KR20160103500A - 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법 - Google Patents

의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법 Download PDF

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KR20160103500A
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박용섭
이재성
신영길
정진욱
김지혜
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삼성전자주식회사
서울대학교산학협력단
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Abstract

의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법이 개시된다.
개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법은, 연속되는 시간에서 획득된 이미지 도메인 상의 복수의 의료 영상들에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 단계, 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하는 단계, 변환된 좌표들에 기초하여, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득하는 단계, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거하는 단계, 및 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법{MEDICAL IMAGE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING THEREOF}
본 발명은 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 엑스선 촬영한 의료 영상을 보정할 수 있는 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법에 관한 것이다.
엑스선 장치는 엑스선을 인체에 투과시켜 인체의 내부 구조를 이미지로 획득하는 의료 영상 장치이다. 엑스선 장치는 MRI 장치, CT 장치 등을 포함하는 다른 의료 영상 장치에 비해 간편하고, 짧은 시간 내에 대상체의 의료 이미지를 획득할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 엑스선 장치는 단순 흉부 촬영, 단순 복부 촬영, 단순 골격 촬영, 단순 부비동 촬영, 단순 경부 연조직(neck soft tissue) 촬영 및 유방 촬영 등에 널리 이용되고 있다. 그러나, 엑스선 촬영을 위해서 대상체로 조사되는 엑스선은 방사선 물질이므로 인체에 유해하다는 단점이 있다.
전술한 바와 같이, 엑스선은 방사선 물질로 인체에 유해하기 때문에, 엑스선 촬영 시 사용자는 촬영 대상체를 포함하는 환자에게 노출되는 방사선량(dose)을 최소화하여야 할 필요가 있다.
그러나, 영상의 정확도를 높이기 위하여는 일정값 이상의 에너지 강도를 갖는 방사선(예를 들어, 엑스선)을 대상체로 조사하여 엑스선 촬영을 하여야 한다. 여기서, 대상체로 조사되는 엑스선의 에너지량을 엑스선량이라 한다. 엑스선 영상을 이미징하기 위해서, 대상체를 투과하여 감지되는 엑스선의 신호량은 대상체로 조사되는 엑스선량에 비례하기 때문에, 엑스선량이 너무 적을 경우, 대상체가 불명확하게 이미징 될 수 있다. 따라서, 저선량의 조건에서도 대상체를 명확하게 이미징 할 수 있는, 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법을 제공할 필요가 있다.
개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법은, 연속되는 시간에서 획득된 이미지 도메인 상의 복수의 의료 영상들에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 단계, 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하는 단계, 변환된 좌표들에 기초하여, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득하는 단계, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거하는 단계, 및 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
개시된 일 실시예에 따른 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 획득하는 단계는, 제1 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 혈관 영역에 대응되는 제1축 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 배경 영역에 대응되는 제2 축을 결정하는 단계, 및 제1 축에 근거하여 제1 좌표 그룹을 재정렬하고, 제2 축에 근거하여 제2 좌표 그룹을 재정렬하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 제1 축 및 제2 축을 결정하는 단계는, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하는 단계, 공분산 행렬의 고유치(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 각각 계산하는 단계, 및 고유치 및 고유벡터에 기초하여 제1 축 및 제2 축을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 제1 축 및 제2 축을 결정하는 단계는, 혈관 영역 및 배경 영역에 대하여 각각 계산된 고유벡터들 중에서, 고유치가 가장 큰 고유벡터를 각각 제1 축 및 제2 축으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 재정렬하는 단계는, 혈관 영역 및 배경 영역에 대응되는 고유벡터에 기초하여 혈관 영역에 대응되는 변환 행렬 및 배경 영역에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성하는 단계, 및 생성된 변환 행렬에 기초하여 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 각각 제1 축 또는 제2 축에 근거하는 도메인으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 보정된 의료 영상을 획득하는 단계는, 변환 행렬에 대한 역행렬을 계산하여 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 노이즈를 제거하는 단계는, 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 재정렬된 제2 좌표 그룹에서 노이즈 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 노이즈를 제거하는 단계는, 변환된 도메인에서 제1 축 및 제2 축과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 제1 축 또는 제2 축으로 프로젝션시키는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 단계는, 조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상을 획득하는 단계, 조영제가 주입된 후에 관심 영역을 촬영하여 복수의 의료 영상을 획득하는 단계, 및 복수의 의료 영상에 대한 평균 영상을 획득하고, 평균 영상과 마스크 영상에 기초하여, 혈관 영역을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 변환하는 단계는, 복수의 의료 영상들에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들의 밝기 값을 시간 도메인 상의 하나의 좌표로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치는, 연속되는 시간에 대하여 복수의 의료 영상을 획득하는 데이터 획득부, 및 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수개의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하고, 변환된 좌표들에 기초하여, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득하고, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거하고, 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득하는 영상 처리부를 포함한다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 제1 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 상기 혈관 영역에 대응되는 제1축 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 배경 영역에 대응되는 제2 축을 결정하고, 제1 축에 근거하여 제1 좌표 그룹을 재정렬하고, 제2 축에 근거하여 제2 좌표 그룹을 재정렬할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 각각 계산하고, 공분산 행렬의 고유치(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 각각 계산하고, 고유치 및 고유벡터에 기초하여, 제1 축 및 제2 축을 결정할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 혈관 영역 및 배경 영역에 대하여 각각 계산된 고유벡터들 중에서, 고유치가 가장 큰 고유벡터를 각각 제1 축 및 제2 축으로 결정할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 혈관 영역 및 배경 영역에 대응되는 고유벡터에 기초하여 혈관 영역에 대응되는 변환 행렬 및 배경 영역에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성하고, 생성된 변환 행렬에 기초하여 혈관 영역 및 배경 영역에 대응되는 픽셀 각각을 제1 축 또는 제2 축에 근거하는 도메인으로 변환할 수 있다.
개시된 일 실시예예 따른 영상 처리부는, 변환 행렬에 대한 역행렬을 계산하여 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 재정렬된 제2 좌표 그룹에서 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 변환된 도메인에서 제1 축 및 제2 축과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 제1 축 또는 제2 축으로 프로젝션시킬 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상을 획득하고, 조영제가 주입된 후에 관심 영역을 촬영하여 복수의 의료 영상을 획득하고, 복수의 의료 영상에 대한 평균 영상을 획득하고, 평균 영상과 마스크 영상에 기초하여 혈관 영역을 추출할 수 있다.
개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부는, 복수의 의료 영상들에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들의 밝기 값을 시간 도메인 상의 하나의 좌표로 변환할 수 있다.
도 1 은 엑스선 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 개시된 다른 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 개시된 실시예에 따라 혈관 영역을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 개시된 실시예에 따른 도메인 변환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 개시된 실시예에서 획득되는 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 7b는 개시된 실시예에 따른 노이즈 성분 제거 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법을 나타내는 도면이다.
본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시의 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시는 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 개시에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 개시에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서에서 "이미지"는 이산적인 이미지 요소들(예를 들어, 2차원 이미지에 있어서의 픽셀들 및 3차원 이미지에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 이미지의 예로는 엑스선 장치, CT 장치, MRI 장치, 초음파 장치 및 다른 의료 영상 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 이미지 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부일 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 및 혈관 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)일 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사하고 또한 생물의 부피에 아주 근사한 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
엑스선 장치는 엑스선을 인체에 투과시켜 인체의 내부 구조를 이미지로 획득하는 의료 영상 장치이다. 엑스선 장치는 MRI 장치, CT 장치 등을 포함하는 다른 의료 영상 장치에 비해 간편하고, 짧은 시간 내에 대상체의 의료 이미지를 획득할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 엑스선 장치는 단순 흉부 촬영, 단순 복부 촬영, 단순 골격 촬영, 단순 부비동 촬영, 단순 경부 연조직(neck soft tissue) 촬영 및 유방 촬영 등에 널리 이용되고 있다.
도 1은 엑스선 시스템(1000)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 시스템(1000)은 엑스선 장치(100) 및 워크스테이션(110)을 포함한다. 도 1에 도시된 엑스선 장치(100)는 고정식 엑스선 장치 또는 이동식 엑스선 장치가 될 수 있다. 엑스선 장치(100)는 엑스선 조사부(120), 고전압 발생부(121), 검출부(130), 조작부(140) 및 제어부(150)를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 엑스선 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
고전압 발생부(121)는 엑스선의 발생을 위한 고전압을 발생시켜 엑스선 소스(122)에 인가한다.
엑스선 조사부(120)는 고전압 발생부(121)에서 발생된 고전압을 인가받아 엑스선을 발생시키고 조사하는 엑스선 소스(122) 및 엑스선 소스(122)에서 조사되는 엑스선의 경로를 안내하여 엑스선의 조사영역을 조절하는 콜리메이터(collimator)(123)를 포함할 수 있다.
엑스선 소스(122)는 엑스선관(X-ray tube)을 포함하며, 엑스선관은 양극과 음극으로 된 2극 진공관으로 구현될 수 있다. 엑스선관 내부를 약 10mmHg 정도의 고진공 상태로 만들고 음극의 필라멘트를 고온으로 가열하여 열전자를 발생시킨다. 필라멘트로는 텅스텐 필라멘트를 사용할 수 있고 필라멘트에 연결된 전기도선에 10V의 전압과 3-5A 정도의 전류를 가하여 필라멘트를 가열할 수 있다.
그리고 음극과 양극 사이에 10-300kVp 정도의 고전압을 걸어주면 열전자가 가속되어 양극의 타겟 물질에 충돌하면서 엑스선을 발생시킨다. 발생된 엑스선은 윈도우를 통해 외부로 조사되며, 윈도우의 재료로는 베륨 박막을 사용할 수 있다. 이 때, 타겟 물질에 충돌하는 전자의 에너지 중 대부분은 열로 소비되며 열로 소비되고 남은 나머지 에너지가 엑스선으로 변환된다.
양극은 주로 구리로 구성되고, 음극과 마주보는 쪽에 타겟 물질이 배치되며, 타겟 물질로는 Cr, Fe, Co, Ni, W, Mo 등의 고저항 재료들이 사용될 수 있다. 타겟 물질은 회전자계에 의해 회전할 수 있으며, 타겟 물질이 회전하게 되면 전자 충격 면적이 증대되고 고정된 경우에 비해 열 축적율이 단위 면적당 10배 이상 증대될 수 있다.
엑스선관의 음극과 양극 사이에 가해지는 전압을 관전압이라 하며, 이는 고전압 발생부(121)에서 인가되고, 그 크기는 파고치 kVp로 표시할 수 있다. 관전압이 증가하면 열전자의 속도가 증가되고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 에너지(광자의 에너지)가 증가된다. 엑스선관에 흐르는 전류는 관전류라 하며 평균치 mA로 표시할 수 있고, 관전류가 증가하면 필라멘트에서 방출되는 열전자의 수가 증가하고 결과적으로 타겟 물질에 충돌하여 발생되는 엑스선의 선량(엑스선 광자의 수)이 증가된다.
따라서, 관전압에 의해 엑스선의 에너지가 제어될 수 있고, 관전류 및 엑스선 노출 시간에 의해 엑스선의 세기 또는 선량이 제어될 수 있다.
검출부(130)는 엑스선 조사부(120)에서 조사되어 대상체를 투과한 엑스선을 검출한다. 검출부(130)는 디지털 검출부일 수 있다. 검출부(130)는 TFT를 사용하여 구현되거나, CCD를 사용하여 구현될 수 있다. 도 1에서는 검출부(130)가 엑스선 장치(100)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 검출부(130)는 엑스선 장치(100)에 연결 및 분리 가능한 별개의 장치인 엑스선 디텍터일 수도 있다.
또한, 엑스선 장치(100)는 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공하는 조작부(140)를 더 포함할 수 있다. 조작부(140)는 출력부(141) 및 입력부(142)를 포함할 수 있다. 입력부(142)는 사용자로부터 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 명령 및 엑스선 촬영에 관한 각종 정보를 입력받을 수 있다. 제어부(150)는 입력부(142)에 입력된 정보를 기반으로 엑스선 장치(100)를 제어하거나 조작할 수 있다. 출력부(141)는 제어부(150)의 제어 하에 엑스선의 조사 등 촬영 관련 정보를 나타내는 사운드를 출력할 수 있다.
워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 워크스테이션(110)은 엑스선 장치(100)와 물리적으로 분리된 공간에 존재할 수도 있다.
워크스테이션(110)은 출력부(111), 입력부(112) 및 제어부(113)를 포함할 수 있다. 출력부(111) 및 입력부(112)는 사용자에게 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공한다. 제어부(113)는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100)를 제어할 수 있다.
엑스선 장치(100)는 워크스테이션(110)을 통해 제어될 수 있고, 엑스선 장치(100)에 포함되는 제어부(150)에 의해서도 제어될 수 있다. 따라서, 사용자는 워크스테이션(110)을 통해 엑스선 장치(100)를 제어하거나, 엑스선 장치(100)에 포함되는 조작부(140) 및 제어부(150)를 통해 엑스선 장치(100)를 제어할 수도 있다. 다시 말해, 사용자는 워크스테이션(110)을 통해 원격으로 엑스선 장치(100)를 제어할 수도 있고, 엑스선 장치(100)를 직접 제어할 수도 있다.
도 1에서는 워크스테이션(110)의 제어부(113)과 엑스선 장치(100)의 제어부(150)를 별개로 도시하였으나, 도 1은 예시일 뿐이다. 다른 예로, 제어부들(113, 150)은 하나의 통합된 제어부로 구현될 수도 있고, 통합된 제어부는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 중 하나에만 포함될 수도 있을 것이다. 이하, 제어부(113, 150)는 워크스테이션(110)의 제어부(113) 및 엑스선 장치(100)의 제어부(150) 중 적어도 하나를 의미한다.
워크스테이션(110)의 출력부(111) 및 입력부(112)와 엑스선 장치(100)의 출력부(141) 및 입력부(142)는 각각 사용자에게 엑스선 장치(100)의 조작을 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 도 1에서는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 각각이 출력부(111, 141) 및 입력부(112, 142)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 출력부 또는 입력부는 워크스테이션(110) 및 엑스선 장치(100) 중 하나에만 구현될 수도 있을 것이다.
이하, 입력부(112, 142)는 워크스테이션(110)의 입력부(112) 및 엑스선 장치(100)의 입력부(142) 중 적어도 하나를 의미하고, 출력부(111, 141)는 워크스테이션(110)의 출력부(111) 및 엑스선 장치(100)의 출력부(141) 중 적어도 하나를 의미한다.
입력부(112, 142)의 예로는 키보드, 마우스, 터치스크린, 음성 인식기, 지문 인식기, 홍채 인식기 등을 포함할 수 있으며, 기타 당업자에게 자명한 입력 장치를 포함할 수 있다. 사용자는 입력부(112, 142)를 통해 엑스선 조사를 위한 명령을 입력할 수 있는데, 입력부(112, 142)에는 이러한 명령 입력을 위한 스위치가 마련될 수 있다. 스위치는 두 번에 걸쳐 눌러야 엑스선 조사를 위한 조사명령이 입력되도록 마련될 수 있다.
즉, 사용자가 스위치를 누르면 스위치는 엑스선 조사를 위한 예열을 지시하는 준비명령이 입력되고, 그 상태에서 스위치를 더 깊게 누르면 실질적인 엑스선 조사를 위한 조사명령이 입력되는 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 사용자가 스위치를 조작하면, 제어부(113, 150)는 스위치 조작을 통해 입력되는 명령에 대응하는 신호 즉, 준비신호를 생성하여 엑스선 발생을 위한 고전압을 생성하는 고전압 발생부(121)로 전달한다.
고전압 발생부(121)는 제어부(113, 150)로부터 전달되는 준비신호를 수신하여 예열을 시작하고, 예열이 완료되면, 준비완료신호를 제어부(113, 150)로 전달한다. 그리고, 엑스선 검출을 위해 검출부(130) 또한 엑스선 검출준비가 필요한데, 제어부(113, 150)는 고전압 발생부(121)의 예열과 함께 검출부(130)가 대상체를 투과한 엑스선을 검출하기 위한 준비를 할 수 있도록 검출부(130)로 준비신호를 전달한다. 검출부(130)는 준비신호를 수신하면 엑스선을 검출하기 위한 준비를 하고, 검출준비가 완료되면 검출준비완료신호를 제어부(113, 150)로 전달한다.
고전압 발생부(121)의 예열이 완료되고, 검출부(130)의 엑스선 검출준비가 완료되며, 제어부(113, 150)는 고전압 발생부(121)로 조사신호를 전달하고, 고전압 발생부(121)는 고전압을 생성하여 엑스선 소스(122)로 인가하고, 엑스선 소스(122)는 엑스선을 조사하게 된다.
제어부(113, 150)는 조사신호를 전달할 때, 엑스선 조사를 대상체가 알 수 있도록, 출력부(111, 141)로 사운드 출력신호를 전달하여 출력부(111, 141)에서 소정 사운드가 출력되도록 할 수 있다. 또한, 출력부(111, 141)에서는 엑스선 조사 이외에 다른 촬영 관련 정보를 나타내는 사운드를 출력할 수 있다. 도 1은 출력부(141)가 조작부(140)에 포함되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 출력부(141) 또는 출력부(141)의 일부는 조작부(140)가 위치하는 지점과 다른 지점에 위치할 수 있다. 예를 들어, 대상체에 대한 엑스선 촬영이 수행되는 촬영실 벽에 위치할 수도 있다.
제어부(113, 150)는 사용자에 의해 설정된 촬영 조건에 따라 엑스선 조사부(120)와 검출부(130)의 위치, 촬영 타이밍 및 촬영 조건 등을 제어한다.
구체적으로, 제어부(113, 150)는 입력부(112, 142)를 통해 입력되는 명령에 따라 고전압 발생부(121) 및 검출부(130)를 제어하여 엑스선의 조사 타이밍, 엑스선의 세기 및 엑스선의 조사 영역 등을 제어한다. 또한, 제어부(113, 150)는 소정의 촬영 조건에 따라 검출부(130)의 위치를 조절하고, 검출부(130)의 동작 타이밍을 제어한다.
또한, 제어부(113, 150)는 검출부(130)를 통해 수신되는 이미지 데이터를 이용하여 대상체에 대한 의료 이미지를 생성한다. 구체적으로, 제어부(113, 150)는 검출부(130)로부터 이미지 데이터를 수신하여, 이미지 데이터의 노이즈를 제거하고, 다이나믹 레인지(dynamic range) 및 인터리빙(interleaving)을 조절하여 대상체의 의료 이미지를 생성할 수 있다.
출력부(111, 141)는 제어부(113, 150)에 의해 생성된 의료 이미지를 출력할 수 있다. 출력부(111, 141)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 엑스선 장치(100)를 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(111, 141)의 예로서 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP 디스플레이, FPD 디스플레이, 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력 장치들을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 워크스테이션(110)은 네트워크(15)를 통해 서버(162), 의료 장치(164) 및 휴대용 단말(166) 등과 연결될 수 있는 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
통신부는 유선 또는 무선으로 네트워크(15)와 연결되어 서버(162), 의료 장치(164), 또는 휴대용 단말(166)과 통신을 수행할 수 있다. 통신부는 네트워크(15)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, 엑스선 장치 등 다른 의료 장치(164)에서 촬영한 의료 이미지 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부는 서버(162)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부는 병원 내의 서버(162)나 의료 장치(164)뿐만 아니라, 의사나 고객의 휴대폰, PDA, 노트북 등의 휴대용 단말(166)과 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
통신부는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 위치하는 장치와 근거리 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미한다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 근거리 통신 기술의 예로는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(ZigBee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 위한 모듈을 의미하며, 유선 통신 기술의 예로는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 이용한 유선 통신 기술이 포함될 수 있고, 당업자에게 자명한 유선 통신 기술이 포함될 수 있다.
무선 통신 모듈은, 이동 통신망 상에서의 기지국, 외부의 장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호의 예로는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 엑스선 장치(100)는, 다수의 디지털 신호 처리 장치(DSP), 초소형 연산 처리 장치 및 특수 용도용(예를 들면, 고속 A/D 변환, 고속 푸리에 변환, 어레이 처리용 등) 처리 회로 등을 포함할 수 있다.
한편, 워크스테이션(110)과 엑스선 장치(100) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3은 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치(1001)는, 데이터 획득부(1100) 및 영상 처리부(1200)를 포함한다.
의료 영상 처리 장치(1001)는 엑스선 촬영에 의해서 획득된 데이터에 근거하여 의료 영상을 생성, 처리 및/또는 디스플레이할 수 있는 모든 전자기기가 될 수 있다.
구체적으로, 의료 영상 처리 장치(1001)는 도 1의 엑스선 시스템(1000)에 포함될 수 있다. 이 경우, 데이터 획득부(1100) 및 영상 처리부(1200)는 각각 엑스선 장치(100) 및 제어부(113)에 대응될 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, 도 1에서 설명한 엑스선 장치(100)에 포함될 수 있다. 의료 영상 처리 장치(1001)가 엑스선 장치(100)에 포함되는 경우, 데이터 획득부(1100)는 엑스선 데이터를 획득하는 고전압 발생부(121), 엑스선 조사부(120) 및 검출부(130)에 대응될 수 있고, 영상 처리부(1200)는 제어부(150)에 대응될 수 있다.
또한, 의료 영상 처리 장치(1001)는 도 1의 워크스테이션(110)에 포함될 수 있다. 의료 영상 처리 장치(1001)가 워크스테이션(110)에 포함되는 경우, 데이터 획득부(1100) 및 영상 처리부(1200)는 제어부(113)에 대응될 수 있다.
또한, 의료 영상 장치(1001)는 엑스선 장치(100)에서 획득된 영상 데이터(예를 들어, 엑스선 촬영에 의해서 획득된 엑스선 영상 데이터 또는 엑스선 영상)를 수신하여 처리할 수 있는 서버(162), 의료 장치(164) 또는 휴대용 단말(166)이 될 수 있다.
이하 상기 각 구성요소에 대하여 자세히 설명한다.
데이터 획득부(1100)는, 연속된 시간에서 획득된 이미지 도메인 상의 복수의 의료 영상들을 획득한다. 데이터 획득부(1100)는, 자체적으로 엑스선 촬영을 수행하여 복수개의 의료 영상들을 획득할 수 있다. 또는, 데이터 획득부(1100)는 외부의 엑스선 장치(예를 들어, 도 1의 엑스선 장치(100))로부터 복수개의 의료 영상을 수신할 수 있다. 또는, 데이터 획득부(1100)는, 외부의 엑스선 장치(예를 들어, 도 1의 엑스선 장치(100))로부터 수신되는 영상 데이터들에 근거하여, 복수개의 의료 영상을 생성할 수도 있다.
예를 들어, 의료 영상은, 혈관 조영술(angiography) 과정에서 획득한 영상일 수 있다. 혈관 조영술은, 환자의 혈관에 카테터를 삽입하고 조영제를 주입하여, 혈관의 이상 여부를 엑스선 촬영을 통해 확인하기 위해 사용될 수 있다.
의료 영상의 개수는, 의료 영상 처리 장치(1001)의 성능 또는 사용자의 설정에 따라 변경될 수 있으며, 연속된 시간에 대하여 획득된 의료 영상의 개수가 많으면, 고화질의 의료 영상을 획득하는 것이 용이할 수 있다.
영상 처리부(1200)는, 데이터 획득부(1100)를 통해 획득한 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수개의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환한다. 여기서, 시간 도메인은, 시간에 대한 밝기 강도(intensity)를 축으로 하는 도메인을 의미한다.
또한, 영상 처리부(1200)는, 변환된 좌표들에 기초하여, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득한다. 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 획득하는 방법에 대해서는, 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 영상 처리부(1200)는, 획득한 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거한다. 그리고, 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득한다.
도 3은 개시된 다른 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3에 도시된 의료 영상 처리 장치(1002)는, 도 2에 도시된 의료 영상 처리 장치(1001)에 비하여, 디스플레이부(1300)를 더 포함할 수 있다. 의료 영상 처리 장치(1002)에 있어서, 의료 영상 처리 장치(1001)와 중복되는 구성은 동일한 도면 기호를 이용하여 표시하였으며, 상세 설명은 생략하도록 한다.
디스플레이부(1300)는, 영상 처리부(1200)에서 획득한 보정된 복수의 의료 영상을 디스플레이할 수 있다.
구체적으로, 디스플레이부(1300)는 CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP(Digital Light Processing) 디스플레이, 평판 디스플레이(PFD: Flat Panel Display), 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등일 수 있다.
또한, 의료 영상 처리 장치(1002)가 터치 스크린(미도시)을 포함하는 경우, 디스플레이부(1300)는 터치 스크린 패널과 결합되어 형성될 수 있으며, 터치 스크린 패널 상에 보정된 복수의 의료 영상들을 디스플레이할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 7b를 참조하여, 개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부(1200)의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
연속된 시간에 대하여 획득하는 의료 영상의 개수는 실시예에 따라 변경될 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의상 2개의 의료 영상을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 4는 개시된 일 실시예에 따른 영상 처리부(1200)가 복수의 의료 영상들에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
영상 처리부(1200)는, DSA(Digital Subtraction Angiography) 기법에 기초하여 혈관 영역 및 배경 영역을 추출할 수 있다.
예를 들어, 데이터 획득부(1100)는 대상체에 조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상(410)을 획득하고, 대상체에 조영제가 주입된 후에 연속된 시간에 대하여 관심 영역을 촬영하여 복수의 의료 영상들(420)을 획득할 수 있다. 이때, 마스크 영상(410)은 조영제가 대상체에 주입되기 전에 촬영된 것이므로, 혈관 영역과 배경 영역의 대조도가 크지 않을 수 있다. 그러나, 조영제가 주입된 후에 촬영된 복수의 의료 영상들(420)은 마스크 영상(410)에 비해 상대적으로 혈관 영역과 배경 영역의 대조도가 크게 나타날 수 있다.
그리고, 영상 처리부(1200)는, 복수의 의료 영상들(420)로부터 평균 영상(미도시)을 생성할 수 있다. 평균 영상은, 복수의 의료 영상들(420)에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들의 밝기 강도의 평균값을 계산하고, 계산된 밝기 강도의 평균값에 기초하여 생성될 수 있다.
그리고, 영상 처리부(1200)는, 평균 영상 및 마스크 영상(410)에 기초하여, 혈관 영역을 추출할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(1200)는, 평균 영상에서 마스크 영상(410)을 빼는 연산(subtraction)을 하여, DSA 영상(430)을 획득할 수 있다. 이때, 평균 영상은 혈관 영역 및 배경 영역의 대조도가 크게 나타나고, 마스크 영상(410)은 대조도가 상대적으로 작게 나타나기 때문에, DSA 영상(430)은 혈관 영역 및 배경 영역의 대조도가 평균 영상보다 크게 나타날 수 있다.
이에 따라, 영상 처리부(1200)는, 혈관 영역 및 배경 영역의 대조도가 큰 DSA 영상(430)으로부터 밝기 강도가 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 혈관 영역으로 추출할 수 있다.
도 5a 및 도5b는 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치가 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 영상 처리부(1200)는, 시간이 t1일 때 획득한 제1 영상(501) 및 시간이 t2일 때 획득한 제2 영상(502)을 포함하는 2개의 의료 영상들에 대하여, 의료 영상들 각각(501 및 502)을 구성하는 복수의 픽셀들의 밝기 강도를 숫자로 나타낼 수 있다. 여기서, t2는 t1에 후속하는 시간 시점이 될 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제1 영상(501)의 좌측 상단에 위치하는 픽셀(511)의 밝기 강도는 500, 제2 영상(502)의 좌측 상단에 위치하는 픽셀(512)의 밝기 강도는 530으로 나타낼 수 있다. 이때, 밝기 강도를 나타내는 숫자의 범위는, 실시예에 따라 달라질 수 있으며, 전술한 예에 한정되지 않는다.
또한, 영상 처리부(1200)는, 제1 영상(501) 및 제2 영상(502)들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인(520) 상의 좌표들로 변환할 수 있다.
시간 도메인(520)은, 시간에 따른 밝기 강도를 축으로 하는 도메인을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 바와 같이, 시간 도메인(520)은 시간이 t1일 때의 밝기 강도 및 시간이 t2일 때의 밝기 강도를 축으로 하는 2차원 도메인으로 나타낼 수 있다. 따라서, 시간 도메인(520)은, 복수개의 의료 영상들에 대응되는 복수개의 시간 시점들에 따라서, 3차원 이상의 다차원 도메인이 될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 제1 영상(501) 및 제2 영상(502)에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들 각각에 대하여, 제1 영상(501)에서의 밝기 강도 및 제2 영상(502)에서의 밝기 강도를 좌표값으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 영상(501) 및 제2 영상(502)의 좌측 상단에 위치하는 픽셀(511 및 512)은, 제1 영상(501)에서의 밝기 강도가 500, 제2 영상(502)에서의 밝기 강도가 530이므로, 좌측 상단에 위치하는 픽셀(511 및 512)의 좌표는 (500, 530)으로 나타낼 수 있다.
도 5b를 참조하면, 영상 처리부(1200)는, 제1 영상(501) 및 제2 영상(502)을 구성하는 모든 픽셀들에 대하여, 시간 도메인(540) 상의 좌표들로 변환할 수 있다. 이에 따라, 시간 도메인(540) 상에 나타나는 좌표들의 개수는 하나의 영상(501 또는 502)을 구성하는 픽셀의 개수가 될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 시간 도메인(540)에서, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹(551)과 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹(552)의 밝기 강도가 다르게 나타날 수 있으며, 제1 좌표 그룹(551)이 제2 좌표 그룹(552)의 밝기보다 어둡게 나타날 수 있다.
도 6은 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치에서 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 재정렬하는 과정을 나타내는 도면이다.
시간 도메인(600) 상에서 혈관 영역에 대응되는 제1 좌표 그룹(611) 및 배경 영역에 대응되는 제2 좌표 그룹(621)의 분포 특성이 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 좌표 그룹(611)의 밝기 강도가 제2 좌표 그룹(621)의 밝기 강도보다 상대적으로 작을 수 있다. 또한, 제1 좌표 그룹(611)의 분포 특성을 나타내는 제 1축(612) 및 제2 좌표 그룹(621)의 분포 특성을 나타내는 제2 축(622)이 서로 상이할 수 있다. 여기서, 제1 축(612) 및 제2 축(622)은, 각각 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)에 포함되는 좌표들의 분산이 가장 큰 벡터들을 의미할 수 있다. 그리고, 제1 축(612) 및 제2 축(622)은 각각 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)에 포함되는 좌표들에 기초하여 결정될 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, PCA(Principal Component Analysis) 기법에 기초하여, 제1 축(612) 및 제2 축(622)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621) 각각에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산할 수 있다. 그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 계산된 공분산 행렬의 고유치(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 각각 계산할 수 있다. 그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)에 대하여 각각 계산된 고유벡터들 중에서, 고유치가 가장 큰 고유벡터를 각각 제1 축(612) 및 제2 축(622)으로 결정할 수 있다.
그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)을 각각 제1 축(612)을 중심으로 하는 도메인(630) 및 제2 축(622)을 중심으로 하는 도메인(640)으로 변환할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)에 대응되는 고유벡터에 기초하여, 제1 좌표 그룹(611)에 대응되는 변환 행렬 및 제2 좌표 그룹(621)에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성할 수 있다. 여기서, 변환 행렬은 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)을 각각 제1 축(612)에 근거하는 도메인(630) 또는 제2 축(622)에 근거하는 도메인(640)으로 변환하는 행렬을 의미할 수 있다. 구체적으로, 변환 행렬은 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)을 각각 제1 축(612)을 중심으로 하는 도메인(630) 또는 제2 축(622)을 중심으로 하는 도메인(640)으로 변환하는 행렬을 의미할 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, 생성된 변환 행렬에 기초하여, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)을 각각 제1 축(612) 또는 제2 축(622)에 근거하는 도메인(630 및 640)으로 재정렬할 수 있다.
이에 따라, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 혈관 영역 및 배경 영역을 서로 다른 도메인(예를 들어, 제1 축에 근거하는 도메인(630) 및 제2 축에 근거하는 도메인(640)) 상에서 처리할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 장치에서 노이즈 성분을 제거하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
재정렬된 제1 좌표 그룹(710) 및 제2 좌표 그룹(720)을 구성하는 좌표들은 각각 제1 축(711) 및 제2 축(721)을 중심으로 분포되어 있다. 혈관 영역에 대응되는 제1 좌표 그룹(710) 및 배경 영역에 대응되는 제2 좌표 그룹(720) 내에서는 밝기 강도의 차이가 크지 않을 수 있다. 따라서, 제1 축(711) 및 제2 축(721)과 각각 직교(orthogonal) 관계에 있는 특정 축에 대하여 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 좌표는, 노이즈 성분일 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(710) 및 제2 좌표 그룹(720)에 포함된 노이즈 성분을 각각 제거할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 축(711) 및 제2 축(721)과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 좌표를 제1 축(711) 또는 제2 축(721)으로 프로젝션(projection)시킬 수 있다. 여기서, 제1 축(711)으로 프로젝션시키는 것은 제1 축(711)과 직교관계에 있는 축의 좌표 값을 0 값 또는 0 값에 가까운 값으로 만들어, 제1 축(711) 상의 값 또는 제1 축(711)에 인접한 값으로 만드는 것을 뜻한다. 이에 따라, 노이즈 성분이 제거된 제1 좌표 그룹(731) 및 제2 좌표 그룹(741)은, 노이즈 성분을 제거하기 전에 비해, 각각 제1 축(711) 또는 제2 축(721)에 가깝게 분포할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 노이즈 성분이 제거된 제1 좌표 그룹(731) 및 제2 좌표 그룹(741)에 포함되는 좌표들을 다시 이미지 도메인 상으로 변환함으로써, 보정된 복수의 의료 영상을 획득할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(611) 및 제2 좌표 그룹(621)을 제1 축 및 제2 축에 근거하는 도메인(630 및 640)으로 재정렬하는데 사용되는 변환 행렬의 역행렬을 계산할 수 있다. 그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 계산된 역행렬에 기초하여, 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹(731) 및 제2 좌표 그룹(741)에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환함으로써, 보정된 복수의 의료 영상을 획득할 수 있다.
도 8은 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
단계 S810 에서, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 연속된 시간에서 획득한 이미지 도메인 상의 복수의 의료 영상에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출한다. 의료 영상의 개수는, 의료 영상 처리 장치(1001)의 성능 또는 사용자 설정에 따라 변경될 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, DSA 기법에 기초하여 혈관 영역 및 배경 영역을 추출할 수 있다. 예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 대상체에 조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상을 획득하고, 대상체에 조영제가 주입된 후에 관심 영역을 촬영하여 복수의 의료 영상을 획득할 수 있다. 또한, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 획득한 복수의 의료 영상에 대한 평균 영상을 획득하고, 평균 영상과 마스크 영상에 기초하여, 혈관 영역을 추출할 수 있다.
그러나, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 방법은, DSA 기법을 이용하는 실시예에 한정되지 않는다.
단계 S820 에서, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환한다. 여기서, 시간 도메인은, 시간에 따른 밝기 강도를 축으로 하는 도메인을 의미한다.
단계 S830 에서, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 변환된 좌표들에 기초하여, 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 혈관 영역에 대응되는 제1 축 및 배경 영역에 대응되는 제2 축을 결정할 수 있다. 제1 축은 제1 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 결정될 수 있으며, 제2 축은 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 결정될 수 있다. 이때, 제1 축 및 제2 축은 PCA 기법에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 대한 공분산 행렬을 각각 계산하고, 계산된 공분산 해열의 고유치 및 고유벡터를 각각 계산하고, 계산된 고유치 및 고유벡터에 기초하여, 제1 축 및 제2 축을 결정할 수 있다.
그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 축을 중심으로 제1 좌표 그룹을 재정렬하고, 제2 축을 중심으로 제2 좌표 그룹을 재정렬할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 대응되는 고유벡터에 기초하여, 제1 좌표 그룹에 대응되는 변환 행렬 및 제2 좌표 그룹에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성할 수 있다. 여기서, 변환 행렬은 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 각각 제1 축에 근거하는 도메인 또는 제2 축에 근거하는 도메인으로 변환하는 행렬을 의미할 수 있다. 의료 영상 처리 장치(1001)는, 생성된 변환 행렬에 기초하여, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 제1 축 및 제2 축에 근거하는 도메인으로 변환할 수 있다.
이에 따라, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹을 서로 다른 도메인(예를 들어, 제1 축을 중심으로 하는 도메인 및 제2 축을 중심으로 하는 도메인) 상에서 처리할 수 있다.
단계 S840에서, 의료 영상 처리 장치(1001)는 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 재정렬된 제2 좌표 그룹에서 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 의료 영상 처리 장치(1000)는, 변환된 도메인에서 제1 축 및 제2 축과 각각 직교(orthogonal) 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 제1 축 및 제2 축으로 프로젝션(projection)시킬 수 있다. 여기서, 제1 축으로 프로젝션시키는 것은 제1 축과 직교관계에 있는 축의 좌표 값을 0 값 또는 0 값에 가까운 값으로 만들어, 제1 축 상의 값 또는 제1 축에 인접한 값으로 만드는 것을 뜻한다.
단계 S850에서, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득할 수 있다.
예를 들어, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹에 대응되는 변환 행렬 및 제2 좌표 그룹에 대응되는 변환 행렬 각각에 대한 역행렬을 계산할 수 있다. 그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 계산된 역행렬에 기초하여 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환할 수 있다.
도 9는 개시된 일 실시예에 따른 의료 영상 처리 방법을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 도시된 복수의 의료 영상들(900)은, 연속된 시간 t1 및 t2에서 획득된 이미지 도메인 상의 의료 영상들(900)일 수 있다. 여기서, t2는 t1 에 후속하는 시간 시점이 될 수 있다. 도시된 복수의 의료 영상들(900)은, 저선량 조건에서 촬영하여 획득한 영상들일 수 있으며, 영상의 화질이 상대적으로 떨어질 수 있다.
의료 영상 처리 장치(1001)는, 복수의 의료 영상들(900)로부터, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출할 수 있다. 혈관 영역 및 배경 영역은, DSA(Digital Subtraction Angiography) 기법에 기초하여 추출할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 과정은, 도 8에 도시된 단계 S810에 대응될 수 있다.
그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하고, 변환된 좌표들에 기초하여 혈관 영역에 대응되는 제1 축(921) 및 배경 영역에 대응되는 제2 축(922)을 결정할 수 있다.
또한, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 제1 좌표 그룹(923) 및 제2 좌표 그룹(924)을 결정된 제1 축(921) 및 제2 축(922)에 근거하는 도메인으로 재정렬할 수 있다.
제1 축(921) 및 제2 축(922)을 결정하고, 제1 좌표 그룹(923) 및 제2 좌표 그룹(924)을 재정렬하는 과정은, 도 8에 도시된 단계 S820 및 단계 S830 에 대응될 수 있다.
그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표그룹에서 각각 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 노이즈 성분은, 제1 축(921) 및 제2 축(922)과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 좌표를 의미할 수 있다. 노이즈를 제거하는 과정은, 도 8에 도시된 단계 S840에 대응될 수 있다.
그리고, 의료 영상 처리 장치(1001)는, 노이즈가 제거된 제1 좌표 그룹 및 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상들(940)을 획득할 수 있다. 보정된 복수의 의료 영상들(940)을 획득하는 과정은, 도 8에 도시된 단계 S850에 대응될 수 있다.
전술한 바와 같이, 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법은, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하고, 혈관 영역 및 배경 영역에 대응되는 좌표들을 각각 다른 도메인 상으로 변환하여 노이즈 성분을 제거함으로써, 보정된 복수의 의료 영상을 빠르게 획득할 수 있다. 또한, 개시된 실시예에 따른 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법은, 엑스선 촬영한 의료 영상을 효과적으로 보정할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시가 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (20)

  1. 연속되는 시간에서 획득된 이미지 도메인 상의 복수의 의료 영상들에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 단계;
    상기 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하는 단계;
    상기 변환된 좌표들에 기초하여, 상기 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 상기 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득하는 단계;
    상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거하는 단계; 및
    상기 노이즈가 제거된 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 상기 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹을 획득하는 단계는,
    상기 제1 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 상기 혈관 영역에 대응되는 제1 축 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 상기 배경 영역에 대응되는 제2 축을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 축에 근거하여 상기 제1 좌표 그룹을 재정렬하고, 상기 제2 축에 근거하여 상기 제2 좌표 그룹을 재정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 결정하는 단계는,
    상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹 각각에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하는 단계;
    상기 공분산 행렬의 고유치(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 각각 계산하는 단계; 및
    상기 고유치 및 상기 고유벡터에 기초하여, 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 결정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 결정하는 단계는,
    상기 혈관 영역 및 상기 배경 영역에 대하여 각각 계산된 상기 고유벡터들 중에서, 상기 고유치가 가장 큰 고유벡터를 각각 상기 제1 축 및 상기 제2 축으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 재정렬하는 단계는,
    상기 혈관 영역 및 상기 배경 영역에 대응되는 고유벡터에 기초하여, 상기 혈관 영역에 대응되는 변환 행렬 및 상기 배경 영역에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 변환 행렬에 기초하여, 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 각각 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 중심으로 하는 도메인으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보정된 의료 영상을 획득하는 단계는,
    상기 변환 행렬에 대한 역행렬을 계산하여, 상기 노이즈가 제거된 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 상기 이미지 도메인 상으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 노이즈를 제거하는 단계는,
    상기 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 상기 재정렬된 제2 좌표 그룹에서 노이즈 성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 노이즈를 제거하는 단계는,
    상기 변환된 도메인에서 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 상기 제1 축 또는 상기 제2 축으로 프로젝션시키는 단계를 포함하는, 영상 처리 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하는 단계는,
    조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상을 획득하는 단계;
    상기 조영제가 주입된 후에 상기 관심 영역을 촬영하여 상기 복수의 의료 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 의료 영상에 대한 평균 영상을 획득하고, 상기 평균 영상과 상기 마스크 영상에 기초하여, 상기 혈관 영역을 추출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 처리 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 변환하는 단계는,
    상기 복수의 의료 영상들에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들의 밝기 값을 상기 시간 도메인 상의 하나의 좌표로 변환하는 단계를 포함하는, 의료 영상 처리 방법.
  11. 연속되는 시간에 대하여 복수의 의료 영상들을 획득하는 데이터 획득부; 및
    상기 복수의 의료 영상들에 대하여, 혈관 영역 및 배경 영역을 추출하고,
    상기 복수의 의료 영상들 각각을 구성하는 복수의 픽셀들을 시간에 대한 밝기 강도를 나타내는 시간 도메인 상의 좌표들로 변환하고,
    상기 변환된 좌표들에 기초하여, 상기 혈관 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제1 좌표 그룹 및 상기 배경 영역에 대응되는 좌표들을 포함하는 제2 좌표 그룹을 획득하고,
    상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹 각각에 포함되는 노이즈 성분을 제거하고,
    상기 노이즈가 제거된 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 상기 이미지 도메인 상으로 변환하여, 보정된 복수의 의료 영상을 획득하는 영상 처리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 제1 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 상기 혈관 영역에 대응되는 제1 축 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들에 의해 형성되며 상기 배경 영역에 대응되는 제2 축을 결정하고,
    상기 제1 축에 근거하여 상기 제1 좌표 그룹을 재정렬하고, 상기 제2 축에 근거하여 상기 제2 좌표 그룹을 재정렬하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹 각각에 대한 공분산 행렬(covariance matrix)을 계산하고,
    상기 공분산 행렬의 고유치(eigenvalue) 및 고유벡터(eigenvector)를 각각 계산하고,
    상기 고유치 및 상기 고유벡터에 기초하여, 상기 제1 축 및 상기 제2 축을 결정하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 혈관 영역 및 상기 배경 영역에 대하여 각각 계산된 상기 고유벡터들 중에서, 상기 고유치가 가장 큰 고유벡터를 각각 상기 제1 축 및 상기 제2 축으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 혈관 영역 및 상기 배경 영역에 대응되는 고유벡터에 기초하여, 상기 혈관 영역에 대응되는 변환 행렬 및 상기 배경 영역에 대응되는 변환 행렬을 각각 생성하고,
    상기 생성된 변환 행렬에 기초하여, 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 상기 제1 축 또는 상기 제2 축에 근거하는 도메인으로 변환하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 변환 행렬에 대한 역행렬을 계산하여 상기 노이즈가 제거된 상기 제1 좌표 그룹 및 상기 제2 좌표 그룹에 포함되는 좌표들을 상기 이미지 도메인 상으로 변환하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 재정렬된 제1 좌표 그룹 및 상기 재정렬된 제2 좌표 그룹에서 노이즈 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 변환된 도메인에서 상기 제1 축 및 상기 제2 축과 각각 직교 관계에 있는 특정 축에 대하여, 기설정된 임계치 이상의 값을 갖는 픽셀을 상기 제1 축 또는 상기 제2 축으로 프로젝션시키는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    조영제가 주입되기 전에 관심 영역을 촬영하여 마스크 영상을 획득하고,
    상기 조영제가 주입된 후에 상기 관심 영역을 촬영하여 상기 복수의 의료 영상을 획득하고,
    상기 복수의 의료 영상들에 대한 평균 영상을 획득하고, 상기 평균 영상과 상기 마스크 영상에 기초하여, 상기 혈관 영역을 추출하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
  20. 제 11항에 있어서, 상기 영상 처리부는,
    상기 복수의 의료 영상들에서 동일한 위치에 존재하는 픽셀들의 밝기 값을 상기 시간 도메인 상의 하나의 좌표로 변환하는 것을 특징으로 하는, 의료 영상 장치.
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