KR20230152425A

KR20230152425A - 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법

Info

Publication number: KR20230152425A
Application number: KR1020220052168A
Authority: KR
Inventors: 최우식; 김태규; 김번영; 윤홍준
Original assignee: 주식회사 딥노이드
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-03

Abstract

본 발명은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법에 관한 것으로, (a) 상기 척추 단면 영상이 입력되는 단계와; (b) 상기 척추 단면 영상이 전처리되는 단계와; (c) 상기 (b) 단계에서 전처리된 상기 척추 단면 영상으로부터 복수의 척추체가 검출되어 척추 마스크 영상의 생성되는 단계와; (d) 상기 척추 마스크 영상 내의 각각의 상기 척추체로부터 복수의 꼭지점 좌표가 추출되는 단계와; (e) 복수의 상기 꼭지점 좌표에 기초하여 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 및 후방 추체 높이가 산출되는 단계와; (f) 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 및 후방 추체 압박률 중 적어도 하나가 산출되되, 해당 척추체의 인접한 적어도 하나의 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이에 기초하여 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 및 상기 후방 추체 압박률이 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 척추에 대해 촬영된 X-ray 영상과 같은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절 여부를 진단할 수 있다.

Description

척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법{DIAGNOSIS ASSISTANT METHOD FOR DIAGNOSING COMPRESSION FRACTURE FROM SPINE CROSS SECTION IMAGE}

본 발명은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 척추에 대해 촬영된 X-ray 영상과 같은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절 여부를 진단할 수 있는 진단 보조 방법에 관한 것이다.

인간의 척추는 24개의 등뼈와 꼬리뼈(천골)로 구성된다. 등뼈는 체중의 대부분을 지지하므로 많은 압력을 부담하게 되는데, 앞쪽에 드럼 모양의 척추체, 척수를 위한 구멍, 그리고 뒤쪽에 몇 개의 돌출된 뼈(통상 '돌기'라 부름)로 이루어진다. 그리고, 각 등뼈 사이에 있는 연골 디스크는 뼈의 완충 및 보호에 도움을 준다.

척추에서 발생하는 압박 골절에서는 보통 너무 많은 압력으로 인해 등뼈의 추체가 붕괴된다. 이러한 골절은 보통 등의 중간부 또는 하부에서 발생하는데, 뼈를 약하게 만드는 골다공증이 있는 고령자들에게 특히 빈번하게 발생한다. 때때로 이러한 압박 골절은 척추로 암이 전이되어 척추가 약해졌을 때(병적 골절이라 부름) 발생한다.

뼈가 약해졌을 때는, 물건을 들어 올리거나 앞으로 구부리거나 침대 밖으로 나오거나 발을 헛디딜 때 발생할 수 있는 것처럼 아주 약간의 힘으로도 압박 골절이 초래될 수 있다. 따라서, 환자들은 압박 골절을 유발했을 수 있는 사건이 있었는지조차 기억하지 못할 때가 많다.

한편, 폐경 이후의 여성은 여성호르몬의 분비 저하 및 현대인들의 무리한 다이어트나 식생활 습관 등의 이유로 약해진 척추에 약한 충격으로도 압박 골절이 발생할 수 있으며 매년 환자가 증가하는 추세에 있다.

척추 압박 골절에 대한 분석은 일반적인 병원에서의 진단뿐만 아니라 보험수가 적용에 대한 판별에서도 필요하다. 보험수가 판별은 건강보험심사평가원에서만 수행되기 때문에 제한된 인력들에게 과한 업무량이 요구되고 이는 업무 피로도가 증가되는 원인으로 작용하고 있다.

보험수가 판별에서 압박골절의 진단의 척도로 사용되는 압박률은 일반적으로 척추체의 전방추체 높이를 기준으로 계산된다. 이러한 방법은 압박 골절의 형태학적 종류 중 bi-concave, crush 등 중??후방 척추골절에 의한 압박골절이 보험수가 적용에서 제외될 수 있다는 단점이 있다.

또한, 척추의 압박이 미미하며 전위가 적은 경우에는 MRI 촬영이나 CT 촬영을 통해 진단을 하지만 단순한 단면 영상, 예를 들어, X-ray 영상이 척추 압박 골절을 평가하는 가장 기본적인 검사에 해당한다.

CT 영상 및 MR 영상에서는 비교적 높은 해상도의 영상 품질로 척추 영역에 대한 분할(Segmentation)의 성능이 높은 환경이지만, X-ray와 같은 단순 단면 영상은 2차원 영상이므로, 촬영 각도, 기술 등에 영상 품질의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 여러 영상 품질을 본 전문가의 전문 지식이 필요할 수 있으며, 단순 반복 작업으로 인한 전문가들의 피로도가 축적될 수 있고, 그에 따라 판독 오류를 야기할 수 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 척추에 대해 촬영된 X-ray 영상과 같은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절 여부를 진단할 수 있는 진단 보조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법에 있어서, (a) 상기 척추 단면 영상이 입력되는 단계와; (b) 상기 척추 단면 영상이 전처리되는 단계와; (c) 상기 (b) 단계에서 전처리된 상기 척추 단면 영상으로부터 복수의 척추체가 검출되어 척추 마스크 영상의 생성되는 단계와; (d) 상기 척추 마스크 영상 내의 각각의 상기 척추체로부터 복수의 꼭지점 좌표가 추출되는 단계와; (e) 복수의 상기 꼭지점 좌표에 기초하여 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 및 후방 추체 높이가 산출되는 단계와; (f) 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 및 후방 추체 압박률 중 적어도 하나가 산출되되, 해당 척추체의 인접한 적어도 하나의 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이에 기초하여 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 및 상기 후방 추체 압박률이 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 (b) 단계는 (b1) 상기 척추 단면 영상이 정규화되는 단계와; (b2) 정규화된 상기 척추 단면 영상의 대조도가 향상되는 단계와; (b3) 대조도가 향상된 상기 척추 측면 단면 영상의 사이즈가 조절되는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 (c) 단계에서는 CNN 기반의 인공지능 모델에 의해 복수의 상기 척추체가 검출될 수 있다.

그리고, 상기 (d) 단계는 (d1) 상기 척추 마스크 영상으로부터 각각의 상기 척추체에 대응하는 척추 영역이 추출되는 단계와, (d2) 각각의 상기 척추 영역으로부터 복수의 상기 꼭지점 좌표가 추출되는 단계를 포함하며; 복수의 상기 꼭지점 좌표는 좌상단 포인트 좌표, 좌하단 포인트 좌표, 우상단 포인트 좌표, 우하단 포인트 좌표, 중상단 포인트 좌표, 중하단 포인트 좌표를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 (e) 단계에서 상기 전방 추체 높이는 상기 좌상단 포인트 좌표와 상기 좌하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되고; 상기 중방 추체 높이는 상기 중상단 포인트 좌표와 상기 중하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되며; 상기 후방 추체 높이는 상기 우상단 포인트 좌표와 상기 우하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출될 수 잇다.

그리고, 상기 (f) 단계에서는 복수의 상기 척추체 각각의 상기 전방 추체 높이에 기초하여, 상기 전방 추체 압박률이 산출되고; 복수의 상기 척추체 각각의 상기 중방 추체 높이에 기초하여, 상기 중방 추체 압박률이 산출되며; 복수의 상기 척추체 각각의 상기 후방 추체 높이에 기초하여, 상기 후방 추체 압박률이 산출될 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서는 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 상기 후방 추체 압박률 각각에 대해 압박 골절이 판단되되, 기 설정된 기준 비율 이상인 경우 압박 골절로 판단될 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서는 복수의 상기 척추체에 대해 순차적으로 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 및 상기 후방 추체 압박률 중 적어도 하나가 산출되되, 순차적으로 반복하여 산출되면서 업데이트되며; 새로운 회차에서 압박 골절로 판단되는 새로운 척추체가 발생하지 않는 경우 해당 회차에서 종료될 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서 하나의 척추체에 대한 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 또는 상기 후방 추체 압박률은 인접한 척추체의 압박 골절 여부에 따라 상이한 방법에 의해 산출될 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서 각각의 상기 척추체의 압박 골절 여부에 대한 초기값은 정상으로 적용될 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 또는 상기 후방 추체 압박률은, 인접한 척추체 모두 정상인 경우, 수학식

에 의해 산출되고, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우, 수학식

에 의해 산출되며, 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정산인 경우, 수학식

에 의해 산출되되; V1은 상부 측에 인접한 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이이고, V2는 현재 산출 대상 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이이고, V3는 하부 측에 인접한 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이일 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계에서 인접한 척추체가 상부 측에만 존재하는 경우, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우가 적용되며; 인접한 척추체가 하부 측에만 존재하는 경우, 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정상인 경우가 적용될 수 있다.

상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면, 척추에 대해 촬영된 X-ray 영상과 같은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절 여부를 진단할 수 있는 진단 보조 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치의 구성의 예를 나타낸 도면이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 방법을 설명하기 위한 제어 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 방법의 전처리 과정에서의 척추 단면 영상의 예들을 나타낸 도면이고,
도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 방법에서 압박률 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치 및 보조 진단 방법은 척추 단면 영상으로부터 압박 골절 여부를 진단한다. 여기서, 척추 단면 영상은 척추 측면을 촬영한 한 장의 단면 영상으로, 예컨대, 척추 측면을 촬영한 X-ray 영상일 수 있다. 다른 예로, CT 영상이나 MRI 영상 등과 같은 3차원 영상의 경우에서도, 척추 측면을 나타내는 1 장의 슬라이드 영상이 척추 단면 영상으로 입력되어 적용 가능함은 물론이다.

이하에서는 척추 단면 영상이 X-ray 영상인 것을 예로 하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치의 구성의 예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 X-ray 촬영기(200)에 의해 촬영된 X-ray 영상, 즉 척추 단면 영상을 입력받는다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 통신부를 포함하여 구성될 수 있다. 통신부는 네트워크를 통해 X-ray 촬영기(200)로부터 척추 단면 영상을 입력받는다. 도 1에서는 통신부가 X-ray 촬영기(200)로부터 직접 척추 단면 영상을 입력받는 형태로 도시하고 있으나, DICOM 서버 등을 거쳐 수신하거나, 사용자가 직접 척추 단면 영상을 입력할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 영상 전처리부를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 영상 전처리부는 통신부를 통해 입력되는 척추 단면 영상을 전처리할 수 있다. 영상 전처리부에 의해 수행되는 척추 단면 영상의 전처리 과정에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 척추체 검출 모델을 포함하여 구성될 수 있다. 척추체 검출 모델은 영상 전처리부에 의해 전처리 과정을 거친 척추 단면 영상으로부터 복수의 척추체를 검출하여, 척추 마스크 영상을 생성한다.

본 발명의 실시예에서는 척추체 검출 모델이 인공지능 기반으로 학습을 통해 생성되는 것을 예로 한다. 일 예로, 척추체 검출 모델은 CNN(Convolutional neural networks)을 기반으로 척추 단면 영상으로부터 척추체를 검출하도록 학습되어 생성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 꼭지점 좌표 추출부를 포함하여 구성될 수 있다. 꼭지점 좌표 검출부는 척추 마스크 영상으로부터 복수의 꼭지점 좌표를 추출하는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 높이 산출부를 포함하여 구성될 수 있다. 높이 산출부는 각각의 척추체에 대해 추출된 복수의 꼭지점 좌표를 이용하여, 전방 추체 높이, 중방 추체 높이 및 후방 추체 높이를 산출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 압박률 산출부를 포함하여 구성될 수 있다. 압박률 산출부는 각각의 척추체에 대해 산출된 전방 추체 높이, 중방 추체 높이 및 후방 추체 높이에 기초하여, 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 그리고 후방 추체 압박률을 산출한다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 압박률 산출부에 의해 산출된 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 그리고 후방 추체 압박률에 기초하여, 해당 척추체의 압박 골절 여부가 진단되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치는 사용자 입력부 및 메인 제어부를 포함할 수 있다.

사용자 입력부는 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치의 조작 등을 위해 입력 신호를 생성하는 장치로, 예컨대, 마우스, 키보드, 터치스크린 등의 입력 장치를 포함할 수 있다.

그리고 ,메인 제어부는 본 발명의 실시예에 따른 보조 진단 장치의 전체 기능을 제어하는 장치로, 운용체계(OS)와 같은 소프트웨어적 구성과, CPU, 그래픽 엔진, 램 등의 하드웨어적 구성을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 진단 보조 방법에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 진단 대상이 되는 척추 단면 영상이 진단 보조 장치로 입력된다(S10).

척추 단면 영상이 입력되면, 영상 전처리부에 의해 척추 단면 영상의 전처리 과정이 진행된다(S20).

본 발명의 실시예에서는 전처리 과정이 정규화 과정(S21), 대조도 향상 과정(S22), 그리고 사이즈 조절 과정(S23)을 포함하는 것을 예로 한다.

정규화 과정에서는 척추 단면 영상이 정규화된다. 정규화 과정을 통해 척추 단면 영상은 특정 범위에 몰려있는 픽셀값이 설정된 범위 내에서 분포될 수 있어, 영상이 보다 명확해진다.

도 4의 (a)는 정규화전의 척추 단면 영상을 나타낸 도면이고, 도 4의 (b)는 정규화 과정을 거친 척추 단면 영상을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에서는 정규화 과정에서 범위의 최소값 및 최대값을 각각 0 및 255로 설정하는 것을 예로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 대조도 향상 과정은 정규화된 척추 단면 영상의 대조도를 향상시킨다. 일 예로, 영상 전처리부는 CLAHE 알고리즘을 이용하여 대조도를 향상시키는 것을 예로 한다. 도 4의 (c)는 대조도가 향상된 척추 단면 영상을 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 사이즈 조절 과정에서는 척추 단면 영상의 사이즈가 조절된다. 일 예로, 척추체 검출 모델의 생성에 적용된 학습 데이터 영상의 사이즈에 맞춰 조절될 수 있다.

상기와 같은 전처리 과정이 완료되면, 척추체 검출 모델에 의해 척추 마스크 영상의 생성 과정이 진행된다(S30). 척추체 검출 모델은 척추 단면 영상으로부터 척추체를 추출하여 척추 마스크 영상을 생성하게 된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 척추체 검출 모델에 의해 검출된 척추체를 마킹한 척추 마스크 영상의 예를 나타낸 것이다.

척추 마스크 영상이 생성되면, 꼭지점 좌표 추출부가 꼭지점 좌표를 추출한다(S40). 일 예로, 꼭지점 좌표 추출부는 척추 마스크 영상으로부터 각각의 척추체에 대응하는 척추 영역을 패치 영상으로 추출한 후, 각각의 패치 영상 내의 척추체의 꼭지점 좌표를 추출하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 꼭지점 좌표가 좌상단 포인트 좌표, 좌하단 포인트 좌표, 우상단 포인트 좌표, 우하단 포인트 좌표, 중상단 포인트 좌표, 중하단 포인트 좌표를 포함하는 것을 예로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에서, 하나의 척추체에서 6개의 꼭지점 좌표가 추출되는 예를 나타낸 도면이다.

상기와 같이 복수의 꼭지점 좌표가 추출되면, 높이 산출부가 복수의 꼭지점 좌표에 기초하여 각각의 척추체의 전방 추체 높이, 중방 추체 높이 및 후방 추체 높이를 산출한다(S50).

본 발명의 실시예에서는 전방 추체 높이가 좌상단 포인트 좌표와 좌하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되는 것을 예로 한다. 마찬가지로, 중방 추체 높이는 중상단 포인트 좌표와 중하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되고, 후방 추체 높이는 우상단 포인트 좌표와 우하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되는 것을 예로 한다.

높이 산출부에 의해 전방 추체 높이, 중방 추체 높이 및 후방 추체 높이가 산출되면, 압박률 산출부에 의해 각각의 척추체에 대한 압박률 산출 과정이 진행된다(S60). 그리고, 압박률 산출부에 의해 산출되는 각 척추체의 압박률에 기초하여, 해당 척추체의 압박 골절 여부가 진단된다.

본 발명의 실시예에서는 척추체 들의 전방 추체 높이에 기초하여, 전방 추체 압박률이 산출되고, 중방 추체 높이에 기초하여 중방 추체 압박률이 산출되며, 후방 추체 높이에 기초하여 후방 추체 압박률이 각각 산출되는 것을 예로 한다. 그리고, 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률 및 후방 추체 압박률 각각에 기초하여, 각 척추체의 전방 압박 골절, 중방 압박 골절, 그리고 후방 압박 골절이 개별적으로 진단되는 것을 예로 한다.

여기서, 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 후방 추체 압박률 각각에 대해 압박 골절이 판단될 때, 기 설정된 기준 비율 이상인 경우 압박 골절로 판단되는 것을 예로 하는데, 본 발명에서는 기준 비율이 20%인 것을 예로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 하나의 척추체에 대해 인접한 적어도 하나의 척추체의 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 또는 후방 추체 높이에 기초하여, 해당 척추체의 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 그리고, 후방 추체 압박률이 산출되는 것을 예로 한다.

그리고, 본 발명의 실시예에서는 복수의 척추체에 대해 순차적으로 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 및 후방 추체 압박률이 산출되는데 있어, 순차적으로 복수회 반옥하여 산출되면서 업데이트되는 것을 예로 한다.

여기서, 새로운 회차에서 압박 골절로 판단되는 새로운 척추체가 발생하지 않는 경우 해당 회차에서 압박률 산출이 된다.

도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, N 회차의 압박률 산출 과정이 시작된다(S61).

그리고, 각각의 척추체에 대해 순차적으로 압박률(V_k)이 산출된다. 본 발명의 실시예에서는 하나의 척추체에 대한 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 또는 후방 추체 압박률은 인접한 척추체의 압박 골절 여부에 따라 상이한 방법에 의해 산출되는 것을 예로 한다. 다만, 첫 번째 회차에서의 각 척추체의 압박 골절 여부, 즉 각 척추체의 압박 골절 여부에 대한 초기값은 정상으로 적용되어 수행된다.

본 발명의 실시예에서는 인접한 척추체 모두 정상인 경우, [수학식 1]을 통해 압박률이 산출되는 것을 예로 한다.

[수학식 1]

그리고, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우, [수학식 2]를 통해 압박률이 산출되는 것을 예로 한다.

[수학식 2]

그리고, 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정산인 경우, [수학식 3]을 통해 산출되는 것을 예로 한다.

[수학식 3]

[수학식 1] 내지 [수학식 3]에서, V1은 상부 측에 인접한 척추체의 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 또는 후방 추체 높이이고, V2는 현재 산출 대상 척추체의 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 또는 후방 추체 높이이고, V3는 하부 측에 인접한 척추체의 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 또는 후방 추체 높이이다.

도 7 내지 도 11을 참조하여, 첫 번째 회차에서의 압박률 계산에 대해 설명하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 첫 번째 회차의 첫 번째 척추체의 경우 인접한 척추체가 두 번째 척추체 하나가 존재한다.

이 때, 첫 번째 회차에서의 각 척추체의 압박 골절 여부는 모두 정상이므로, 도 7에서 첫 번째 척추체의 압박률을 산출하는데 적용되는 두 번째 척추체는 정상이다.

따라서, 첫 번째 척추체의 압박률 산출에는 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정산인 경우에 해당하는 [수학식 3]을 통해 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 그리고 후방 추체 압박률이 산출될 수 있다.

도 7 내지 도 11에서, ak는 전방 추체 높이이고, mk은 중방 추체 높이이고, pk는 후방 추체 높이로, k는 척추체의 순서를 의미한다.

첫 번째 척추체에 대한 압박률 산출이 완료되면, 각각의 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 그리고 후방 추체 압박률이 기준 비율을 초과하는지 여부를 판단하고(S63), 초과하는 경우 해당 척추체를 압박 골절로 판단하고(S64), 초과하지 않는 경우 정상으로 판단한다(S65). 그리고, 해당 척추체에 대한 압박 골절 여부는 업데이트된다(S66).

상기와 같은 과정은 n번째 척추체까지 모두 수행될 때까지(S67) 반복되어 수행된다.

도 8은 두 번째 척추체의 압박률을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 두 번째 척추체의 경우 상부 측 및 하부 측 모두에 척추체가 존재한다. 그리고, 첫 번째 척추체가 정상으로 판단된 상태이고, 두 번째 척추체의 경우 초기값에 따라 정상이다. 따라서, 두 번째 척추체의 압박률은 인접한 척추체 모두 정상인 경우에 해당하여, [수학식 1]을 통해 산출된다.

상기와 같은 과정을 통해, 세 번째 척추체가 압박 골절로 판단되었다고 가정하면, 세 번째 척추체는 초기값이 아닌 압박 골절로 진단된 척추체로 업데이트된다.

따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 첫 번째 회차에서 네 번째 척추체의 압박률의 산출 과정에서는 세 번째 척추체가 압박 골절로 진단된 척추체가 되고, 따라서 4번째 척추체의 압박률 산출에서는 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정산인 경우로 하여, [수학식 3]을 통해 산출된다.

상기와 같은 과정은, 도 10에 도시된 바와 같이, 마지막 척추체의 압박률이 산출될 때까지 수행되는데, 도 10에 도시된 마지막 척추체, 즉 일곱 번째 척추체의 압박률 산출은, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우로, [수학식 2]를 통해 산출된다.

상기와 같이, 해당 회차의 모든 척추체에 대한 압박률 산출 및 압박 골절 여부에 대한 판단이 완료되면, 해당 회차에서 새로운 압박 골절이 존재하는지 여부가 판단된다(S69).

상기 실시예에서 세 번째 척추체가 압박 골절로 판단되어, 현재 회차에 새로운 압박 골절이 존재하므로, 다음 회차(S70)의 순차적인 압박률 산출 과정이 상기와 같은 방법으로 진행된다.

반면, S69 단계에서 새로운 압박 골절이 존재하지 않게 되면, S66 단계에서 최종적으로 업데이트되어 있는 각 척추체에 대한 압박 골절 여부가 최종적으로 확정 가능하게 된다.

두 번째 회차에서의 압박률 산출의 예를 설명하면, 앞서 설명한 바와 같이, 세 번째 척추체가 압박 골절로 판단된 상태이므로, 두 번째 회차에서는 세 번째 척추체가 압박 골절인 척추체로 적용된다.

따라서, 두 번째 회차에서 두 번째 척추체의 압박률을 산출하는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우에 해당하여, [수학식 2]를 통해 압박률이 산출된다.

상기와 같이, 첫 번째 회차에서는 모든 척추체가 정상인 것으로 설명한 상태로, 압박 골절 여부를 산출하고, 두 번째 회차 이후에서는 압박 골절로 판단된 척추체가 인접한 척추체의 압박률 산출에 반영됨으로써, 회차를 거듭할수록 보다 정확한 척추체의 압박률 산출이 가능하게 된다. 그리고, 회차의 반복을 새로운 압박 골절이 나오지 않을 때 까지 수행함으로써, 불필요한 반복 수행을 방지할 수 있게 된다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

100 : 진단 보조 장치 110 : 영상 전처리부
120 : 척추체 검출 모델 130 : 꼭지점 좌표 추출부
140 : 높이 산출부 150 : 압박률 산출부
160 : 메인 제어부 170 : 통신부
180 : 사용자 입력부 200 : X-ray 촬영기

Claims

척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법에 있어서,
(a) 상기 척추 단면 영상이 입력되는 단계와;
(b) 상기 척추 단면 영상이 전처리되는 단계와;
(c) 상기 (b) 단계에서 전처리된 상기 척추 단면 영상으로부터 복수의 척추체가 검출되어 척추 마스크 영상의 생성되는 단계와;
(d) 상기 척추 마스크 영상 내의 각각의 상기 척추체로부터 복수의 꼭지점 좌표가 추출되는 단계와;
(e) 복수의 상기 꼭지점 좌표에 기초하여 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 높이, 중방 추체 높이, 및 후방 추체 높이가 산출되는 단계와;
(f) 각각의 상기 척추체에 대한 전방 추체 압박률, 중방 추체 압박률, 및 후방 추체 압박률 중 적어도 하나가 산출되되, 해당 척추체의 인접한 적어도 하나의 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이에 기초하여 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 및 상기 후방 추체 압박률이 산출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는
(b1) 상기 척추 단면 영상이 정규화되는 단계와;
(b2) 정규화된 상기 척추 단면 영상의 대조도가 향상되는 단계와;
(b3) 대조도가 향상된 상기 척구 측면 단면 영상의 사이즈가 조절되는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서는 CNN 기반의 인공지능 모델에 의해 복수의 상기 척추체가 검출되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는
(d1) 상기 척추 마스크 영상으로부터 각각의 상기 척추체에 대응하는 척추 영역이 추출되는 단계와,
(d2) 각각의 상기 척추 영역으로부터 복수의 상기 꼭지점 좌표가 추출되는 단계를 포함하며;
복수의 상기 꼭지점 좌표는 좌상단 포인트 좌표, 좌하단 포인트 좌표, 우상단 포인트 좌표, 우하단 포인트 좌표, 중상단 포인트 좌표, 중하단 포인트 좌표를 포함하는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제4항에 있어서,
상기 (e) 단계에서
상기 전방 추체 높이는 상기 좌상단 포인트 좌표와 상기 좌하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되고;
상기 중방 추체 높이는 상기 중상단 포인트 좌표와 상기 중하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되며;
상기 후방 추체 높이는 상기 우상단 포인트 좌표와 상기 우하단 포인트 좌표 간의 거리에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (f) 단계에서는
복수의 상기 척추체 각각의 상기 전방 추체 높이에 기초하여, 상기 전방 추체 압박률이 산출되고;
복수의 상기 척추체 각각의 상기 중방 추체 높이에 기초하여, 상기 중방 추체 압박률이 산출되며;
복수의 상기 척추체 각각의 상기 후방 추체 높이에 기초하여, 상기 후방 추체 압박률이 산출되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제6항에 있어서,
상기 (f) 단계에서는 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 상기 후방 추체 압박률 각각에 대해 압박 골절이 판단되되, 기 설정된 기준 비율 이상인 경우 압박 골절로 판단되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제7항에 있어서,
상기 (f) 단계에서는
복수의 상기 척추체에 대해 순차적으로 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 및 상기 후방 추체 압박률 중 적어도 하나가 산출되되, 순차적으로 반복하여 산출되면서 업데이트되며;
새로운 회차에서 압박 골절로 판단되는 새로운 척추체가 발생하지 않는 경우 해당 회차에서 종료되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제8항에 있어서,
상기 (f) 단계에서
하나의 척추체에 대한 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 또는 상기 후방 추체 압박률은 인접한 척추체의 압박 골절 여부에 따라 상이한 방법에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제9항에 있어서,
상기 (f) 단계에서 각각의 상기 척추체의 압박 골절 여부에 대한 초기값은 정상으로 적용되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제10항에 있어서,
상기 (f) 단계에서 상기 전방 추체 압박률, 상기 중방 추체 압박률, 또는 상기 후방 추체 압박률은,
인접한 척추체 모두 정상인 경우, 수학식

에 의해 산출되고,
인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우, 수학식

에 의해 산출되며,
인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정산인 경우, 수학식

에 의해 산출되되;
V1은 상부 측에 인접한 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이이고, V2는 현재 산출 대상 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이이고, V3는 하부 측에 인접한 척추체의 상기 전방 추체 높이, 상기 중방 추체 높이, 또는 상기 후방 추체 높이인 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.
제11항에 있어서,
상기 (f) 단계에서
인접한 척추체가 상부 측에만 존재하는 경우, 인접한 척추체 중 상부 측의 척추체만 정상인 경우가 적용되며;
인접한 척추체가 하부 측에만 존재하는 경우, 인접한 척추체 중 하부 측의 척추체만 정상인 경우가 적용되는 것을 특징으로 하는 척추 단면 영상으로부터 압박 골절을 진단하기 위한 진단 보조 방법.