단위로 환산된 전폐용량(TLCtemp), 폐활량(VCtemp), 잔기용량(RVtemp)를 다음의 수학식 13, 15 및 15에 각각 적용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서 제1 해부학적 개체인 폐의 상태 정보를 제공하도록 하는 인덱스인 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV)를 계산할 수 있다.
여기서, 
의 관계를 이용하여, 잔기용량(RV)을 다음의 수학식 16에 의해 계산할 수도 있을 것이다.
상기와 같은 일 실시예에서, 제어부(710)는 최대 흡기와 최대 호기 모두에 대해 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV)을 계산하지 않을 수 있다.
예를 들어, 제어부(710)은 수학식 3 및 수학식 5를 이용하여 소정 집단(subject 1)에 대한 최대 흡기에서의 폐의 용적(LM)을 추정하여, 그 추정값을 이용하여 수학식 13 및 14에 의해 전폐용량(TLC)과 폐활량(VC)을 각각 계산하고, 수학식 16을 이용하여 잔기용량(RV)을 계산할 수 있다.
다른 예로서, 잔기용량(RV)의 경우 수학식 2 및 수학식 5를 이용하여 소정 집단(subject 1)에 대한 최대 호기에서의 폐의 용적(LM)을 추정하고, 그 추정값을 이용하여 수학식 15를 이용하여 계산될 수도 있을 것이다.
한편, 또 다른 실시예로서, 수학식 5에 의해 추정된 최대 흡기 또는 최대 호기의 폐의 용적(LM)을 이용하여 폐의 상태 정보를 제공하는 인덱스를 직접 계산할 수 있다.
구체적으로, 제어부(710)는 도 15에서와 같이 생성된 제3 의료영상(1502)에서의 폐의 용적(lung volume)으로부터 직접적으로 적어도 하나의 인덱스(TLC, VC, RV)를 계산할 수 있다.
예를 들어, 제어부(710)는 최대 흡기 영상에서 -100HU < TLC < -400HU를 만족하는 픽셀의 총합에 대응하는 TLC를 계산하며, 최대 흡기 영상에서 -950HU < VC < -850HU를 만족 픽셀의 총합에 대응하는 VC를 계산할 수 있다. 또한, 최대 호기 영상에서 -1000HU < RV < -600HU를 만족하는 픽셀의 총합 또는 RC=TLC-VC의 수식에 의해 RV를 계산할 수 있다.
상기와 같은, 본 발명 실시예들에 따른 영상처리장치(100)의 제어부(710)는 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 이용하여 소정 시점 즉, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV)을 추정한다. 여기서, 제어부(710)는 디스플레이부(720)를 통해 추정된 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV)과 관련된 정보를 제공할 수 있으며, 의사와 같은 사용자는 이를 폐질환 진단에 활용할 수 있다.
따라서, 폐활량 측정 방식을 사용하지 않고도 진단에 필요한 폐 상태에 대한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 폐활량 측정과 비교하여 좀 더 다양한 지표로서 예를 들어, 잔기용량(RV)까지 측정함으로써, 보다 정확한 폐 질환에 대한 진단이 가능할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 영상처리방법에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
도 16은 본 발명 일실시예에 의한 영상처리방법을 도시한 흐름도이다.
도 16에 도시된 바와 같이, 영상처리장치(100)의 제어부(710)는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 촬영한 의료영상(1001)(예를 들어, 폐, 횡경막, 갈비뼈를 포함하는 흉부 CT 영상)에 대하여 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출할 수 있다(S1602). 여기서, 제어부(710)는 소정 영상 처리 프로세스를 이용하여 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 선택적으로 분리하도록 영상처리부(730)를 제어하고, 분리된 각 영역에 대응하는 영상들(1002, 1003, 1004)을 디스플레이부(720)를 통해 표시할 수 있다.
제어부(710)는 단계 S1602에서 검출된 복수의 해부학적 개체(예를 들어, 폐, 횡경막, 갈비뼈)의 길이 또는 부피를 측정한다(S1604). 여기서, 측정되는 개체의 길이 또는 부피는 의료영상의 촬영 시점에서의 측정값이며, 일례로서 횡경막의 길이(LDI), 폐의 용적(LN), 흉곽의 길이(DNC)가 각각 측정될 수 있다.
제어부(710)는 단계 S1604에서 측정된 대상체 정보와 저장부(750)에 기저장된 표준 정보를 이용하여, 소정 시점(예를 들어, 최대 흡기 또는 최대 호기)에서의 제1 해부학적 개체 즉, 폐의 용적(LM)을 추정한다(S1606). 여기서, 제어부(710)는 표준 정보에 기초하여 단계 S1604에서 측정된 횡경막의 길이(LDI)에 대응하는 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 흉곽의 크기(DRC)를 계산하고, 계산된 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 흉곽의 크기(DRC)와, 단계 S1604에서 측정된 영상 촬영 시점의 폐의 용적(LN) 및 흉곽의 길이(DNC)의 관계를 이용하여 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적(LM)을 계산 즉, 추정할 수 있게 된다.
그리고, 제어부(710)는 단계 S1602에서 촬영된 의료영상의 픽셀수를 카운트하여, 영상 촬영 시점에서의 제1 해부학적 개체 즉, 폐의 상태 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스(예를 들어, 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV))를 결정한다(S1608). 여기서, 제어부(710)는 촬영된 의료영상의 밀도(density) 정보에 기초하여 각 인덱스에 대응하는 픽셀수을 카운트할 수 있으며(TLCpixels, VCpixels, RVpixels), 카운트된 픽셀수(HU)는 부피(ml)로 환산된다((TLCtemp, VCtemp, RVtemp). 또한, 소정 인덱스 예를 들어, 잔기용량(RV)은 픽셀 카운트에 의해 결정되거나, 또는 먼저 결정된 전폐용량(TLC)과 폐활량(VC)을 이용하여 연산될 수도 있다.
제어부(710)는 단계 S1608에서 결정된 의료영상 촬영시점의 인덱스(TLCtemp, VCtemp, RVtemp), 단계 S1602에서 측정된 제1 해부학적 개체의 용적(LN) 및 단계 S1606에서 추정된 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 제1 해부학적 개체의 용적(LM)을 이용하여, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 적어도 하나의 인덱스(TLC, VC, RV)를 계산한다(S1610).
그리고, 영상처리장치(100)는 단계 S1610에서 계산된 인덱스(TLC, VC, RV)에 기초하여 제1 해부학적 개체 즉, 폐에 대한 상태 정보를 사용자(의사)에게 제공할 수 있다(S1612). 사용자는 제공된 상태 정보에 의해 제1 해부학적 개체 즉, 폐에 대한 진단을 할 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명 실시예에 따르면, 영상처리장치(100)는 임의의 시점에 촬영된 의료영상을 기반으로 소정 시점 해부학적 개체 예를 들어, 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐에 대한 상태 정보를 파악하여 제공하며, 의사 등의 사용자는 이를 개체의 진단에 활용할 수 있다.
이러한 본 발명 실시예의 영상처리장치(100)는 기존의 폐활량 측정(spirometry)에서 제공되지 않는 RV, TLC까지 측정하여 제공함으로써 보다 정확한 진단이 가능할 수 있으며, 심호흡이 힘들거나 폐절제 수술 등 기타 사유로 폐활량 측정이 어려운 환자의 진단에도 활용 가능한 장점이 있다.
또한, 폐질환 진단을 위해 별도의 의료영상을 반드시 촬영해야 하는 것이 아니라, 다른 목적으로 기촬영된 의료영상을 이용할 수 있으므로, 비교적 검사 빈도가 높은 폐 CT 촬영에서의 경우 활용도가 보다 높아질 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 다양한 실시예들은 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체로 실시될 수 있다. 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체는 전송매체 및 컴퓨터 시스템에 의해 판독 가능한 데이터를 저장하는 저장매체를 포함한다. 전송매체는 컴퓨터 시스템이 상호 결합된 유무선 네트워크를 통해 구현 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예들은 하드웨어와 하드웨어 및 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어로서, 제어부(710)는 소프트웨어인 컴퓨터프로그램이 저장되는 비휘발성메모리와, 비휘발성메모리에 저장된 컴퓨터프로그램이 로딩되는 RAM과, RAM에 로딩된 컴퓨터프로그램을 실행하는 CPU를 포함할 수 있다. 비휘발성메모리는 하드디스크드라이브, 플래쉬메모리, ROM, CD-ROMs, 자기테이프(magnetic tapes), 플로피 디스크, 광기억 장치(optical storage), 인터넷을 이용한 데이터 전송장치 등을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 비휘발성메모리는 본 발명의 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램이 기록된 기록매체(computer-readable recording medium)의 일례이다.
컴퓨터프로그램은 CPU가 읽고 실행할 수 있는 코드로서, 도 16에 도시된 단계 S1602 내지 S1612와 같은 제어부(710)의 동작을 수행하도록 하는 코드를 포함한다.
컴퓨터프로그램은 영상처리장치(100)에 구비된 운영체제(operating system) 또는 어플리케이션을 포함하는 소프트웨어 및/또는 외부장치와 인터페이스하는 소프트웨어에 포함되어 구현될 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
100 : 영상처리장치 710 : 제어부
720 : 디스플레이부 730 : 영상처리부
740: 사용자 입력부 750 : 저장부
760 : 통신부
720 : 디스플레이부 730 : 영상처리부
740: 사용자 입력부 750 : 저장부
760 : 통신부
Claims (33)
- 영상처리장치에 있어서,
복수의 해부학적 개체 간의 크기 관계에 대한 표준정보를 저장하는 저장부와;
제1 해부학적 개체 및 제2 해부학적 개체를 포함하는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 호흡 주기의 제1 시점에서 촬영한 의료영상에 대하여, 상기 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하고,
상기 표준정보 및 상기 검출된 영역에 기초하여, 상기 호흡주기의 제2 시점에서 상기 제2 해부학적 개체의 크기를 추정하고,
상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서의 상기 제1 해부학적 개체 및 상기 제2 해부학적 개체 간의 크기 관계 및 상기 추정된 제2 시점에서의 상기 제2해부학적 개체의 크기에 기초하여, 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하고,
상기 추정된 용적에 기초하여 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 해부학적 개체는 제3 해부학적 개체를 더 포함하고,
상기 프로세서는, 상기 표준 정보에 기초하여 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제3 해부학적 개체에 대한 제1 측정값에 대응하는 상기 제2 해부학적 개체의 제1 추정값을 결정하고, 상기 제1 추정값에 기초하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제2항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 제1 추정값과, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제1 해부학적 개체에 대한 제2 측정값과, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제2 해부학적 개체에 대한 제3 측정값을 이용하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 프로세서는, 수학식를 이용하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치.
여기서, LM은 제1 해부학적 개체의 용적, DRC는 제1 추정값, LN은 제2 측정값, DNC는 제3 측정값을 나타냄 - 제3항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 의료 영상의 픽셀수를 카운트하여 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정하고, 상기 결정된 제1 시점에서의 인덱스와 상기 추정된 제2 시점에서의 상기 제1 해부학적 개체의 용적을 이용하여 상기 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제5항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 카운트된 픽셀수를 부피 단위로 환산하고, 상기 추정된 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적, 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 제2 측정값 및 상기 부피 단위로 환산된 적어도 하나의 인덱스를 이용하여 상기 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제6항에 있어서,
상기 인덱스는 폐의 기능 검사에서 사용되는 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 해부학적 개체는 폐를 포함하고, 상기 제2 시점은 최대 흡기 또는 최대 호기를 포함하며,
상기 프로세서는, 상기 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적을 추정하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 제2 해부학적 개체는 갈비뼈를 포함하고, 상기 제3 해부학적 개체는 횡경막을 포함하며,
상기 제1 측정값은 상기 횡경막의 길이를 포함하고, 상기 제2 측정값은 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 폐의 용적을 포함하고, 상기 제3 측정값은 흉곽의 지름을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 제1항 내지 제8항 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준 정보는 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분되어 상기 저장부에 저장되는 것을 특징으로 하는 영상처리장치. - 삭제
- 영상처리방법에 있어서,
프로세서에 의해, 제1 해부학적 개체 및 제2 해부학적 개체를 포함하는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 호흡 주기의 제1 시점에서 촬영한 의료영상에 대하여, 상기 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 해부학적 개체 간의 크기 관계에 대한 표준정보 및 상기 검출된 영역에 기초하여, 상기 호흡주기의 제2 시점에서 상기 제2 해부학적 개체의 크기를 추정하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서의 상기 제1 해부학적 개체 및 상기 제2 해부학적 개체 간의 크기 관계 및 상기 추정된 제2 시점에서의 상기 제2해부학적 개체의 크기에 기초하여, 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 추정된 용적에 기초하여 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제13항에 있어서,
상기 복수의 해부학적 개체는 제3 해부학적 개체를 더 포함하고,
상기 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 상기 표준 정보에 기초하여 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제3 해부학적 개체에 대한 제1 측정값에 대응하는 상기 제2 해부학적 개체의 제1 추정값을 결정하는 단계와, 상기 제1 추정값에 기초하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제14항에 있어서,
상기 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 상기 제1 추정값과, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제1 해부학적 개체에 대한 제2 측정값과, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서 측정된 상기 제2 해부학적 개체에 대한 제3 측정값을 이용하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제15항에 있어서,
상기 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 단계는, 수학식를 이용하여 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법.
여기서, LM은 제1 해부학적 개체의 용적, DRC는 제1 추정값, LN은 제2 측정값, DNC는 제3 측정값을 나타냄 - 제15항에 있어서,
상기 프로세서에 의해, 상기 의료 영상의 픽셀수를 카운트하여 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하도록 하는 적어도 하나의 인덱스를 결정하는 단계와;
상기 프로세서에 의해 상기 결정된 제1 시점에서의 인덱스와 상기 추정된 제2 시점에서의 상기 제1 해부학적 개체의 용적을 이용하여 상기 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계를 더 포함하며,
상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 상기 계산된 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스에 의해 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제17항에 있어서,
상기 프로세서에 의해, 상기 카운트된 픽셀수를 부피 단위로 환산하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 단계는, 상기 추정된 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적, 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 제2 측정값 및 상기 부피 단위로 환산된 적어도 하나의 인덱스를 이용하여 상기 제2 시점에서의 적어도 하나의 인덱스를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제18항에 있어서,
상기 인덱스는 폐의 기능 검사에서 사용되는 전폐용량(TLC), 폐활량(VC), 잔기용량(RV) 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 제1 해부학적 개체는 폐를 포함하고, 상기 제2 시점은 최대 흡기 또는 최대 호기를 포함하며,
상기 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계는, 상기 최대 흡기 또는 최대 호기에서의 폐의 용적을 추정하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 삭제
- 삭제
- 제19항에 있어서,
상기 제2 해부학적 개체는 갈비뼈를 포함하고, 상기 제3 해부학적 개체는 횡경막을 포함하며,
상기 제1 측정값은 상기 횡경막의 길이를 포함하고, 상기 제2 측정값은 상기 의료 영상의 제1 시점에서의 폐의 용적을 포함하고, 상기 제3 측정값은 흉곽의 지름을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 제13항 내지 제19항 및 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표준 정보는 나이, 성별, 신장, 체중 및 인종 중 적어도 하나에 따라 구분되어 미리 저장되며,
상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계는, 디스플레이부를 통해 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법. - 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램으로서 영상처리방법을 수행하는 프로그램이 기록된 비휘발성의 기록매체에 있어서, 상기 영상처리방법은,
프로세서에 의해, 제1 해부학적 개체 및 제2 해부학적 개체를 포함하는 복수의 해부학적 개체를 포함하는 대상체를 호흡 주기의 제1 시점에서 촬영한 의료영상에 대하여, 상기 복수의 해부학적 개체에 대응하는 영역을 검출하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 복수의 해부학적 개체 간의 크기 관계에 대한 표준정보 및 상기 검출된 영역에 기초하여, 상기 호흡주기의 제2 시점에서 상기 제2 해부학적 개체의 크기를 추정하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 검출된 해부학적 개체의 영역에서의 상기 제1 해부학적 개체 및 상기 제2 해부학적 개체 간의 크기 관계 및 상기 추정된 제2 시점에서의 상기 제2해부학적 개체의 크기에 기초하여, 상기 제2 시점에서의 제1 해부학적 개체의 용적을 추정하는 단계와;
상기 프로세서에 의해, 상기 추정된 용적에 기초하여 상기 제1 해부학적 개체의 상태에 관한 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
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