KR20160068647A - Apparatus and method for reconstructing skeletal image - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 의료 영상의 해상도를 개선하기 위해 골격계 영상을 재구성하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for reconstructing a skeletal system image to improve the resolution of a medical image.
고령화 사회에 진입함에 따라, 노인 복지, 의료 등 여러 문제들이 대두되고 있지만, 그 중에서도 골다공증은 유병률 증가 및 삶의 질 저하로 인해 시급히 해결해야 할 사회문제로 인식되고 있다. 예를 들어, 2010년 국민건강 통계 자료에 다르면, 국내 50세 이상에서의 골다공증 유병률은 여자 34.9%, 남자 7.8%로, 50세 이상 여자 3명 중 1명이 골다공증을 앓고 있는 것으로 확인되었다. 전 세계적으로 대략 2억명의 여성들이 골다공증을 앓고 있다.As the age of the elderly welfare, medical care, etc. Are emerging, osteoporosis is recognized as a social problem to be solved urgently due to increase of prevalence and quality of life. For example, according to 2010 National Health Statistics, the prevalence of osteoporosis in women over 50 years old was 34.9% for women and 7.8% for men, and 1 in 3 women over 50 years old was found to have osteoporosis. Approximately 200 million women worldwide are suffering from osteoporosis.
골다공증의 의학적 정의는, 뼈의 양이 감소하고 질적인 변화로 인해 뼈의 강도가 약해져서 골절이 일어날 가능성이 높은 상태를 나타낸다. 여기서, 뼈의 강도는 뼈가 골절에 저항하는 힘을 의미하며, 골량(bone mass)과 골질(bone quality)에 의해 결정된다.The medical definition of osteoporosis is a condition in which the amount of bone is reduced and the quality of the bone is weakened due to qualitative changes, leading to a high possibility of fracture. Here, the strength of the bone means the strength of the bone against the fracture, and is determined by the bone mass and bone quality.
골량은 골밀도(Bone Mineral Density: BMD)로 표현될 수 있으며, 임상에서 골밀도 측정을 위해 DXA(Dual energy X-ray Absorptiometry), 정량적 컴퓨터 단층 촬영 장치(Quantitative Computed Tomography: QCT), 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed Tomography: CT) 등이 이용된다. 이때, 세계 보건 기구(World Health Organization: WHO)에서 제시하고 있는 DXA 기반의 진단 방법에 따르면, 골량이 30 내지 50% 이상 소실된 이후에 이상 소견을 발견할 수 있으므로, 골다공증을 조기 진단하는데 어려움이 존재한다.The BMD can be expressed as bone mineral density (BMD), and for clinical bone mineral density measurements, dual energy X-ray absorptiometry (DXA), quantitative computed tomography (QCT) Computed Tomography: CT) are used. According to the DXA-based diagnostic method proposed by the World Health Organization (WHO), it is difficult to diagnose osteoporosis early because the abnormality can be found after the bone mass is lost by 30 to 50% or more exist.
최근에는, 뼈의 강도는 고밀도뿐만 아니라 해면골의 구조적 특성에 의해 결정됨이 알려졌다. 골밀도 만을 측정하는 방법으로는 해면골의 기계적 강도의 64%만 예측 가능하나, 골구조까지 고려할 경우, 기계적 강도의 94%까지 예측할 수 있다. 특히, 해면골의 네트워크는 한번 끊어지면 약물치료로도 회복될 수 없으며, 동일한 골량의 손실에 있어서, 골소주(trabecular)의 연결성 감소가 골소주의 두께 감소보다 골 강도에 더 큰 영향을 미친다. In recent years, it has been known that the strength of bones is determined not only by high density, but also by the structural properties of cancellous bone. Only 64% of the mechanical strength of cancellous bone can be predicted by measuring only bone density, but it can be predicted up to 94% of mechanical strength when considering bone structure. In particular, the network of cancellous bone can not be recovered by drug therapy once it has been broken, and a decrease in the connectivity of trabecular bone has a greater effect on bone strength than the decrease in bone thickness in the same loss of bone mass.
이에 따라, 정확한 진단을 위해서는 골밀도와 골소주의 구조를 모두 고려할 필요가 있으나, 해면골의 미세 골구조를 표현하기 이해서는 평균 골소주 두께인 50~200μm 수준의 고해상도가 필요하나, 종래 의료 영상 장치의 경우, 해상도의 한계로 인해 미세 골구조와 같은 골질에 대한 정보는 제공하기 어렵다. 예를 들어, X선에 기반하는 CT의 경우, MRI보다 저렴한 검사료와 검사 시간이 짧으나, 약 600μm의 낮은 해상도로 인해 미세 골조직을 관찰하기 어려우며, 해상도가 높아질수록 방사선 피폭량이 증가한다. 마이크로 CT의 경우, 30μm의 해상도로 미세 골조직의 영상화가 가능하나, 높은 방사선량으로 인해 임상용으로 사용하는데 어려움이 존재한다. 이외에, 자기공명 영상 장치(MRI)는 신체의 수소 원자핵으로 공명시켜 조직에서 나오는 신호의 차이를 영상화하나, 영상의 해상도가 높아짐에 따라 촬영 시간이 길어지고 잡음이 심해져 신호대 잡음비(SNR)가 떨어진다.Therefore, it is necessary to consider both the bone mineral density and the bone structure of the cancellous bone in order to accurately diagnose it. However, in order to express the fine bone structure of the cancellous bone, a high resolution of 50 ~ Due to the limitations of resolution, it is difficult to provide information about bone quality, such as micro-bone structure. For example, in the case of CT based on X-ray, the inspection cost and the inspection time are shorter than MRI, but it is difficult to observe the fine bone tissue due to the low resolution of about 600 μm, and the radiation dose increases as the resolution is increased. In the case of micro CT, it is possible to visualize fine bone tissue with a resolution of 30 μm, but there is a difficulty in clinical use because of high radiation dose. In addition, magnetic resonance imaging (MRI) resonates with the body's hydrogen nuclei to image the difference in the signal from the tissue, but as the resolution of the image increases, the imaging time becomes longer and the noise becomes worse and the signal-to-noise ratio (SNR) drops.
따라서, 방사선 노출 및 촬영시간의 증가 없이, 미세 골구조 파악이 가능한 300μm 이하의 고해상도 영상을 제공하는 영상 기술이 요구된다.Accordingly, there is a demand for an image technique that provides a high-resolution image of 300 mu m or less capable of grasping a fine bone structure without increasing radiation exposure and imaging time.
본 발명의 실시예들은 제한된 방사선 피폭량, 촬영 시간 등에 기인한 저해상도 영상을 유한요소해석 및 위상최적화를 이용하여 미세 골구조 파악이 가능한 고해상도의 영상으로 재구성하기 위한 것이다.Embodiments of the present invention are intended to reconstruct a low-resolution image due to limited radiation exposure, shooting time, and the like into a high-resolution image capable of grasping a micro-bone structure using a finite element analysis and a phase optimization.
또한, 골밀도 및 미세 골구조를 나타내는 고해상도의 영상을 제공함에 따라, 골다공증 등과 같이 골밀도와 관련된 병변의 조기진단을 보다 정확하게 수행하기 위한 것이다.In addition, by providing a high-resolution image showing the bone density and the fine bone structure, it is intended to perform an early diagnosis of lesions related to bone density, such as osteoporosis, more accurately.
골격계 영상 재구성 방법은, 피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 단계, 및 상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 단계를 포함할 수 있다.A method for reconstructing a skeletal image includes the steps of: determining a region of interest (ROI) to be hyperfilmed with respect to a skeletal system image obtained by photographing a subject; and performing a finite element modeling and topology optimization Optimization may be performed to reconstruct the skeleton image that has been highly resolved.
일측면에 따르면, 상기 골격계 영상을 재구성하는 단계는, 상기 관심영역을 포함하는 골격계 영상을 대상으로 요소분할(meshing)을 수행하는 단계, 요소분할된 관심영역에 해당하는 뼈의 골밀도를 탄성률로 변환하는 단계, 상기 탄성률을 관심영역을 구성하는 각 유한요소(finite element)에 적용하는 단계, 상기 탄성률이 적용된 각 유한요소에 기설정된 하중 조건을 적용하는 단계, 상기 하중 조건이 적용된 각 유한요소의 변화량에 기초하여 각 유한요소의 변형률 에너지를 계산하는 단계, 및 상기 각 유한요소의 변형률 에너지에 기초하여 유한요소 각각의 밀도값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the step of reconstructing the skeletal system image includes: performing meshing on a skeletal system image including the ROI; transforming a bone density of the bone corresponding to the ROI into a modulus of elasticity Applying the elastic modulus to each finite element constituting the region of interest, applying a predetermined load condition to each finite element to which the elastic modulus is applied, varying each finite element applied with the load condition Calculating the strain energy of each finite element based on the strain energy of each finite element, and determining the density value of each finite element based on the strain energy of each finite element.
다른 측면에 따르면, 상기 요소분할을 수행하는 단계는, 상기 골격계 영상을 복수의 유한요소를 포함하는 영상으로 분할하고, 상기 뼈의 골밀도는, 상기 복수의 유한요소 중 고해상화하고자 하는 관심영역에 포함된 유한요소에 해당하는 뼈의 골밀도를 나타낼 수 있다.According to another aspect of the present invention, the step of performing the element partitioning includes dividing the skeletal system image into an image including a plurality of finite elements, and the bone density of the bone is included in a region of interest Can represent the bone density of the bone corresponding to the finite element.
또 다른 측면에 따르면, 상기 골격계 영상을 재구성하는 단계는, 상기 위상최적화를 수행하여 상기 관심영역에 대한 새로운 골밀도를 결정하고, 새로운 골밀도를 탄성률로 변환하는 동작을 반복 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of reconstructing a skeletal system image, the method comprising: performing phase optimization to determine a new bone density for the ROI; and converting a new bone density to an elasticity, Lt; / RTI >
또 다른 측면에 따르면, 관심영역의 컴플라이언스를 나타내는 목적함수와 기설정된 제약조건에 기초하여 상기 관심영역에 포함된 유한요소 각각의 골밀도를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 골밀도 및 상기 골격계 영상에 기초하여 상기 피검사체에 대한 병변 여부를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to a further aspect, there is provided a method of calculating bone density, comprising: calculating a bone density of each finite element contained in the region of interest based on an objective function and a predetermined constraint representing compliance of a region of interest; And estimating whether or not the subject has a lesion.
또 다른 측면에 따르면, 상기 고해상화된 골격계 영상은, 상기 관심영역에 해당하는 뼈의 골소주(trabecular) 구조를 포함할 수 있다.According to another aspect, the high resolution skeletal system image may include a trabecular structure of a bone corresponding to the region of interest.
또 다른 측면에 따르면, 상기 고해상화된 골격계 영상은, 해상도가 300μm 이하인 영상을 나타낼 수 있다.According to another aspect, the highly resolved skeleton image can display an image having a resolution of 300 mu m or less.
골격계 영상 재구성 장치는, 피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 관심영역 결정부, 및 상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 영상 재구성부를 포함할 수 있다.The apparatus for reconstructing a skeleton image includes an interest region determining unit for determining a region of interest (ROI) to be hyperfilmed with respect to a skeletal system image obtained by photographing the subject, and a finite element modeling and phase And an image reconstruction unit reconstructing a skeleton image that has been highly resolved by performing optimization (topology optimization).
일측면에 따르면, 상기 영상 재구성부는, 상기 관심영역을 포함하는 골격계 영상을 대상으로 요소분할(meshing)을 수행하고, 요소분할된 관심영역에 해당하는 뼈의 골밀도를 탄성률로 변환하고, 상기 탄성률을 관심영역을 구성하는 각 유한요소(finite element)에 적용하고, 상기 탄성률이 적용된 각 유한요소에 기설정된 하중 조건을 적용하고, 상기 하중 조건이 적용된 각 유한요소의 변화량에 기초하여 각 유한요소의 변형률 에너지를 계산하고, 상기 각 유한요소의 변형률 에너지에 기초하여 유한요소 각각의 밀도값을 결정할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the image reconstruction unit performs element meshing on a skeletal system image including the ROI, converts the bone density of the bone corresponding to the ROI into the elasticity, Wherein the load factor is applied to each finite element constituting the region of interest and a predetermined load condition is applied to each finite element to which the modulus of elasticity is applied and the strain of each finite element Energy can be calculated and the density value of each finite element can be determined based on the strain energy of each finite element.
다른 측면에 따르면, 상기 영상 재구성부는, 상기 골격계 영상을 복수의 유한요소를 포함하는 영상으로 분할하고, 상기 뼈의 골밀도는, 상기 복수의 유한요소 중 고해상화하고자 하는 관심영역에 포함된 유한요소에 해당하는 뼈의 골밀도를 나타낼 수 있다.According to another aspect, the image reconstruction unit divides the skeletal system image into an image including a plurality of finite elements, and the bone density of the bone is divided into a finite element included in a region of interest to be high- Can represent the bone density of the corresponding bone.
또 다른 측면에 따르면, 상기 영상 재구성부는, 상기 위상최적화를 수행하여 상기 관심영역에 대한 새로운 골밀도를 결정하고, 새로운 골밀도를 탄성률로 변환하는 동작을 반복 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the image reconstructing unit may perform a phase optimization to determine a new bone density for the ROI, and convert the new bone density to an elasticity, thereby reconstructing the skeleton image have.
골격계 영상 재구성 장치는, 적어도 하나의 프로그램이 로딩된 메모리, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라, 피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 과정, 및 상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 과정을 처리할 수 있다.A skeletal system image reconstruction apparatus includes a memory in which at least one program is loaded and at least one processor, and the at least one processor is configured to perform skeleton image reconstruction based on a skeleton system image, A process of determining a region of interest (ROI) to be transformed and a process of reconstructing a skeleton image of a high resolution by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI .
일측면에 따르면, 상기 골격계 영상을 재구성하는 과정은, 상기 관심영역을 포함하는 골격계 영상을 대상으로 요소분할(meshing)을 수행하는 과정, 요소분할된 관심영역에 해당하는 뼈의 골밀도를 탄성률로 변환하는 과정, 상기 탄성률을 관심영역을 구성하는 각 유한요소(finite element)에 적용하는 과정, 상기 탄성률이 적용된 각 유한요소에 기설정된 하중 조건을 적용하는 과정, 상기 하중 조건이 적용된 각 유한요소의 변화량에 기초하여 각 유한요소의 변형률 에너지를 계산하는 과정, 및 상기 각 유한요소의 변형률 에너지에 기초하여 유한요소 각각의 밀도값을 결정하는 과정을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of reconstructing a skeletal system image, the method comprising: performing meshing on a skeletal system image including the ROI; transforming a bone density of the bone corresponding to the ROI into an elasticity A step of applying the modulus of elasticity to each finite element constituting the region of interest, a step of applying a predetermined load condition to each finite element to which the modulus of elasticity is applied, a variation of each finite element to which the load condition is applied Calculating a strain energy of each finite element based on the strain energy of each finite element, and determining a density value of each finite element based on the strain energy of each finite element.
다른 측면에 따르면, 컴퓨터 시스템이 골격계 영상을 제공하도록 제어하는 명령(instruction)을 포함하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 명령은, 피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 단계, 및 상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어할 수 있다.According to another aspect, there is provided a computer-readable storage medium containing instructions to control a computer system to provide a skeletal system image, the instructions comprising the steps of: obtaining a skeletal system image of a subject, Determining a region of interest (ROI) of the region of interest, and reconstructing a skeletal image that has been highly resolved by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI, The system can be controlled.
일측면에 따르면, 상기 명령은, 관심영역의 변형률 에너지를 나타내는 목적함수와 기설정된 제약조건에 기초하여 상기 관심영역에 포함된 유한요소 각각의 골밀도를 계산하는 단계, 및 상기 계산된 골밀도 및 상기 골격계 영상에 기초하여 상기 피검사체에 대한 병변 여부를 추정하는 단계를 더 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어할 수 있다.According to one aspect, the instructions comprise calculating a bone density of each of the finite elements included in the region of interest based on an objective function representing a strain energy of the region of interest and predetermined constraints, And estimating whether or not the subject has a lesion based on the image.
본 발명에 의하면, 유한요소해석 및 위상최적화를 이용하여 방사선 피폭량 등을 고려하여 짧은 시간 내에 피검사체에 대한 촬영을 수행함에 따라, 방사선 피폭량의 증가나 촬영시간의 증가없이 미세 골구조 파악이 가능한 고해상도의 영상을 재구성할 수 있다.According to the present invention, the imaging of the subject is performed in a short time considering the radiation dose and the like by using the finite element analysis and the phase optimization, so that the high-resolution imaging capable of grasping the fine bone structure without increasing the radiation dose or increasing the imaging time Can be reconstructed.
또한, 유한요소해석 및 위상최적화를 적용함에 따라, 고해상도 촬영이 가능한 의료 영상 기기를 별도로 구매하지 않더라도 미세 골구조 파악이 가능한 고해상도의 영상을 재구성할 수 있다. In addition, by applying the finite element analysis and the phase optimization, it is possible to reconstruct a high resolution image capable of grasping the fine bone structure without separately purchasing a medical imaging device capable of high resolution imaging.
또한, 골밀도 및 미세 골구조를 나타내는 고해상도의 영상을 함께 제공함에 따라, 골다공증 등과 같은 골밀도에 기초한 병변을 조기 진단하는 데 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다.In addition, by providing a high-resolution image showing the bone density and the fine bone structure, it can not only help early diagnose a lesion based on bone density such as osteoporosis, but also improve the accuracy of diagnosis.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, CT 촬영 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 골격계 영상 재구성 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 골격계 영상 재구성 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 유한요소해석에 기초하여 생성된 유한요소모델을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 위상최적화 과정을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고해상화된 관심영역을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 컴퓨터 시스템의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 블록도이다.1 is a view showing a CT photographing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram for explaining an internal configuration of a skeletal system image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of reconstructing a skeletal system image in an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a finite element model generated based on a finite element analysis in an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a phase optimization process in an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram illustrating a high-resolution area of interest in one embodiment of the present invention.
7 is a block diagram for explaining an example of the internal configuration of a computer system in an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 의료 영상 장치와 골격계 영상 재구성 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a medical imaging device and a skeleton-based image reconstruction device in an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 의료 영상 장치(101)는 골다공증 진단, 골밀도 측정, 골미세구조 확인 등을 위해 피검사체를 촬영하는 장치일 있다. Referring to FIG. 1, the
여기서, 의료 영상 장치(101)는 피검사체를 촬영한 영상의 세기를 탄성률로 변환하는 모든 의료 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 장치(101)는 컴퓨터 단층 촬영 장치(CT), 정량적 컴퓨터 단층 촬영 장치(QCT), 자기공명 촬영 장치(MRI) 등 영상의 세기를 탄성률로 변환할 수 있는 모든 의료 영상 기기를 포함할 수 있다. 그리고, 피검사체는, 골밀도 측정을 위해 촬영되는 특정 신체 부위로서, 예를 들어, 대퇴부, 고관절, 손목, 발목, 무릎, 요추 등을 포함할 수 있다.Herein, the
이처럼, 의료 영상 장치(101)에서 피검사체를 촬영하고, 촬영 정보는 골격계 영상 재구성 장치(100)로 전송할 수 있다. 예를 들어, QCT 촬영 장치에서 피검사체를 촬영한 경우, QCT 촬영 장치는 피검사체를 투과한 X선을 검출하여 골격계 영상 재구성 장치(100)로 전달할 수 있다. 그러면, 골격계 영상 재구성 장치(100)는 전달받은 X선에 기초하여 저해상도의 QCT 영상을 생성할 수 있다. As described above, the
그리고, 골격계 영상 재구성 장치(100)는 의료 영상을 기반으로 유한요소해석(Finite Element Method: FEM) 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 300μm 이하의 고해상도 골격계 영상을 재구성할 수 있다. 여기서, 골격계 영상 재구성 장치(100)는 의료 영상 장치(101)에 유선 또는 무선으로 연결될 수도 있고, 의료 영상 장치(100)에 애드-온(add-on) 타입으로 결합된 형태일 수도 있다. 예를 들어, 골격계 영상 재구성 장치(100)는 컴퓨터 시스템, 워크스테이션 등이 이용될 수 있다.Then, the skeletal-system image reconstruction apparatus 100 can reconstruct a high-resolution skeletal system image of 300 μm or less by performing finite element method (FEM) and topology optimization based on a medical image. Here, the skeleton-based image reconstruction apparatus 100 may be connected to the
이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 유한요소해석 및 위상최적화에 기초하여 고해상도의 골격계 영상을 재구성하는 동작에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of reconstructing a high-resolution skeletal system image based on the finite element analysis and the phase optimization will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 골격계 영상 재구성 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 골격계 영상 재구성 방법을 도시한 흐름도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of a skeleton-based image reconstruction apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart illustrating a skeleton-based image reconstruction method according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 골격계 영상 재구성 장치(200)는 프로세서(210), 버스(220), 네트워크 인터페이스(230) 및 메모리(240)를 포함할 수 있다. 메모리(240)는 운영체제(241) 및 골격계 영상 재구성 루틴(242)을 포함할 수 있다. 프로세서(210)는 관심영역 결정부(211)와 영상 재구성부(212)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서 골격계 영상 재구성 장치(200)는 도 2의 구성요소들보다 더 많은 구성요소들을 포함할 수도 있다. 그러나, 대부분의 종래기술적 구성요소들을 명확하게 도시할 필요성은 없다. 예를 들어, 골격계 영상 재구성 장치(200)는 디스플레이나 트랜시버(transceiver)와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다.The apparatus for reconstructing
메모리(240)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(240)에는 운영체제(241)와 골격계 영상 재구성 루틴(242)을 위한 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism, 미도시)을 이용하여 메모리(240)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 네트워크 인터페이스(230)를 통해 메모리(240)에 로딩될 수도 있다.The
버스(220)는 골격계 영상 재구성 장치(200)의 구성요소들간의 통신 및 데이터 전송을 가능하게 할 수 있다. 버스(220)는 고속 시리얼 버스(high-speed serial bus), 병렬 버스(parallel bus), SAN(Storage Area Network) 및/또는 다른 적절한 통신 기술을 이용하여 구성될 수 있다.The
네트워크 인터페이스(230)는 골격계 영상 재구성 장치(200)를 컴퓨터 네트워크에 연결하기 위한 컴퓨터 하드웨어 구성요소일 수 있다. 네트워크 인터페이스(230)는 골격계 영상 재구성 장치(200)를 무선 또는 유선 커넥션을 통해 컴퓨터 네트워크에 연결시킬 수 있다.The
프로세서(210)는 기본적인 산술, 로직 및 골격계 영상 재구성 장치(200)의 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 메모리(240) 또는 네트워크 인터페이스(230)에 의해, 그리고 버스(220)를 통해 프로세서(210)로 제공될 수 있다. 프로세서(210)는 관심영역 분리부(211) 및 영상 재구성부(212)를 위한 프로그램 코드를 실행하도록 구성될 수 있다. 이러한 프로그램 코드는 메모리(240)와 같은 기록 장치에 저장될 수 있다.The
관심영역 결정부(211) 및 영상 재구성부(212)는 도 3의 각 단계들을 수행하기 위해 구성될 수 있다.The
단계 310에서, 관심영역 결정부(211)는 피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)를 결정할 수 있다. In
예를 들어, 골격계 영상은, 피검사체를 촬영한 QCT, CT, MIR 등의 영상에서 이미지 분할(image segmentation)을 통해 분할된 복수의 영상 중 척추, 대퇴골 등의 골격계 영상을 포함할 수 있다. 그러면, 관심영역 결정부(211)는 골격계 영상에 포함된 골격계 부위 중 고해상화하고자 하는 일부 특정 부위를 결정할 수 있다. 예를 들어. 대퇴골의 머리, 상부, 또는 하부 등과 같이 일부 영역을 관심영역으로 결정할 수 있다.For example, a skeletal system image may include a skeletal system image such as a spine, a femur, and the like among a plurality of images segmented through image segmentation in an image such as QCT, CT, MIR, etc. of the subject. Then, the area-of-
여기서, 피검사체를 촬영한 영상은 해상도가 300μm 보다 큰 저해상도의 영상을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 피검사체를 촬영한 영상의 해상도는 약 600μm일 수 있다. Here, the image of the subject can be displayed at a resolution lower than 300 mu m. For example, the resolution of the image of the subject can be about 600 mu m.
이어, 320 단계에서, 영상 재구성부(212)는 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(topology optimization)를 수행함에 따라 골격계 영상을 재구성할 수 있다.In
영상 재구성부(212)는 관심영역을 대상으로 요소분할(meshing)을 수행하여 관심영역을 복수의 유한요소(Finite Element)로 표현할 수 있다. 그러면, 영상 재구성부(212)는 요소분할된 영역에 해당하는 뼈의 골밀도와 탄성률, 그리고 하중조건에 기초하여 유한요소해석을 수행함에 따라 유한요소 각각의 구조 거동값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 재구성부(212)는 골밀도를 탄성률로 변환하고, 변환된 탄성률 및 기설정된 하중 조건을 각 유한요소에 적용함에 따라 구조 거동값을 획득할 수 있다.The
피검사체를 촬영한 골격계 영상에 유한 요소 모델링을 적용하는 구체적인 과정은 다음과 같다. 이때, 도 4를 참조하면, 골격계 영상(402)은 피검사체를 촬영한 영상(401)을 대상으로 이미지 분할(image segmentation)을 통해 추출될 수 있으며, 골격계 영상 재구성 장치는, 골격계 영상을 대상으로 유한 요소 모델링을 적용할 수 있다.The concrete procedure of applying the finite element modeling to the skeletal system image of the subject is as follows. Referring to FIG. 4, the
유한 요소 Finite element 모델링modelling
(1) 골격계 영상을 대상으로 고해상화하고자 하는 관심영역에 대해 요소분할(meshing)을 수행함.(One) We perform element meshing for the region of interest that we want to enhance the skeletal system image.
(2) 골밀도와 탄성률 간의 관계식 등을 이용하여 개별 유한요소(finite element)의 물성치를 할당함.(2) Allocate the properties of individual finite elements using the relation between bone density and elasticity.
(3) 관심영역에 대한 하중조건을 부여함.(3) Give load conditions for the area of interest.
(4)
유한요소해석을 통해 각 유한요소의 구조 거동값을 획득함.
(4) Obtain the structural behavior values of each finite element through finite element analysis.
위의 유한 요소 모델링 과정을 구체적으로 살펴보면, 321 단계에서, 영상 재구성부(212)는 관심영역을 포함하는 골격계 영상을 대상으로 요소분할(meshing)을 수행할 수 있다. 이때, 영상 재구성부(212)는 고해상화하고자 하는 타겟 해상도로 골격계 영상을 복수의 여러 영상으로 분할하는 요소분할을 수행할 수 있다. 예를 들어. 골격계 영상의 해상도가 약 600μm이고, 타겟 해상도가 50μm인 경우, 영상 재구성부(212)는 12x12로 골격계 영상을 분할하는 요소분할을 수행할 수 있다.In detail, in
322 단계에서, 영상 재구성부(212)는 요소분할된 골격계 영상 중 관심영역으로 결정된 유한요소(finite element)에 해당하는 뼈의 골밀도를 탄성률로 변환할 수 있다. 예를 들어, 영상 재구성부(212)는 골밀도와 탄성률 간의 관계가 기정의된 관계식을 이용하여 골밀도를 탄성률로 변환할 수 있다. 이때, 영상 재구성부(212)는 관심영역에 포함된 각 유한요소 별로 골밀도를 탄성률로 변환할 수 있다.In
323 단계에서, 영상 재구성부(212)는 변환된 탄성률 및 기설정된 하중 조건을 각 유한요소 별로 적용할 수 있다. 여기서, 하중 조건은 일일 하중 조건(Daily load cases)으로, one-legged stance, abduction, adduction 등을 포함할 수 있다. 이처럼, 유한요소 별로 하중 조건이 적용됨에 따라 뼈에 변화량이 발생할 수 있다. 그러면, 영상 재구성부(212)는 발생된 변화량에 기초하여 관심영역에 해당하는 뼈의 변형률 에너지(strain energy)가 최소가 되는 구조를 찾는 위상 최적화를 수행할 수 있다.In
예를 들어, 컴플라이언스가 최소가 되는 구조를 찾기 위해 영상 재구성부(212)는 관심영역에 대한 새로운 골밀도를 추출할 수 있다. 그리고, 영상 재구성부(212)는 새로운 골밀도를 다시 탄성률로 변환하고, 변환된 탄성률을 유한요소에 적용함에 따라 변형률 에너지를 재계산할 수 있다. 이때, 새로운 골밀도와 변형률 에너지 계산을 위해 이용된 이전 골밀도 간의 차이값이 기설정된 기준값 이하인 경우, 영상 재구성부(212)는 위상최적화가 완료된 것으로 결정하고 위상최적화를 종료할 수 있다. 다시 말해, 영상 재구성부(212)는 이전 골밀도에 기초하여 계산된 변형률 에너지가 최소 변형률 에너지인 것으로 결정할 수 있다. For example, the
반면, 상기 차이값이 기준값보다 큰 경우, 영상 재구성부(212)는 최소 변형률 에너지를 찾지 못한 것으로 결정하고, 새로운 골밀도를 탄성률로 변환하고, 변환된 탄성률 및 하중 조건을 유한요소에 적용하여 변형률 에너지를 계산하는 동작을 계속 반복 수행할 수 있다. 즉, 영상 재구성부(212)는 최소 변형률 에너지가 계산될 때까지 유한 요소 모델링 및 위상최적화를 반복적으로 수행할 수 있다.On the other hand, if the difference value is larger than the reference value, the
이상에서 설명한 바와 같이, 영상 재구성부(212)는 관심영역을 대상으로 위상최적화(topology optimization)를 수행함에 따라 고해상화된 영상을 재구성할 수 있다. 예를 들어, 영상 재구성부(212)는 625μm로 해상도가 낮은 관심영역의 해상도를 300μm이하(예를 들어, 78μm)의 고해상도의 영상으로 재구성할 수 있다. 이에 따라, 관심영역의 골미세 구조(예를 들어, 골소주 구조)가 고해상도로 제공되어 골다공증 등과 같이 골밀도에 기초한 병변의 조기 진단에 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라, 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 기존의 의료 영상 기기를 그대로 이용하여 유한요소모델링 및 위상최적화를 적용함에 따라, 별도의 고해상도 영상 기기를 추가로 구매하지 않고도 고해상도 영상을 재구성할 수 있다.As described above, the
이때, 위상최적화는, 최소의 질량으로 기설정된 하중조건에 대해 요소의 밀도를 재분배함으로써, 최대의 강성을 가지는 구조물을 재구성하는 방법을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 영상 재구성부(212)는 최소의 골량으로 기설정된 기계적 자극에 대해 해면골을 재배치함으로써, 최대의 기계적 효율을 얻는 골 미세구조를 재구성할 수 있다. 여기서, 기계적 자극은, 서있거나 달리거나 등을 수행 시 대퇴골 등에 가해지는 힘을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 영상 재구성부(212)는 저해상도의 골량에 기초하여 위상최적화를 통해 골재형성 과정을 수행함에 따라, 고해상도의 골미세구조 영상을 재구성할 수 있다.At this time, the phase optimization can represent a method of reconstructing a structure having the maximum rigidity by redistributing the density of the element for a predetermined load condition with a minimum mass. Accordingly, the
예를 들어, 영상 재구성부(212)는 상기 컴플라이언스가 최소화될 때까지 위상최적화를 수행할 수 있으며, 도 5를 참조하면, 위상최적화를 수행하는 과정은 다음과 같다. 여기서, 컴플라이언스는 강성의 역수를 나타내며, 강성이 높으면 컴플라이언스는 낮고, 강성이 낮으면, 컴플라이언스는 높을 수 있다. 도 5에 따르면, 저해상도의 영상은 625개의 를 포함하며, 유한 요소 모델링 및 위상최적화를 통해 개별 를 복수 개로 분할하여 고해상도의 영상이 재구성될 수 있다. 다시 말해, 저해상도 영상의 밀도 분포는 그대로 이용하면서, 기계적 하중에 대한 구조 강성은 최대화할 수 있다.For example, the
위상최적화Topology Optimization
(1) 설계변수 설정(One) Design variable setting
- 고해상도 영상의 개별 유한요소(예를 들어, 픽셀)의 골밀도(504)- The bone density 504 of individual finite elements (e.g., pixels)
(2) 목적함수 설정(2) Set objective function
-
관심영역(503)의 컴플라이언스(compliance) 최소화-
Minimization of compliance in the area of
(3) 제약조건 설정(3) Constraint setting
-
저해상도 영상(501)의 픽셀값과 고해상화된 영상(502)을 구성하는 픽셀의 평균값 차이-
The difference between the pixel value of the
(4) 위상최적화를 통해, 목적함수와 제약조건을 만족시키는 개별 유한요소(예를 들어, 픽셀)에서의 최적의 골밀도를 계산함. 다시 말해, 아래의 수학식 1에서, 위상최적화를 통해 최대의 강성을 가지는 골구조를 찾고자 함. (4) Through topology optimization, we calculate the optimal bone density in the individual finite element (eg, pixel) that satisfies the objective function and the constraint. In other words, in the following equation (1), it is desired to find the bone structure having the maximum rigidity through the phase optimization.
(5)
관심영역에서의 고해상화된 골격계 영상을 재구성함.
(5) reconstruct the high resolution skeletal image in the area of interest.
아래의 수학식 1을 참조하면, 위의 위상최적화 과정을 통해 고해상도의 골격계 영상을 재구성할 수 있다.Referring to Equation (1), a high-resolution skeletal image can be reconstructed through the above phase optimization process.
[수학식 1][Equation 1]
위의 수학식 1에서, 목적함수 는 컴플라이언스(compliance)를 나타내며, 설계변수인 밀도()는 컴플라이언스의 변수를 나타내고, 제약함수 는 저해상도 영상과 고해상화된 영상에서 각 픽셀들의 차이의 평균값을 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 각 픽셀들의 차이는 기설정된 허용 오차(epsilon) 이내일 수 있다. 즉, 미세 골구조는 허용 오차 이내에서 저해상도 영상의 밀도 분포를 따르면서 생성될 수 있다. 그리고, u i는 힘 Fi가 주어졌을 때 각 요소의 변위량, K는 강성 행렬을 나타낼 수 있다.In Equation (1), the objective function Represents the compliance, and the design variable density ( ) Represents a variable of compliance, and the constraint function Can represent the average value of the difference between each pixel in the low resolution image and the high resolution image. The difference between the pixels may be within a predetermined tolerance epsilon. That is, the fine bone structure can be generated by following the density distribution of the low resolution image within the tolerance. And u i is the displacement of each element when the force F i is given, and K is the stiffness matrix.
이처럼, 수학식 1에 따르면, 영상 재구성부(211)는 관심영역의 컴플라이언스를 나타내는 목적함수와 제약조건에 기초하여 관심영역에 포함된 유한요소 각각의 골밀도를 계산할 수 있다. 다시 말해, 영상 재구성부(211)는 수학식 1에 기초하여 위상최적화를 통해 기설정된 기계적힘 F에 대한 강성이 최대인 밀도에 해당하는 유한요소를 찾을 수 있으며, 찾은 유한요소에 기초하여 고해상도의 골 미세구조를 재구성할 수 있다.As described above, according to Equation (1), the
330 단계에서, 영상 재구성부(212)는 관심영역에 포함된 각 유한요소의 골밀도와 재구성된 관심영역에 해당하는 골격계 영상에 기초하여 피검사체의 골다공증 등의 병변 여부를 추정할 수 있다. 예를 들어, 영상 재구성부(212)는 골격계 영상에 나타난 골소주 구조와 골밀도에 기초하여 피검사체의 골격계 병변 여부를 추정할 수 있다. 그리고, 영상 재구성부(212)는 추정 결과를 의료진 등에게 제공할 수 있다.In
이상에서는, 계산된 골밀도와 골소주 구조에 기초하여 골다공증 여부를 추정하는 것으로 설명하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 이외에 영상 재구성부(212)는 의료진이 진단을 내리도록 골밀도와 골소주 구조를 디스플레이(미도시)에 표시할 수 있다. 그러면, 의료진은 골소주 구조에 기초하여 연결이 끊어진 곳이 있는지 등을 확인하고, 골밀도를 참조하여 골다공증 여부를 진단할 수 있다. In the above description, it is assumed that the osteoporosis is estimated based on the calculated bone density and bone structure. However, in the embodiment, the
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 고해상화된 관심영역을 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram illustrating a high-resolution area of interest in one embodiment of the present invention.
도 6에 따르면, 대퇴골 근위부를 CT, QCT, MRI 등을 이용하여 촬영한 원본 영상(601)은 625μm로 저해상도이므로, 원본 영상(601)에서 대퇴골에 해당하는 관심영역(602)의 골미세 구조는 픽셀이 거의 깨져서 보이지 않으므로 골다공증 진단에 이용되기 어려움을 확인할 수 있다. 6, since the
이때, 원본 영상(601)의 관심 영역(602)에 유한요소해석 및 위상최적화를 적용하여 재구성된 골격계 영상(603)은 해상도가 78μm로 개선되었음을 확인할 수 있다. 이처럼, 재구성된 골격계 영상의 해상도가 300μm 이하로 개선됨에 따라, 대퇴골에 해당하는 관심영역의 골미세 구조를 선명하게 확인할 수 있다. 이에 따라, 골미세 구조에 기초하여 골다공증을 조기 진단할 수 있을 뿐만 아니라, 진단의 정확도가 증가할 수 있다. 아울러, 동일한 해상도를 확보하기 이해 필요한 촬영 시간이 단축되어 의료 비용이 절감될 수 있다.At this time, it can be confirmed that the reconstructed
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 컴퓨터 시스템의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 블록도이다. 컴퓨터 시스템(700)은 적어도 하나의 프로세서(processor)(710), 메모리(memory)(720), 주변장치 인터페이스(peripheral interface)(730), 입/출력 서브시스템(I/O subsystem)(740), 전력 회로(750) 및 통신 회로(760)를 적어도 포함할 수 있다. 이때, 컴퓨터 시스템(700)은 워크스테이션에 해당될 수 있다.7 is a block diagram for explaining an example of the internal configuration of a computer system in an embodiment of the present invention. The
메모리(720)는, 일례로 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크, 에스램(SRAM), 디램(DRAM), 롬(ROM), 플래시 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(720)는 컴퓨터 시스템(700)의 동작에 필요한 소프트웨어 모듈, 명령어 집합 또는 그밖에 다양한 데이터를 포함할 수 있다. 이때, 프로세서(710)나 주변장치 인터페이스(730) 등의 다른 컴포넌트에서 메모리(720)에 액세스하는 것은 프로세서(710)에 의해 제어될 수 있다.The
주변장치 인터페이스(730)는 컴퓨터 시스템(700)의 입력 및/또는 출력 주변장치를 프로세서(710) 및 메모리(720)에 결합시킬 수 있다. 프로세서(710)는 메모리(720)에 저장된 소프트웨어 모듈 또는 명령어 집합을 실행하여 컴퓨터 시스템(700)을 위한 다양한 기능을 수행하고 데이터를 처리할 수 있다.
입/출력 서브시스템(740)은 다양한 입/출력 주변장치들을 주변장치 인터페이스(730)에 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 입/출력 서브시스템(740)은 모니터나 키보드, 마우스, 프린터 또는 필요에 따라 터치스크린이나 센서 등의 주변장치를 주변장치 인터페이스(730)에 결합시키기 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 입/출력 주변장치들은 입/출력 서브시스템(740)을 거치지 않고 주변장치 인터페이스(730)에 결합될 수도 있다.The input /
전력 회로(750)는 단말기의 컴포넌트의 전부 또는 일부로 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어 전력 회로(750)는 전력 관리 시스템, 배터리나 교류(AC) 등과 같은 하나 이상의 전원, 충전 시스템, 전력 실패 감지 회로(power failure detection circuit), 전력 변환기나 인버터, 전력 상태 표시자 또는 전력 생성, 관리, 분배를 위한 임의의 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.The
통신 회로(760)는 적어도 하나의 외부 포트를 이용하여 다른 컴퓨터 시스템과 통신을 가능하게 할 수 있다. 또는 상술한 바와 같이 필요에 따라 통신 회로(760)는 RF 회로를 포함하여 전자기 신호(electromagnetic signal)라고도 알려진 RF 신호를 송수신함으로써, 다른 컴퓨터 시스템과 통신을 가능하게 할 수도 있다.The
이러한 도 7의 실시예는, 컴퓨터 시스템(1200)의 일례일 뿐이고, 컴퓨터 시스템(700)은 도 7에 도시된 일부 컴포넌트가 생략되거나, 도 7에 도시되지 않은 추가의 컴포넌트를 더 구비하거나, 2개 이상의 컴포넌트를 결합시키는 구성 또는 배치를 가질 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템은 도 7에 도시된 컴포넌트들 외에도, 디스플레이 등을 더 포함할 수도 있다. 컴퓨터 시스템(700)에 포함 가능한 컴포넌트들은 하나 이상의 신호 처리 또는 어플리케이션에 특화된 집적 회로를 포함하는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 양자의 조합으로 구현될 수 있다.7 is merely an example of the computer system 1200, and the
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 시스템을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령(instruction) 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of a program instruction that can be executed through various computer systems and recorded in a computer-readable medium.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the apparatus and components described in the embodiments may be implemented within a computer system, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA) , A programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For ease of understanding, the processing apparatus may be described as being used singly, but those skilled in the art will recognize that the processing apparatus may have a plurality of processing elements and / As shown in FIG. For example, the processing unit may comprise a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as a parallel processor.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, and may be configured to configure the processing device to operate as desired or to process it collectively or collectively Device can be commanded. The software and / or data may be in the form of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage media, or device , Or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed over a networked computer system and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions to be recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiments or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (12)
상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 단계
를 포함하는 골격계 영상 재구성 방법.Determining a region of interest (ROI) of a skeletal system image of a subject to be high-resolution; And
Reconstructing a skeletal image that has been highly resolved by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI
/ RTI > image reconstruction method.
상기 골격계 영상을 재구성하는 단계는,
상기 위상최적화를 수행하여 상기 관심영역에 대한 새로운 골밀도를 결정하고, 새로운 골밀도를 탄성률로 변환하는 동작을 반복 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 골격계 영상 재구성 방법.The method according to claim 1,
Wherein reconstructing the skeletal system image comprises:
Determining a new bone density for the region of interest by performing the phase optimization, and converting the new bone density to an elasticity, thereby reconstructing the skeleton image reconstructed with high resolution.
관심영역의 변형률 에너지를 나타내는 목적함수와 기설정된 제약조건에 기초하여 상기 관심영역에 포함된 유한요소 각각의 골밀도를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 골밀도 및 상기 골격계 영상에 기초하여 상기 피검사체에 대한 병변 여부를 추정하는 단계
를 더 포함하는 영상 재구성 방법.The method according to claim 1,
Calculating a bone density of each of the finite elements included in the ROI based on an objective function representing strain energy of the ROI and a predetermined constraint; And
Estimating whether or not the subject has a lesion based on the calculated bone density and the skeletal system image
Wherein the image reconstruction method further comprises:
상기 고해상화된 골격계 영상은,
상기 관심영역에 해당하는 뼈의 골소주(trabecular) 구조를 포함하는 골격계 영상 재구성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the high resolution skeleton image includes:
And a trabecular structure of the bone corresponding to the region of interest.
상기 고해상화된 골격계 영상은,
해상도가 300㎛ 이하인 영상을 나타내는 골격계 영상 재구성 방법.The method according to claim 1,
Wherein the high resolution skeleton image includes:
A method of reconstructing a skeletal system image showing an image having a resolution of 300 mu m or less.
상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 영상 재구성부
를 포함하는 골격계 영상 재구성 장치.A region of interest (ROI) determining a region of interest (ROI) of a skeleton image captured by the subject; And
An image reconstruction unit for reconstructing a skeletal system image that has been highly resolved by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI,
The reconstructing device comprising:
상기 영상 재구성부는,
상기 위상최적화를 수행하여 상기 관심영역에 대한 새로운 골밀도를 결정하고, 새로운 골밀도를 탄성률로 변환하는 동작을 반복 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 골격계 영상 재구성 장치.The method according to claim 6,
Wherein the image reconstruction unit comprises:
Wherein the topology optimization is performed to determine a new bone density for the ROI, and a new bone density is converted into an elasticity to repeat the operation of reconstructing the skeleton image.
상기 고해상화된 골격계 영상은,
상기 관심영역에 해당하는 뼈의 골소주(trabecular) 구조를 포함하는 골격계 영상 재구성 장치.The method according to claim 6,
Wherein the high resolution skeleton image includes:
And a trabecular structure of bone corresponding to the region of interest.
상기 고해상화된 골격계 영상은,
해상도가 300㎛ 이하인 영상을 나타내는 골격계 영상 재구성 장치.The method according to claim 6,
Wherein the high resolution skeleton image includes:
An apparatus for reconstructing a skeletal system image showing an image having a resolution of 300 mu m or less.
적어도 하나의 프로세서
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 프로그램의 제어에 따라,
피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 과정; 및
상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 과정
을 처리하는 골격계 영상 재구성 장치.At least one program loaded memory; And
At least one processor
Lt; / RTI >
Wherein the at least one processor, under control of the program,
A process of determining a region of interest (ROI) to be high-resolution on a skeletal image captured by the subject; And
A process of reconstructing a skeleton image that has been highly resolved by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI
A reconstruction apparatus for reconstructing a skeletal image.
상기 명령은,
피검사체를 촬영한 골격계 영상을 대상으로, 고해상화하고자 하는 관심영역(Region Of Interest: ROI)을 결정하는 단계; 및
상기 관심영역을 대상으로 유한 요소 모델링 및 위상최적화(Topology Optimization)을 수행함에 따라 고해상화된 골격계 영상을 재구성하는 단계
를 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.A computer readable storage medium comprising instructions for controlling a computer system to provide a skeletal image,
The command includes:
Determining a region of interest (ROI) of a skeletal system image of a subject to be high-resolution; And
Reconstructing a skeletal image that has been highly resolved by performing finite element modeling and topology optimization on the ROI
≪ / RTI > computer-readable storage medium having stored thereon a computer-readable storage medium having computer-executable instructions for performing the method.
상기 명령은,
관심영역의 컴플라이언스를 나타내는 목적함수와 기설정된 제약조건에 기초하여 상기 관심영역에 포함된 유한요소 각각의 골밀도를 계산하는 단계; 및
상기 계산된 골밀도 및 상기 골격계 영상에 기초하여 상기 피검사체에 대한 병변 여부를 추정하는 단계
를 더 포함하는 방법에 의하여 상기 컴퓨터 시스템을 제어하는 컴퓨터 판독가능 저장 매체.12. The method of claim 11,
The command includes:
Calculating a bone density of each finite element included in the ROI based on an objective function indicating compliance of the ROI and a predetermined constraint; And
Estimating whether or not the subject has a lesion based on the calculated bone density and the skeletal system image
The computer system comprising: a computer readable medium;
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-
2015
- 2015-10-29 KR KR1020150150965A patent/KR20160068647A/en not_active Application Discontinuation
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