KR20110102105A - 인체 내 오브젝트를 스캔하는 ３차원 초음파 검사기 및 ３차원 초음파 검사기 동작 방법 - Google Patents

인체 내 오브젝트를 스캔하는 ３차원 초음파 검사기 및 ３차원 초음파 검사기 동작 방법 Download PDF

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Abstract

인체 내 오브젝트에 대한 3차원 초음파데이터를 획득하여, 정확한 사지탈뷰(Sagittal View)를 찾을 수 있도록 하는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법을 개시한다.
일 실시예로서, 3차원 초음파 검사기는, 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 스캔부와, 상기 생성된 초음파데이터에서 상기 오브젝트의 중심점을 검색하고, 상기 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 처리부. 및 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

Description

인체 내 오브젝트를 스캔하는 ３차원 초음파 검사기 및 ３차원 초음파 검사기 동작 방법{3D ULTRASOUND SYSTEM FOR SCANNING INSIDE HUMAN BODY OBJECT AND METHOD FOR OPERATING 3D ULTRASOUND SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 인체 내 오브젝트를 스캔하는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법에 관한 것이다.
초음파 시스템은 인체의 체표로부터 체내의 소정 부위(즉, 태아 또는 장기와 같은 오브젝트)를 향하여 초음파 신호를 전달하고, 체내의 조직에서 반사된 초음파 신호의 정보를 이용하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 얻는 장치이다.
이러한 초음파 시스템은 소형이고, 저렴하며, 실시간으로 표시 가능하고, X선 등의 피폭이 없어 안정성이 높은 장점을 가지고 있어, X선 진단장치, CT(Computerized Tomography) 스캐너, MRI(Magnetic Resonance Image) 장치, 핵의학 진단장치 등의 다른 화상 진단장치와 함께 널리 이용되고 있다.
한편, 다운증후군 태아를 감별하는 일반적인 방법은 초음파 시스템을 통해 태아의 목투명대(nuchal translucency, NT)의 두께를 측정하는 것이다. 이 방법은 1992년 니콜라이즈(Nicolaides)에 의해 만들어진 방법으로, 태아에게 이상이 있는 경우, 목덜미의 피하 조직에 체액이 축적되어 목투명대가 두꺼워진다고 알려져 있다.
특히, 다운증후군을 비롯한 염색체 이상이나 심장 기형을 가진 태아의 경우 목투명대가 두꺼워지는 경우가 많다. 따라서, 의사는 초음파 시스템을 통해 태아의 목 뒤쪽에 투명한 부분의 두께를 측정하고, 이 부분의 두께가 2.5㎜가 넘을 경우, 융모막 생검술이나 양수천자술 같은 좀 더 정밀한 방법으로 태아의 이상을 살펴보게 된다.
다운증후군 태아를 감별하는 다른 방법으로, 위턱과 콧등 사이의 각도, 즉, FMF 각도(Frontmaxillary Facial Angle)를 측정하는 방법이 있다. 정상아가 78.1도라고 보고 88.7도 이상의 경우 다운증후군일 확률이 상당히 높아진다. 그밖에 아두대횡경(BPD), 아두위(HC), 복위(AC), 대퇴골 길이(FL) 등을 측정하는 다양한 방법이 있으며, 이러한 방법을 통해 임신 주수와 태아 체중의 예측이 가능해진다.
이와 같이, 태아의 목투명대의 두께 또는 위턱과 콧등 사이의 각도를 측정하여 다운증후군 태아를 감별하기 위해서는, 초음파데이터에서 태아의 사지탈뷰(sagittal view)를 정확하게 획득하는 과정이 선행되어야 한다.
하지만, 종래에는 의사의 경험치에 의존하여 사지탈뷰가 결정되므로, 태아의 목투명대의 두께 또는 위턱과 콧등 사이의 각도의 측정이 실제와 다르게 이루어져, 정확한 진단에 어려움이 있어 왔다.
본 발명의 일실시예는 인체 내 오브젝트에 대한 3차원 초음파데이터에서 오브젝트의 중심점을 검색하고, 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 초음파데이터를 회전 함으로써, 오브젝트에 대한 정확한 사지탈뷰를 자동으로 찾을 수 있는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 오브젝트가 태아일 경우, 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서 태아의 목투명대의 두께, 또는 태아의 콧등과 턱뼈 사이의 각도(FMF angle)를 측정하여, 태아에 대한 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 하는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 시술자의 조작에 따라 초음파데이터를 미세 회전시켜 사지탈뷰를 재결정할 수 있는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 오브젝트가 태아일 경우, 상기 태아의 머리 방향을 결정하고, 상기 결정된 머리 방향에서 태아의 팔스(falx)를 스캔한 데이터가 가장 밝게 출력되는 데이터에서의 팔스 위치를 기준축으로 선정 함으로써, 사지탈뷰를 찾기 위해 초음파데이터를 회전시키는 데에 있어서의 근거 기준이 마련되도록 하는 3차원 초음파 검사기 및 3차원 초음파 검사기 동작 방법을 제공한다.
상기의 목적을 이루기 위한, 3차원 초음파 검사기는, 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 스캔부와, 상기 생성된 초음파데이터에서 상기 오브젝트의 중심점을 검색하고, 상기 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 처리부. 및 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 3차원 초음파 검사기 동작 방법은, 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 단계와, 상기 생성된 초음파데이터에서 상기 오브젝트의 중심점을 검색하는 단계와, 상기 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 단계, 및 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 인체 내 오브젝트에 대한 3차원 초음파데이터를 통해 정확한 사지탈뷰를 자동으로 찾을 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 오브젝트가 태아일 경우, 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서 태아의 목투명대의 두께, 또는 태아의 콧등과 턱뼈 사이의 각도를 측정하여, 태아에 대한 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 태아의 미세 움직임을 고려하여 사지탈뷰를 재결정할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 태아에 대한 진단에 있어, 초음파데이터로부터 머리 방향을 결정하고, 결정된 머리 방향에서 태아의 팔스를 스캔한 이미지데이터의 밝기에 따라 초음파데이터를 회전시키는 근거로서의 기준축을 선정 함으로써, 사지탈뷰가 보다 신뢰성 있게 찾아지도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기의 내부구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일측에 있어서, 인체 내 오브젝트 및 상기 오브젝트를 스캔하여 생성한 초음파데이터를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준축을 설정하는 흐름도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기의 내부구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기(100)는 스캔부(110), 처리부(120), 및 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선, 스캔부(110)는 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 역할을 한다. 여기서, 인체 내 오브젝트는 태아, 장기를 포함한 개념일 수 있다. 즉, 스캔부(110)는 태아, 장기 등을 스캔하여 작성된 이미지데이터를 초음파데이터로서 생성하는 역할을 한다.
초음파데이터를 생성하는 일례로, 스캔부(110)는 오브젝트에 대해 관심 영역(Regions Of Interest)을 설정하고, 설정된 관심 영역의 내부에 시드(Seed)를 위치시킬 수 있다. 이때, 오브젝트가 태아인 경우, 시드는 태아의 목투명대(NT) 부근에 위치될 수 있다. 이후, 스캔부(110)는 3D 초음파를 이용하여 오브젝트를 스캔하여 이미지데이터를 작성 함으로써, 오브젝트에 대한 초음파데이터를 생성할 수 있다. 상기 생성된 초음파데이터 중에서 오브젝트가 점유하는 영역이 상기 작성된 이미지데이터 이다.
처리부(120)는 상기 생성된 초음파데이터에서 오브젝트의 중심점을 검색하고, 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 역할을 한다. 즉, 처리부(120)는 검색된 오브젝트의 중심점을 포함(바람직하게는 중점)하는 가상의 평면을 초음파데이터에 작성 함으로써, 후술하는 B-plane(예컨대, 태아의 머리 쪽에서 바라본 이미지데이터를 표시하는 평면)을 형성할 수 있다.
일례로, 인체 내 오브젝트가 '태아'일 경우, 처리부(120)는 생성된 초음파데이터로부터 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점을 지정하고, 지정된 제1 특이점을 이용하여 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점을 지정하며, 지정된 제2 특이점을 기준으로, 오브젝트의 중심점, 즉, 태아 머리의 중심점을 검색할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 처리부(120)는 태아의 측면을 도시한 'A-plane' 상에서 태아의 목투명대 부근에 위치된 시드를 기준으로 태아의 콧등에 관한 제1 특이점을 찾고, 상기 제1 특이점을 기준으로 태아의 턱뼈(palate)에 관한 제2 특이점을 찾을 수 있다. 이후, 처리부(120)는 제1 특이점과 제2 특이점을 이용하여, 'A-plane' 상에서 태아 머리의 중심점을 찾을 수 있다. 상기 태아 머리의 중심점은, 본 발명자의 다년 간의 경험 및 실험에 의해 실제 머리 중심과 근접한 것으로 판단되는 초음파데이터 내 임의 지점을 정의할 수 있고, 예컨대 본 발명자는, 상기 제1, 2 특이점을 연결한 가상선 상의 점들 중에서 제2 특이점으로부터 수 cm 떨어져 위치하는 점을 상기 태아 머리의 중심점으로 구하는 노하우를 보유하고 있다.
이어서, 처리부(120)는 검색된 태아 머리의 중심점을 포함하면서, 'A-plane'에 수직인 'B-plane'(즉, 가상평면)을 초음파데이터 내에 작성할 수 있다.
참고로, 처리부(120)는 기공지의 알고리즘과 초음파데이터에 대한 이미지프로세싱 등을 적절히 조합, 활용하고, 또한 다년간의 경험치, 실험치에 따른 누적데이터를 이용하여, 상술의 중심점을 비롯하여 제1 특이점과 제2 특이점을 근사적으로 찾을 수 있다.
제어부(130)는 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 역할을 한다. 즉, 제어부(130)는 B-plane을 회전하면, 상기 B-plane과 직각 관계에 있는 A-plane이 연동하여 회전하게 되고, 이러한 B-plane의 회전을 통해 상기 A-plane이 사지탈뷰가 되도록 한다. 여기서, 가상평면에 포함된 이미지데이터는, 오브젝트가 태아일 경우, 태아의 머리 쪽에서 초음파데이터를 바라볼 때의 오브젝트에 상당하는 영역이 될 수 있다.
일례로, 제어부(130)는 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터에 상응하는 도형을 매칭하고, 상기 매칭된 도형을 구성하는 일축과 선정된 기준축이 상호 평행 하도록, 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다.
상기 기준축은 초음파데이터를 회전시켜 보정 함으로써 사지탈뷰가 되도록 하는 기준이 되는 일종의 선이 될 수 있고, 상기 기준축을 선정하기 위해, 본 발명의 3차원 초음파 검사기(100)는 방향 식별부(160)를 더 포함할 수 있다.
방향 식별부(160)는 오브젝트가 태아일 경우, 초음파데이터에서 태아의 머리 방향을 식별하는 역할을 한다. 머리 방향의 식별은 태아의 형태가 불분명한 초음파데이터 내에서 태아가 어떠한 양태로 스캔되는지를 확인하기 위함이다.
방향 식별부(160)에 의한 머리 방향의 식별은, FMF의 scoring 작업을 통해 머리 방향을 추정하는 방법을 활용한다. 즉, 방향 식별부(160)는 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득하고, 후술하는 측정부(150)에 의해 측정된 각 슬라이스 데이터의 FMF을 고려하여 상기 태아의 머리 방향을 결정하게 된다.
머리 방향을 식별하는 방향 식별부(160)의 동작에 대해 하기 상세히 설명한다.
태아의 방향을 추정하기 위해서, 방향 식별부(160)는 코뼈(Nasal bridge)를 A-plane의 각 슬라이스 데이터에서 탐지(detect)하고, 점수부여(scoring) 한다.
1) Top-hat Transform
Nasal bridge와 Palate(코뼈)를 detect하기 위해서, 방향 식별부(160)는 우선, top-hat transform을 상기 초음파데이터에 적용한다.
상기 top-hat transform의 적용은, 이미지 복원에 활용되는 다른 방식들, 예컨대 Edge detection이나, original image에 thresholding 을 적용하는 방식의 단점을 보완하기 위함이다. 즉, Edge detection을 적용하는 경우, 태아의 경계선과 초음파데이터의 경계, 그리고 산모의 다른 조직들이, 태아에 대한 이미지 복원시 함께 복원될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, original image에 thresholding 을 적용하면, 배경에 비해 상대적으로 밝은 태아의 skin이나, 산모의 태반 등이 동시에 이미지 복원되는 단점이 있다.
이러한 방해 요소들을 제거하기 위해, 방향 식별부(160)는 top-hat transform을 적용하여 초음파데이터 내 태아의 이미지 복원을 수행한다. 상기 top-hat transform을 적용한 구체 실시예는 기공지의 것으로 갈음하고 여기서는 생략한다.
2) Adaptive thresholding
앞서 Top-hat transform을 적용한 영상에 대해, 방향 식별부(160)는 전체 영상의 평균(mean)과 표준편차(standard deviation)을 적절히 조합한 한계값(threshold)을 적용한다. 이를 통해 방향 식별부(160)는 초음파데이터로부터, Nasal bridge와 Palate를 포함한 밝은 detail들을 추출할 수 있는 Thresholded image를 얻는다.
사진 1에서는 초음파데이터에 대해, 상술의 Top-hat Transform와, Adaptive thresholding를 적용하여, 초음파데이터로부터 Nasal bridge와 Palate를 구분할 수 있도록 하는 Thresholded image의 실례를 보여주고 있다.
<사진 1>
Figure pat00001
3) Detection of NBL (Nasal Bridge Line)
방향 식별부(160)는 Thresholded image에서 NBL(Nasal Bridge Line/코뼈 라인)을 찾고, NBL의 기울어진 각도로부터, 태아의 머리방향을 추정할 수 있다.
예컨대, 사진 1의 Thresholded image 내 NBL은 '
Figure pat00002
'의 기울기를 가지고 있고, 방향 식별부(160)는 Palate와의 형성 각도 등을 고려하여, 태아의 머리 방향을 A-Plane 상의 왼쪽으로 추정할 수 있다.
4) Scoring
태아의 머리 주변에는 태아의 팔과 산모의 태반이나 다른 조직들 중 밝은 영역이 많이 존재하게 된다. 그러므로 A-Plane 상이 초음파데이터(initial plane)에서만 NBL을 찾아서 태아의 머리 방향을 추정하면, 많은 오류가 발생할 수 있다. 태아의 Nasal bridge나 관골(zygomatic bone)은 태아의 얼굴 표면에 골고루 분포하기 때문에, 좀 더 정확한 머리 방향을 찾기 위해서, 방향 식별부(160)는 initial plane을 중심으로 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득하고, 획득된 복수의 슬라이스 데이터 각각에 대해 NBL을 결정하고, 각 슬라이스 데이터에서 추정된 방향을 scoring한다.
예컨대, 10개의 슬라이스 데이터가 초음파데이터로부터 획득되는 경우, 방향 식별부(160)는 각각의 슬라이스 데이터에 대한 추정된 머리 방향을, '좌:우 = 7:3'으로 점수부여 할 수 있고, 최종적으로 태아의 머리 방향을 점수가 상대적으로 높게 부여된 왼쪽으로 결정할 수 있다.
이후, 제어부(130)는 방향 식별부(160)에 의해 결정된 머리 방향에서 태아의 팔스(falx)를 스캔한 기준이미지 중에서, 밝기 인텐시티(brightness intensity)가 가장 큰 기준이미지 내 상기 팔스의 위치를 기준축으로 선정하게 된다. 즉, 제어부(130)는 머리 방향에서 태아의 falx에 대해 스캔한 기준이미지가 가장 밝게 출력되는 위치를, 사지탈뷰를 얻기 위한 기준축으로 결정하게 된다.
사진 2의 하단 영상과 같이 A-Plane이 mid-sagittal이면 빨간 윈도우 영역, 즉 falx cerebri 영역이 골고루 밝게 분포한다. 하지만 상단 영상과 같이 mid-sagittal이 아니라면 동일한 영역이 골고루 밝지 않고 어두운 영역이 나타나게 된다.
제어부(130)는 이러한 특성을 이용하여 머리 중심을 기준으로 초음파데이터를 이동, 회전 하면서 falx 영역이 가장 밝고 골고루 분포하는 경우를 mid-sagittal 즉 사지탈뷰를 결정하기 위한 기준축으로 정할 수 있다.
<사진 2>
Figure pat00003
다시 도 1의 제어부(130)에 의한 초음파데이터 회전에 대해 설명하면, 다른 일례로서, 제어부(130)는 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터에 상응하는 도형을 매칭하고, 상기 매칭된 도형을 구성하는 일축과 선정된 기준축 사이의 각도만큼, 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 이미지데이터와 매칭되는 도형을 '타원'으로 결정할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 오브젝트와 매칭되는 도형을 특정 색(color) 또는 특정 선(line)으로 포커싱하여 디스플레이화면 상에 표시할 수 있다. 또한, 이미지데이터와 매칭되는 도형이 타원으로 결정될 경우, 제어부(130)는 타원의 장축과 단축, 또는 둘레 길이 중 적어도 하나에 관한 정보를 디스플레이화면 상에 표시할 수 있다.
제어부(130)는 오브젝트의 중심점을 지나는 '타원'의 장축과, 이미지데이터의 기준축(즉, 수직축 또는 y축)이 상호 평행하도록 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 오브젝트의 중심점을 지나는 타원의 장축과, 이미지데이터의 기준축(즉, 수직축 또는 y축)이 이루는 각도만큼, 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 인체 내 오브젝트에 대한 3차원 초음파데이터를 통해 정확한 사지탈뷰를 자동으로 찾을 수 있게 된다.
또한, 제어부(130)는 시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터를 미세 회전시켜, 상기 사지탈뷰를 재결정할 수 있다. 따라서, 오브젝트가 태아일 경우, 제어부(130)는 태아의 미세 움직임을 고려한 시술자의 조작에 따라 초음파데이터를 미세 회전시켜 보다 정확한 사지탈뷰를 재결정할 수 있게 된다.
다른 실시예로서, 본 발명의 3차원 초음파 검사기(100)는 시드 설정부(140)와 측정부(150)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
시드 설정부(140)는, 인체 내 오브젝트가 『태아』일 경우, 상기 회전에 따라 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 태아의 목투명대(NT) 주위로 시드(Seed)를 설정하는 기능을 한다.
또한, 측정부(150)는 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 상기 설정된 시드를 기준으로 태아의 목투명대의 두께를 자동으로 측정하여 디스플레이화면에 표시하는 기능을 한다.
이에 따라, 시술자(또는 의사)는 측정된 태아의 목투명대의 두께에 근거하여, 태아에 대한 이상 여부를 보다 정확히 진단할 수 있게 된다. 이때, 측정부(150)는 상기 초음파데이터에서 상기 태아의 목투명대를, 특정 색 또는 특정 선으로 포커싱하여, 시드의 부근에 표시할 수 있다.
다른 실시예로서, 측정부(150)는 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도(FMF angle, Frontmaxillary Facial Angle)를 자동으로 측정하여 디스플레이화면에 표시할 수 있다. 이에 따라, 시술자(또는 의사)는 측정된 각도(FMF angle)에 근거하여, 태아에 대한 이상 여부를 보다 정확히 진단할 수 있게 된다. 이때, 측정부(150)는 상기 초음파데이터에서 제1 특이점과 제2 특이점을, 특정 색 또는 특정 선으로 포커싱하여 표시할 수 있다.
이때, 측정부(150)는 시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터가 미세 회전되어 사지탈뷰가 재결정될 경우, 측정된 태아의 목투명대의 두께, 각도(FMF angle), 또는 이미지데이터에 매칭된 도형(예컨대, '타원')의 둘레 길이 등을 수정(edit)할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 오브젝트가 태아일 경우, 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서 태아의 목투명대의 두께, 또는 태아의 콧등과 턱뼈 사이의 각도를 측정하여, 태아에 대한 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일측에 있어서, 인체 내 태아 및 상기 태아를 스캔하여 생성한 초음파데이터를 도시한 도면이다.
도 2에는 인체 내 태아(210), 및 태아(210)를 스캔하여 생성한 초음파데이터(220)가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기는 3D 초음파를 이용하여 태아(210)를 스캔 함으로써, 초음파데이터(220)를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 초음파데이터(220) 중에서 태아(210)에 상당하는 영역이 이미지데이터가 될 수 있다. 이때, 시드는 태아(210)의 목투명대(230) 부근에 위치될 수 있다.
상기 3차원 초음파 검사기는 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터(220)에서, 설정된 시드를 기준으로 태아(210)의 목투명대(230)의 두께를 자동으로 측정하여 디스플레이화면에 표시할 수 있다. 이에 따라, 시술자(또는 의사)는 측정된 태아(210)의 목투명대(230)의 두께에 근거하여, 태아(210)에 대한 이상 여부를 보다 정확히 진단할 수 있게 된다. 이때, 측정부(150)는 초음파데이터(220)에서 태아(210)의 목투명대(230)를, 특정 색 또는 특정 선으로 포커싱하여, 시드의 부근에 표시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기 동작 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 3차원 초음파 검사기 동작 방법은 도 1에 도시된 3차원 초음파 검사기(100)에 의해 구현될 수 있다. 이하, 도 3의 설명에서는 상술한 도 1을 함께 참조하여 도 3을 설명하여 발명의 이해를 도모한다.
단계 310에서 3차원 초음파 검사기(100)는 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성한다.
여기서, 인체 내 오브젝트는 태아 또는 장기가 포함될 수 있다.
예컨대, 스캔부(110)는 오브젝트에 대해 관심 영역(즉, ROI)을 설정하고, 설정된 관심 영역의 내부에 시드(Seed)를 위치시킬 수 있다. 오브젝트가 태아인 경우, 시드는 태아의 목투명대(NT) 부근에 위치될 수 있다. 스캔부(110)는 3D 초음파를 이용하여 오브젝트를 스캔 함으로써, 초음파데이터를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 초음파데이터 중에서 오브젝트에 상당하는 영역이 상기 이미지데이터가 될 수 있다.
단계 320 내지 단계 330에서 3차원 초음파 검사기(100)는 상기 생성된 초음파데이터에서 오브젝트의 중심점을 검색하고, 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성한다.
일례로, 인체 내 오브젝트가 '태아'일 경우, 처리부(120)는 생성된 초음파데이터로부터 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점을 지정하고, 지정된 제1 특이점을 이용하여 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점을 지정하며, 지정된 제2 특이점을 기준으로, 오브젝트의 중심점, 즉, 태아 머리의 중심점을 검색할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 처리부(120)는 태아의 측면을 도시한 'A-plane' 상에서 태아의 목투명대 부근에 위치된 시드를 기준으로 태아의 콧등에 관한 제1 특이점을 찾고, 상기 제1 특이점을 기준으로 태아의 턱뼈(palate)에 관한 제2 특이점을 찾을 수 있다. 이후, 처리부(120)는 제1 특이점과 제2 특이점을 이용하여, 'A-plane' 상에서 태아 머리의 중심점을 찾을 수 있다. 이어서, 처리부(120)는 검색된 태아 머리의 중심점을 포함하면서, 'A-plane'에 수직인 'B-plane'(즉, 가상평면)을 작성할 수 있다.
참고로, 처리부(120)는 선정된 알고리즘과 초음파데이터에 대한 이미지프로세싱을 이용하여, 또는 다년간의 경험치, 실험치에 따른 누적데이터를 이용하여, 제1 특이점과 제2 특이점, 및 중심점을 찾을 수 있다.
단계 340에서 3차원 초음파 검사기(100)는 상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정한다.
여기서, 이미지데이터는 상기 가상평면에서 오브젝트(예컨대, 태아)에 상당하는 영역이 될 수 있다.
예컨대, 제어부(130)는 이미지데이터와 매칭되는 도형을 '타원'으로 결정할 수 있다. 이때, 제어부(130)는 오브젝트와 매칭되는 도형을 특정 색 또는 특정 선으로 포커싱하여 디스플레이화면 상에 표시할 수 있다. 또한, 이미지데이터와 매칭되는 도형이 타원으로 결정될 경우, 제어부(130)는 타원의 장축과 단축, 또는 둘레 길이 중 적어도 하나에 관한 정보를 디스플레이화면 상에 표시할 수 있다.
제어부(130)는 오브젝트의 중심점을 지나는 '타원'의 장축과, 이미지데이터의 기준축(즉, 수직축 또는 y축)이 상호 평행하도록 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다.
상기 기준축을 설정하는 과정에 대해, 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준축을 설정하는 흐름도이다.
본 발명의 3차원 초음파 검사기(100)는, 오브젝트가 태아일 경우, 상기 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득한다(단계 410). 단계 410에서 3차원 초음파 검사기(100)는 A-Plane의 initial plane을 중심으로 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득한다.
이후, 3차원 초음파 검사기(100)는, 각 슬라이스 데이터에 대해, 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도를 측정한다(단계 420). 단계 420에서 3차원 초음파 검사기(100)는 Nasal bridge와 Palate 사이의 각도(FMF angle), 특히 FMF angle이 형성되는 방향을 측정한다.
계속해서, 3차원 초음파 검사기(100)는, 슬라이스 데이터 각각에 대해 측정된 복수의 각도를 고려하여, 태아의 머리 방향을 결정한다(단계 430). 즉, 단계 430에서 3차원 초음파 검사기(100)는 각 슬라이스 데이터에서 결정된 머리 방향을 scoring하여, 부여된 점수가 많은 방향으로, 상기 태아의 머리 방향을 결정한다.
예컨대, 10개의 슬라이스 데이터가 초음파데이터로부터 획득되는 경우, 3차원 초음파 검사기(100)는 각각의 슬라이스 데이터에 대한 추정된 머리 방향을, '좌:우 = 7:3'으로 scoring 할 수 있고, 최종적으로 점수가 상대적으로 높게 부여된 왼쪽을, 태아의 머리 방향으로 결정할 수 있다.
또한, 3차원 초음파 검사기(100)는, 결정된 머리 방향에서 태아의 팔스를 스캔한 기준이미지 중에서, 밝기 인텐시티가 가장 큰 기준이미지 내 상기 팔스의 위치를 기준축으로 선정한다(단계 440). 즉, 단계 440에서의 3차원 초음파 검사기(100)는 머리 방향에서 태아의 falx에 대해 스캔한 기준이미지가 가장 밝게 출력되는 위치를, 사지탈뷰를 얻기 위한 기준축으로 결정하게 된다.
다시 도 3을 설명하면, 3차원 초음파 검사기(100)의 제어부(130)는 오브젝트의 중심점을 지나는 타원의 장축과, 이미지데이터의 기준축(즉, 수직축 또는 y축)이 이루는 각도만큼, 상기 초음파데이터를 회전할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 인체 내 오브젝트에 대한 3차원 초음파데이터를 통해 정확한 사지탈뷰를 자동으로 찾을 수 있게 된다.
단계 350에서 3차원 초음파 검사기(100)는 시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터를 미세 회전시켜, 상기 사지탈뷰를 재결정한다.
따라서, 오브젝트가 태아일 경우, 제어부(130)는 태아의 미세 움직임을 고려한 시술자의 조작에 따라 초음파데이터를 미세 회전시켜 보다 정확한 사지탈뷰를 재결정할 수 있게 된다.
단계 360에서 3차원 초음파 검사기(100)는 인체 내 오브젝트가 '태아'일 경우, 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 설정된 시드를 기준으로 태아의 목투명대의 두께를 자동으로 측정하거나, 또는 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도(FMF angle)를 자동으로 측정한다.
그리고, 측정부(150)는 측정된 태아의 목투명대의 두께 또는 각도(FMF angle)를 디스플레이화면에 표시 함으로써, 시술자(또는 의사)가 측정된 데이터에 근거하여, 태아에 대한 이상 여부를 보다 정확히 진단할 수 있게 한다.
또한, 측정부(150)는 시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터가 미세 회전되어 사지탈뷰가 재결정될 경우, 측정된 태아의 목투명대의 두께, 각도(FMF angle), 또는 이미지데이터에 매칭된 도형(예컨대, '타원')의 둘레 길이 등을 수정(edit)할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 오브젝트가 태아일 경우, 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서 태아의 목투명대의 두께, 또는 태아의 콧등과 턱뼈 사이의 각도를 측정하여, 태아에 대한 이상 여부를 정확히 진단할 수 있게 된다.
이때, 측정부(150)는 상기 초음파데이터에서 상기 태아의 목투명대 또는 제1 특이점과 제2 특이점을, 특정 색 또는 특정 선으로 포커싱하여, 시드의 부근에 표시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 3차원 초음파 검사기
110: 스캔부 120: 처리부
130: 제어부 140: 시드 설정부
150: 측정부 160 : 방향 식별부

Claims (19)

  1. 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 스캔부;
    상기 생성된 초음파데이터에서 상기 오브젝트의 중심점을 검색하고, 상기 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 처리부; 및
    상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰(sagittal view)를 결정하는 제어부
    를 포함하는, 3차원 초음파 검사기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득하는 방향 식별부; 및
    상기 슬라이스 데이터에서, 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도를 측정하는 측정부
    를 더 포함하고,
    상기 방향 식별부는,
    상기 슬라이스 데이터 각각에 대해 측정된 복수의 각도를 고려하여, 상기 태아의 머리 방향을 결정하는, 3차원 초음파 검사기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 결정된 머리 방향에서 상기 태아의 팔스(falx)를 스캔한 기준이미지 중에서, 밝기 인텐시티(brightness intensity)가 가장 큰 기준이미지 내 상기 팔스의 위치를 기준축으로 선정하는, 3차원 초음파 검사기.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가상평면에 포함된 이미지데이터에 상응하는 도형을 매칭하고, 상기 매칭된 도형을 구성하는 일축과 선정된 기준축이 상호 평행 하도록, 상기 초음파데이터를 회전하는, 3차원 초음파 검사기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 매칭된 도형이 타원일 경우,
    상기 제어부는,
    상기 타원의 장축과 상기 기준축이 상호 평행하도록 상기 초음파데이터를 회전하는, 3차원 초음파 검사기.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가상평면에 포함된 이미지데이터에 상응하는 도형을 매칭하고, 상기 매칭된 도형을 구성하는 일축과 선정된 기준축 사이의 각도만큼, 상기 초음파데이터를 회전하는, 3차원 초음파 검사기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 처리부는,
    상기 생성된 초음파데이터로부터 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점을 지정하고,
    상기 지정된 제1 특이점을 이용하여 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점을 지정하며,
    상기 지정된 제2 특이점을 기준으로 상기 오브젝트의 중심점을 검색하는, 3차원 초음파 검사기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 상기 태아의 목투명대(NT, Nuchal Translucency) 주위로 시드(Seed)를 설정하는 시드 설정부; 및
    상기 설정된 시드를 기준으로 상기 목투명대의 두께를 측정하는 측정부
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도를 측정하는 측정부
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터를 미세 회전시켜, 상기 사지탈뷰를 재결정하는, 3차원 초음파 검사기.
  11. 인체 내 오브젝트를 스캔한 이미지데이터를 포함하는 초음파데이터를 생성하는 단계;
    상기 생성된 초음파데이터에서 상기 오브젝트의 중심점을 검색하는 단계;
    상기 검색된 중심점을 면 상에 위치시키는 가상평면을 상기 초음파데이터에 작성하는 단계; 및
    상기 가상평면에 포함된 이미지데이터를 이용하여 상기 초음파데이터를 회전하여, 상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 단계
    를 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 초음파데이터의 측방향에 대한 복수의 슬라이스 데이터를 획득하는 단계;
    상기 슬라이스 데이터에서, 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도를 측정하는 단계; 및
    상기 슬라이스 데이터 각각에 대해 측정된 복수의 각도를 고려하여, 상기 태아의 머리 방향을 결정하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 결정된 머리 방향에서 상기 태아의 팔스를 스캔한 기준이미지 중에서, 밝기 인텐시티가 가장 큰 기준이미지 내 상기 팔스의 위치를 기준축으로 선정하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 오브젝트에 대한 사지탈뷰를 결정하는 단계는,
    상기 가상평면에 포함된 이미지데이터에 상응하는 도형을 매칭하는 단계; 및
    상기 매칭된 도형을 구성하는 일축과 선정된 기준축이 상호 평행 하도록, 상기 초음파데이터를 회전하는 단계
    를 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 매칭된 도형이 타원일 경우,
    상기 초음파데이터를 회전하는 단계는,
    상기 타원의 장축과 상기 기준축이 상호 평행하도록 상기 초음파데이터를 회전하는 단계
    를 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 오브젝트의 중심점을 검색하는 단계는,
    상기 생성된 초음파데이터로부터 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점을 지정하는 단계;
    상기 지정된 제1 특이점을 이용하여 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점을 지정하는 단계; 및
    상기 지정된 제2 특이점을 기준으로 상기 오브젝트의 중심점을 검색하는 단계
    를 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 상기 태아의 목투명대 주위로 시드를 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 시드를 기준으로 상기 목투명대의 두께를 측정하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 오브젝트가 태아일 경우,
    상기 사지탈뷰로 결정되는 초음파데이터에서, 상기 태아의 콧등과 관련한 제1 특이점과, 상기 태아의 턱뼈와 관련한 제2 특이점 사이의 각도를 측정하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    시술자의 조작에 따라 상기 초음파데이터를 미세 회전시켜, 상기 사지탈뷰를 재결정하는 단계
    를 더 포함하는, 3차원 초음파 검사기 동작 방법.
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