KR20020041290A

KR20020041290A - 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR20020041290A
Application number: KR1020010073513A
Authority: KR
Inventors: 김보형; 신영길; 정진욱
Original assignee: 김보형; 주식회사 쓰리디메드
Priority date: 2000-11-25
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2002-06-01
Also published as: US7113186B2; WO2002043008A1; US20040109032A1; AU2002218556A1

Abstract

본 발명은 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 볼륨데이터로 입력하는 볼륨데이터 입력부와; 볼륨데이터 저장부와; 상기 볼륨데이터 전체를 렌더링하여 참조영상을 생성하는 렌더링부와; 슬랩제어명령에 의거하여 상기 참조영상 중 소정 관심부분을 슬랩형태로 설정한 후, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터를 추출하여 이를 렌더링하는 슬랩제어 처리부와; 상기 참조영상 및 그 참조영상 중 소정관심부분에 대하여 상기 슬랩제어 처리부에서 슬랩 렌더링한 결과를 3차원 영상으로 디스플레이하는 표시부와; 사용자의 조작신호를 입력하는 사용자 인터페이스부와; 상기 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 사용자 조작신호에 의거하여 상기 볼륨 데이터 입력부, 렌더링부, 슬랩제어 처리부 및 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템에 의해 사용자의 관심부분에 대한 3차원 슬랩 렌더링을 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 참조 영상으로 사용되는 3차원 영상의 화면상 표시각을 용이하게 변경할 수 있도록 함으로써, 사용자가 화면상의 입체적 영상을 자유롭게 회전시키면서 관심 영역을 보다 쉽게 찾을 수 있도록 한다.

Description

3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 그 방법{3 DIMENSIONAL SLAB RENDERING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 렌더링 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원적인 인체 구조물에 대한 참조영상으로부터 임의의 관심 부분을 선택하고, 그 관심 부분만의 3차원적 영상을 추출하여 가시화하며, 상기 추출한 영상정보에 의거하여 관심 부분에 대한 보다 상세한 정보를 제공하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 것이다.

일반적으로 3차원 영상 처리 시스템은 자동차, 선박 등 3차원적 형상을 가지는 구조물의 설계 및 시공 분야, 또는 의료 영상 기법 등 많은 응용분야가 있다. 특히, 3차원 영상 처리 시스템이 의료 영상 기법에 응용된 경우, 이를 '3차원 의료 영상 기법'이라 한다. 3차원 의료 영상 기법이란, 컴퓨터 단층 촬영기(Computed Topography: 이하 CT) 또는 자기 공명 장치(Magnetic Resonance Imaging: 이하 MRI)로부터 얻어지는 일련의 2차원 의료 영상으로부터 3차원 영상을 생성하는 것을 말한다.

일련의 2차원 이미지만을 통한 진단은 전체적인 입체감을 얻기가 힘들고 임의의 단면 등을 관찰하기 불가능한 단점이 있으나, 3차원 의료 영상 기법을 사용하면 환부에 대한 정확한 위치 판단이 가능하고 수술 방법을 보다 현실감 있게 예측할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 최근 3차원 의료 영상 기법이 많이 이용되고 있는 실정이다.

하지만, 일반적인 3차원 의료 영상 기법의 경우, 3차원 의료 영상 기법에 의해 표현된 영상 데이터에서 임의의 장기를 보고자 할 때, 다른 장기가 가로막고 있어 보고자 하는 장기를 보기 힘든 경우가 대부분이다.

이러한 단점을 보완하기 위해 고안된 시스템이 '슬랩 렌더링(slab rendering)'시스템이다. 이 때, '렌더링'이란 임의의 대상에 대해 그림자나 색상/농도 변화 등과 같은 3차원 질감을 넣음으로써, 컴퓨터 그래픽에 사실감을 추가하는 과정을 말하며, '슬랩'이란 소정 두께의 판 형태를 갖는 렌더링의 대상을 말한다.

'슬랩 렌더링 시스템'은 CT 나 MRI 단면 스캐닝 등에 의해 얻어진 볼륨데이터(3차원적 위치 함수 등으로 표현되는 수치 데이터)로부터 임의의 관심부분(volume of interest, 이하, VOI라 함)을 설정하고, 그 설정된 부분의 이미지만을 렌더링(rendering)하는 시스템을 말한다. 이 경우, 2차원 영상으로부터 분할(segmentation) 작업을 거친 다음 3차원 렌더링을 수행하는 복잡한 과정을 거칠 필요가 없으며, 원하는 관심부분만을 렌더링함으로써, 보고자 하는 장기가 다른 장기에 의해 가려지는 현상을 방지할 수 있다.

이러한 종래의 '슬랩 렌더링 시스템'은 진단에 많은 도움을 줄뿐만 아니라, 의사나 방사선사의 수작업을 덜어준다는 효과가 있는 반면, 슬랩을 지정하기 위하여 각 평면을 지정한 다음 그룹화하는 등 관심 영역을 표현하는 인터페이스가 일반 사용자들이 사용하기에는 복잡하다는 문제점이 있다.

또한, 마우스를 평면상에서 움직여가며 참조 영상을 회전시키는 방법을 사용하는데, 마우스를 평면상에서 움직일 경우 두개의 좌표축을 기준으로 한 회전 밖에는 나타낼 수 없다는 한계가 있다.

예를 들어, 마우스를 수평 방향으로 이동시킬 때에는 화면상의 수직축을 회전축으로 참조 영상을 회전시키고, 마우스를 수직 방향으로 이동시킬 때에는 화면상의 수평축을 회전축으로 참조 영상을 회전시키는 방법을 취하기 때문에 표현된 슬랩을 화면에서 직관적으로 보기가 힘들 뿐 아니라, 슬랩을 각 축에 평행하게만 지정할 수 있어 관심 구역을 표현하는데 제한이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 영상 데이터에서 슬랩을 표현할 때 각 축에 평행하게만 종속하지 않고 자유롭게 회전시킬 수 있도록 하여, 관심부분을 다각도로 지정할 수 있도록 함으로써, 관심부분을 쉽게 표현하고 효율적으로 제어하도록 하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 3차원 슬랩 렌더링 방법을 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 3차원 슬랩 렌더링 방법을 실현시키기 위한 제어명령들을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 슬랩 렌더링 시스템에 대한 개략적인 블록도,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따라 3차원 슬랩 렌더링을 수행하는 과정들에 대한 처리 흐름도들,

도 3 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 슬랩 렌더링 결과에 대한 예시 화면들.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

10 : 사용자 인터페이스부 20 : 제어부

30 : 볼륨데이터 입력부 40 : 볼륨데이터 저장부

50 : 렌더링부 60 : 슬랩제어 처리부

70 : 표시부

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 제공하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템은 인체 구조물 각 부분의 위치별 형태를 3차원적 위치의 함수로 표현되는 볼륨데이터로 입력하는 볼륨데이터 입력부와, 상기 볼륨데이터를 저장하는 볼륨데이터 저장부와, 사용자의 조작신호에 따라 발생된 제어신호에 의거하여 상기 볼륨데이터 전체를 렌더링하여 참조영상을 생성하는 렌더링부와, 사용자의 조작신호에 따라 발생된 제어신호에 의거하여, 상기 참조영상 중 소정 관심부분을 슬랩형태로 설정한 후, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터를 추출하여 이를 렌더링하는 슬랩제어 처리부와, 상기 참조영상 및 그 참조영상 중 소정관심부분에 대하여 상기 슬랩제어 처리부에서 슬랩 렌더링한 결과를 3차원 영상으로 디스플레이하는 표시부와, 사용자의 조작신호를 입력하는 사용자 인터페이스부와, 상기 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 사용자 조작신호에 의거하여 상기 볼륨데이터 입력부, 렌더링부, 슬랩제어 처리부 및 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서 제공하는 3차원 슬랩 렌더링 방법은 볼륨데이터를 입력받아 이를 저장하는 제1 과정과, 상기 볼륨데이터에 의거하여 렌더링을 수행한 후, 그 렌더링 결과를 참조영상으로 디스플레이하는 제2 과정과, 상기 참조영상 중 소정 관심부분을 설정하기 위한 슬랩제어명령이 입력되면, 그 명령에 의거하여 슬랩을 설정하고, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터만을 추출하여 이를 렌더링한 결과를 디스플레이하는 제3 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기록 매체는 컴퓨터로 읽을 수 있어야 하며, 그 기록 매체가 컴퓨터에 의해 구동될 때, 상기 3차원 슬랩 렌더링 방법을 실현시키기 위한 제어 명령들을 기록한 것을 특징으로 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 슬랩 렌더링 시스템에 대한 개략적인블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 슬랩 렌더링 시스템은 사용자 인터페이스부(10), 제어부(20), 볼륨데이터 입력부(30), 볼륨데이터 저장부(40), 렌더링부(50), 슬랩제어처리부(60) 및 표시부(70)를 포함하여 구성된다.

볼륨데이터 입력부(30)는 인체 구조물 각 부분의 위치별 형태를 3차원적 위치의 함수로 표현되는 볼륨데이터로 입력한다. 예를 들어, CT나 MRI 단면 스캐닝 결과로 생성된 볼륨 데이터를 각 장치들로부터 직접 입력받아 저장하는 경우, 볼륨데이터 입력부(30)는 각 장치들과 접속하여 해당 데이터를 입력받기 위한 접속 하드웨어와, 이를 저장하기 위한 하드 디스크 또는 메모리 소자로 구성될 수 있다. 한편, 이미 측정되어 다른 저장 매체에 저장된 데이터를 읽어들이거나 자체의 하드디스크 등의 저장매체에 저장된 데이터를 읽어들이는 경우, 볼륨데이터 입력부(30)는 그와 같은 시스템 내/외부 저장 장치와 접속하여 해당 데이터를 입력받기 위한 접속 하드웨어와, 이를 저장하기 위한 하드 디스크 또는 메모리 소자로 구성될 수 있다.

볼륨데이터 저장부(40)는 볼륨데이터 입력부(30)를 통해 입력된 볼륨데이터를 저장/관리한다.

렌더링부(50)는 볼륨데이터 저장부(40)에 저장된 볼륨데이터들 중 소정 볼륨데이터를 추출하여 그 볼륨데이터 전체를 렌더링하고, 렌더링결과로 생성된 3차원 영상을 슬랩 렌더링을 위한 참조영상으로 출력한다. 이 때, 렌더링부(50)는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 입력되는 사용자의 조작신호에 따라 제어부(20)에서 발생된 제어신호에 의거하여 동작되는데, 그 제어신호에 의해 볼륨데이터 입력부(30)로부터 입력되는 볼륨데이터를 직접 읽어들어 렌더링할 수도 있다.

슬랩제어 처리부(60)는 사용자의 조작신호에 따라 발생된 슬랩제어명령에 의거하여, 렌더링부(50)에서 출력되는 참조영상 중 소정 관심부분을 슬랩형태로 설정한 후, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터를 추출하여 이를 렌더링한다. 이 때, '슬랩제어명령'은 사용자 인터페이스부(10)를 통해 입력된 사용자 조작신호에 따라 제어부(20)에서 발생된 제어신호로서, 렌더링 결과를 표시하기 위한 뷰(View)의 종류, 슬랩의 형태, 슬랩/볼륨의 회전, 슬랩의 이동 및 슬랩의 두께 등을 조절하기 위한 제어신호이다.슬랩제어 처리부(60)는 이러한 슬랩제어명령에 의해 슬랩의 경계면에 해당되는 좌표 데이터를 획득하고, 그 좌표 데이터에 의해 슬랩을 설정한다.

표시부(70)는 렌더링부(50)에서 생성된 참조영상 및 그 참조영상 중 소정관심부분에 대하여 슬랩제어 처리부(60)에서 슬랩 렌더링한 결과를 디스플레이한다. 즉, 슬랩제어 처리부(60)에 의해 설정된 슬랩 부위에 대한 렌더링 결과를 3차원 영상으로 디스플레이한다.

한편, 사용자 인터페이스부(10)는 사용자의 조작신호를 입력하고, 제어부(20)는 사용자 인터페이스부(10)를 통해 입력된 사용자 조작신호에 의거하여 볼륨데이터 입력부(30), 렌더링부(50), 슬랩제어 처리부(60) 및 표시부(70)를 제어한다.

이 때, 슬랩제어 처리부(60) 또는 슬랩제어 처리부(60)를 포함하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템은 일련의 계산 과정을 수행할 수 있는 컴퓨터나 상호 데이터 교환이 가능한 컴퓨터 집합, ASIC 등을 통해 구현할 수 있다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따라 3차원 슬랩 렌더링을 수행하는 과정들에 대한 처리 흐름도들이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 3차원 슬랩 렌더링을 수행하는 전반적인 과정에 대한 처리 흐름도이다. 도 2a를 참조하면, 본 발명의 3차원 슬랩 렌더링을 수행하기 위해서는 먼저, 볼륨데이터를 입력받아 이를 저장/관리하는 과정(s100)을 수행한다. 그리고, 그 볼륨데이터에 의거하여 렌더링을 수행한 후, 그 렌더링 결과를 슬랩 렌더링을 위한 참조영상으로 디스플레이한다(s200). 이 때, 참조영상은 소정 볼륨데이터들 전체에 대한 1차 렌더링 결과이다. 그리고, 그 참조영상 중 소정 관심부분을 설정하기 위한 슬랩제어명령이 입력되면(s300), 그 명령에 의거하여 슬랩을 설정하고, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터만을 추출하여 이를 렌더링한 결과를 디스플레이하는 과정(s400)을 수행한다.

이 때, 슬랩제어명령을 입력받기 위한 인터페이스는 공지된 모든 기술을 응용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 슬랩제어명령들을 선택하거나 입력할 수 있는 '슬랩제어명령 전용화면'을 참조영상 위에 디스플레이한 후, 그 '슬랩제어명령 전용화면'을 통해 입력되는 사용자 조작신호에 의거하여 슬랩제어명령을 입력하도록 한다. 또한, 이와 같이 입력되는 슬랩제어명령은 렌더링 결과를 표시하기 위한 뷰(View)의 종류, 슬랩의 형태, 슬랩/볼륨의 회전, 슬랩의 이동 및 슬랩의 두께 등을 조절하기 위한 제어신호들을 말한다.

도 2b는 상기 3차원 슬랩 렌더링 결과 디스플레이 과정(s400)을 보다 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2b를 참조하면, 3차원 슬랩 렌더링을 수행하기 위해, 우선 상기 과정(s300)에서 입력된 슬랩제어명령에 의거하여 라인표시기능을 설정한다(s410). 즉, 라인 온(on)/오프(off) 선택기능에 의해 슬랩 렌더링 결과 디스플레이시 참조선들을 표시할 것인지의 여부를 결정한다.

그리고, 슬랩 렌더링 결과를 표시하기 위한 뷰(View)를 선택하고(s420), 선택된 뷰에 의해 참조영상을 디스플레이한다(s430). 이 때, 현재 선택가능한 뷰(View)로는 사지털뷰(Sagittal view), 코로널뷰(Coronal view) 및 엑시얼(Axial view) 중 하나를 선택할 수 있도록 구현되어 있다. 이는 각 뷰 별로 표시되는 형태가 조금씩 다르므로, 사용자가 진단하고자 하는 대상에 따라 뷰를 다르게 선택하도록 하기 위함이다. 이 때, 각 뷰별 특성은 이와 같은 3차원 렌더링 시스템을 이용하는 당사자들 사이에서는 자명한 사실이므로, 본 명세서에서는 이에 대한 언급을 생략한다.

이와 같이 참조영상이 디스플레이되었으면, 그 참조영상 중 소정 관심부분(VOI)을 슬랩으로 설정한 후, 그 슬랩 부분에 해당되는 3차원 영상만을 디스플레이하는 과정을 수행한다(s440). 그리고, 슬랩제어명령에 의해, 슬랩회전명령이 입력되면 슬랩회전을 수행하고(s450), 볼륨회전명령이 입력되면 볼륨회전을 수행한다(s460). 상기 과정들(s440 내지 s460)에 대한 보다 상세한 설명은 도 2c 내지 도 2e를 참조하여 설명한다.

한편, 슬랩제어명령에 의해, 슬랩이동명령이 입력되면(s470), 기 설정된 슬랩을 원하는 이동방향으로 이동하되, 기 설정된 뷰의 평면과 평행하게 이동한 후,그 슬랩에 해당되는 영역을 디스플레이한다(s480). 이 때, 이동방향의 선택은 마우스 등 사용자가 용이하게 사용할 수 있는 인터페이스를 이용할 수 있도록 한다.

또한, 슬랩제어명령에 의해 슬랩두께조절명령이 입력되면(s490), 기 설정된 슬랩의 두께를 원하는 두께로 조절하되, 기 설정된 뷰의 평면과 평행하게 조절한 후, 그 슬랩에 해당되는 영역을 디스플레이한다(s500). 이 경우도, 두께 조절을 위한 사용자 인터페이스는 현재 보편적으로 사용되고 있는 마우스 등 사용자가 용이하게 사용할 수 있는 인터페이스를 이용할 수 있도록 한다.

도 2c는 상기 VOI 선택 및 디스플레이 과정(s440)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2c를 참조하면, 사용자가 렌더링하기 위한 VOI로서, 슬랩과 절단면 중 어떤 것을 선택하는지를 확인한다(s441, s445). 만일, 슬랩을 선택한 경우는 그 두께가 '0'인지의 여부를 확인한다(s442). 상기 확인(s442)결과 슬랩의 두께를 '0'으로 선택하였으면('MPR(Multi-Planar Reformation)'을 선택하였으면), 해당 단면에 대한 렌더링 결과를 디스플레이하고(s443), 상기 확인(s442) 결과 슬랩의 두께가 '0'이 아닌 경우, 기 설정된 초기 두께값을 가지는 슬랩면을 지정하여 그에 해당되는 영역에 대한 렌더링 결과를 디스플레이한다(s444).

한편, 사용자가 렌더링하기 위한 VOI로서, 절단면을 선택한 경우(s445), 절단면 뒷부분에 대한 렌더링 결과를 디스플레이한다. 이 때, 일반적으로, 슬랩으로 설정된 소정 좌표 영역 중 관찰자로부터 거리가 더 가까운 슬랩의 경계면을 절단면으로 설정한다.

만일, 사용자가 렌더링하기 위한 VOI로서, 별도의 슬랩 및 절단면을 선택하지 않은 경우, 기본값으로 설정된 슬랩에 대한 렌더링 결과를 디스플레이한다(s447). 예를 들어, 슬랩의 기본값은 3차원 슬랩 렌더링 시스템의 프로그래머 또는 해당 시스템의 사용자가 디폴트값으로 설정할 수도 있고, 아니면, 해당 시스템의 초기 기동시 이전에 기동되었던 슬랩을 근거로 설정할 수도 있다.

도 2d는 상기 슬랩 회전 과정(s450)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2d를 참조하면, 슬랩제어명령에 의해 슬랩회전명령이 입력되면(s451), 슬랩을 회전시키기 위한 회전중심의 설정 여부를 확인한다(s452). 그리고, 그 확인과정(s452) 수행결과, 사용자가 새로운 회전중심을 설정하고자 하면, 사용자의 조작에 의해 새롭게 설정된 회전중심에 의거하여 슬랩을 회전시키고, 그 회전된 슬랩에 포함된 3차원 영상을 디스플레이한다(s453). 한편, 상기 확인과정(s452) 수행결과, 사용자가 새로운 회전중심을 설정하지 않는 경우, 기 설정된 회전중심에 의거하여 슬랩을 회전시키고, 그 회전된 슬랩에 포함된 3차원 영상을 디스플레이한다(s454).

도 2e는 상기 볼륨 회전 과정(s460)을 보다 상세히 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2e를 참조하면, 슬랩제어명령에 의해 볼륨회전명령이 입력되면(s461), 기 설정된 슬랩을 고정시키고(s462), 회전시키고자 하는 볼륨만을 선택하여 회전시킨 후(s463), 그 회전 결과를 상기 슬랩을 통해 디스플레이한다(s464).

이 때, 상기 각 과정들(s440 내지 s460)을 수행하기 위해, 제공되는 사용자 인터페이스는 마우스 등 현재 사용자들이 용이하게 사용할 수 있는 인터페이스를 제공하도록 한다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같은 상기 각 슬랩제어명령에 따른 렌더링 수행 과정들은 슬랩제어명령의 입력 순서에 의거하여 그 순서를 변환하여 수행하는 것도 가능하다. 예를 들어, 라인 표시 기능을 설정하는 과정(s410)과, 뷰를 선택하는 과정(s420)은 그 순서를 바꿔서 수행하는 것도 가능한 것이다.

상기와 같은 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 방법을 수학식에 의해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 슬랩을 정의하는 평면 방정식을 물체 좌표계로 변환하는 행렬을 M_VOI로 가정하면, 상기한 M_VOI는 두 개의 행렬 M_rotate와 M_translate의 곱으로 계산된다. 여기서, M_roate는 평면을 좌우나 상하로 회전시킨 것을 나타내고, M_translate는 평면을 법선 벡터 방향으로 움직인 것을 나타낸다.

또한, 물체 좌표계를 영상 좌표계로 변환하는 행렬을 M_view라고 할 때, 평면 방정식은 (수학식 1)에 의해 영상 좌표계 상의 방정식으로 변환된다.

상기 (수학식 1)을 참조하여, 물체 좌표계에서 평면 방정식의 계산을 설명한다.

먼저, 사용자의 조작에 따라 도 2b의 단계 s420에서 사지탈 뷰(Sagittalview)를 선택하고, 도 2c의 단계 s442에서 슬랩의 두께를 '0'이 아닌 값으로 선택한 경우, 물체 좌표계에서의 평면 방정식의 계산을 설명한다.

슬랩을 지정하는 두 개의 평면은 각각이고,이다. 여기서 상기한 slab_thick은 슬랩을 정의하는 두 평면 사이의 거리이다.

M_rotate는 항등 행렬로 초기화하고, M_translate는 Translate(volX/2, volY/2, volZ/2)로 초기화한다.

슬랩 지정 평면을 물체 좌표계로 변환하는 행렬 M_VOI는 (수학식 2)와 같이 계산된다.

슬랩 지정하는 두 개의 평면(,)을 M_VOI에 의해 물체 좌표계로 변환한 평면의 방정식은 (수학식 3) 및 (수학식 4)와 같이 계산된다.

이때 M_VOI의 역행렬을라 할 때, p=g, q=h, r=i, s1=tz-(slab_thick)/2, s2=tz+(slab_thick)/2 이다.

도 2c의 단계 s445에서 절단면을 요청한 경우, 물체 좌표계에서의 평면 방정식의 계산을 설명한다.

상기한 바와 같이 슬랩을 지정하는 두 개의 평면은 각각이고,이다. 여기서 상기 slab_thick은 슬랩을 정의하는 두 평면 사이의 거리이다. 한편, 상기 (수학식 1)을 사용하여 영상 좌표계로 변환된 방정식은 (수학식 5) 및 (수힉식 6)과 같이 계산된다.

영상 좌표계에서 원점을 지나고, z축에 평행한 직선의 방정식은 (수학식 7)과 같다.

x=0, y=0, z=k(k는 실수)

이 직선과 슬랩을 정의하는 두 평면 사이의 교점은 두 개의 평면에 대해 각각이 된다. 이 중 z좌표가 작은 점을 지나는 평면이 절단면으로 정해진다. 이 절단면에 대해서 사용자로부터 먼 쪽에 있는 영역만이 렌더링된다.

도 2c의 단계 s442에서 슬랩의 두께를 '0'으로 선택한 경우(즉, MPR이 요청되었을 때), 물체 좌표계에서의 평면 방정식의 계산을 설명한다.

상기한 바와 같이 슬랩을 지정하는 두 개의 평면은 각각이고,이다. 여기서 상기한 slab_thick은 슬랩을 정의하는 두 평면 사이의 거리이다. 이 거리를 0으로 하면, MPR을 지정하는 평면이 된다. 이 평면 z= 0을 M_VOI에 의해 물체 좌표계로 변환한 평면의 방정식은 (수학식 8)과 같이 계산된다.

이때 M_VOI의 역행렬을라 할 때, p=g, q=h, r=i, s=tz 이다.

한편, 사용자의 조작에 따라 슬랩의 회전 중심을 이동하는 경우를 설명한다.

사용자의 마우스의 입력을 통해서 구해진 점은 영상 좌표계로 (x_image, y_image)이다. 이 점을 지나고, 사용자의 시점 방향과 평행한 직선의 방정식은 (수학식 9)와 같이 계산된다.

물체 좌표계를 영상 좌표계로 변환하는 행렬을 M_view라고 할 때, 상기한 직선의 방정식은 (수학식 10)에 의해서 물체 좌표계로 변환된다.

변환된 직선의 방정식은 (수학식 11)과 같다.

슬랩을 나타내는 두 평면의 중심 평면은 (수학식 12)의 평면의 방정식이 된다.

이 평면과 (수학식 11)의 직선의 방정식을 통해서 구한 교점이 회전의 중심이 된다. 중심의 좌표를 물체 좌표계로 계산하면 (수학식 13)과 같다.

한편, 사용자의 조작에 따라 슬랩을 회전하는 경우를 설명한다.

사용자는 마우스 입력 등을 통해 슬랩 평면의 회전양을 결정하는데 예를 들어, 마우스를 좌.우로 드래그하는 경우는 영상 좌표계상의 y축에 대하여 회전하고, 상.하로 드래그하는 경우는 영상 좌표계상의 x축에 대하여 회전한다.

마우스를 상하로 드래그하여 영상 좌표계상의 x축에 대하여 회전하는 경우에는 영상 좌표계상의 x축에 상응하는 벡터을 M_view의 역행렬을 이용하여 물체 좌표계로 변환시킨 벡터를 계산한다.

상기한에 대하여 θ만큼 회전시키는 행렬 Mr은 (수학식 14)와 같이 계산된다.

여기서,,,,이다.

따라서, M_rotate는 M_rotate= M_r×M_rotate에 의해 새로 계산되고, 이를 근거로 슬랩을 회전시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 사용자가 마우스 드래그 또는 키보드 등을 이용하여 회전 버튼을 누르게 되면 슬랩을 회전시킬 수 있다. 이 때, 슬랩 회전의 중심은 기본적으로 전체 볼륨의 중앙으로 설정되어 있으나, 사용자가 슬랩의 임의 위치에 마우스의 오른쪽 버튼을 클릭함으로써 슬랩 렌더링에 의한 3차원 영상 상에서 새로운 회전 중심을 지정하여 변경할 수도 있다. 따라서 관심 부위에 손쉽게 회전 중심을 설정하고 어느 방향으로나 원하는 슬랩의 이미지를 볼 수 있다.

한편, 사용자의 조작에 따라 볼륨을 회전하는 경우를 설명한다.

상기한 바와 같이 슬랩을 지정하는 두 개의 평면은 각각이고,이다. 여기서 상기한 slab_thick은 슬랩을 정의하는 두 평면 사이의 거리이다. 물체의 회전에 의해서 (수학식 14)를 이용하여 M_view는 M_view=M_r×M_view에 의해 새로 계산된다. 상기 (수학식 1)과 (수학식 14)를 사용하여 물체 좌표계로 변환된 슬랩 평면의 방정식은 (수학식 15) 및 (수학식 16)과 같이 계산된다.

다음으로, 도 2b의 단계 s470에서 개시한 바와 같이, 사용자의 조작에 따라 슬랩을 이동(move)하는 경우를 설명한다.

즉, 물체 좌표계상에서 평면의 법선 벡터은 상기 (수학식 3) 및 (수학식 4)에서처럼 계산되고, 물체 좌표계를 영상 좌표계로 변환하는 행렬(M_view)에 의해 영상좌표계로 변환된 평면의 법선 벡터를이라 하자.

사용자의 마우스 입력 등을 통해 지정된 슬랩 평면을 움직이고자 하는 양을 벡터라고 할 때, 이것은 영상 좌표계에서 정의된 벡터이다.

그리고, 상기한 벡터를 물체 좌표계로 변환한 것을라 할 때, 평면이 법선 벡터 방향으로 실제로 움직이는 양()은 (수학식 17)과 같이 계산된다.

이에 의해 M_translate는에 의해 새로 계산되고, 이를 근거로 슬랩을 이동시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이, 사용자가 마우스 드래그 또는 키보드 등을 이용하여 이동 버튼을 누르게 되면 슬랩을 이미 지정된 뷰(View)의 평면(plane)과 평행하게 이동시킨다.

한편, 도 2b의 단계 s490 및 s500에서 개시한 바와 같이, 사용자의 조작에 따라 슬랩의 두께(또는 간격)가 변할 때, 즉, 슬랩의 두께가 넓어질 때는 slab_thick을 증가시키고, 슬랩의 두께가 좁아질 때는 slab_thick을 감소시킨다.

즉, 사용자가 마우스 드래그 또는 키보드 등을 이용하여 두께 버튼을 누르게 되면, 슬랩의 두께를 현재 설정되어 있는 뷰의 평면과 평행하게 조정할 수 있다. 이때, 슬랩의 두께가 하나의 픽셀(pixel)로 좁힐 수 있도록 하여 다면 영상 재구성이 실현될 수 있도록 구현할 수도 있다.

그러면, 이상에서 설명한 여러 과정들의 결과를 첨부된 도면을 참조하여 기술한다.

도 3은 기본값으로 설정된 소정의 슬랩에 의해 슬랩 렌더링한 결과를 나타내는 예시 화면이다. 즉, 도 3은 상기 사지털 뷰상에서 상기 화면 표시각 변경 방법에 의해 참조 영상을 임의로 회전시켜, 슬랩을 지정하여 렌더링한 결과를 나타낸다.

도 3에서, 우측에 도시된 3개의 작은 화면이 CT, MRI 등과 같은 측정 장치에 의해 측정된 결과 도출된 볼륨데이터들을 도시한 화면이고, 좌측에 도시된 큰 화면이 상기 볼륨데이터들로부터 선택된 소정 관심부위에 대한 슬랩 렌더링 결과를 도시한 화면이다. 이 때, 3차원 렌더링영상에 나타난 주황색 선에 의해 사용자가 슬랩을 설정할 수 있으며, 마우스 또는 키보드등과 같은 사용자 인터페이스에 의해 그 선들을 좌·우 또는 상·하로 이동시키변서, 슬랩을 설정하도록 하는 것이다.

도 4는 슬랩이동 명령에 의해, 도 3에 도시된 슬랩의 위치를 변경한 화면에 대한 예시 화면이다. 도 4를 참조하면, 상기 사지털 뷰의 평면과 평행한 방향으로 슬랩이 이동된다. 즉, 사용자가 마우스를 슬랩의 후면 방향으로 드래그하면 슬랩이 사지털 뷰의 평면과 평행하게 슬랩의 후면 방향으로 이동하고, 마우스를 슬랩의 전면 방향으로 드래그하면 슬랩이 사지털 뷰의 평면과 평행하게 슬랩의 전면 방향으로 이동한다.

도 5는 슬랩두께조절 명령에 의해, 도 4에 도시된 슬랩의 두께를 확장한 결과를 나타낸 예시화면이다. 즉, 슬랩두께조절 명령에 의해 기 설정된 슬랩의 두께가 상기 사지탈 뷰(sagittal view)의 평면(plane)과 평행한 방향으로 확장된다.

도 6은 슬랩회전 명령에 의해, 도 5에 도시된 슬랩을 소정의 초기값에 의한 회전중심에 대하여 회전 처리한 결과를 나타낸 예시 화면이다. 도 6을 참조하면, 마우스를 수평으로 움직이면 Y축 방향으로 회전하고, 마우스를 수직으로 움직이면 X축 방향으로 회전한다.

도 7은 회전 중심 지정 명령에 의해, 도 6에 도시된 슬랩의 회전중심을 변경한 결과를 도시한 예시 화면이다. 도 7을 참조하면, 사용자가 마우스 클릭을 하면, 도 6에서의 소정의 초기값에 의한 슬랩의 회전중심이 마우스로 지정한 위치로 지정된다. 즉, 회전의 중심이 (A)에서 (B)로 변경되었다.

도 8은 도 7에서 변경된 회전중심에 의해 슬랩을 회전 처리한 결과를 도시한 예시화면이다. 도 8을 참조하면, 회전중심을 지정한 후, 마우스를 수평으로 움직이면 그 회전중심을 중심으로 X 축방향으로 회전하고, 마우스를 수직으로 움직이면 회전중심에 대하여 Y축방향으로 회전하게 된다.

도 9는 볼륨회전 명령에 의해, 도 8에 도시된 슬랩은 움직이지 않고, 3차원 볼륨만을 회전 처리한 결과를 도시한 예시화면이다. 도 9를 참조하면, 마우스를 수평으로 움직이면 슬랩은 고정된 상태에서 3차원 볼륨만 X축 방향으로 회전하고, 마우스를 수직으로 움직이면 3차원 볼륨이 Y축방향으로 회전한다.

도 10은 절단면 선택에 의해, 절단면으로 설정된 슬랩의 경계면 뒷부분의 모든 영상이 렌더링된 결과를 도시한 예시화면이다. 도 10을 참조하면, 슬랩면 중 사용자에게 가까운 면이 절단면이 되어 절단면의 뒷부분만이 렌더링되었다.

도 11은 슬랩의 두께를 '0'으로 선택한 경우('MPR'을 선택한 경우)에 대한 렌더링 결과를 도시한 예시화면이다. 도 11을 참조하면, 슬랩의 두께가 0인 MPR면만이 렌더링되어 화면에 도시된다.

본 발명에 의한 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 방법은 상기 기재된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하다. 예를 들면, 상기 입력 수단은 마우스뿐만 아니라 라이트 펜이나 키보드 또는 다종 다양한 입력장치를 사용할 수 있으며, 본 발명의 3차원 슬랩 렌더링 시스템 및 방법은 의료 영상 처리를 위한 시스템뿐만 아니라 자동차, 선박, 건축물 등의 입체적 구조를 가지는 건조물의 설계 및 시공 분야에도 광범위한 응용을 할수 있는 것이다.

따라서, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬랩 렌더링 처리는 기존의 시스템에서 지원하는 슬랩 렌더링 처리 방법보다 직관적인 인터페이스를 제공함으로써 보고자 하는 부분을 쉽게 3차원으로 볼 수 있어 의료 진단 등의 응용에 보다 효율적으로 적용할 수 있다.

즉, 각 축에 평행하게만 슬랩을 표현하는 것이 아니라 슬랩이 지정된 상황에서 슬랩을 포함한 전체 볼륨의 3차원 영상을 자유롭게 회전시켜 슬랩의 3차원 영상에서의 위치를 손쉽게 인지할 수 있게 하며, 아울러 전체 볼륨과는 독립적으로 슬랩의 자유로운 회전과 평행 이동시킬 수 있다.

따라서, 사용자는 참조영상으로 사용되는 3차원 영상의 표시각을 자유롭게 바꾸어가면서, 관심부분을 보다 쉽게 찾을 수 있다. 또한, 마우스의 휠을 이용함으로써 사용자가 영상을 회전시켜 표시할 수 있는 하나의 축을 더 갖도록 하는 부가적 잇점을 제공할 수 있다.

Claims

3차원 슬랩 렌더링 시스템에 있어서,

인체 구조물 각 부분의 위치별 형태를 3차원적 위치의 함수로 표현되는 볼륨데이터로 입력하는 볼륨데이터 입력부와,

상기 볼륨데이터를 저장하는 볼륨데이터 저장부와,

사용자의 조작신호에 따라 발생된 제어신호에 의거하여 상기 볼륨데이터 전체를 렌더링하여 참조영상을 생성하는 렌더링부와,

사용자의 조작신호에 따라 발생된 슬랩제어명령에 의거하여, 상기 참조영상 중 소정 관심부분을 슬랩형태로 설정한 후, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터를 추출하여 이를 렌더링하는 슬랩제어 처리부와,

상기 참조영상 및 그 참조영상 중 소정관심부분에 대하여 상기 슬랩제어 처리부에서 슬랩 렌더링한 결과를 3차원 영상으로 디스플레이하는 표시부와,

상기 참조영상 및 상기 슬랩제어 처리부에 의해 설정된 슬랩 부위의 영상을 3차원적으로 디스플레이하는 표시부와,

사용자의 조작신호를 입력하는 사용자 인터페이스부와,

상기 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 사용자 조작신호에 의거하여 상기 볼륨 데이터 입력부, 렌더링부, 슬랩제어 처리부 및 표시부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템.
제1항에 있어서, 상기 슬랩제어 처리부는

상기 사용자 인터페이스부를 통해 입력된 사용자 조작신호에 따라, 상기 제어부에서 발생된 제어신호에 의해, 슬랩의 경계면에 해당되는 좌표 데이터를 획득하고, 그 좌표 데이터에 의해 슬랩을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 시스템.
3차원 슬랩 렌더링 방법에 있어서,

볼륨데이터를 입력받아 이를 저장하는 제1 과정과,

상기 볼륨데이터에 의거하여 렌더링을 수행한 후, 그 렌더링 결과를 참조영상으로 디스플레이하는 제2 과정과,

상기 참조영상 중 소정 관심부분을 설정하기 위한 슬랩제어명령이 입력되면, 그 명령에 의거하여 슬랩을 설정하고, 그 슬랩의 내부에 해당하는 데이터만을 추출하여 이를 렌더링한 결과를 디스플레이하는 제3 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 방법.
제3항에 있어서, 상기 제3 과정은

상기 슬랩제어명령에 의해 라인표시기능을 설정하는 제3-1 과정과,

상기 슬랩제어명령에 의해 뷰(View)를 선택하고, 그 선택된 뷰(View)에 의거하여 참조영상을 디스플레이하는 제3-2 과정과,

상기 디스플레이된 참조영상 중 소정 관심부분을 슬랩으로 설정한 후, 그 슬랩 부분에 해당되는 3차원 영상만을 디스플레이하는 제3-3 과정과,

상기 슬랩을 회전시키고자 하는 경우, 회전중심의 설정 여부를 확인하여 새로운 회전중심을 설정하고자 하면, 새로운 회전중심을 설정한 후, 그 회전중심에 의거하여 회전된 슬랩에 포함된 3차원 영상을 디스플레이하는 제3-4 과정과,

상기 설정된 슬랩을 고정시키고 볼륨만을 회전시킨 후, 그 회전 결과를 상기 슬랩을 통해 디스플레이하는 제3-5 과정과,

기 설정된 슬랩을 이동하고자 하는 경우, 원하는 이동방향으로 상기 설정된 슬랩 평면에 수직방향으로 슬랩을 이동한 후, 그 슬랩에 해당되는 영역을 디스플레이하는 제3-6 과정과,

기 설정된 슬랩의 두께를 조절하고자 하는 경우, 원하는 두께로 상기 설정된 뷰의 평면과 평행하게 해당 슬랩의 두께를 조절한 후, 그 슬랩에 해당되는 영역을 디스플레이하는 제3-7 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3-2 과정은

사지털 뷰(sagittal view), 코로널 뷰(coronal view) 및 엑시얼 뷰(axial view) 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3-3 과정은

상기 선택된 슬랩의 두께를 확인하여 그 값이 '0'인 경우, 해당 단면에 대한렌더링 결과를 디스플레이하고,

상기 슬랩의 두께가 '0'이 아닌 경우, 기 설정된 두께를 가지는 슬랩면을 지정하여, 그에 해당되는 영역에 대한 렌더링 결과를 디스플레이하고,

상기 슬랩으로 설정된 소정 좌표 영역에 대한 절단면을 선택한 경우, 관찰자로부터 거리가 더 가까운 슬랩의 경계면을 절단면으로 설정한 후, 그 절단면 뒷부분에 해당되는 영역에 대한 렌더링 결과를 디스플레이하고,

별도의 슬랩 및 절단면을 선택하지 않은 경우, 기본값으로 설정된 슬랩에 대한 렌더링 결과를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3-4 과정은

회전중심의 설정 여부 확인결과, 새로운 회전중심을 설정하지 않는 경우, 기 설정된 회전중심에 의거하여 회전된 슬랩에 포함된 3차원 영상을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 3차원 슬랩 렌더링 방법.
컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 있어서,

그 기록 매체가 컴퓨터에 의해 구동될 때, 청구항 3 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실현시키기 위한 제어 명령들을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.