KR20100121767A - 볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법 - Google Patents

볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

GPU(graphic processing unit)에서 ROI(region of interest)가 설정된 볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법이 개시된다. 이 시스템 및 방법은, 볼륨 데이터 형성부에서 초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하고, 사용자 입력부에서 사용자로부터 ROI(region of interest)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 입력받으며, GPU에서 ROI 설정정보에 따라 볼륨 데이터에 ROI를 설정하고, 볼륨 데이터에 렌더링을 수행하기 위한 복수의 레이 케스팅 시작점, 복수의 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 설정하고, ROI를 기준으로 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 ROI상으로 이동시켜 볼륨 데이터를 렌더링한다.
초음파, 볼륨 데이터, GPU, ROI, 레이 케스팅

Description

볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법{ULTRASOUND SYSTEM AND METHOD FOR RENDERING VOLUME DATA}
본 발명은 초음파 시스템에 관한 것으로, 특히 GPU(graphic processing unit)에서 ROI(region of interest)가 설정된 볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법에 관한 것이다.
초음파 시스템은 무침습 및 비파괴 특성을 가지고 있어, 대상체 내부의 정보를 얻기 위한 의료 분야에서 널리 이용되고 있다. 초음파 시스템은 대상체를 직접 절개하여 관찰하는 외과 수술의 필요 없이, 대상체 내부의 고해상도 영상을 실시간으로 의사에게 제공할 수 있으므로 의료 분야에서 매우 중요하게 사용되고 있다.
일반적으로, 초음파 시스템은 2차원 초음파 영상에서 제공할 수 없었던 공간정보, 해부학적 형태 등과 같은 임상 정보를 포함하는 3차원 초음파 영상을 제공하고 있다. 즉, 초음파 시스템은 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 수신신호를 형성하도록 동작하는 초음파 프로브, 수신신호를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하도록 동작하는 볼륨 데이터 형성부, 볼륨 데이터를 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 형성하도록 동 작하는 CPU(central processing unit) 및 3차원 초음파 영상을 디스플레이하도록 동작하는 디스플레이부를 포함한다.
렌더링은 많은 양의 데이터 연산을 필요로 하는 과정으로서 CPU의 점유율이 높아, CPU에 과도한 부하가 가해진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 비교적 연산 속도가 빠른 그래픽 칩셋(graphic chipset)인 GPU(graphic processing unit)에서 렌더링을 수행하고 있는 추세이다.
종래에는 ROI(region of interest)가 설정된 볼륨 데이터를 렌더링하는 경우, GPU가 관측 평면에서부터 레이 케스팅을 수행하게 된다. 이로 인해 ROI 이외의 불필요한 공간을 렌더링하게 되어 아티팩트(artifact)가 발생할 뿐만 아니라, 렌더링 연산량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 볼륨 데이터에 설정되는 ROI(region of interest)의 위치를 고려하여 볼륨 데이터를 렌더링하는 초음파 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 초음파 시스템은, 초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하도록 동작하는 볼륨 데이터 형성부; 사용자로부터 ROI(region of interest)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 입력받도록 동작하는 사용자 입력부; 및 상기 ROI 설정정보에 따라 상기 볼륨 데이터에 렌더링을 수행하기 위한 복수의 레이 케스팅 시작점, 복수의 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 설정하고, 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시켜 상기 볼륨 데이터를 렌더링하도록 동작하는 GPU(graphic processing unit)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른, 볼륨 데이터 형성부, 사용자 입력부 및 GPU(graphic processing unit)를 포함하는 초음파 시스템의 볼륨 데이터 렌더링 방법은, a) 상기 볼륨 데이터 형성부에서, 초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하는 단계; b) 상기 사용자 입력부에서, 사용자로부터 ROI(region of interest)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 입력받는 단계; c) 상기 GPU에서, 상기 ROI 설정정보에 따라 상기 볼륨 데이터에 상기 ROI를 설정하는 단계; d) 상기 GPU에서, 상기 볼륨 데이터에 렌더링을 수행하기 위한 복수의 레이 케스팅 시작점, 복수의 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 설정하는 단계; 및 e) 상기 GPU에서, 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시켜 상기 볼륨 데이터를 렌더링하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, ROI 이외의 불필요한 공간을 렌더링하지 않아 아티팩트를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 렌더링 연산량을 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템(100)의 구성을 보이는 블록도이다. 초음파 시스템(100)은 초음파 데이터 획득부(110), 볼륨 데이터 형성 부(120), 사용자 입력부(130), GPU(graphic processing unit)(140), 디스플레이부(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
초음파 데이터 획득부(110)는 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 신호(즉, 초음파 에코신호)를 수신하여 초음파 데이터를 획득한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 획득부(110)의 구성을 보이는 블록도이다. 초음파 데이터 획득부(110)는 송신신호 형성부(111), 복수의 변환소자(transducer element)를 포함하는 초음파 프로브(112), 빔 포머(beam former)(113) 및 초음파 데이터 형성부(114)를 포함한다.
송신신호 형성부(111)는 변환소자의 위치 및 집속점을 고려하여, 복수의 프레임 각각을 얻기 위한 송신신호를 형성한다. 본 실시예에서 프레임은 B 모드(brightness mode) 영상의 프레임을 포함한다.
초음파 프로브(112)는 송신신호 형성부(111)로부터 송신신호가 제공되면, 송신신호를 초음파 신호로 변환한다. 초음파 프로브(112)는 초음파 신호를 대상체에 송신하고 대상체로부터 반사되는 초음파 에코신호를 수신하여 수신신호를 형성한다. 초음파 프로브(112)는 3D 프로브 등으로 구현될 수 있다.
빔 포머(113)는 초음파 프로브(112)로부터 수신신호가 제공되면, 수신신호를 아날로그 디지털 변환하여 디지털 신호를 형성한다. 아울러, 빔 포머(113)는 변환소자의 위치 및 집속점을 고려하여, 디지털 신호를 수신 집속시켜 수신집속신호를 형성한다.
초음파 데이터 형성부(114)는 빔 포머(113)로부터 수신집속신호가 제공되면, 수신집속신호를 이용하여 초음파 데이터를 형성한다. 본 실시예에서 초음파 데이터는 RF(radio frequency) 데이터 또는 IQ(in-phase/quadrature) 데이터를 포함한다.
다시 도 1을 참조하면, 볼륨 데이터 형성부(120)는 초음파 데이터 획득부(110)로부터 제공되는 초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성한다. 볼륨 데이터는 복수의 프레임으로 이루어지고, 밝기값을 나타내는 복수의 복셀(voxel)을 포함한다.
사용자 입력부(130)는 사용자의 인스트럭션(instruction)을 입력받는다. 본 실시예에서 사용자 인스트럭션은 관심영역(region of interest, ROI)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 포함한다. 사용자 입력부(130)는 컨트롤 패널(control panel), 마우스(mouse), 키보드(keyboard) 등을 포함할 수 있다.
GPU(140)는 그래픽 칩셋(graphic chipset)으로서, 사용자 입력부(130)로부터의 ROI 설정정보에 따라 볼륨 데이터 형성부(120)로부터 제공되는 볼륨 데이터에 ROI를 설정하고, ROI의 위치를 고려하여 볼륨 데이터를 렌더링하여 3차원 초음파 영상을 형성한다. 아울러, GPU(140)는 볼륨 데이터를 이용하여 ROI에 해당하는 단면영상을 형성한다. 본 실시예에서 단면영상은 볼륨 데이터에서 A 단면, B 단면 및 C 단면에 해당하는 2D 모드 영상을 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GPU(140)의 구성을 보이는 블록도이다. GPU(140)는 ROI 설정부(141), 레이 케스팅(ray casting) 설정부(142), 판단부(143), 제1 오프셋(offset) 설정부(144), 제1 영상 형성부(145), 제2 오프셋 설 정부(146) 및 제2 영상 형성부(147)를 포함한다.
ROI 설정부(141)는 사용자 입력부(130)로부터 ROI 설정정보가 제공되면, ROI 설정정보에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 볼륨 데이터 형성부(120)로부터 제공되는 볼륨 데이터(210)에 ROI(220)를 설정한다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해 ROI의 일면을 도시하고 있지만, 이에 국한되지 않는다. 한편, 도 4에 있어서 도면부호 212는 대상체내에서 관측하고자 하는 관심객체를 나타낸다.
레이 케스팅 설정부(142)는 ROI(220)가 설정된 볼륨 데이터에 도 5에 도시된 바와 같이 렌더링을 수행하기 위한 레이 케스팅 시작점(a0 내지 a12), 샘플링 지점(S0 내지 S5) 및 레이 케스팅 방향(RCD0 내지 RCD12)을 설정한다. 도 5에서는 설명의 편의를 위해 6개의 샘플링 지점 및 13개의 레이 케스팅 시작점이 설정되는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되지 않는다. 한편, 레이 케스팅 시작점, 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향은 공지된 다양한 방법을 통해 설정될 수 있으므로, 본 실시예에서 상세하게 설명하지 않는다.
판단부(143)는 ROI를 기준으로 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여 판단정보를 형성한다. 일례로서, 판단부(143)는 도 5에 도시된 바와 같이 ROI(220)를 기준으로 ROI(220)의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여, ROI(220)의 상측 및 하측 각각에 레이 케스팅 시작점이 존재하는 것으로 판단되면, ROI(220)의 상측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a0 내지 a3, a9 내지 a12)및 ROI(220)의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7)에 관한 정보를 포함하는 제1 판단정보를 형성한다. 다른 예로서, 판단부(143)는 ROI를 기준으로 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여, ROI의 하측에 레이 케스팅 시작점이 존재하지 않고 ROI의 상측에 레이 케스팅 시작점이 존재하는 것으로 판단되면, ROI(220)의 상측에 존재하는 레이 케스팅 시작점에 관한 정보를 포함하는 제2 판단정보를 형성한다.
제1 오프셋 설정부(144)는 판단부(143)로부터 제공되는 판단정보에 따라 레이 케스팅 시작점 및 샘플링 지점의 오프셋 설정을 수행한다. 일례로서, 제1 오프셋 설정부(144)는 판단부(143)로부터 제1 판단정보가 제공되면, 도 6에 도시된 바와 같이, ROI(220)를 기준으로 ROI(220)의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7)을 ROI(220)상으로 이동시키기 위한 제1 오프셋을 산출한다. 제1 오프셋 설정부(144)는 산출된 제1 오프셋에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7)을 ROI(220)상에 재설정하고, 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7)에 해당하는 샘플링 지점을 재설정한다. 다른 예로서, 제1 오프셋 설정부(144)는 판단부(143)로부터 제2 판단정보가 제공되면, 전술한 바와 같은 케스팅 시작점 및 샘플링 지점의 오프셋 설정을 수행하지 않는다.
제1 영상 형성부(145)는 복수의 레이 케스팅 시작점 각각에서 레이 케스팅 방향을 따라 렌더링하여 ROI(220)에 해당하는 3차원 초음파 영상을 형성한다.
제2 오프셋 설정부(146)는 판단부(143)로부터 제공되는 판단정보에 따라 레이 케스팅 시작점의 오프셋 설정을 수행한다. 일례로서, 제2 오프셋 설정부(146)는 판단부(143)로부터 제1 판단정보가 제공되면, 도 7에 도시된 바와 같이 ROI(220)의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7) 및 ROI(220)의 상측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a0 내지 a3, a9 내지 a12)을 ROI(220)상으로 이동시키기 위한 제2 오프셋을 산출한다. 제2 오프셋 설정부(146)는 산출된 제2 오프셋에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 ROI(220)의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a5 내지 a7) 및 ROI(220)의 상측에 존재하는 레이 케스팅 시작점(a0 내지 a3, a9 내지 a12)을 ROI(220)상에 재설정한다. 다른 예로서, 제2 오프셋 설정부(146)는 판단부(143)로부터 제2 판단정보가 제공되면, 복수의 레이 케스팅 시작점을 ROI로 이동시키기 위한 제3 오프셋을 산출한다. 제2 오프셋 설정부(146)는 산출된 제3 오프셋에 따라 복수의 레이 케스팅 시작점을 ROI상에 재설정한다.
제2 영상 형성부(147)는 ROI(220)에 존재하는 복수의 레이 케스팅 시작점을 이용하여 ROI에 해당하는 단면영상을 형성한다.
다시 도 1을 참조하면, 디스플레이부(150)는 GPU(140)에서 형성된 3차원 초음파 영상을 디스플레이한다. 아울러, 디스플레이부(150)는 GPU(140)에서 형성된 단면영상을 디스플레이한다.
제어부(160)는 초음파 신호의 송수신을 제어하며, 볼륨 데이터의 형성을 제어한다. 아울러, 제어부(160)는 3차원 초음파 영상 및 단면영상의 형성 및 디스플레이를 제어한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 통해 설명되고 예시되었으나, 당업자라면 첨부 한 청구범위의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 여러 가지 변형 및 변경이 이루어질 수 있음을 충분히 할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 시스템의 구성을 보이는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 데이터 획득부의 구성을 보이는 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GPU(graphic processing unit)의 구성을 보이는 블록도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 볼륨 데이터 및 ROI(region of interest)을 보이는 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이 케스팅 시작점, 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 보이는 예시도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이 케스팅 시작점을 ROI로 이동시킨 예를 보이는 예시도.

Claims (10)

  1. 초음파 시스템으로서,
    초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하도록 동작하는 볼륨 데이터 형성부;
    사용자로부터 ROI(region of interest)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 입력받도록 동작하는 사용자 입력부; 및
    상기 ROI 설정정보에 따라 상기 볼륨 데이터에 렌더링을 수행하기 위한 복수의 레이 케스팅 시작점, 복수의 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 설정하고, 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시켜 상기 볼륨 데이터를 렌더링하도록 동작하는 GPU(graphic processing unit)
    를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 GPU는
    상기 ROI 설정정보에 따라 상기 볼륨 데이터에 상기 ROI를 설정하도록 동작하는 ROI 설정부;
    상기 복수의 레이 케스팅 시작점, 상기 복수의 샘플링 지점 및 상기 레이 케스팅 방향을 상기 볼륨 데이터에 설정하도록 동작하는 레이 케스팅 설정부;
    상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여 판단정보를 형성하도록 동작하는 판단부;
    상기 판단정보에 따라 레이 케스팅 시작점 및 샘플링 지점의 오프셋 설정을 수행하도록 동작하는 제1 오프셋 설정부; 및
    상기 복수의 레이 케스팅 시작점 각각에서 상기 레이 케스팅 방향을 따라 렌더링을 수행하여 상기 ROI에 해당하는 3차원 초음파 영상을 형성하도록 동작하는 제1 영상 형성부
    를 포함하는 초음파 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 판단부는, 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여, 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 레이 케스팅 시작점이 존재하는 것으로 판단되면, 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점에 관한 정보를 포함하는 판단정보를 형성하도록 더 동작하는 초음파 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 오프셋 설정부는 상기 판단정보에 따라 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시키기 위한 제1 오프셋을 산출하고, 상기 제1 오프셋에 따라 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상에 재설정하며, 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점에 해당하는 샘플링 지점을 재설정하도록 더 동작하는 초음파 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 GPU는,
    상기 판단정보에 따라 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시키기 위한 제2 오프셋을 산출하고, 상기 제2 오프셋에 따라 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상에 재설정하도록 동작하는 제2 오프셋 설정부; 및
    상기 ROI상에 재설정된 레이 케스팅 시작점을 이용하여 상기 ROI에 해당하는 단면영상을 형성하도록 동작하는 제2 영상 형성부
    를 더 포함하는 초음파 시스템.
  6. 볼륨 데이터 형성부, 사용자 입력부 및 GPU(graphic processing unit)를 포함하는 초음파 시스템의 볼륨 데이터 렌더링 방법으로서,
    a) 상기 볼륨 데이터 형성부에서, 초음파 데이터를 이용하여 볼륨 데이터를 형성하는 단계;
    b) 상기 사용자 입력부에서, 사용자로부터 ROI(region of interest)의 크기 및 위치를 포함하는 ROI 설정정보를 입력받는 단계;
    c) 상기 GPU에서, 상기 ROI 설정정보에 따라 상기 볼륨 데이터에 상기 ROI를 설정하는 단계;
    d) 상기 GPU에서, 상기 볼륨 데이터에 렌더링을 수행하기 위한 복수의 레이 케스팅 시작점, 복수의 샘플링 지점 및 레이 케스팅 방향을 설정하는 단계; 및
    e) 상기 GPU에서, 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시켜 상기 볼륨 데이터를 렌더링하는 단계
    를 포함하는 볼륨 데이터 렌더링 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 e)는,
    e1) 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여 판단정보를 형성하는 단계;
    e2) 상기 판단정보에 따라 레이 케스팅 시작점 및 샘플링 지점의 오프셋 설정을 수행하는 단계; 및
    e3) 상기 복수의 레이 케스팅 시작점 각각에서 상기 레이 케스팅 방향을 따라 렌더링을 수행하는 단계
    를 포함하는 볼륨 데이터 렌더링 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 e1)은,
    상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 검출하여, 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 레이 케스팅 시작점이 존재하는 것으로 판단되면, 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점에 관한 정보를 포함하는 판단정보를 형성하는 단계
    를 포함하는 볼륨 데이터 렌더링 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단계 e2)는,
    상기 판단정보에 따라 상기 ROI를 기준으로 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시키기 위한 제1 오프셋을 산출하는 단계;
    상기 제1 오프셋에 따라 상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상에 재설정하는 단계; 및
    상기 ROI의 하측에 존재하는 레이 케스팅 시작점에 해당하는 샘플링 지점을 재설정하는 단계
    를 포함하는 볼륨 데이터 렌더링 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 단계 e)는
    e4) 상기 판단정보에 따라 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상으로 이동시키기 위한 제2 오프셋을 산출하는 단계;
    e5) 상기 제2 오프셋에 따라 상기 ROI의 상측 및 하측 각각에 존재하는 레이 케스팅 시작점을 상기 ROI상에 재설정하는 단계; 및
    e6) 상기 ROI상에 재설정된 레이 케스팅 시작점을 이용하여 상기 ROI에 해당하는 단면영상을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 볼륨 데이터 렌더링 방법.
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