KR20040058150A - 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20040058150A
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Abstract

본 발명은 피검자의 임의의 신체 부위에 대하여 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하고, 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하여 생성된 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하며, 횡단 그레이레벨 프로파일과 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하여 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하고, 피팅 함수의 그래프 면적 및 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하여 골 충실도를 산출한 후 미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 골 충실도에 상응하는 골밀도를 산출하여 출력하는 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 단순 엑스선 영상을 이용한 골밀도 측정시 엑스선 조건 변화에 둔감하면서도 높은 정확도로 골밀도를 측정할 수 있다.

Description

골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring bone density using fill-factor of bone}
본 발명은 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 엑스선 영상의 획득 조건에 의한 골밀도 측정의 재현도 오차를 감소시켜 보다 정밀한 골밀도 측정을 가능하게 하는 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
골다공증(Osteoporosis)은 정상인에 비하여 과도하게 골량이 감소된 상태를 일컫는 것으로 골절 및 골 형태의 변형 등을 수반하는 임상적 상태이다. 즉, 골다공증은 비정상적으로 골량이 감소된 상태로 척추 및 대퇴부 등의 골절, 골의 변형 등을 동반하는 병적인 상태이다. 일반적으로 젊은 사람은 골의 생성과 흡수가 균형을 이루고 있다. 그러나, 골 생성 기능이 저하되는 노인이나 폐경기 이후의 여성은 골다공증의 발생 빈도가 높다. 그러나, 일단 감소된 골량을 효과적으로 회복시키는 것은 쉽지 않으므로 골다공증의 발생 방지와 조기 치료가 보다 중요하다 할 수 있다.
일반적으로, 임상 의사는 골다공증의 진단을 위하여 골밀도 측정을 우선적으로 수행하고 있다. 그리고, 이를 위해 다양한 종류의 골밀도 측정 방법이 개발되어지고 있다.
현재 주로 이용되고 있는 골밀도 측정 방법으로는 QCT(quantitative computed tomography), DEXA(dual energy x-ray absorptiometry), UA(ultrasound absorption) 골밀도 계측기, RA(radiological absorption) 골밀도 측정기 등이 있다.
QCT는 보통의 CT(computed tomography) 장비에 골염 등가 팬텀과 골밀도 분석 프로그램을 추가로 비치한 CT 장비이다. QCT는 CT 촬영 후, 골밀도 측정을 위한 부위의 CT 신호를 골염 등가 팬텀의 신호와 비교하여 그 부위의 골밀도를 측정한다. QCT는 3차원 골밀도 영상을 제공하기 때문에, 유한요소법 등을 적용하여 골의 구조적 안정성을 어느 정도 제시할 수 있는 장점이 있다. 그러나, CT 장비를 사용하여 골밀도를 측정할 경우 피검자에게 매우 많은 방사선을 조사해야 하는 단점이 있다. 실제로, 단 한번의 CT 촬영에 의한 피검자의 엑스선 피폭량은 연간 엑스선 피폭 허용치와 맞먹는 경우도 있다. 또한, 단층면의 위치를 매 측정시마다 일정하게 하는 것이 어려우므로 QCT 장비에 의한 골밀도 측정값의 재현도가 낮음 단점이 있었다. 또한, QCT 장비에서 CT 장비 자체의 구매 가격이나, 골염 팬텀 및 골밀도 분석 프로그램의 가격이 매우 고가인 문제점도 있었다.
DEXA 장비는 에너지 분포가 다른 두 종류의 엑스선원을 사용하여 엑스선 영상을 획득한 후, 두 영상을 적절히 조합하여 연부조직에 의한 엑스선 흡수효과를 제거하여 골만의 밀도를 측정하는 장치이다. DEXA는 QCT에 비하여 장비 가격이 저렴하고, 방사선 조사량도 상대적으로 적은 저해상도 엑스선 영상을 활용하기 때문에 엑스선 피폭이 매우 적으며, 정확도 및 재현도가 매우 높아 골다공증 진단을 위한 골밀도 측정에 가장 널리 활용되고 있다. 그러나, 임상 의사가 골다공증을 진단하기 위해서는 골밀도뿐만 엑스선 영상에 나타난 골의 전체적인 윤곽 및 골의 미세 패턴도 판단 근거로 활용해야 하지만, DEXA는 일반적으로 매우 낮은 해상도의 엑스선 영상을 획득하도록 설계되어 있어, DEXA 영상으로는 골의 어렴풋한 윤곽을 볼 수 있을 뿐 골의 미세 패턴을 볼 수 없는 단점이 있다. 이는 엑스선 조사량이 적을경우 고해상도를 얻을 수가 없기 때문이다. 그리고, DEXA에서 골밀도 측정을 하기 위해서는 팬빔 엑스선과 포토다이오드 배열이 평행한 상태로 인체를 스캔해야 하지만, 이러한 스캔 과정이 때로는 몇 분이 소요되어 피검자를 불편하게 만들뿐만 아니라 스캔하는 동인 인체의 움직임이 발생하는 경우가 있어 측정오차가 발생하기도 하는 단점이 있다.
UA 골밀도 계측기는 초음파의 흡수도 및 전달속도 변화가 골밀도와 갖는 관계를 분석하여 골밀도를 계측하는 장치이다. 그러나 초음파 골밀도 측정이 엑스선을 이용하여 측정한 골밀도와의 상관도가 높지 않은 문제점이 있다. 또한, 초음파의 속도가 온도에 민감하기 때문에 초음파 골밀도 측정시 따뜻한 물에 손이나 발을 몇 분씩 담가야 하는 문제점도 있었다. 최근 건식 초음파 골밀도 측정 장비도 개발되어 있으나, 이 역시 적정 온도의 유지를 위하여 상당한 예비시간을 필요로 하는 문제점이 있다.
RA 골밀도 계측기는 일상적으로 획득할 수 있는 단순 엑스선 영상에서 엑스선 흡수도를 정량화하거나 골의 해부학적 특성(예를 들어, 피질골폭, 뼈의 크기, 골소주 패턴의 양상 등)을 분석하여 골밀도를 측정하는 장치이다. 그러나, RA 골밀도 측정시 단순 엑스선 영상의 획득 조건(예를 들어, 엑스선 촬영 조건 등)이 변화되면 골밀도 측정치도 변할 수 있는 문제점이 있다. 실질적으로, RA 방식에서는 엑스선 영상 획득조건의 변화를 원천적으로 차단하기가 어려워, 측정한 골밀도의 재현성이 낮아지는 경우가 자주 발생하게 된다.
현재 QCT 장비와 관련한 개발은 거의 없는 것으로 보이며, DEXA 장비와 관련한 개발은 측정시간을 단축하기 위하여 반도체 공정을 통하여 제작한 평판 엑스선 센서를 이용하는 것에 주안점이 맞추어져 있다. 그러나 평판 엑스선 센서의 개발에는 많은 시간과 비용이 필요하나 의료장비 시장규모의 취약성으로 인하여 충분한 투자가 되지 않아 제품 개발이 더디게 진행되고 있다.
한편, 초음파를 이용한 골밀도 측정 및 RA 골밀도 측정 방법의 개발은 아직도 진행되고 있다. 초음파의 경우는 엑스선을 이용하지 않기 때문에 피폭의 위험성이 없다는 장점과 초음파 골밀도 측정이 엑스선을 이용한 골밀도 측정과는 달리 골의 구조적 특징을 정량화는 면이 있다는 점 때문이다. 특히, 기존의 초음파 감쇄영상을 이용하지 않고 탄성계수를 영상화한 탄성영상을 이용할 경우 초음파는 골의 구조적 강도를 좀더 정량화는 도구가 될 수 있어 이와 관련한 연구가 진행되고 있다. RA 방식의 경우는 대부분의 병원이 엑스선 촬영 장비를 기본으로 갖추고 있어 사용자의 측면에서는 비교적 저렴한 가격으로 골밀도 측정 장치를 구매할 수 있고 또한 장비설치를 위한 특별한 공간이 필요 없다는 사실이 주목을 받고 있다. 특히, 최근에는 디지털 엑스선 센서가 상당히 보급되어 이를 활용하면 RA 방식의 최대 약점인 필름 현상 및 인화과정이 사라져 실시간으로 엑스선 영상을 얻어 RA 방식을 통한 골밀도 측정을 수행할 수 있다. 또한, 기술적으로 디지털 엑스선 센서를 활용할 경우 영상의 상태를 일정하게 유지할 수 있어 측정의 정확도 및 재현도가 더욱 높아질 수 있다. 그런데, RA 방식을 이용한 골밀도 측정 방법이 상당수 개발되었음에도 불구하고, 앞에서 언급한 돌발적 재현성 오차 문제를 해결한 경우는 거의 없는 실정이다. 이것은 RA 방식에서 사용하는 골밀도 측정 장비가 대부분 엑스선 발생장비를 포함하지 않고 병원에 이미 설치된 범용 엑스선 장비를 활용하기 때문이다. 병원의 범용 엑스선 장비를 활용할 경우 엑스선 발생조건이 불안정하여 획득한 엑스선 영상이 항상 일정한 상태를 유지하기 어렵다. 엑스선 영상이 일정한 상태로 유지되지 않으며 곧바로 골밀도 측정의 오차를 수반하게 된다. 따라서 RA 방식을 이용한 골밀도 측정의 재현성을 높이기 위해서는 엑스선 촬영조건의 변화에 둔감하면서도 골밀도를 높은 정확도로 측정할 수 있는 방법의 개발이 무엇보다 필요하다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 단순 엑스선 영상을 이용한 골밀도 측정시 엑스선 조건 변화에 둔감하면서도 높은 정확도로 골밀도를 측정할 수 있는 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 병원 내에 이미 설치된 범용 엑스선 장비를 활용하여 저렴한 비용으로 골밀도 측정이 가능한 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 엑스선 영상의 획득 조건에 의한 골밀도 측정의 재현도 오차를 감소시켜 보다 정밀한 골밀도 측정이 가능한 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 간략한 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 외형을 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 사용 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 피검자의 손목 부위에 대한 디지털 엑스선 이미지 및 관심 영역(ROI) 이미지를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 관심 영역(ROI) 이미지 중 임의의 열(Row)에 대한 그레이레벨 프로파일을 예시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골 영역 프로파일 중 피질골에 의한 프로파일에 상응하는 함수의 그래프를 함께 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골 단면을 예시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 골 충실도와 실제적인 골밀도간의 관계를 나타내는 그래프를 예시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 엑스선 발생 장치
120 : 골밀도 측정 장치
130 : 엑스선 영상 입력부
135 : 골밀도 측정부
140 : 키 입력부
145 : 표시부
150 : 데이터 출력부
155 : 저장부
160 : 데이터 송수신부
165 : 전원 입력부
170 : 제어부
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 디지털 엑스선 이미지를 이용하여 피검자의 골밀도를 측정하는 방법에 있어서, (a) 피검자의 임의의 신체 부위에 대하여 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 단계; (b) 상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 단계-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-; (c) 상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 단계; (d) 상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 단계-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-; (e) 상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 단계; (f) 상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하는 단계; (g) 상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 단계; 및 (h) 미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도를 산출하여 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법 및 당해 골밀도 측정 방법의 수행을 가능하게 하는 시스템, 장치 및 기록매체가 제공된다.
상기 단계 (c)는, 상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하기 위하여, 상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 각 픽셀을 중심으로 좌우로 미리 지정된 범위 이내의 픽셀들의 그레이레벨의 표준 편차를 순차적으로 산출하는 단계; 상기 산출된 복수의 그레이레벨 표준 편차 중 피크값을 가지는 두 개의 픽셀을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 두 개의 픽셀 중 하나의 픽셀을 골(骨) 영역 개시점, 다른 하나의 픽셀을 골(骨) 영역 종결점으로 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 연속 추세 함수는 상기 골(骨) 영역 개시점 내지 상기 골(骨) 영역 종결점 이외의 영역들이 연속성을 가지도록 도시되는 그래프에 상응하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계 (e)는, 상기 해면골(sponge bone) 영역을 식별하기 위하여, 상기 골(骨) 영역 개시점으로부터 상기 차이값이 증가하는 방향으로 이동하면서 최초로 추출되는 극대점을 해면골 영역 개시점으로 설정하고, 상기 골(骨) 영역 종결점으로부터 상기 차이값이 증가하는 방향으로 이동하면서 최초로 추출되는 극대점을 해면골 영역 종결점으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 피팅 함수는 상기 해면골 영역 개시점 내지 상기 해면골 영역 종결점 사이의 영역이 상기 피질골로 채워진 상태의 그레이레벨 프로파일을 만족하는 그래프에 상응하는 것을 특징으로 한다.
상기 피팅 함수는,를 만족하되, 상기 a 및 b는 각각 임의의 상수값이고, 상기 c는를, 상기 d는를 각각 만족하며, 상기 An은 골(骨) 영역 개시점을 의미하고, 상기 Bn은 골(骨) 영역 종결점을의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계 (g)는, 상기 n열에 상응하는 n열 골 충실도를 산출하는 단계; 및 상기 n열 골 충실도를 이용하여 상기 관심 영역 이미지에 상응하는 피험자 골 충실도를 산출하는 단계를 포함하되, 상기 n열 골 충실도는,의 수학식에 의해 산출되고, 상기 An은 골(骨) 영역 개시점을 의미하고, 상기 Bn은 골(骨) 영역 종결점을 의미하며, 상기은 상기 차이값의 그래프 면적을 의미하고, 상기은 상기 피팅 함수의 그래프 면적을 의미하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 단순 평균하여 산출되고, 상기 단순 평균은,의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 가중 평균하여 산출되고, 상기 가중 평균은,의 수학식을 만족하며, 상기 α는 임의의 상수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 가중 평균하여 산출되고, 상기 가중 평균은,의 수학식을 만족하며, 상기 α는 임의의 상수인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 단계 (h)에서, 상기 골밀도 변환 공식은,를 만족하되, 상기 c1및 상기 c2는 각각 임의의 상수인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 디지털 엑스선 이미지를 이용하여 피검자의 골밀도를 측정하는 장치에 있어서, 엑스선 발생 장치로부터 방출되는 엑스선을 이용하여 디지털 엑스선 이미지를 생성하는 엑스선 영상 입력부; 상기 생성된 디지털 엑스선 이미지에 포함된 관심 영역(ROI) 이미지를 이용하여 골밀도 측정 데이터를 생성하는 골밀도 측정부; 및 상기 생성된 골밀도 측정 데이터를 출력하는 데이터 출력부를 포함하되, 상기 골밀도 측정부는 상기 골밀도 측정 데이터를 생성하기 위하여, 상기 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 단계; 상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 단계-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-; 상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 단계; 상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 단계-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-; 상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 단계; 상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하는 단계; 상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 단계; 및 미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도 측정 데이터를 생성하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 장치가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 간략한 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 외형을 예시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 장치의 사용 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)는 엑스선 영상 입력부(130), 골밀도 측정부(135), 키 입력부(140), 표시부(145), 데이터 출력부(150), 저장부(155), 데이터 송수신부(160), 전원 입력부(165), 제어부(170)를 포함한다.
엑스선 영상 입력부(130)는 병원 내에 이미 설치되어 있는 엑스선 발생 장치(110)로부터 방출되는 엑스선에 의해 엑스선 영상 입력부(130) 상단에 위치한피검자(예를 들어, 환자)의 손목 엑스선 영상을 입력받아 디지털 엑스선 이미지를 생성한다. 생성된 디지털 엑스선 이미지의 공간 해상도는 약 130PPI(Pixels Per Inch)이고, 각 픽셀의 그레이레벨은 8비트일 수 있다. 엑스선 영상 입력부(130)는 상술한 동작을 수행하기 위하여 디지털 엑스선 센서, 엑스선 필름 스캐너 또는 CR(Computed Radiography) 장비 등을 포함할 수 있다.
골밀도 측정부(135)는 엑스선 영상 입력부(130)에 의해 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하고, 추출된 관심 영역 이미지를 이용하여 골밀도 측정 알고리즘을 수행한다. 골밀도 측정부(135)의 세부 동작은 이후 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
키 입력부(140)는 골밀도 측정 장치(120)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력하기 위한 수단이다. 즉, 키 입력부(140)는 지정된 동작을 수행할 수 있도록 제어 신호 또는 명령어 등을 입력하는 기능을 수행하는 수단으로서, 종래의 키 입력부(140)의 구성 및 기능과 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
표시부(145)는 골밀도 측정 장치(120)의 동작 상태, 엑스선 영상 입력부(130)에 의해 생성된 디지털 엑스선 이미지, 골밀도 측정부(135)에 의해 측정된 측정 데이터 등을 표시하는 수단이다.
데이터 출력부(150)는 엑스선 영상 입력부(130)에 의해 생성된 디지털 엑스선 이미지, 골밀도 측정부(135)에 의해 측정된 측정 데이터 등을 프린트하는 수단이다.
저장부(155)는 골밀도 측정 장치(120)의 동작 프로그램, 엑스선 영상입력부(130)에 의해 생성된 디지털 엑스선 이미지, 골밀도 측정부(135)에 의해 측정된 측정 데이터 등을 저장하는 수단이다. 물론, 저장부(155)는 저장되는 정보의 유형에 따라 복수로 구성될 수도 있음은 자명하다.
데이터 송수신부(160)는 엑스선 영상 입력부(130)에 의해 생성된 디지털 엑스선 이미지, 골밀도 측정부(135)에 의해 측정된 측정 데이터 등을 통신망을 통해 타 사용자(예를 들어, 원격지에 위치한 의사 등)에게 전송하고, 타 사용자로부터 제어 신호를 수신하는 수단이다.
전원 입력부(165)는 골밀도 측정 장치(120)에 동작 전원을 제공하는 수단이다.
제어부(170)는 엑스선 영상 입력부(130), 골밀도 측정부(135), 키 입력부(140), 표시부(145), 데이터 출력부(150), 저장부(155), 데이터 송수신부(160) 및 전원 입력부(165)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 물론, 제어부(170)는 별도의 구성 요소로 포함되지 아니하고, 특정 구성 요소(예를 들어, 골밀도 측정부(135) 등)와 통합적으로 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)의 외형을 예시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)의 사용 형태를 예시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 임상 의사(또는 골밀도 측정 담당자)는 골밀도 측정 장치(120)의 상부에 피검자의 손목이 위치하도록 한 후, 키 입력부(140)에 골밀도 측정 개시 명령을 입력하면, 골밀도 측정 장치(120)는 병원 내에 이미 설치되어 있는 엑스선 발생 장치(110)로부터 발생되는 엑스선을 이용하여 피검자의 손목 부분에 대한 디지털 엑스선 이미지를 생성한 후, 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역 이미지를 추출하여 미리 지정된 알고리즘에 의해 골밀도 측정을 수행한다. 그리고, 측정된 골밀도 데이터는 저장부(155)에 저장될 뿐 아니라, 표시부(145)를 통해 디스플레이된다. 물론, 당해 골밀도 데이터의 저장 여부는 임상 의사의 선택에 의해 결정되도록 할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골밀도 측정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 피검자의 손목 부위에 대한 디지털 엑스선 이미지 및 관심 영역(ROI) 이미지를 예시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 관심 영역(ROI) 이미지 중 임의의 열(Row)에 대한 그레이레벨 프로파일을 예시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골 영역 프로파일 중 피질골에 의한 프로파일에 상응하는 함수의 그래프를 함께 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 골 단면을 예시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 골 충실도와 실제적인 골밀도간의 관계를 나타내는 그래프를 예시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 단계 410에서 골밀도 측정 장치(120)는 피검자의 손목 부위에 상응하는 디지털 엑스선 이미지를 생성한다. 골밀도 측정 장치(120)가 피검자의 손목 부위에 상응하는 디지털 엑스선 이미지를 생성하는 방법은 앞서 설명한 바와 같이 병원 등에 이미 설치되어 있는 엑스선 발생 장치(110)의 하부에 골밀도 측정 장치(120)를 위치시킨 후, 골밀도 측정 개시 명령 등이 입력되면 엑스선 발생장치(110)에서 엑스선이 방출되고, 엑스선은 골밀도 측정 장치(120) 상부에 구비된 피검자의 손목을 통과하여 골밀도 측정 장치(120)의 엑스선 영상 입력부(130)에 도달되며, 엑스선 영상 입력부(130)는 도달되는 엑스선 등을 이용하여 디지털 엑스선 이미지를 생성한다.
단계 415에서 골밀도 측정 장치(120)는 생성된 디지털 엑스선 이미지 중에서 관심 영역(ROI)에 해당하는 이미지를 추출한다. 골밀도 측정 장치(120)에 의해 생성되는 디지털 엑스선 이미지(510)와 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 추출된 관심 영역 이미지(520)가 도 5에 예시되어 있다. 디지털 엑스선 이미지(510)의 공간 해상도는 약 130PPI(pixels per inch)이고 각 픽셀의 그레이레벨은 8비트일 수 있다. 그리고, 관심 영역 이미지(520)의 가로 x 세로 크기는 예를 들어 약 5cm x 4cm일 수 있으며, 세로 방향은 골의 축 방향을 나타낸다. 그리고, 관심 영역 설정시 영역 좌우에 연부 조직(soft tissue)을 포함하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 관심 영역 설정시 자동화된 방법으로 수행되도록 하는 방법도 있으나, 임상 의사(또는 골밀도 측정 담당자)의 수동 조작에 의하는 방법이 보다 바람직하다. 이는 임상적으로 골밀도 측정을 위한 영역이 정해져 있다 하더라도 피검자간 골(骨)의 해부학적 형태 차이를 모두 고려한 자동 관심영역 설정이 정확성을 보장할 수 없기 때문이다. 다만, 임상 의사가 보다 용이하게 관심 영역을 설정할 수 있도록 하기 위해 골밀도 측정 장치(120)의 상부에 일종의 손 거치대가 구비되도록 할 수 있다. 즉, 손 거치대를 디지털 엑스선 센서의 전면에 설치하면 피검자의 손목의 위치를 어느 정도 일정하게 유지할 수 있기 때문이다. 이러한 방법을 통해, 디지털 엑스선이미지에서의 손목의 위치를 어느 정도 사전에 파악할 수 있고, 이 정보를 이용하면 관심 영역 설정을 자동으로 수행할 수도 있을 것이다. 다만, 앞서 언급한 바와 같이 피검자간 골의 해부학적 형태 차이가 심하므로 자동으로 관심 영역이 설정되도록 하더라도 임상 의사에 의한 수동 관심 영역 설정 작업(예를 들어, 수동으로 평행 이동하거나 회전)이 병행되도록 하여 임상적으로 보다 정확한 관심영역을 설정함이 바람직하다.
단계 420에서 골밀도 측정 장치(120)는 관심 영역 이미지(520)를 이용하여 임의의 열(row)에서의 횡단 그레이레벨 프로파일(610 - 도 6 참조) 및 연속 추세 함수(620 - 도 6 참조)를 생성한다.
도 5에 도시된 관심 영역 이미지(520)의 횡단선은 아래부터 제1열, 제2열, ... , 제n열, 제n+1열, ... , 제m열로 차등 구분할 수 있다. 이중 제n열에 상응하여 골밀도 측정 장치(120)에 의해 생성된 횡단 그레이레벨 프로파일(610)이 도 6에 예시되어 있다. 도 6의 그레이레벨을 참조하면 그레이레벨이 급격히 증가하기 시작하는 지점(An)과 급격한 감소를 종료하는 지점(Bn)이 존재한다. 즉, An과 Bn 사이의 영역이 골(骨) 영역에 해당된다. 골밀도 측정 장치(120)는 골 영역의 시작 지점(An)과 종료 지점(Bn)은 다음과 같은 방법을 통해 결정할 수 있다. 우선, 골밀도 측정 장치(120)(즉, 골밀도 측정부(135))는 우선 횡단 그레이레벨 프로파일의 각 픽셀에서 그레이레벨의 거칠기를 계산한다. 예를 들어, 해당 픽셀을 중심으로 좌우로 L 픽셀 이내에 있는 픽셀들의 그레이레벨의 표준편차를 계산하여 해당 픽셀의 그레이레벨 거칠기로 설정할 수 있다. 상술한 바와 같이 130PPI 영상의 경우 L값은 3 내지 5사이의 임의의 값으로 고정하여 사용하고, 영상의 해상도가 높아지면 해상도에 비례하여 L 값을 증가시켜 사용함이 바람직하다. 이후, 그레이레벨 거칠기의 프로파일에서 제 1 피크의 픽셀값과 제 2 피크의 픽셀값을 찾아내어 왼쪽 것을 An으로 하고 오른쪽 것을 Bn으로 설정하면 된다.
이후, 골밀도 측정 장치(120)는 생성된 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 제외한 영역의 그레이레벨 그래프가 연속성을 가지도록(즉, 부드럽게 연결되도록) 하는 적절한 연속 추세 함수(620)를 산출한다.
그리고, 골밀도 측정 장치(120)는 골 영역 프로파일 중 피질골에 의한 프로파일에 상응하는 함수의 그래프를 생성한다. 즉, 골영역에 해당하는 그레이레벨 프로파일(610 - 도 6 참조)에서 연속 추세 함수(620 - 도 6 참조)를 뺀 그레이레벨 차의 결과값을 순차적으로 산출한다. 당해 그레이레벨 차에 해당하는 결과값 그래프(710)가 도 7에 도시되어 있다. 이후, 도 7의 그레이레벨 프로파일의 An(즉, 골영역 시작 지점)에서 출발하여 우측으로 진행하면서 첫 번째 그레이레벨 극대점을 찾아 그 위치를 Cn으로 설정하고, Bn(즉, 골영역 종료 지점)에서 출발하여 좌측으로 진행하면서 첫 번째 그레이레벨 극대점을 찾아 그 위치를 Dn으로 설정한다.
상술한 과정을 통해 추출한 An, Bn, Cn 및 Dn이 나타내는 정보를 일반적인 장골(보통의 길쭉한 뼈)의 단면도를 원형으로 단순화한 도 8을 참조하여 간략히 설명한다. 도 8에 도시된바와 같이, 장골은 바깥쪽에 견고한 피질골(810)이 원통 모양으로 있고, 내부에 네트워크 모양의 성긴 해면골(820)이 위치한다. 따라서 이런 장골의 측면에 엑스선을 조사하여 디지털 엑스선 이미지를 얻은 후 그 엑스선 영상에서 장골을 횡단하는 선을 따라 그레이레벨을 분석해보면, 피질골의 바깥쪽 최대 경계에 해당하는 위치가 좌우로 각각 An 및 Bn과 거의 일치하고, 해면골의 최대 경계에 해당하는 위치가 좌우로 각각 Cn 및 Dn과 거의 일치함을 알 수 있다. 즉, 구간 An 내지 Cn, 구간 Dn 내지 Bn은 해면골에 의한 엑스선 흡수 효과가 포함되지 않은 영역에 해당한다. 물론, 골밀도 측정 장치(120)는 피질골에 의한 프로파일에 상응하는 함수의 그래프를 생성 작업은 생략하고 단지 피질골의 위치에 상응하는 픽셀값만을 추출할 수도 있다.
단계 425에서 골밀도 측정 장치(120)는 단계 420을 통해 산출된 골 특성값(즉, An, Bn, Cn 및 Dn)을 이용하여 골 충실도를 산출한다.
골밀도 측정 장치(120)는 골 충실도를 산출하기 위하여 구간 An 내지 Cn, 구간 Dn 내지 Bn의 그레이레벨 프로파일을 적절한 함수로 피팅(fitting)하여야 한다. 도 8에 도시된 장골의 단면도는 완전한 원형인 경우를 가정하여 도시하였으나, 일반적으로 장골의 경우 단면이 원에 가깝기는 하나 완전한 원형은 아니다. 따라서, 장골의 단면이 완전한 원형인 경우 도 7에 도시된 피팅 함수로서 원(Circle)을 사용하여야 할 것이나, 실제적으로 장골의 피질골이 완전한 원형이 아니므로 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)는 하기의 수학식 1에서와 같은 일그러진 원 형태의 함수를 피팅 함수로 사용한다.
여기서, a, b, c 및 d는 피팅 파라미터이고, a와 b는 임의의 상수값이며, c는의 관계를 가지고, d는의 관계를 가진다.
구간 An 내지 Cn 간의 그레이레벨 프로파일과 Dn 내지 Bn간의 그레이레벨 프로파일을 기초로 상술한 수학식 1을 이용하여 비선형 피팅한 비선형 피팅 그래프(720)가 도 7에 도시되어 있다. 여기서의 비선형 피팅 그래프(720)는 당해 장골이 완전히 피질골만으로 채워져 있는 경우를 가정하여 도시되는 그레이레벨 프로파일이다.
이와 같이, 도 7에 도시된 그레이레벨 차에 해당하는 결과값 그래프(710)의 면적과 비선형 피팅 그래프(720)의 면적을 이용하여 골 충실도를 산출할 수 있다. 그레이레벨 차에 해당하는 결과값 그래프(710)를 도시하기 위한 함수를이라 하고, 비선형 피팅 그래프(720)를 도시하기 위한 함수를이라 할 때, 관심 영역(ROI)의 특정 열(row)에서의 골 충실도(FF )를 산출하기 위한 공식은 하기의 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
여기서,는 n번째 열(row)의 횡단선(도 5의 520 참조)에서의 골 충실도 (fill-factor of bone)이고, k 는 픽셀의 색인이다.
상술한 수학식 2를 통해 산출된 특정 열에서의 골 충실도를 이용하여 피검자의 골 충실도를 산출할 수 있다. 즉, 피검자의 골 충실도( FF )는 상술한 수학식 2를 통해 산출된 특정 열에서의 골 충실도(이하, n열 골 충실도라 칭함)의 단순 평균 또는 가중 평균을 통해 산출할 수 있다.
단순 평균을 통해 피검자의 골 충실도를 산출하기 위해 하기의 수학식 3이 적용될 수 있다.
여기서, m은 회단선 수를 의미한다.
또한, 가중 평균을 통해 피검자의 골 충실도를 산출하기 위해서는 하기의 수학식 4가 적용될 수 있다.
여기서, α는 다수의 피검자로부터 획득한 실험값을 단순 평균하여 얻은 상수 또는 특정 상수일 수 있다. 그리고, 다수의 피검자로부터 실험값을 얻기 위한 공식은 하기의 수학식 5와 같다.
여기서,은 n번째 열의 횡단선 위치에서 골의 단면적에 비례하는 양이고,은 그 위치에서의 골(骨)의 직경이다. 따라서는 해당 골의 부피에 비례하고,는 엑스선 영상에 투영된 그 골의 면적에 비례한다.
또한, 가중 평균을 통해 피검자의 골 충실도를 산출하기 위해 상술한 수학식 4외에 하기의 수학식 6이 적용될 수도 있다.
상술한 수학식들 및 설명을 통해 골 충실도가 의미하는 바를 명확히 이해할 수 있을 것이다. 이와 같이, 본 발명에 따른 골 충실도 산출 방법은 골(骨)이 바깥쪽에 치밀한 피질골이 존재하고, 안쪽으로 네크워크 모양의 성긴 해면골이 존재함을 전제로, 골의 실제 그레이레벨 프로파일과 해당 골의 내면을 완전히 피질골로 채운 경우의 그레이레벨 프로파일을 비교하는 방법이 적용된다. 즉, 골 충실도는 디지털 엑스선 이미지에 나타난 골의 실제 그레이레벨 프로파일의 합(면적들의 합)을 해당 골의 내면을 완전히 피질골로 채운 경우의 그레이레벨 프로파일의 합(면적들의 합)과 비교할 때 얼마나 되는지를 나타내는 비율인 것이다. 그리고, 각각의 그레이레벨 프로파일은 엑스선 획득 조건이 변화함에 따라 동일한 양상으로 변화하기 때문에 골 충실도가 엑스선 획득 조건 변화에 영향을 받지 않는 특징을 가진다. 또한, 이하에서 설명되어지는 바와 같이, 다수의 피검자에 대한 실험에서 골 충실도(FF )와 실제 골밀도(BMD)는 높은 선형 상관성이 있음을 알 수 있으므로 골 충실도가 골밀도의 훌륭한 척도가 될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
단계 430에서 골밀도 측정 장치(120)는 단계 425를 통해 산출한 골 충실도와 미리 지정된 골밀도 측정 공식을 이용하여 피검자의 골밀도를 산출한다. 골밀도 측정 공식은 복수의 피검자들의 골밀도 측정값과 골 충실도간의 상관 관계를 이용하여 생성할 수 있다. 이를 위한 일 방법으로 DEXA 등과 같이 검증된 골밀도 측정 장치에 의해 측정된 골밀도와 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)에서 산출한 골 충실도의 사이의 관계를 선형회귀 방법으로 획득하여 실시할 수 있다. 도 9에 19인의 골 충실도를 가중 평균 방법으로 계산한 결과(FF )와 DEXA 등의 검증된 골밀도 측정 장치에 의해 측정된 동일한 부위의 실제 골밀도(BMD) 사이의 관계가 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 골 충실도를 가중 평균 방법으로 계산한 결과(FF )와 동일한 부위의 실제 골밀도(BMD) 간의 선형 상관도가 약 0.9 정도로써, 양자간에 매우 높은 선형 상관성이 있음을 알 수 있다. 또한, 선형회귀 방법으로 계산한 FF 와 BMD간의 일반적 관계를 나타낸 일차함수 그래프(910)가 도 9에 도시되어 있다. 그리고, 양자간의 일반적 관계를 나타내는 일차함수 그래프는 하기의 수학식 7과 같이 표시할 수 있다.
여기서, C1과 C2는 실계수이다. 그리고, 골밀도 단위는 g/㎠이다. 상술한 수학식 7을 이용하면, 골 충실도가 산출되었다면 이에 상응하는 골밀도를 쉽게 산출할 수 있다.
이후, 단계 435에서 골밀도 측정 장치(120)는 산출된 골밀도, 디지털 엑스선 이미지 등을 표시부(145)에 디스플레이하거나 데이터 출력부(150)를 통해 인쇄물 형태로 프린팅한다. 임상 의사는 표시부(145)에 디스플레이되거나, 인쇄물 형태로 프린팅된 골밀도, 엑스선 골영상의 특성, 골절 유무, 혈중 칼슘 농도 등의 정보를 종합적으로 참조하여 피검자의 골다공증 여부를 판별할 수 있다.
임상 의사의 골다공증 판단 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 골밀도 측정치를 임상적으로 활용하기 위해서는 골밀도 값 자체뿐 아니라 골밀도의 상대적 기준(예를 들어, 30세 전후의 피검자들에게서 측정한 대규모 골밀도 데이터)이 필요하다. 임상 의사 또는 골밀도 측정 장치(120)는 상대적 기준으로서 획득한 데이터(예를 들어, 대규모 피검자에게서 획득한 골밀도 데이터)에서 평균 골밀도(BMD0)와 골밀도의 표준 편차()를 산출한다. 만일 평균 골밀도, 표준 편차가 골밀도 측정 장치(120)에 의해 산출되는 경우, 상대적 기준에 해당하는 데이터는 저장부(155)에 미리 저장되어야 한다. 골밀도의 평균과 표준 편차를 이용하여, 피검자의 골밀도가 높고 낮음을 판단하기 위한 상대적 기준값(T)값은 하기의 수학식 8에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 임상적으로 골밀도만으로 골다공증을 판단하는 경우, -1.0 > T > -2.5인 경우에는 골감소증으로, T < -2.5인 경우에는 골다공증으로 판단된다. 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)는 측정 결과를 표시할 때, 디지털 영상, 골밀도(BMD), 기준값(T)을 하나의 화면상에 또는 한 장의 종이 내에 표시되도록 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 골밀도 측정 장치(120)는 하나의 화면상에 또는 한 장의 종이 내에 디지털 엑스선 이미지, 골 충실도 및 골 충실도에 대한 기준값(T)이 표시되도록 할 수도 있다. 이 경우에는 골 충실도를 골밀도로 환산하지 않고, 평균 골 충실도와 골 충실도의 표준편차를 산출한 후, 골 충실도에 대한 기준값(T) 생성 공식을 이용하여 기준값(T)을 생성하고, 생성된 기준값(T)을 이용하여 골다공증 여부가 판단되도록 할 수도 있다. 골 충실도에 대한 기준값(T) 생성 공식으로는 하기의 수학식 9가 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법 및 장치는 단순 엑스선 영상을 이용한 골밀도 측정시 엑스선 조건 변화에 둔감하면서도 높은 정확도로 골밀도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 병원 내에 이미 설치된 범용 엑스선 장비를 활용하여 저렴한 비용으로 골밀도 측정이 가능하다.
또한, 본 발명은 엑스선 영상의 획득 조건에 의한 골밀도 측정의 재현도 오차를 감소시켜 보다 정밀한 골밀도 측정을 가능하게 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 디지털 엑스선 이미지를 이용하여 피검자의 골밀도를 측정하는 방법에 있어서,
    (a) 피검자의 임의의 신체 부위에 대하여 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 단계;
    (b) 상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 단계-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-;
    (c) 상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 단계;
    (d) 상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 단계-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-;
    (e) 상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 단계;
    (f) 상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하는 단계;
    (g) 상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 단계; 및
    (h) 미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도를 산출하여 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)는,
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하기 위하여,
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 각 픽셀을 중심으로 좌우로 미리 지정된 범위 이내의 픽셀들의 그레이레벨의 표준 편차를 순차적으로 산출하는 단계;
    상기 산출된 복수의 그레이레벨 표준 편차 중 피크값을 가지는 두 개의 픽셀을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 두 개의 픽셀 중 하나의 픽셀을 골(骨) 영역 개시점, 다른 하나의 픽셀을 골(骨) 영역 종결점으로 설정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연속 추세 함수는 상기 골(骨) 영역 개시점 내지 상기 골(骨) 영역 종결점 이외의 영역들이 연속성을 가지도록 도시되는 그래프에 상응하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 단계 (e)는,
    상기 해면골(sponge bone) 영역을 식별하기 위하여,
    상기 골(骨) 영역 개시점으로부터 상기 차이값이 증가하는 방향으로 이동하면서 최초로 추출되는 극대점을 해면골 영역 개시점으로 설정하고, 상기 골(骨) 영역 종결점으로부터 상기 차이값이 증가하는 방향으로 이동하면서 최초로 추출되는 극대점을 해면골 영역 종결점으로 설정하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피팅 함수는 상기 해면골 영역 개시점 내지 상기 해면골 영역 종결점 사이의 영역이 상기 피질골로 채워진 상태의 그레이레벨 프로파일을 만족하는 그래프에 상응하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 피팅 함수는,
    를 만족하되,
    상기 a 및 b는 각각 임의의 상수값이고, 상기 c는를, 상기 d는를 각각 만족하며, 상기 An은 골(骨) 영역 개시점을 의미하고, 상기 Bn은 골(骨) 영역 종결점을 의미하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (g)는,
    상기 n열에 상응하는 n열 골 충실도를 산출하는 단계; 및
    상기 n열 골 충실도를 이용하여 상기 관심 영역 이미지에 상응하는 피험자 골 충실도를 산출하는 단계
    를 포함하되,
    상기 n열 골 충실도는,
    의 수학식에 의해 산출되고,
    상기 An은 골(骨) 영역 개시점을 의미하고, 상기 Bn은 골(骨) 영역 종결점을 의미하며,
    상기은 상기 차이값의 그래프 면적을 의미하고, 상기은 상기 피팅 함수의 그래프 면적을 의미하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 단순 평균하여 산출되고,
    상기 단순 평균은,
    의 수학식을 만족하는 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 가중 평균하여 산출되고,
    상기 가중 평균은,
    의 수학식을 만족하며, 상기 α는 임의의 상수인 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 피험자 골 충실도는 상기 n열 골 충실도를 가중 평균하여 산출되고,
    상기 가중 평균은,
    의 수학식을 만족하며, 상기 α는 임의의 상수인 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (h)에서,
    상기 골밀도 변환 공식은,
    를 만족하되,
    상기 c1및 상기 c2는 각각 임의의 상수인 것
    을 특징으로 하는 골밀도 측정 방법.
  12. 디지털 엑스선 이미지를 이용하여 피검자의 골밀도를 측정하는 장치에 있어서,
    피검자의 임의의 신체 부위에 대하여 생성된 디지털 엑스선 이미지를 생성하는 수단;
    상기 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 수단;
    상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 수단-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하는 수단;
    상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 수단;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 수단-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-;
    상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하는 수단;
    상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 수단;
    상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하고, 상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 수단; 및
    미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도를 산출하여 출력하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 장치.
  13. 디지털 엑스선 이미지를 이용하여 피검자의 골밀도를 측정하는 장치에 있어서,
    엑스선 발생 장치로부터 방출되는 엑스선을 이용하여 디지털 엑스선 이미지를 생성하는 엑스선 영상 입력부;
    상기 생성된 디지털 엑스선 이미지에 포함된 관심 영역(ROI) 이미지를 이용하여 골밀도 측정 데이터를 생성하는 골밀도 측정부; 및
    상기 생성된 골밀도 측정 데이터를 출력하는 데이터 출력부
    를 포함하되,
    상기 골밀도 측정부는 상기 골밀도 측정 데이터를 생성하기 위하여,
    상기 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 단계;
    상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 단계-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 단계;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 단계-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-;
    상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 단계;
    상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하는 단계;
    상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 단계; 및
    미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도 측정 데이터를 생성하는 단계
    를 실행하는 것을 특징으로 하는 골밀도 측정 장치.
  14. 골 충실도를 이용한 골밀도 측정 방법을 수행하기 위해 단말 장치에서 실행될 수 있는 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현되어 있으며, 상기 단말 장치에 의해 판독될 수 있는 기록 매체에 있어서,
    피검자의 임의의 신체 부위에 대하여 생성된 디지털 엑스선 이미지에서 관심 영역(ROI) 이미지를 추출하는 단계;
    상기 관심 영역 이미지의 제n열에 상응하는 횡단 그레이레벨 프로파일을 생성하는 단계-여기서, 상기 제n열은 상기 관심 영역 이미지의 최하단에 상응하는 제1열 내지 상기 관심 영역 이미지의 최상단에 상응하는 제m열 중 임의의 열(row)임-;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일에서 골(骨) 영역을 식별하고, 상기 골(骨) 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 연속 추세 함수를 생성하는 단계;
    상기 횡단 그레이레벨 프로파일과 상기 연속 추세 함수간의 차이값을 순차적으로 산출하는 단계-여기서, 상기 골(骨) 영역은 피질골(cortical bone)과 상기 해면골 영역을 포함함-;
    상기 산출된 차이값을 이용하여 해면골(sponge bone) 영역을 식별하고, 상기 해면골 영역 이외의 영역간에 연속성을 가지는 그래프인 피팅 함수를 생성하는 단계;
    상기 n열에 상응하는 피팅 함수의 그래프 면적 및 상기 순차적인 차이값의 그래프 면적을 산출하는 단계;
    상기 피팅 함수의 그래프 면적 및 차이값의 그래프 면적을 이용하여 골 충실도를 산출하는 단계; 및
    미리 지정된 골밀도 변환 공식을 이용하여 상기 골 충실도에 상응하는 골밀도를 산출하여 출력하는 단계
    를 실행하는 프로그램을 기록한 기록매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100915330B1 (ko) * 2008-02-15 2009-09-03 주식회사 오스테오시스 초기 상태가 선택되는 골밀도 측정 장치
JP2023056026A (ja) * 2018-09-10 2023-04-18 京セラ株式会社 装置及びシステム

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