KR20100052405A - 자궁의 가상 내시경 영상을 형성하는 방법 - Google Patents

자궁의 가상 내시경 영상을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 자궁의 가상 내시경 영상을 형성하는 방법 및 이를 위한 초음파 시스템이 개시된다. 초음파 자궁 식염수 조영술로 얻은 자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 자궁의 가상 영상을 형성하고, 자궁 내벽 상의 이상부위를 자동으로 검출하고, 이상부위 검출결과를 자궁의 가상 영상에 반영하여 자궁의 가상 내시경 영상을 형성한다. 또한, 뷰포인트의 위치에 따라 다양한 각도에서 자궁 내벽의 영상을 제공한다. 이로써 사용자는 자궁 내벽의 상태를 용이하게 관찰할 수 있다.
초음파, 가상, 내시경, 자궁, 외벽, 내벽

Description

자궁의 가상 내시경 영상을 형성하는 방법{METHOD OF FORMING VIRTUAL ENDOSCOPE IMAGE OF UTERUS}
본 발명은 초음파 진단 분야에 관한 것으로, 특히 자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 자궁의 가상 내시경 영상을 형성하는 방법에 관한 것이다.
초음파를 이용하여 자궁의 이상 유무를 진단하는 종래 방법으로, 자궁경 검사, 자궁관조영술, 3차원(3D) 초음파 자궁 식염수 조영술 등이 있다. 자궁경 검사는 침습적이며 자궁경 개통성을 알 수 없고, 자궁 외형을 평가할 수 없으며, 천공, 감염, 출혈 등의 위험이 있다. 자궁관 조영술의 경우 환자가 통증을 느끼며, 조영제 사용과 방사선 노출이라는 문제가 있다. 3D 초음파 자궁 식염수 조영술은 침습방식이 아니기 때문에 환자에게 거부감은 없으나, 자궁경, 자궁관 조영술 방법 보다 화질이 저하되어, 3D 초음파 영상에서 자궁의 내벽과 자궁 내부가 명확하게 구분되지 않아 사용자가 육안으로 병변을 찾기 힘들다.
자궁의 3D 초음파 영상을 이용하여 가상의 자궁 내시경 영상을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 자궁의 가상 내시경 영상 형성 방법은, 수의 2차원 초음파 자궁 영상 각각에서 상기 자궁 외부와 내부 경계의 픽셀 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 경계의 픽셀 정보를 이용하여 상기 각 2차원 자궁 영상에서 상기 자궁의 내부를 제거하여 자궁의 2차원 외곽 영상을 형성하되, 상기 외곽은 자궁의 내벽과 외벽을 포함하는 단계; 상기 자궁의 2차원 단면 외곽 영상을 이용하여 상기 자궁의 3차원 가상 영상을 형성하는 단계; 상기 자궁의 3차원 가상영상에서 자궁 내벽을 검사하는 단계; 및 상기 검사된 결과를 상기 자궁의 가상 영상에 반영하여 자궁의 가상 내시경을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 자궁의 외벽 및 내벽을 보이는 자궁의 가상 내시경 영상을 자동적으로 제공한다. 이로써, 자궁의 내부를 한눈에 파악할 수 있으며, 이상부위 검출을 위한 사용자의 동작(operation)을 최소화시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 따라 진단부(110), 프로세서(120), 입력부(130), 디스플레이부(140) 및 저장부(150)를 포함하는 초음파 시스템(100)의 개략도이다. 진단부(110)는 자궁의 3차원 초음파 영상 데이터를 실시간으로 제공할 수 있다. 진단부(110)는 프로브(미도시), 빔포머(미도시) 등을 포함할 수 있다. 자궁의 3차원 초음파 영상은 자궁 식염수 조영술로 획득할 수 있다. 최적의 자궁 영상을 얻기 위하여 차갑지 않은, 예컨대 체온과 동일 또는 비슷한 온도의 생리 식염수 등을 자궁 내에 주입하여 자궁강을 팽창시킨다. 생리 식염수를 대신하여 링거액 또는 글리신 용액이 사용될 수 있다. 질 초음파를 이용하여 자궁의 3D 초음파 영상 데이타를 얻는다. 진단부(110)에 의해 얻어진 자궁의 3D 초음파 영상 데이터는 저장부(150)에 저장되고, 저장부(150)는 자궁의3D초음파 영상 디스플레이요청, 가상 내시경 영상 형성 요청 등과 같은 사용자의 요청에 응답하여 자궁의 3D 초음파 영상 데이터를 제공한다. 초음파 시스템(100)의 프로세서(120)는 자궁의 3차원 초음파 영상 데이터로부터 가상의 자궁 내시경 영상을 형성한다. 도 2를 참조하면, 프로세서(120)는 자궁의 3차원 초음파 영상 데이터 제공부 즉, 진단부(110) 또는 저장부(150)로부터 자궁의 3차원 초음파 영상 데이터를 수신한다 (S10). 도 3에 보인 바와 같이, 프로세서(120)는 자궁의 3차원 초음파 영상(RI)에 회전축(Rx)을 설정한다. 이 회전 축(Rx)을 중심으로 자궁의 3차원 초음파 영상을 일정한 각도로 회전하면서, 일정 각도 마다 2차원 단면영상 C1 내지 Cn을 얻는다(도 4 참조)(S20). 이로써 다수의 2차원 단면 영상이 얻어진다. 다음으로, 각 2차원 단면 영상에서 자동 또는 수동의 방법으로 자궁 내부(IP)와 외부(OP) 경계(BN)의 픽셀 정보를 추출한다(S30). 상 기 경계(BN)는 자궁내막이 될 수 있다.
경계(BN)의 픽셀 정보를 추출하기 위해, 프로세서(120)는 단면 영상 (C1내지 Cn)에 대해 경계 추출을 실시한다. 경계(B)의 픽셀 정보 추출은 자동 또는 수동의 방법으로 수행될 수 있다. 자동 경계추출의 경우, 프로세서(120)는 자궁의 3차원 초음파 영상을 회전시켜 얻은 각 2차원 단면 영상(C1 내지 Cn)에 대해 이진화(adaptive), 형태론적 필터링(morphological filtering) 및 영역 성장(region growing)을 차례대로 수행하여, 자궁 내부와 외부의 경계를 자동으로 추출한다. 수동 경계추출의 경우, 자궁의 3차원 초음파 영상을 회전시켜 얻은 각각의 2차원 단면 영상(C1 내지 Cn)에 사용자가 입력부(130)를 통하여 직접 표시한 경계 등을 따라 자궁의 내부와 외부의 경계를 추출한다.
프로세서(120)는 추출된 경계(BN)의 픽셀 정보에 기초하여 각 2차원 단면 영상(C1 내지 Cn)에서 자궁 내부를 제거하여(S40) 도 5에 보인 바와 같이 외곽 단면 이미지 (CS1 내지 CSn)를 형성한다. 도 6을 참조하면, 프로세서(120)는 추출된 경계(BN)의 픽셀 정보에 기초하여 외곽 단면 이미지 (CS1 내지 CSn)를 이용하여 3차원 가상 영상(VI)를 형성한다(S50). 3차원 가상 영상(VI)를 형성하기 위해, 프로세서(120)는 보간(interpolation)을 실시하여 이웃하는 두 외곽 단면 영상들 사이에 적정 수의 보간 영상들(interpolated images)을 형성하고, 단면 외곽 영상들과 보간 영상들의 조합으로 표면 렌더링(Surface rendering)을 실시하여 자궁의 3차원 가상 영상을 형성한다.
자궁의 3차원 가상 영상에서 자궁 내벽의 복셀 밝기값과 굴곡의 차이를 비교하여 자동으로 병변, 즉 이상부위를 검출결과를 형성한다(S60). 예를 들어, 3D 초음파 영상에서 자궁 용종은 주변보다 더 밝게(hyperechoic) 나타나고, 점막하근종은 주변 보다 어둡게(hypoechoic) 나타나므로, 복셀의 밝기값을 비교하여 이상부위를 검출한다. 또한, 자궁 내막암, 종양은 주변에 비해 볼록한 부분으로서, 상대적으로 굴곡의 변화가 심한 부위를 이상 부위로서 검출할 수 있다. 검출 결과는 이상 부위의 위치 정보를 포함하거나, 이상 부위가 검출되지 않을 경우 자궁 내벽 일부분의 위치 정보를 포함할 수 있다.프로세서(120)는 자궁의 3차원 가상영상에 자궁 내벽의 이상부위 검사 결과를 반영하여 도 7과 같은 자궁의 가상 내시경 영상(VEI) 을 형성한다(S70).
입력부(130)를 통한 사용자의 뷰 포인트 디스플레이 요청에 응답하여 또는 가상 내시경 영상(VEI)이 디스플레이될 때, 프로세서(120)는 도 8에 보인 바와 같이 자궁의 개략적인 구조와 뷰 포인트를 보이는 뷰 포인트 표시 영상을(VP_IMG)을 형성할 수 있다. 뷰 포인트는 가상 내시경 영상(VEI)에 보이는 자궁 내벽 부분에 마주보는 조사 위치이다. 뷰 포인트 표시 영상(VP_IMG)은 가상 내시경 영상(VEI)와 함께 디스플레이부(140)에 표시될 수 있다. 도 8 상에서 사용자는 트랙볼(track ball), 마우스(mouse), 키보드(key board) 등과 같은 입력부(130)를 이용하여 뷰 포인트를 이동시킬 수 있다. 사용자로부터 뷰포인트(VP)의 새로운 위치이동가 입력되면, 프로세서(120)는 이동된 뷰포인트 VP의 위치를 반영하여 새로운 3차원 가상 영상을 형성하여 디스플레이부(140)에 디스플레이한다. 따라서, 새로운 가상 영상은 이동된 뷰 포인트(VP)에 대응하는 내벽 상의 다른 부분을 보일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 입력부(130)를 통한 검사 가이드 영상(네비게이션 영상) 디스플레이 요청에 응답하여 또는 가상 내시경 영상(VEI)이 디스플레이 될 때, 프로세서(120)는 추출된 경계(BN)의 픽셀 정보에 근거하여 자궁의 개략적인 구조와 뷰 포인트를 보이는 검사 가이드 영상을 형성할 수 있다. 도 9에 보인 바와 같이 프로세서(120)는 추출된 자궁의 내부와 외부 경계(BN) 좌표 정보에 근거하여 자궁(UT) 내에 중심 경로(CP)를 설정한다. 중심 경로(CP)로부터 일정한 거리에 위치하는 점들로써 검사 경로(IR)를 설정한다. 뷰 포인트(VP)는 초기에 시작점(SP)에 위치하며 검사 경로(IR)를 따라 일정한 속도로 이동할 수 있다. 뷰 포인트(VP)가 검사 경로(IR)를 따라 이동할 때, 프로세서(120)는 뷰 포인트(VP)의 위치에 근거하여 가상 내시경 영상(VIE)을 변경할 수 있다. 즉, 이동하는 뷰 포인트(VP)와 마주보도록 가상 내시경 영상에 보이는 내벽의 부분들이 변경될 수 있다.
검사 경로(IR)를 따라 뷰 포인트(VP)가 이동할 때, 크기가 작은 종양은 눈에 띄지 않을 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 사용자는 종양이 있을 것으로 의심되는 위치에서 뷰 포인트를 고정시킬 수 있다. 프로세서(120)는 고정된 위치에서, 가상 조명의 위치를 이동시키면서, 조명의 이동에 따른 음영변화를 반영하여 가상 내시경 영상을 재구성한다. 도 10a, 도 10b, 도 10c는 가상 조명의 스팟 사이즈(spot size) 변화를 반영하여 재구성된 가상 내시경 영상(VEI1 내지 VEI3)의 음영변화를 보이고, 도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d는 가상 조명의 위치(P1, P2, P3, P4) 이동을 반영하여 재구성된 가상 내시경 영상(VEI4 내지 VEI7)의 음영변화를 보인다. 조명의 위치에 따른 음영 변화를 비교하여 종양 유무를 관찰할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 초음파 자궁 식염수 조영술로 얻은 자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 자궁의 외벽 및 내벽을 보이는 자궁의 가상 영상을 형성하고, 자궁 내벽 상의 이상부위를 자동으로 검출하고, 자궁의 가상 영상에 이상부위 검출결과를 반영하여 자궁의 가상 내시경 영상을 형성한다. 또한, 본 발명은 뷰포인트의 위치에 따라 다양한 각도에서 자궁 내벽의 영상을 제공한다. 본 발명에 따라 사용자는 자궁 내벽의 상태를 용이하게 관찰할 수 있다.
상술한 실시예는 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해해야 한다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질로부터 벗어남이 없이 여러 가지 변형이 가능함을 명백히 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 따른 초음파 시스템을 보이는 블록도.
도 2는 도 1의 초음파 시스템을 이용한 가상 자궁 내시경 영상 형성 방법을 보이는 순서도.
도 3은 자궁의 3차원 영상을 보이는 개략도.
도 4는 자궁의 3차원 초음파 영상으로부터 형성된 자궁의 단면 영상들을 보이는 개략도.
도 5는 자궁의 단면 영상들로부터 형성된 단면 외곽 영상을 보이는 개략도.
도 6은 도 5에 보인 단면 외곽 영상으로부터 형성된 자궁의 3차원 가상 영상을 보이는 개략도.
도 7은 자궁 내벽의 일부분을 보이는 가상 내시경 사진.
도 8은 뷰 포인트 표시 영상의 개략도.
도 9는 검사 가이드 영상의 개략도.
도 10a 내지 도 10c는 가상 광원의 스팟 크기 변화에 따라 재구성된 가상 내시경 영상의 사진.
도 11a 내지 도11d는 가상 광원의 위치 변화에 따라 재구성된 가상 내시경 영상의 사진.

Claims (18)

  1. 자궁의 가상 내시경 영상 형성 방법으로서,
    다수의 2차원 초음파 자궁 영상 각각에서 상기 자궁 외부와 내부 경계의 픽셀 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 경계의 픽셀 정보를 이용하여 상기 각 2차원 자궁 영상에서 상기 자궁의 내부를 제거하여 자궁의 2차원 외곽 영상을 형성하되, 상기 외곽은 자궁의 내벽과 외벽을 포함하는 단계;
    상기 자궁의 2차원 단면 외곽 영상을 이용하여 상기 자궁의 3차원 가상 영상을 형성하는 단계;
    상기 자궁의 3차원 가상영상에서 자궁 내벽을 검사하는 단계; 및
    상기 검사된 결과를 상기 자궁의 가상 영상에 반영하여 자궁의 가상 내시경을 형성하는 단계를 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 2차원 초음파 자궁 영상 각각에서 상기 자궁 외부와 내부 경계의 픽셀 정보를 추출하는 단계 전,
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상을 형성하는 단계; 및
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 상기 다수의 2차원 초음파 자궁 영상 자궁을 형성하는 단계를 더 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상은 자궁 식염수 조영술로 획득하며, 상기 식염수는 링거액 및 글리신 용액을 더 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자궁 외부와 내부의 경계를 추출하는 단계는,
    상기 각 단면 영상에 사용자로부터 경계 표시를 입력받는 단계; 및
    상기 사용자가 표시한 경계를 따라 상기 자궁의 내부와 외부의 경계를 추출하는 단계를 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 자궁 내벽의 이상부위를 검출하는 단계는, 상기 자궁의 가상 영상에서 자궁 내벽의 복셀 밝기값과 굴곡의 변화를 산출하여 상기 이상부위를 검출하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자궁의 가상 내시경을 형성하는 단계 후,상기 자궁의 개략적 구조와 상기 가상 내시경에 보이는 내벽의 부분과 마주보는 뷰 포인트를 포함하는 뷰 포인트 표시 영상을 형성하는 단계를 더 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 뷰 포인트의 새로운 위치를 수신하는 단계; 및
    상기 뷰 포인트의 새로운 위치를 반영하여 상기 자궁의 가상 내시경 영상을 재구성하는 단계를 더 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 내시경을 형성하는 단계 후,
    상기 경계의 추출된 픽셀 정보에 기초하여, 상기 자궁의 개략도 및 뷰 포인트를 보이는 검사 가이드 영상을 형성하는 단계;
    상기 검사 가이드 영상에 중심 경로와 검사 경로를 설정하는 단계;
    상기 검사 경로를 따라 상기 뷰 포인트를 이동시키는 단계; 및
    상기 이동하는 뷰 포인트의 위치에 따라 상기 가상 내시경 영상을 변화시키는 단계를 더 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자궁의 가상 내시경 영상을 변경하는 단계는,
    가상 조명의 스팟 사이즈(spot size) 또는 위치 변화에 따른 음영 변화를 보이는 다수의 가상 영상을 형성하는 단계를 포함하는, 자궁의 가상 내시경 형성 방법.
  10. 프로세서에 의해 수행되는, 자궁의 가상 내시경 영상 형성 방법을 수행하기 위한 명령어를 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장매체로서,
    상기 방법은,
    다수의 2차원 초음파 자궁 영상 각각에서 상기 자궁 외부와 내부 경계의 픽셀 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 경계의 픽셀 정보를 이용하여 상기 각 2차원 자궁 영상에서 상기 자궁의 내부를 제거하여 자궁의 2차원 외곽 영상을 형성하되, 상기 외곽은 자궁의 내벽과 외벽을 포함하는 단계;
    상기 자궁의 2차원 단면 외곽 영상을 이용하여 상기 자궁의 3차원 가상 영상을 형성하는 단계;
    상기 자궁의 3차원 가상영상에서 자궁 내벽을 검사하는 단계; 및
    상기 검사된 결과를 상기 자궁의 가상 영상에 반영하여 자궁의 가상 내시경을 형성하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 2차원 초음파 자궁 영상 각각에서 상기 자궁 외부와 내부 경계의 픽셀 정보를 추출하는 단계 전,
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상을 수신하는 단계; 및
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상을 이용하여 상기 다수의 2차원 초음파 자궁 영상 자궁을 형성하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자궁의 3차원 초음파 영상은 자궁 식염수 조영술로 획득하며, 상기 식염수는 링거액 및 글리신 용액을 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 자궁 외부와 내부의 경계를 추출하는 단계는,
    상기 각 단면 영상에 사용자로부터 경계 표시를 입력받는 단계; 및
    상기 사용자가 표시한 경계를 따라 상기 자궁의 내부와 외부의 경계를 추출하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 자궁 내벽의 이상부위를 검출하는 단계는, 상기 자궁의 가상 영상에서 자궁 내벽의 복셀 밝기값과 굴곡의 변화를 산출하여 상기 이상부위를 검출하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자궁의 가상 내시경을 형성하는 단계 후,상기 자궁의 개략적 구조와 상기 가상 내시경에 보이는 내벽의 부분과 마주보는 뷰 포인트를 포함하는 뷰 포인트 표시 영상을 형성하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 뷰 포인트의 새로운 위치를 수신하는 단계; 및
    상기 뷰 포인트의 새로운 위치를 반영하여 상기 자궁의 가상 내시경 영상을 재구성하는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  17. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 내시경을 형성하는 단계 후,
    상기 경계의 추출된 픽셀 정보에 기초하여, 상기 자궁의 개략도 및 뷰 포인트를 보이는 검사 가이드 영상을 형성하는 단계;
    상기 검사 가이드 영상에 중심 경로와 검사 경로를 설정하는 단계;
    상기 검사 경로를 따라 상기 뷰 포인트를 이동시키는 단계; 및
    상기 이동하는 뷰 포인트의 위치에 따라 상기 가상 내시경 영상을 변화시키는 단계를 더 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자궁의 가상 내시경 영상을 변경하는 단계는,
    가상 조명의 스팟 사이즈(spot size) 또는 위치 변화에 따른 음영 변화를 보이는 다수의 가상 영상을 형성하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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