KR102664286B1

KR102664286B1 - 구강 내 단층합성을 위한 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하기 위한 시스템 및 방법(systems and methods for generating multi-view synthetic dental radiographs for intraoral tomosynthesis)

Info

Publication number: KR102664286B1
Application number: KR1020227005305A
Authority: KR
Inventors: 커너 푸엣; 오토 젵. 저우; 오토 ??. 저우; 지앤핑 루; 크리스티나 인스코
Original assignee: 더 유니버시티 오브 노쓰 캐롤라이나 엣 채플 힐
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2024-05-10
Also published as: CA3145509A1; EP4017368A4; KR20220038101A; EP4017368A1; WO2021035109A1; JP2022539655A; US20220148252A1

Abstract

구강 내 단층합성을 위한 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 시스템 및 방법. 일부 실시예에서, 상기 방법은 상호의존적 영상 처리 단계들을 사용하여 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 방법으로서, 상기 방법은: 복수의 2차원(2D) 투영 영상(projection image)을 생성하거나 수신하는 단계; 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계; 상기 복수의 2D 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3차원(3D) 영상 공간을 재구성하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 하나 이상의 관심 특징을 강조하도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 여러 시야로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 단계; 그리고, 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 시스템은 상기 방법을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서를 포함하는 영상 처리 시스템과 통신하는 디스플레이를 포함한다.

Description

구강 내 단층합성을 위한 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하기 위한 시스템 및 방법(SYSTEMS AND METHODS FOR GENERATING MULTI-VIEW SYNTHETIC DENTAL RADIOGRAPHS FOR INTRAORAL TOMOSYNTHESIS)

본 명세서에 개시된 주제는 일반적으로 구강내 단층합성에 의해 수집된 정보의 표시에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 명세서에 개시된 주제는 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

이 특허 출원은 2019년 8월 21일에 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 62/889,932에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 개시 내용은 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.

정부 이해관계

이 발명은 국립 보건원(National Institutes of Health)에서 수여한 승인 번호 CA235892에 따라 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에 대한 일부 권리를 가지고 있다.

일반적으로 치아우식이라고 하는 충치는 가장 흔한 치과 질환으로, 성인이 될 때까지 대다수의 미국인에게 영향을 미친다. 직접 가시화할 수 없는 부위에 충치가 자주 발생하기 때문에 X-선 영상은 표준 검진 도구가 되었다. 사실, 치아 방사선 촬영에 의한 우식 검진은 어린 시절부터 성인기까지 정기적으로 사용하도록 FDA(Food and Drug Administration)에서 승인한 유일한 X-선 연구이다. 구강 내 검출기의 위치를 나타내는 구강 내 방사선 촬영이 표준 접근 방식이다. 이것은 우식을 검진하기 위해 치과 진료실에서 일상적으로 수행되며 다른 진단 목적으로도 많이 사용된다. 그러나 중첩된 뼈, 치아 및 금속이 종종 병리를 숨기기 때문에 구강 내 방사선 촬영이 많은 일반적인 치과 상태를 감지하는 능력은 상대적으로 낮다. 실제로 우식을 감지하는 민감도는 병변의 위치에 따라 40%에서 70%에 불과하다. 유사하게, 근관 치료와 관련된 수직 치근 골절의 검출, 치주 질환의 평가, 치과 임플란트 포스트에 인접한 골 흡수의 확인은 모두 중첩의 문제로 인해 손상되는 것으로 나타났다.

더 큰 시야(field-of-view) 및/또는 깊이 정보를 제공할 수 있는 영상화 기술이 개발되었다. 파노라마 방사선 사진과 컴퓨터 단층 촬영(CT)이 가능하다. 그러나 두 기술 모두에서 검출기는 입 밖에 위치하고 환자의 머리를 중심으로 회전하면서 움직이는 X-선 소스에서 생성된 X-선을 수집한다. 이러한 기법의 면내 영상 해상도는 구강내 방사선 촬영보다 낮고 파노라마 방사선 촬영은 영상에 왜곡이 생겨 적용에 한계가 있다. CT는 머리와 목을 상대적으로 높은 방사선량에 노출시키고 고가의 장비이며 기계를 작동하고 영상을 해석하는 전문 교육을 필요로 한다. 또한 CT 영상에서 특히 금속 하드웨어가 있는 경우 줄무늬 인공물이 자주 나타나는 경우 진단 정확도가 제한될 수 있다. 따라서 파노라마 방사선 사진과 CT는 일상적인 검진이 아닌 특정 진단 목적으로 사용된다.

TACT(Tuned-Aperture Computer Tomography)는 검출기의 구강 내 위치를 유지하면서 깊이 정보를 수집하기 위해 도입된 기술이다. 이 접근 방식을 사용하면 움직일 수 있는 단일 X선 소스가 입에 대해 다른 각도로 배치되고 일련의 2차원(2D) 영상이 획득된다. 시야에 있는 마커를 사용하면 영상화 후 기하학을 계산할 수 있어 영상을 3차원(3D) 영상 공간으로 재구성하는 방법을 제공한다. TACT가 우식을 포함한 치과 병리의 가시성을 향상시키는 것으로 나타났지만 이 접근 방식은 시간이 많이 걸리고 영상을 획득한 다음 해석하기 위한 추가 교육이 필요하다. 결과적으로 TACT는 바쁜 치과 사무실에 통합하는 데 적합하지 않다. 실제로 치과 진료소의 작업 흐름에 맞는 실용적인 3D 영상화 접근 방식이 계속해서 필요하다. 구강 내 단층합성은 실행 가능하고 유망한 옵션으로 보인다.

TACT와 유사하게 구강 내 단층합성은 입을 상대적으로 다른 각도에서 촬영하여 일련의 2D 영상을 획득하다. 그러나 구강 내 단층합성 시스템의 기하학은 미리 결정되고 고정되어 있으므로 3D 영상 공간은 시야에서 마커 없이 재구성될 수 있으므로 TACT와 관련된 시간 소모적인 단계가 제거된다.

여기에 설명된 처리 방법은 구강 내 단층합성(intraoral tomosynthesis)에 의해 수집된 정보를 사용하여 여러 각도에서 일련의 2D 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 것에 관한 것이다.

단층합성으로 수집된 정보를 3D 영상(image) 및 또한 합성 2D 영상으로 표시하는 일반적인 개념은 단일 합성 2D 영상이 종종 생성되어 미세석회화의 검출을 개선하는 유방 영상화에서 개척되었다. 그러나 구강 내 단층합성으로 수집된 정보를 표시하기 위해 다중-시야(multi-view) 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 목적이 매우 다르며, 우려되는 현장을 시각화하기 위해서 구강 내에서 뼈, 치아 법랑질, 금속 등의 조밀한 물체 주변을 자주 볼 필요가 있음을 반영하다. 따라서, 본원에 개시된 처리 방법은 구강 내 단층합성에 의해 수집된 정보를 이용함으로써 치과 영상의 이러한 독특한 요구를 해결하기 위해 개발되었기 때문에 독특하다.

본 개시내용에 따르면, 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일 양태에서, 일련의 상호의존적 영상 처리 단계를 사용하여 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 방법이 제공되며, 상기 방법은: 복수의 2차원(2D) 투영 영상(projection image)을 생성하거나 수신하는 단계; 상기 복수의 2차원 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값을 조작하는 단계; 상기 복수의 2D 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3차원(3D) 영상 공간을 재구성하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 하나 이상의 관심 특징을 강조하도록 조정될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 다중 시야들로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 단계; 그리고, 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진에서 픽셀 값들을 조작하는 단계를 더 포함하다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계는 상기 3D 영상 공간을 재구성하기 전에 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에서 인공물(artifact) 생성 특징들을 구분(segment)하는 단계; 그리고, 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 대한 주변 픽셀 값들로부터 내향 보간에 의해 픽셀 값들을 구분된 영역에 할당함으로써 인공물 생성 특징에 의해 야기되는 인공물들을 감소시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 2D 투영 영상으로부터 구분된 인공물 생성 특징들을 합성 치과 방사선 사진으로 융합하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 3D 영상 공간은 구강내 단층합성에 맞춤화된 분석적 또는 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 생성된다.

일부 실시예에서, 상기 방법은 필터 및/또는 딥 러닝 기술을 사용하여 3D 영상 공간에서 치아 우식 또는 치아 골절을 포함하는 관심 특징들을 식별 및/또는 강화하는 단계를 더 포함하다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진은 원래의 X-선 투영들이 획득된 각도와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 시야 관점(viewing perspective)들의 범위를 나타낸다. 일부 실시예에서, 서로 다른 가중치 알고리즘이 3D 영상 공간에 적용되어 우식 또는 골절과 같은 관심 특징들을 강화하며, 각각의 가중치 알고리즘은 다중-시야 합성 치과 방사선 사진의 고유한 세트를 생성한다. 일부 실시예에서, 골절을 강화하는 것은 영상의 고주파 성분을 강조하는 것을 포함하고 우식을 강화하는 것은 영상의 저주파 성분을 강조하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 방법은 치과 영상화에 맞춤화된 필터를 사용하여 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진을 최적화하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 3D 영상 공간을 재구성하는 것은 하기 재구성 기술 중 하나 이상을 사용하는 것을 포함한다: 필터링된 역 투영(FBP), 동시 반복 재구성 기술(SIRT), 동시 대수 재구성 기술(SART), 또는 최대 가능성 기대 최대화(MLEM).

다른 양태에서, 본 개시내용의 주제는 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 방법을 포함하며, 상기 방법은 대상의 입에 구강내 X-선 검출기를 위치시키는 단계; 하나 이상의 X-선 소스에 대한 상기 구강내 X-선 검출기의 위치를 결정하는 단계; 상기 구강내 X-선 검출기에 대한 다중 시야각으로부터 하나 이상의 X-선 투영을 캡처하는 단계; 상기 하나 이상의 X-선 투영 영상을 하나 이상의 프로세서로 전송하는 단계; 상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 하나 이상의 X-선 투영 영상에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계; 상기 하나 이상의 X-선 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3D 영상 공간을 재구성하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 특정 영상 특징들을 강조 표시하도록 조정될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하는 단계; 상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 다중 시야로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 단계; 그리고, 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 본 개시내용의 주제는 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 시스템을 개시하고, 상기 시스템은: 하나 이상의 프로세서를 포함하는 영상 처리 시스템과 통신하는 디스플레이를 포함하며, 상기 영상 처리 시스템은: 복수의 2차원(2D) 투영 영상을 수신하고; 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하고; 상기 복수의 2D 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값을 포함하는 3차원(3D) 영상 공간을 재구성하고; 상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 관심 특징들을 강조하기 위해 조정될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하고; 상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 다중 시야들로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하고; 상기 디스플레이 상에 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은: 상기 3D 영상 공간을 재구성하기 전에 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에서 인공물 생성 특징들을 구분하고; 주변 픽셀 값들로부터 내향 보간법에 의해 상기 복수의 2D 투영 영상 각각의 구분된 영역들에 픽셀 값들을 할당하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 상기 2D 투영 영상으로부터 구분된 인공물 생성 특징들을 상기 합성 치과 방사선 사진으로 융합하도록 추가로 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 3D 영상 공간은 구강내 단층합성에 맞춤화된 분석적 또는 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 생성된다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 필터 및/또는 딥 러닝 기술을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 치아 우식 또는 치아 골절을 포함하여 관심 특징들을 식별 및/또는 강화하도록 추가로 구성된다.

일부 다른 실시예에서, 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진은 원래의 X-선 투영들이 획득된 각도와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 시야 관점들의 범위를 나타낸다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 우식 또는 골절과 같은 관심 특징들을 강화시키기 위해 상기 3D 영상 공간에 다른 가중치 알고리즘들을 적용하도록 추가로 구성되며, 각각의 가중치 알고리즘은 다중-시야 합성 치과 방사선 사진의 고유한 세트를 생성한다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 영상의 더 높은 주파수 성분을 강조함으로써 골절을 강화하도록 구성되고; 상기 영상 처리 시스템은 영상의 저주파 성분을 강조함으로써 우식증을 강화하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 치과 영상화에 맞춤화된 필터를 사용하여 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진을 최적화하도록 추가로 구성된다. 일부 실시예에서, 상기 영상 처리 시스템은 다음 필터 기술 중 하나 이상을 사용하여 상기 3D 영상 공간을 재구성하도록 구성된다: 필터링된 역 투영(FBP), 동시 반복 재구성 기술(SIRT), 동시 대수 재구성 기술(SART), 또는 최대 가능성 기대 최대화(MLEM).

본 명세서에 개시된 주제의 일부 양태들이 위에서 언급되었고 현재 개시된 주제에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 달성되지만, 다른 양태들은 이하에서 가장 잘 설명되는 첨부 도면과 관련하여 설명이 진행됨에 따라 명백해질 것이다.

본 주제의 특징들 및 이점들은 단지 설명적이고 비제한적인 예로서 제공되는 첨부 도면과 함께 읽어야 하는 다음의 상세한 설명으로부터 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예의 방법 및 시스템에 의해 처리될 영상을 생성하기 위한 기초 역할을 하는 구강내 X-선 시스템의 도면이다.
도 2는 본 개시내용의 일부 실시예의 예시적인 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 3은 본 개시내용의 일부 실시예의 프로세스에서 일부 단계의 시각적 묘사를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 일부 실시예의 프로세스의 다양한 단계를 예시하는 흐름도이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예의 프로세스에서 일부 단계의 시각적 표현을 예시한다.
도 6은 본 개시내용의 프로세스의 단계들에 의해 전개된 3차원(3D) 영상 공간을 상이한 각도에서 보는 것이 영상의 다양한 세부사항이 보다 명확해지는 결과를 초래할 수 있지를 예시한다.
도 7은 본 개시내용의 다양한 실시예에 의해 생성된 합성 방사선 사진이 표준 방사선 사진과 비교하여 영상화된 대상에 대해 더 많은 세부사항을 제공하는지를 도시한다.
도 8a 및 도 8a는 금속 인공물 감소(MAR)를 사용하여 X-선 영상을 처리하는 것이 X-선 영상에서 금속 주변 및/또는 금속 근처의 치과 병리를 더 잘 드러낼 수 있는지를 예시한다.
도 8c 및 도 8d는 본 개시내용의 다양한 실시예에 의해 생성된 합성 방사선 사진이 표준 방사선 사진과 비교하여 영상화된 대상에 대해 더 많은 세부사항을 강조할 수 있는 지를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 일부 실시예의 프로세스의 다양한 단계가 치아의 투영 영상에 어떻게 영향을 미치는지를 예시한다.
도 10은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 X-선 영상화 및 처리 시스템의 다양한 구성요소의 블록도를 예시한다.

구강 내 단층합성(intraoral tomosynthesis)은 일부 3D 정보를 캡처할 수 있는 치과 영상화에 대한 접근 방식이다. 구강 내 단층합성 동안 저선량 X-선 투영(x-ray projection)들은 입 내부에 배치된 디지털 검출기에 대해 미리 결정된 기하학을 사용하여 제한된 각도 범위에 걸쳐 수집된다. 각 투영은 단일 표준 2D 방사선 사진에 사용되는 선량의 일부를 전달하다. 따라서 구강 내 단층합성 시 환자에게 전달되는 총 선량은 표준 2D 치과 방사선 촬영과 유사하다. 정확한 위치 지정을 보장하기 위해 광학 시스템을 사용하여, 단일 X-선 소스를 필요한 위치로 이동하여 일련의 투영 사진(projection view)를 얻을 수 있지만, 다중 소스 어레이는 여러 투영 영상을 신속하게 수집하기 위한 안정적인 접근 방식을 제공하다.

탄소 나노튜브-음극(cathode) 기술에 의해 가능하게 된 고정 X-선 소스들의 분산 어레이가 치과 단층합성 영상을 위해 개발되었다. 정지식(stationary) 구강 내 단층합성(sIOT)이라고 하는 치과 영상화(dental imaging)에 대한 이 실험적 접근 방식은 표준 2D 치과 영상화와 유사한 장치 크기, 작동 및 연구 시간을 제공하다. 이 기술은 미국 특허 번호 9,782,136 및 미국 특허 번호 9,907,520에 개시되어 있으며, 이들의 개시 내용은 그 전체가 여기에 인용에 의해 포함된다. 그러나 구강 내 단층합성 스캔을 획득하는 데 사용된 기술에 관계없이 연구 당시 수집된 정보에서 임상적으로 유용한 영상들을 생성하려면 컴퓨터 처리가 필요하다. 각각의 필요한 처리 단계들을 수행하는 일련의 컴퓨터 알고리즘들은 영상 처리 체인으로 알려져 있으며, 아래에 설명된 방법은 구강 내 단층합성 영상들로부터 다중-시야(multi-view) 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 새로운 영상 처리 체인이다.

다중 시야 합성 치과 방사선 사진은 구강 내 단층합성에 의해 수집된 정보의 고유한 표시를 나타내는데, 이 같은 컴퓨터 생성 영상들의 세트는 여러 관점에서 일련의 X-선가 얻어진 경우 관찰자(viewer)가 볼 수 있는 것을 재현하기 때문이다. 이러한 방식으로 단일 치과 방사선 사진에 대해 일반적인 선량으로 영상화하면 여러 각도에서 촬영된 것처럼 보이는 여러 컴퓨터 생성 영상들이 생성된다. 이러한 방식으로 3D 치과 X-선 정보를 제시하는 데는 몇 가지 이점이 있다. 첫째, 합성 영상은 영상들의 획득에 사용된 각도뿐만 아니라 모든 각도에서 생성될 수 있다. 따라서 관심 부위(site-of-concern)는 스캔이 완료된 후 선택할 수 있는 다양한 관점에서 시각화할 수 있다. 둘째, 합성 영상은 표준 2차원 치과 방사선 사진과 유사하게 나타나므로 해석에 추가적인 훈련이나 경험이 필요하지 않다. 셋째, 합성 영상을 생성하는 데 사용되는 처리 단계는 구강 내 단층합성 영상에 일반적으로 존재하는 인공물을 제거할 수 있는 기회를 제공하다. 마지막으로, 3D 영상 공간(3D image space)의 분석을 통해 관심 있는 특정 특징들을 식별할 수 있다. 이러한 특징들은 합성 영상에서 강조 표시되어 독자에게 제공되는 정보의 진단 가치를 잠재적으로 향상시킬 수 있다. 이와 같이 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 능력은 구강 내 단층합성의 임상적 유용성을 향상시킬 것으로 기대된다.

여기에 설명된 시스템과 방법은 치과 임상에 실용적인 기술을 사용하여, 일부 깊이 정보를 캡처할 수 있는 저선량 치과 X-선 영상화 기술인 구강 내 단층합성에 의해 수집된 정보를 표시하는 새로운 접근 방식을 제공함으로써 치과 방사선 촬영의 진단 가치를 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 본 개시는 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 처리 방법을 포함한다. 여기에 설명된 프로세스 및 시스템은 구강 내 치과 영상화 및 진단의 컴퓨터 관련 기술을 개선한다. 합성 영상은 컴퓨터 처리를 통해 수학적으로 생성되기 때문에, 연구 당시에 이전에 획득한 정보를 사용하여 다양한 관점(perspective)에서 촬영한 X-선의 모양(appearance)을 복제할 수 있다. 이러한 방식으로 인해, 영상을 해석할 때 특정 관심 부위의 표시를 최대화하기 위해 다른 시야 관점들(viewing perspectives)을 선택할 수 있기 때문에 구강 내 치과 영상 기술이 향상된다. 다시 말해, 기존의 치과 영상 기술에서는 이전에 볼 수 없었던 치아 병변 및 충치가 (상당한 X-선 노출 없이) 여기에 설명된 기술을 사용하여 더 잘 보이다.

또한, 여기에 공개된 방법 및 시스템은 환자의 구강 내부의 특정 특징들을 강조하여 치과 전문가에 의한 빠른 결론이 가능하도록 함으로써, 치과 전문가가 여러 2D 영상을 살펴보는 데 소요해야 하는 시간을 최소화하여 컴퓨터 관련 치과 영상화 기술을 향상시킨다. 소프트웨어의 도움으로 달성된, 여기에 설명된 시스템 및 방법은 집합적으로 영상 처리 체인(image processing chain)으로 알려진 일련의 영상 처리 단계를 포함하다. 각 단계는 영상에서 정보의 주요 조작을 수행하므로 함께 연결될 때 결과는 임상적으로 유용한 고유한 치과 영상들 세트가 되어 구강 내 치과 영상화의 컴퓨터 관련 기술을 더욱 향상시킨다.

영상 처리 체인은 먼저 연구시에 수집된 투영 영상들 세트에서 사용 가능한 2D 정보로부터 3D 영상 공간을 구성하다. 그런 다음 전방 투영 알고리즘은 3D 영상 스택의 정보를 적어도 2개의 임의의 시야각(viewing angle)으로부터 정보를 표시하는 복수의 합성 치과 방사선 사진에 통합한다. 이러한 방식으로 단일 치과 방사선 사진에 대해 일반적인 선량으로 영상화하면 다른 관점들에서 찍은 것처럼 보이는 여러 컴퓨터 생성 영상이 생성된다. 이러한 관점들이 원래 X-선 투영들을 획득했던 관점들과 동일할 필요가 없기 때문에, 연구가 완료된 후 특정 관심 부위를 가장 잘 표시하는 시점(view)들을 선택할 수 있다. 본 개시는 또한 최종 치아 영상들의 진단 가치를 향상시킬 수 있는 추가 처리 단계를 포함하다. 이러한 추가 처리 단계는 일반적으로 필터링, 금속 인공물 감소(MAR) 및 관심 특징 강화로 설명할 수 있으며 각각은 치과 영상에 맞춤화된다. 전체적으로 볼 때 치과 X-선 영상을 처리하고 제시하는 이 새로운 방법은 구강 내 단층합성의 임상적 유용성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

이 설명은 본 개시의 대표적인 실시예를 묘사함으로써 본 명세서에서 논의된 개념을 예시하도록 설계된 도면과 함께 읽어야 한다. 다만, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 본 개시가 특정한 실시예로 한정되는 것으로 해석되도록 도면들이 해석되어서는 안된다. 유사하게, 이 상세한 설명은 명료함을 위해 특정 용어를 포함하지만, 이러한 특정성은 본 개시가 임의의 특정 실시예로 제한 해석되는 것으로 의도하는 것은 아니다.

본 명세서의 주제는 구강 내 단층합성에 의해 획득된 정보를 처리하기 위한 새로운 방법을 개시하며, 이는 치과 X-선 영상을 위한 저선량, 제한 각도 단층 촬영 기술이다. 치과 영상에 대한 이러한 접근 방식을 통해 일반적인 치과 진료실에 통합할 수 있는 장비를 사용하여 일부 깊이 정보를 수집할 수 있다. 보다 구체적으로, 여기에 제시된 개시 내용은 원본 X-선을 얻은 각도에 관계없이, 스캔이 완료된 후 시야 관점들을 선택할 수 있는 고유한 기능을 통합한 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 방법이다. 이와 같이, 관심 부위의 표시를 최대화하는 시야각을 선택할 수 있어 잠재적으로 치과 방사선 사진의 진단 가치를 향상시킬 수 있다.

소프트웨어의 도움으로, 본 개시내용의 시스템 및 방법은, 시스템이 구현하기 위한 하나 이상의 프로세서(컴퓨터) 및 최종 영상 결과물들을 디스플레이하는 디지털 모니터를 포함하는 한, 구강 내 검출기의 위치를 참조하여 임의의 구강 내 단층합성 시스템에 적용될 수 있다. 구강 내 단층합성 장치는, 구강 내 검출기에 상대적으로 고정된 기하학적 구조를 사용하여, 제한된 각도 범위에 걸쳐 일련의 투영 영상들을 수집하여 작동하다. 일련의 투영 영상들은 위치 지정(positioning)을 위한 광학 단서들(optical clues)을 사용하여 정확한 위치로 이동되는 단일 X선 소스에 의해 또는 분산된 소스들의 어레이에 의해 획득될 수 있다. 분산된 소스들의 어레이는 도 1에 도시된 바와 같이 정확한 방향으로 잠그기 위해 어떤 방식으로든 검출기에 선택적으로 연결될 수 있다. 단층합성 스캔을 얻는 데 사용된 시스템에 관계없이, 이 투영 영상들 세트에서 사용할 수 있는 정보는 여기에 설명된 방법의 시작점을 제공하다. 이 방법은 일련의 영상 처리 단계들로, 합성 치과 방사선 사진들의 세트를 생성하기 위해 투영 영상들의 정보를 조작한다. 이러한 설명은 치과 영상 기술 및 영상 처리 소프트웨어 분야의 통상의 기술자에게 여기에 제공된 시스템 및 방법의 기능을 전달해야 하다.

도 1은 구강내 단층합성 장치(100)의 개략도이다. 도 1은 구강내 단층합성 장치(100)를 도시하지만, 통상의 기술자는 다양한 영상화 시스템이 본 명세서에 기술된 프로세스를 수행하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시내용이 구강내 단층합성 및 치과 방사선 사진을 참조하여 본원의 주제를 주로 설명하지만, 통상의 기술자는 본원의 시스템 및 방법이 치과가 아닌 관련 영상화에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서의 개시는 치과 또는 구강내 관련 영상화 단독으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어 제한 없이, 여기에 설명된 시스템 및 방법은 대상 신체의 다양한 다른 부분의 영상화뿐만 아니라 유방 영상화를 위해 캡처된 단층합성 영상들에 대해 유사한 조작을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이 도면에서, 분포된 X-선 소스(104)들의 어레이를 포함하는 X-선 소스(102)는 고정된 기하학적 구조를 유지하기 위해 구강내 X-선 검출기(108)에 연결된다. 일부 실시예에서, X-선 소스(102)는 구강내 X-선 검출기(108)로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 구강내 단층합성 장치(100)는, 2D 투영 영상들(projection images)의 세트를 제공하기 위해 여러 각도에서 대상(110)(즉, 예를 들어 및 제한 없이, 치과 환자의 치아 또는 입)의 X-선 노출(106)을 캡처하도록 구성되며, 이는 여기에 설명된 방법 및 프로세스의 시작점 역할을 한다.

도 2는 구강내 단층합성 스캔 또는 다른 적절한 영상화 방법에 의해 획득된 정보로부터 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 방법 또는 영상 처리 체인(200)의 단계를 도시하는 흐름도를 도시한다. 이 도시의 목적은 각 단계가 다른 단계가 의존하는 작업을 수행하는 방법을 보여주기 위해 영상 처리 체인의 대표적인 실시예를 제공하는 것이다. 그러나 이러한 단계들은 서로 다른 방식으로 연결될 수 있고 다양한 알고리즘에 의해 달성될 수 있기 때문에, 도 2는 개시 내용을 이러한 특정 실시예로 제한하도록 해석되어서는 안 된다. 또한, 통상의 기술자는 영상 처리 체인(200)의 단계들 중 하나, 일부 또는 모두가, 하나 이상의 코어를 포함하는 하나의 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는 하나 이상의 프로세서에 의해 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 영상 처리 체인(200)의 각 단계는 별도의 컴퓨터 프로그램/서브루틴 또는 단일 서브루틴 또는 컴퓨터 프로그램 기능에 의해 수행될 수 있다. 더욱이, 통상의 기술자는 영상 처리 체인(200)의 단계들이 중앙에 위치된 처리 엔진 또는 분산 처리 메커니즘들을 포함하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해 수행될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 방식으로, 전용 프로세서들, 하드웨어, 서브루틴들, 주문형 집적 회로(ASICS) 또는 기타 구성요소들이 영상 처리 체인(200)의 일부 또는 모든 단계를 수행할 수 있다.

일부 실시예에서, 영상 처리 체인(200) 또는 방법의 제1 단계(202)는 여러 시야각(multiple viewing angle)으로부터 하나 이상의 X-선 투영을 생성하거나 캡처하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, X-선 투영을 캡처하는 방법은 구강내 단층합성을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 이 방법은 구강내 X-선 검출기를 대상의 입에 위치시키는 것을 더 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 하나 이상의 X-선 소스에 대한 구강내 X-선 검출기의 위치를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 구강내 X-선 검출기에 대해 여러 시야각으로부터 하나 이상의 X-선 투영을 생성하거나 캡처하고, 이어서 이하에서 추가로 논의되는 바와 같이 처리하기 위해 하나 이상의 X-선 투영 영상을 하나 이상의 프로세서로 전송하는 것을 포함할 수 있다. 이 설명이 구강내 단층합성에 대해 본 명세서의 주제를 설명하지만, 통상의 기술자는 다른 영상화 방법이 또한 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, X-선 투영이 캡처되거나 생성된 후, 이 방법은 구강 내 단층합성(또는 기타 영상화 방법) 스캔 시점에서 획득한 X-선 투영들의 세트에 포함된 정보를 조작함으로써 복수의 2D 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 것을 포함한다. 상기 "정보"는 디지털 구강 내 X-선 검출기에 의해 각 픽셀에서 측정된 강도 값을 말하며, 디지털 구강내 X-선 검출기는 저장을 위해 정보를 컴퓨터 메모리로 전송하다. 컴퓨터에서 사용할 수 있게 되면, 정보는 모니터, 디스플레이 또는 스크린에 디지털 영상으로 표시될 수 있고, 처리(컴퓨터 프로그램 또는 알고리즘)를 통해 조작할 수도 있다. 여기에 설명된 영상 처리 체인(200)은 이러한 픽셀 강도 값들을 조작함으로써 작동하다.

일부 실시예에서, 제2 단계(204)에서, 이 방법은 치과 영상에 맞춤화된, 복수의 2D 투영 영상을 필터링하는 것을 포함한다. 이러한 필터링은 예를 들어 노이즈를 줄이기 위한 처리, 특정 픽셀 강도로 관심 영역을 강조 표시하거나 구분(segment)하는 처리를 포함할 수 있다. 필터링은 이 초기 단계에서 추가 처리를 위해 투영 영상의 픽셀 강도 값을 준비하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 구강 내 단층합성 영상의 고대비(high contrast) 특징들 주위에 존재하는 중요한 인공물을 감안하면 이러한 특징들을 3D 영상 공간을 생성하기 전에 투영 영상에서 식별하고 제거하거나 줄일 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 단계(206)에서, 본 개시내용의 방법은 인공물(artifact) 감소, 예를 들어 그리고 제한 없이, 금속 인공물 감소가 필요한지 여부를 결정하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 높은 X-선 감쇠 물질의 존재에 대응하는 상당한 영역을 식별함으로써 인공물의 감소가 필요한지 여부를 결정한다. YES이면, 일부 실시예에서, 영상 처리 체인(200)은 제4 단계(208)로 이동한다. 일부 실시예에서, 처리 체인은 인공물의 영향을 줄이기 위해 픽셀 값들을 조작함으로써 인공물을 감소시킨다. 이러한 인공물 감소 접근 방식의 일 실시예는 도 9의 설명과 함께 상세하게 설명된다.

인공물 감소가 필요하지 않은 경우 영상 처리 체인(200)은 프로세스의 제5 단계(210)로 이동하고 제4 단계(208)를 건너뛴다. 또한, 인공물 감소가 필요했던 경우, 그 감소가 발생한 후에 영상 처리 체인(200)은 또한 제5 단계로 이동한다. 수정된(즉, 필터링된 및/또는 인공물 감소) 투영 영상에서 이용 가능한 정보는 3D 영상 공간을 생성하는 데 사용될 수 있다. 수정된 2D 투영 영상들의 세트에서 사용할 수 있는 정보로부터 3D 영상 공간을 생성하는 처리를 집합적으로 "재구성"이라고 한다. 여기에 제시된 방법은, 상기 처리가 구강내 단층합성을 포함하는 치과 영상화에 맞춤화되는 한, 필터링된 역 투영(FBP)에서 SIRT(동시 반복 재구성 기술), SART(동시 대수 재구성 기술) 또는 최대 가능성 기대 최대화(MLEM)와 같은 대수 또는 통계 기술에 의한 반복적 및/또는 분석적 재구성에 이르기까지 다양한 범위의 임의의 재구성 접근 방식을 수용할 것이다. 일부 실시예에서, 3D 영상 공간은 계산된 강도 값들을 갖는 복셀들(voxels) 또는 복셀 값들(voxel values)의 매트릭스(matrix)이다.

영상 재구성 방법에 대한 초기 참조의 예는 다음과 같다:

FBP: L. A. Feldkamp, L. C. Davis, and J. W. Kress, "Practical cone beam algorithm," J. Opt. Soc. Am. A, vol. 1, pp. 612-9, June 1984.

SIRT: P. Gilbert, "Iterative methods for the reconstruction of three dimensional objects from their projections," J. Theor. Biol., vol. 36, pp. 105-117, 1972.

SART: A. H. Andersen and A. C. Kak, "Simultaneous algebraic reconstruction technique (SART): A superior implementation of the art algorithm," Ultrason. Imaging, vol. 6, pp. 81-94, Jan. 1984.

MLEM: Dempster A, Laird N, and Rubin D, "Maximum likelihood from incomplete data via the EM algorithm, Journal of the Royal Statistical Society, 39, 1-38, 1977.

3D 영상 공간이 사용 가능해지면 치과 영상화에 맞춤화된 기술을 사용하여 관심 특징들을 식별하고 강조할 수 있는 기회를 제공한다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 제6 단계(212), 즉 관심 특징들을 강조하기 위해 다양한 기술을 사용하여 복셀 값들(voxel values)을 조작하는 단계를 더 포함한다. 여기에 제시된 방법에 적용 가능한 기술은 필터 또는 딥 러닝 접근 방식과 같은 다양한 알고리즘을 포함한다. 일반적으로 이러한 알고리즘은 관심 있는 특정 특징들을 식별 및/또는 강화하기 위해 조정 가능하거나 조절 가능한 가중치 함수(weighting function)를 3D 영상 공간에 적용하다. 예를 들어, 제한 없이, 특징 강화는 우식 강화, 골절 강화, 또는 임의의 다른 적절한 특징 강화 프로세스를 포함할 수 있다. 이 방법의 다른 실시예에서 발생할 수 있는 것 같이, 가중치 함수는 복셀들을 강도별로 정렬한 다음, 관심 특징을 가릴 수 있는 복셀 값들을 억제하면서 관심 특징의 일반적인 강도 값으로 복셀들을 수학적으로 강조하며, 가중치 함수는 영상의 다른 주파수 성분들을 강조할 수 있다. 우식이나 골절과 같은 다른 특징들은 상당히 다른 영상 속성을 갖기 때문에 가중치 함수는 특정 특징을 선택적으로 강화시키기 위해 조정 가능한 매개변수를 가져야 하다. 예를 들어 치과 의사가 골절에 대해 우려하는 경우, 고주파 영상 성분들을 강조하는 가중치를 부여하면 골절을 볼 가능성이 향상될 수 있으며 이는 영상의 미세한 가장자리(고주파 특징)로 감지될 수 있다.

3D 영상 공간이 생성 또는 재구성되고 관심 특징 강화가 발생하면 일부 실시예에서 방법은 제8 단계(216), 즉 3D 영상 공간의 이용 가능한 정보로부터 복수의 다중-시야 2D 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 단계를 포함하다. 추가로, 영상 처리 체인(200)이 인공물 감소를 수행했다면(즉, 제4 단계(208)로 진행), 이러한 영상은 제7 단계(214)를 거치며, 여기서 인공물 감소가 발생한 영역 주변을 강화시키기 위해 특징 교체 절차가 발생한다. 추가로, 일부 실시예에서, 상기 방법은 제9 단계(218), 즉 2D 합성 치과 방사선 사진들을 필터링하여 하나 이상의 관심 특징의 디스플레이를 개선하는 단계를 포함한다. 이러한 필터링 단계는 노이즈 감소에 의한 평활화, 에지 강화에 의한 선명화, 관심 특성 강화를 위한 히스토그램 재조정을 포함할 수 있지만 이에 국한되지 않다. 마지막으로, 제10 단계(220)에서, 일단 복수의 2D 합성 치과 방사선 사진이 처리되면, 그들 모두 또는 일부가 치과 전문가 또는 다른 사람이 볼 수 있도록 디스플레이에 표시될 수 있다.

도 3은 영상 처리 체인의 단계들의 서브세트(subset)(300)의 논리도를 도시한다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 영상 처리 체인은, 3D 영상 공간(304)을 수학적으로 생성하기 위해 치과 영상들이 캡처될 때 획득된 투영 영상들의 세트에서 이용 가능한 2D 정보(302)를 사용한다. 아래에서 더 자세히 설명되듯이, 3D 영상 공간(304)은 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 데 필요한 정보를 포함하는 수학적 구성이다. 필터링, 인공물 감소 및 특징 강화와 같은 추가 알고리즘을 통해 아래에 설명된 바와 같이 하나 이상의 관심 특징의 표시를 개선할 수 있다. 3D 영상 공간(304)이 생성되면, 다중-시야 치과 방사선 사진(306)들의 세트는 3D 영상 공간(304)으로부터 합성적으로(즉, 하나 이상의 프로세서에 의해) 생성될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는, 우식 강화 합성 방사선 사진(400A)들 및 골절 강화 합성 방사선 사진(400B)들을 포함하는 다양한 특징 강화 영상들을 생성하는 것 사이의 작은 차이를 도시하는 흐름도이다. 우식 강화 합성 방사선 사진 흐름도(400A)에서, 전술한 바와 같이, 프로세스(402A)의 제1 단계는 구강 내 투영 영상들을 캡처하거나 생성하는 것이다. 일단 영상들이 캡처되면, 본 명세서에 설명된 바와 같이 3D 영상 공간 또는 3D 영상 스택(406A)으로 재구성된다(404A). 거기로부터, 일부 실시예에서, 3D 영상 스택(406A)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 처리되고 필터링되어(408A), 치아의 우식을 자세히 설명하는 특징을 강화시킨다. 일부 실시예에서, 대상의 임의의 우식을 더 잘 강조하고 강화시키기 위해, 프로세스는 우식의 가시성을 개선할 수 있는 저주파 성분을 선택적으로 강조하는 것을 포함할 수 있다. 그 다음 우식 강화 영상 스택(410A)은 예를 들어 제한 없이 모니터, 디스플레이, 또는 스크린에 전방 투사되어(412A), 치과 의사, 치과 위생사, 의사 또는 다른 관찰자가 하나 또는 그 이상의 2D 우식 강화 합성 방사선 사진들을 볼 수 있도록 하며(414A), 여기서 방사선 사진들 각각은 우식 강화 3D 영상 스택(410A)으로부터 하나 이상의 프로세서에 의해 합성된다.

골절 강화 합성 방사선 사진(400B)들을 생성하는 방법은 우식 강화 합성 방사선 사진(400A)들을 생성하는 방법과 거의 동일하다. 그러나 일부 실시예에서, 골절 강화 합성 방사선 사진(400B)들을 생성하는 방법에서 우식(408A)을 강화하기 위한 필터링 대신에, 골절 강화 합성 방사선 사진(400B)들을 생성하는 방법은, 저주파 성분의 선택 및/또는 픽셀 값들의 임계값 처리(thresholding) 같은 영상(408B)의 배경을 분리하기 위한 필터링을 포함하다. 또한, 예를 들어 영상의 더 높은 주파수 성분을 선택적으로 강조하여 영상을 필터링할 수 있으며, 이는 작은 골절의 가시성을 향상시킬 수 있다. 일단 필터링되면, 배경 분리된 3D 영상 스택(410B)은 골절과 같은 일부 특징을 강화시키기 위해 선택될 수 있다. 특징이 강화된 3D 영상들은 배경 겹침 조직 영상(414B)들과 함께 적층(stack)되어 전방 투사되어 2D 골절 강화 합성 방사선 사진(416B)들을 생성할 수 있다.

도 5는 본 개시내용의 영상 처리 체인의 일부 단계의 또 다른 묘사는 물론 이들이 X-선 영상화 시스템의 물리적 구조와 상호작용하는 방식을 설명한다. 시스템 예시(500)는 본 발명의 방법 및 시스템의 일부를 구성하는 물리적 구조 및 가상 프로세스 모두를 묘사하다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 공간적으로 분포된 X-선 소스(104)들의 어레이는 대상(110)을 다른 각도에서 X-선 방사선(106)에 노출시켜 하나 이상의 구강 내 단층합성 투영 영상(502)를 생성하도록 구성될 수 있다. 투영 영상(502)들이 검출기(108)(이 도면에서는 보이지 않지만 대상(110) 뒤에 위치됨) 에 의해 캡처되고, 처리를 위해 하나 이상의 프로세서(이 도면애는 도시되지 않음)로 전송된다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 프로세서는 하나 이상의 구강내 단층합성 2D 투영 영상들을 3D 영상 공간(506)으로 재구성하도록 구성된다. 일단 3D 영상 공간(506)이 생성되고 여기에 설명된 3D 영상(506)의 데이터의 다양한 필터링 및 조작이 완성되면, 하나 이상의 프로세서는 조작된 3D 영상 공간(508)의 다양한 각도로부터 하나 이상의 다중-시야 합성 2D 영상(510)들을 디지털 방식으로 생성하도록 구성된다.

도 5는 3D 영상 공간에 현재 존재하는 강화된 정보로부터 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들을 생성하는 영상 처리 체인의 단계의 예를 추가로 도시하다. 3D 영상 공간에 있는 정보는 임의의 각도에서 합성 치과 방사선 사진에 투영될 수 있으므로, 이 방법은 표준 2D 방사선 사진이 선택한 시야각(viewing angle)에서 얻은 경우 나타나는 방식을 복제함으로써 치과 영상을 표시하는 고유한 접근 방식을 제공한다. 다양한 관점을 제공함으로써 합성 영상들의 세트는 특정 관심 부위를 가장 잘 표시할 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 본 명세서의 개시는 치과 또는 구강내 관련 영상 단독으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 예를 들어 제한 없이, 여기에 설명된 시스템 및 방법은 대상 신체의 다양한 다른 부분의 영상화 뿐만 아니라 유방 영상화를 위해 캡처된 단층합성 영상들에 대해 유사한 조작을 수행하는 데 사용될 수 있다.

도 6은 특정 관심 특징을 향상시키기 위해 3D 영상 공간에 조정 가능한 가중치 함수(weighting function)를 적용하는 효과를 설명하다. 도 6은 본 개시의 시스템 및 방법의 부분적인 시스템 예시(600)이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 조작된 3D 영상 공간(508)으로부터 여러 각도에서 다중-시야 합성 2D 치과 방사선 사진들이 생성되어 도 5의 것과 비교하여 추가적인 특징 강화를 제공할 수 있다. 예를 들어, 영상의 고주파 성분을 선택적으로 강조하면 작은 골절의 가시성을 향상시킬 수 있고, 저주파 성분을 강조하면 우식의 가시성을 향상시킬 수 있다. 각 가중치 함수를 적용하면 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들의 고유한 세트가 생성된다. 다시 말해서, 3D 영상 공간의 데이터 조작에 기초하여 우식 강화 영상(512) 및/또는 골절 강화 영상(514)이 생성될 수 있다.

도 7은 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 시스템 및 방법을 사용하여 생성된 합성 방사선 사진(702)과 이전에 이용 가능한 기술에 따라 생성된 표준 방사선 사진(704)들 간의 비교(700)를 나타낸다. 비교 사진들에 도시된 바와 같이, 합성 방사선 사진(702)들은 추가적인 우식 및 치아 질환/병변이 발견되고 건강한 조직과 구별될 수 있도록 보다 상세하게 보여준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 합성 방사선 사진(702)은 특정 영역 또는 관점에 대해 여러 각도(706)로부터 생성될 수 있다. 반면에 표준 방사선 사진(704)은 여러 각도에서 생성될 수 없으며 단일 각도(708)에서 생성된다. 여러 각도(706)에서 볼 수 있듯이 두 개의 치아가 접촉하는 영역의 치아 표면들은 합성 방사선 사진(702)들의 특정 시야각에서만 분리될 수 있는데, 이는 단지 합성 방사선 사진 영상들에서만 가능하다. 반면에, 표준 방사선 사진(704)에서 겹치는 표면들은 치아 경계를 흐리게 하여 해당 영역의 잠재적인 우식에 대한 적절한 진단을 방해한다.

도 8a 및 도 8b는 금속-인공물 감소(MAR, metal-artifact reduction)를 사용하여 재구성된 영상과 MAR 없이 재구성된 영상 간의 추가 비교(800A 및 800B)를 제공한다. MAR을 사용하여 영상을 재구성할 때 비교(800A)에서 볼 수 있듯이, MAR을 사용하지 않고 재구성한 영상에 비해 임플란트 나사 주변 조직이 훨씬 더 잘 보이고 병리학도 훨씬 더 잘 보이다. 비교 영상(800A) 아래의 그래프는 MAR이 있는 영상과 없는 영상 간의 픽셀 강도의 차이를 나타낸다. 도시된 바와 같이, MAR이 없는 픽셀 강도는 MAR이 있는 픽셀 강도보다 나사 가장자리 주변에서 훨씬 낮다. 비교(800B)는 확대된 방사선 사진을 보여주며, 여기에서 MAR이 있는 영상은 금속 충전재(밝은 흰색 무정형) 아래 충치를 명확하게 식별하는 반면 MAR이 없는 영상은 충치가 있는지 여부가 불분명하다. 최소한 MAR이 없는 영상은 금속 인공물이 영상을 왜곡할 가능성이 있기 때문에 전문가가 해당 영역을 무시하도록 할 수 있는 상당한 양의 거짓 양성(false positive)을 나타낸다.

도 8c 및 도 8d를 참조하면, 합성 방사선 사진(802C, 802D)과 표준 방사선 사진(804C, 804D) 간의 더 많은 비교(800C, 800D)가 도시되어 있다. 도 8c에서, 비교(800C)는 본 발명 주제의 영상 처리 체인의 필터링 프로세스의 일부, 금속 인공물 감소가 구강 내 금속 물체(예: 나사, 충전물, 외과용 임플란트 등) 주변의 금속 인공물을 더 잘 줄이는데 사용되고 합성 방사선 사진(802C)을 보는 전문가에게 영상화되는 대상을 더 잘 시각화되도록 하는지를 설명한다. 통상의 기술자는 합성 방사선 사진(802C)에서 충전물 주변 영역이 훨씬 더 명확하게 정의되고 동일한 치아를 촬영한 표준 방사선 사진(804C)에 필적한다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

도 8d에 도시된 바와 같이, 비교(800D)는 여기에서 골절 강화 필터링이 영상화된 대상의 골절에 대해 더 자세한 정보를 제공하는지를 보여준다. 합성 방사선 사진(802D)에 도시된 바와 같이, 명확하게 정의되고, 조직을 따라 진행하는 뚜렷한 선 또는 균열이 있다. 균열이나 선은 표준 방사선 사진(804D)에서 명확하게 보이지 않는다.

도 9는 영상이 본 개시의 실시예 동안 보는 사람(view)에게 이러한 변경이 나타날 것이며, 인공물 감소 접근법의 처리 단계 중 일부에 의해 영상이 조작될 때의 영상 정보의 변경을 도시하는 흐름도(900)이다. 그러나 각 주요 단계를 완료하기 위한 다양한 기술 뿐만 아니라 이러한 단계를 적용할 수 있는 전체 영상 처리 체인 내의 다른 위치를 포함하여, 인공물 감소를 달성하는 데 잠재적으로 많은 접근 방식이 있으므로 본 발명 개시가 이 특정 실시예에 제한되는 것으로 도면이 해석되어서는 안된다. 아말감 및 임플란트 포스트와 같은 금속을 포함하여 입안에 인공물을 생성하는 물체가 자주 존재하기 때문에. 인공물 감소는 구강 내 단층합성을 위한 영상 처리 체인을 개발할 때 중요하다. 병리를 숨길 수 있는 이러한 인공물은 3D 영상 공간을 생성하는 데 필요한 처리의 결과이며 최종 합성 영상을 생성하는 알고리즘에 의해 증폭될 수 있다. 이와 같이, 디스플레이된 영상의 임상적 가치를 최대화하기 위해 이러한 인공물을 최소화하기 위해 일부 실시예에서 인공물 감소 기술이 필요하다. 도 9의 대표적인 접근법에 도시된 바와 같이. 인공물 감소는 투영 영상 레벨에서 시작된다. 제1 영상(902)은 예를 들어 비제한적으로 구강 내 단층합성에 의해 캡처된 그러한 예시적인 2D 투영 영상을 나타낸다.

일단 제1 영상(902)이 캡처되면, 프로세스는 구분(segmentation)(904) 및 그 후의 인공물 생성 특징에 대응하는 픽셀 값들의 제거로 계속된다. "구분"은 인공물 생성 특징과 같은 특정 특징을 구성하는 픽셀들을 식별하는 것을 의미하다. 치과 영상에 맞춤화된 여러 구분 접근 방식을 구상할 수 있으며, 이들 모두는 여기에 제시된 방법에 적용할 수 있다. 예를 들어, 치과 영상의 많은 특징이 배경에 비해 높은 대비(contrast)를 갖고 날카로운 가장자리를 포함하므로 이 방법의 일 실시예는 가장자리 검출 구분 방법들을 포함할 수 있으며 이 방법들은 각각 특징 및/또는 경계를 정의하는 픽셀들의 임계값 처리(thresholding) 및/또는 픽셀들을 식별하는 영상의 구배 크기(gradient magnitude)의 임계값 처리를 포함하며, 여기서 "임계값 처리"는 정의된 정의된 레벨보다 높은 강도 값을 갖는 픽셀의 식별을, "구배 크기"는 영상의 픽셀 값들 사이의 상대적인 변화를 나타낸다. 흐름도(900)의 제2 영상(906)은 본 개시내용의 일부 실시예에 따라 구분된, 구분된 2D 투영 영상을 예시한다.

구분 후, 영상 처리 체인을 진행하기 위해 인공물 생성 특징의 픽셀 값들을 교체해야 하다. 따라서, 특징은 특징 충진 단계(908) 동안 충진되어야 하다. 보간 기반 인-페인팅(in-painting)과 같은 방법을 사용하여 특징 충진 단계(908)에 대한 적절한 픽셀 값들을 추정할 수 있다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 2D 투영 영상들(즉, 3D 영상 공간으로 재구성되기 전의 영상들) 각각에 대한 주변 픽셀 값들로부터 내부 보간(inward interpolation)에 의해 구분된 영역들에 픽셀 값들이 할당된다. 그러나 투영 영상으로부터 제거된 특징은 진단적 가치를 가질 수 있으며, 따라서 일부 실시예에서는 디스플레이 전에 최종 합성 영상들에 반환되어야 하다. 특징이 충진되면 영상은 제3 영상(910)과 유사하게 보일 것이다. 이것은 3D 영상 공간으로 재구성(912)될 2D 투영 영상 중 하나를 나타낸다. 제4 영상(914)은 재구성(912) 단계 이후의 3D 영상 공간으로부터의 예시적인 슬라이스를 묘사한다. 3D 영상 공간이 생성되면, 합성 치과 방사선 사진들이 생성된다(916). 이 표현에서 합성 치과 방사선 사진들은 충진된 특징들을 포함하다. 원래의 투영 영상에서 상기 구분된 픽셀의 위치를 사용하여, 합성 영상을 생성하는데 사용되는 선택된 시야각에 적절한 모양과 방향으로 합성 치과 방사선 사진에서 상기 특징이 대체될 수 있다. 제5 영상(918)은 충진된 특징을 갖는 합성 치과 방사선 사진을 예시한다.

합성 치과 방사선 사진은 최종 영상의 품질을 개선하기 위해 추가 필터링을 적용하여 최적화할 수 있다. 이 방법의 일부 실시예에서 볼 수 있는 바와 같이, 필터링은 독자가 특정 치과 영상화 작업을 위해 선택할 수 있는, 일련의 맞춤형 및 보완 필터를 포함할 것이다. 예를 들어, 치아 골절의 표시를 최대화하기 위해 노이즈를 줄이기 위한 가장자리 보존 저역 통과 필터링이 골절 가장자리를 강조하기 위한 고역 통과 필터링과 조합될 필요가 있다. 최종 합성 치과 방사선 사진이 표시될 준비가 되기 전에, 예를 들어 그리고 이에 국한되지 않고, 충전물 또는 임플란트와 같은 일부 특징이 교체된다(920 및 924). 이 단계는 교체될 특징의 세부사항을 결정하기 위해서 원래의 투영 영상(즉, 제1 영상(902))를 검사하는 것을 포함한다. 마지막으로, 제6 영상(922)은 모든 필터링 및 조작이 완료된 후 최종 합성 치과 방사선 사진이 어떻게 보이는지를 예시한다. 그런 다음 최종 합성 영상들의 세트는 예를 들어 그리고 제한 없이 치과 전문가와 같은 보는 사람이 볼 수 있도록 표시된다.

도 10은 본 개시의 시스템(1000)의 구성도를 예시한다. 예를 들어 그리고 제한 없이, 이 시스템(1000)은 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이 대상의 하나 이상의 X-선 영상을 캡처하도록 구성된 X-선 영상화 장치(1030)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, X-선 영상화 장치(1030)는 디스플레이(1010) 및/또는 영상 처리 시스템(1020)과 통신한다. 일부 실시예에서, 영상 처리 시스템(1020)은 무선 또는 유선 연결을 통해 X-선 영상화장치(1030)로부터 하나 이상의 2D 투영 영상을 수신하도록 구성된다. 위에서 설명된 바와 같이, 2D 투영 영상들은 대상에 대해 다른 각도들에서 취해질 수 있고 X-선 영상화 장치(1030)에서 영상 처리 시스템(1020)으로 전송될 수 있다.

일부 실시예에서, 영상 처리 시스템(1020)은 하나 이상의 프로세서(1022) 및 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 메모리(1024)를 포함한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 프로세서는 본 명세서에 설명된 다양한 프로세스에 따라 2D 투영 영상들을 조작하도록 구성될 수 있다. 통상의 기술자는 메모리(1024)가 영상 데이터, 위에서 설명된 다양한 프로세스를 수행하기 위한 실행 가능한 명령어, 또는 임의의 다른 적절한 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 프로세서(1022)는 다중 코어를 갖는 단일 프로세서, 또는 여러 개의 개별 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(1022)가 위에서 설명된 바와 같이 영상 조작을 완료하면, 영상 처리 시스템(1020)은 영상을 디스플레이(1010)에 전송하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 통상의 기술자는 영상 처리 시스템(1020)이 보는 사람이 디스플레이(1010) 상의 버튼 또는 일부 다른 도구를 통해 영상을 요청할 때 조작된 영상을 디스플레이(1010)에 전송하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 영상 처리 시스템(1020)은 영상 조작 프로세스가 완료된 후에 조작된 영상을 디스플레이(1010)에 자동으로 전송하도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 디스플레이(1010)는 X-선 영상화 장치(1030)로부터 X-선 영상(즉, 조작되지 않은 영상) 또는 영상 처리 시스템(1020)으로부터 하나 이상의 합성 치과 방사선 사진(즉, 본 명세서에 설명된 프로세스에 따라 조작된 X-선 영상)을 수신하도록 구성된다. 일단 수신되면, 디스플레이(1010)는 보는 사람으로부터의 자동 또는 수동 요청에 기초하여 수신된 영상 중 하나 이상을 디스플레이하도록 구성될 수 있다.

본 설명은 또한 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성 또는 생성하기 위한 시스템을 개시한다. 일부 실시예에서, 이러한 시스템은 하나 이상의 프로세서 및 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 영상 처리 시스템과 통신하는 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 영상 처리 시스템은 위에서 설명된 방법을 구현하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 영상 처리 시스템은 구강 내 단층합성 장치 또는 다른 x선 기계와 결합되어 X-선을 캡처할 뿐만 아니라 위에서 논의된 단계에 따라 영상을 처리하는 전체 시스템을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 시스템은 구강내 단층합성 기계 또는 다른 X-선 기계와 분리되고 이격될 수 있다.

본 발명은 그 정신 및 본질적인 특성을 일탈하지 않는 범위 내에서 다른 형태로 구현될 수 있다. 따라서 설명된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것은 아니다. 본 주제가 특정 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 통상의 기술자에게 자명한 다른 실시예도 본 주제의 범위 내에 있다.

Claims

상호의존적 영상 처리 단계들을 사용하여 하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 방법으로서, 상기 방법은:
복수의 2차원(2D) 투영 영상(projection image)을 생성하거나 수신하는 단계;
상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계;
상기 복수의 2D 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3차원(3D) 영상 공간을 재구성하는 단계;
상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 하나 이상의 관심 특징을 강조하도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하는 단계;
상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 여러 시야로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 단계; 그리고,
상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 방법은 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진에서 픽셀 값들을 조작하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계는:
상기 3D 영상 공간을 재구성하기 전에 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에서 인공물-생성 특징들을 구분하는 단계; 그리고,
상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 대한 주변 픽셀 값들로부터 내향 보간에 의해 픽셀 값들을 구분된 영역들에 할당함으로써 상기 인공물 생성 특징들에 의해 야기되는 인공물들을 감소시키는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 방법은 상기 2D 투영 영상들로부터 구분된 인공물 생성 특징들을 상기 합성 치과 방사선 사진들에 융합하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 영상 공간은 구강내 단층합성에 맞춤화된 분석적 또는 반복적 재구성 알고리즘을 사용하여 생성되는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 방법은 필터 및/또는 딥 러닝 기술을 사용하여 3D 영상 공간에서 치아 우식 또는 치아 골절을 포함하는 관심 특징들을 식별 및/또는 강화하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 복수의 합성 치과 방사선 사진은 원래의 X-선 투영들이 획득된 각도와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 시야 관점(viewing perspective)들의 범위를 나타내는,
방법.
제1항에 있어서,
서로 다른 가중치 알고리즘들이 3D 영상 공간에 적용되어 우식 또는 골절과 같은 관심 특징들을 강화하며, 각각의 가중치 알고리즘은 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들의 고유한 세트를 생성하는,
방법.
제8항에 있어서,
골절 강화는 영상의 고주파 성분을 강조하는 것을 포함하고 우식 강화는 영상의 저주파 성분을 강조하는 것을 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 방법은 치과 영상화에 맞춤화된 필터들을 사용하여 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진들을 최적화하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제1항에 있어서,
상기 3D 영상 공간을 재구성하는 것은:
필터링된 역 투영(FBP), 동시 반복 재구성 기술(SIRT), 동시 대수 재구성 기술(SART), 또는 최대 가능성 기대 최대화(MLEM) 중 적어도 하나를 사용하는,
방법.
하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 방법으로, 상기 방법은:
대상의 입에 구강내 X-선 검출기를 위치시키는 단계;
하나 이상의 X-선 소스에 대한 상기 구강내 X-선 검출기의 상대적인 위치를 결정하는 단계;
상기 구강내 X-선 검출기에 대한 여러 시야각으로부터 하나 이상의 X-선 투영을 캡처하는 단계;
상기 하나 이상의 X-선 투영 영상을 하나 이상의 프로세서로 전송하는 단계;
상기 하나 이상의 프로세서에 의해, 상기 하나 이상의 X-선 투영 영상에 포함된 픽셀 값들을 조작하는 단계;
상기 하나 이상의 X-선 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3D 영상 공간을 재구성하는 단계;
상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 특정 영상 특징들을 강조 표시하도록 조절될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하는 단계;
상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 여러 시야로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하는 단계; 그리고,
상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함하는,
방법.
하나 이상의 다중-시야 합성 치과 방사선 사진을 생성하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함하는 영상 처리 시스템과 통신하는 디스플레이를 포함하며,
상기 영상 처리 시스템은:
복수의 2차원(2D) 투영 영상을 수신하고;
상기 복수의 2D 투영 영상 각각에 포함된 픽셀 값들을 조작하고;
상기 복수의 2D 투영 영상에서 이용 가능한 정보로부터 복셀 값들을 포함하는 3차원(3D) 영상 공간을 재구성하고;
상기 3D 영상 공간에서 각 영상의 관심 특징들을 강조하기 위해 조절될 수 있는 하나 이상의 조정 가능한 가중치 알고리즘을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 상기 복셀 값들을 조작하고;
상기 3D 영상 공간에서 이용 가능한 정보를 사용하여 여러 시야들로부터 복수의 합성 치과 방사선 사진을 생성하고; 그리고,
상기 디스플레이 상에 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진 중 하나 이상을 디스플레이하도록 구성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은: 상기 3D 영상 공간을 재구성하기 전에 상기 복수의 2D 투영 영상 각각에서 인공물-생성 특징들을 구분하고; 그리고,
주변 픽셀 값들로부터 내향 보간법에 의해 상기 복수의 2D 투영 영상 각각의 구분된 영역들에 픽셀 값들을 할당하도록 더 구성되는,
시스템.
제14항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은 상기 2D 투영 영상으로부터 구분된 상기 인공물-생성 특징들을 상기 합성 치과 방사선 사진들에 융합하도록 더 구성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 3D 영상 공간은 구강내 단층합성에 맞춤화된 분석적 또는 반복적 재구성 알고리즘들을 사용하여 생성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은 필터 및/또는 딥 러닝 기술을 사용하여 상기 3D 영상 공간에서 치아 우식 또는 치아 골절을 포함하여 관심 특징들을 식별 및/또는 강화하도록 더 구성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 복수의 합성 치과 방사선 사진은 원래의 X-선 투영들이 획득된 각도와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 시야 관점들의 범위를 나타내는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은 우식 또는 골절과 같은 관심 특징들을 강화시키기 위해 상기 3D 영상 공간에 다른 가중치 알고리즘들을 적용하도록 더 구성되며, 각각의 가중치 알고리즘은 다중-시야 합성 치과 방사선 사진들의 고유한 세트를 생성하는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은 영상의 고주파수 성분을 강조함으로써 골절을 강화하도록 구성되고;
상기 영상 처리 시스템은 영상의 저주파 성분을 강조함으로써 우식증을 강화하도록 구성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은 치과 영상화에 맞춤화된 필터를 사용하여 상기 복수의 합성 치과 방사선 사진을 최적화하도록 더 구성되는,
시스템.
제13항에 있어서,
상기 영상 처리 시스템은, 필터링된 역 투영(FBP), 동시 반복 재구성 기술(SIRT), 동시 대수 재구성 기술(SART), 또는 최대 가능성 기대 최대화(MLEM) 중 적어도 하나를 사용하여 상기 3D 영상 공간을 재구성하도록 구성되는,
시스템.