WO2013129895A1 - Three-dimensional virtual liver surgery planning system - Google Patents

Three-dimensional virtual liver surgery planning system Download PDF

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WO2013129895A1
WO2013129895A1 PCT/KR2013/001717 KR2013001717W WO2013129895A1 WO 2013129895 A1 WO2013129895 A1 WO 2013129895A1 KR 2013001717 W KR2013001717 W KR 2013001717W WO 2013129895 A1 WO2013129895 A1 WO 2013129895A1
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WO
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liver
dimensional
region
extraction
volume
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/001717
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French (fr)
Korean (ko)
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유희천
양샤오펑
최영근
이원섭
조백환
유희철
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
전북대학교산학협력단
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G06T2207/30004Biomedical image processing
    • G06T2207/30056Liver; Hepatic

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional virtual liver surgery planning system, a three-dimensional virtual liver surgery planning system that provides doctors with an effective method for safe and reasonable surgery.
  • Schindl et al. (2005. Schindl, MJ, Redhead, DN, Fearon, KCH, Garden, OJ, Wigmore, S J. The value of residual liver volume as a predictor of hepatic dysfunction and infection after major liver resection. 54 (2), 289-296.) Show that over 90% of patients with normal liver function have a greater than 90% incidence of severe liver dysfunction after surgery, whereas% RLV is less than 27%. Reported a 13% incidence of liver dysfunction.
  • Ferrero et al. (2007. Ferrero, A., Vigano, L., Polastri, R., Muratore, A., Eminefendic, H., Regge, D .. Capussotti, L.
  • Reasonable liver resection is required to be properly selected for the cutting position and orientation, and shape of the cross-cutting end face can be "plan
  • the three-dimensional virtual liver surgery system is designed to replace existing livers, remnants, and grafts, as well as visual information about the location and size of tumors, the structure of liver-related blood vessels, and liver compartments. Quantitative information on the volume of the liver should be provided.
  • the 3D virtual liver surgery planning system includes a digital imaging and communications in medicine (DICOM) receiving module that receives an abdominal computer tomography (CT) volume data set from a picture archiving and communication system (PACS) server. And a standard liver volume (SLV) from the DICOM loading and noise canceling models for loading and removing the received abdominal CT volume data set, and the multiple CT volume data set from which the noise is removed.
  • DICOM digital imaging and communications in medicine
  • a standard hepatic extrapolation module for estimating, hepatic extraction models for extracting a three-dimensional hepatic region connected with the standard hepatic extrapolation models, and a hepatic vein, hepatic artery, hepatic vein, and inferior vein vena cava, IVC) and the three-dimensional vessel region for extracting the vascular region, and the vascular extraction module, the three-dimensional tumor region, Tumor extraction modules for extracting the liver, liver segmentation module for dividing the extracted three-dimensional liver region into a plurality of compartments by a user-selected reference point or a sphere editing tool, and connected to the liver compartmentalization module, cutting plane, liver Block, or Includes a Liver Surgery Planning module that uses a spherical editing tool to perform a 3D liver plan.
  • It may further include a procedure-based user-friendly interface connected to each of the above.
  • the method may further include liver extraction correction models that interact with the liver extraction models and edit the extracted three-dimensional liver region.
  • the blood vessel extraction module may further include a blood vessel extraction correction module capable of editing the extracted three-dimensional vessel region.
  • the method may further include a tumor extraction correction module that interacts with the tumor extraction modules and edits the extracted three-dimensional tumor region.
  • the liver extracting hairs may perform a semi-automatic hybrid liver extraction method.
  • a step of deriving an initial liver region by applying a fast marching level set method using a plurality of seed points selected from a plurality of CT slices by a user Improving the derived first liver region through a threshold-based level set method, correcting the extracted liver region through a circle that can be scaled at a two-dimensional viewpoint, or at a three-dimensional viewpoint
  • a correction step of correcting through an adjustable ball In the semi-automatic complex liver extraction method, a step of deriving an initial liver region by applying a fast marching level set method using a plurality of seed points selected from a plurality of CT slices by a user, Improving the derived first liver region through a threshold-based level set method, correcting the extracted liver region through a circle that can be scaled at a two-dimensional viewpoint, or at a three-dimensional viewpoint
  • a correction step of correcting through an adjustable ball In the semi-automatic complex liver extraction method, a step of deriving an initial liver region by applying a fast marching level set method using a pluralit
  • the 3D viewpoint selection may be implemented using an integrated 3D viewpoint restoration button in which buttons of front, rear, left side, right side, top side, and bottom side are integrated.
  • the blood vessel extraction models may extract a three-dimensional region of the portal vein, hepatic artery, and hepatic vein by a region growing method using a threshold interval and seed points.
  • the region growing method may include loading a CT volume in which the extracted liver region is cut, editing the liver region through a spherical editing tool to include the blood vessel to be extracted, and editing the liver.
  • CT into area Masking the volume inputting a plurality of seed points selected by the user to the plurality of CT slices, and an initial threshold interval according to the intensity distribution of the data set of the masked CT volume finding an interval; generating a plurality of additional threshold intervals by finely adjusting a lower threshold and an upper threshold of the initial threshold interval; an initial threshold interval And extracting a plurality of blood vessel structures based on an additional threshold interval and providing the same with volume information in a three-dimensional view.
  • the user may further include editing the extracted blood vessel through a circular or spherical editing tool at a 2D or 3D viewpoint.
  • the liver compartmentalization step forming a segment 1, dividing the liver into the left and right lobe, dividing the right lobe into an anterior and a posterior sector, the left lobe Dividing into medial sector (segment 4) and lateral sector; dividing the posterior sector into segment 6 and segment 7; anterior sector) may be configured to perform a step of dividing all segments into segment 5 and segment 8 and dividing the lateral sector into segment 2 and segment 3. .
  • the user can easily extract the liver, blood vessels, and tumors according to the procedure, divide the liver compartment, and plan the surgery through a user-centered interface. have.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an information processing flowchart of the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an image photograph showing an example of selecting seed points for liver extraction in a liver extraction step of a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an image showing an example of editing the region of the liver extracted in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention through a three-dimensional ball (size) that can be adjusted in size It is a photograph.
  • Figure 5 is a flow chart of blood vessel extraction in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • 6A to 6F illustrate six candidate blood vessel candidates extracted based on various threshold intervals to allow a user to select the best extraction result in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • 6A and 6H are graphs and tables showing the volume of candidate vessel structure candidates.
  • FIG. 7 is a diagram exemplarily illustrating an integrated three-dimensional view restoration button having a color scheme in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a cutting plane for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a spherical editing tool for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a liver compartment classification procedure in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • Image is a picture.
  • FIG. 12 is an image photograph showing a liver divided into a right lobe and a left lobe through a spherical editing tool in a 3D virtual liver surgery planning system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is an image photograph showing an example of a surgical plan through selecting a liver compartment to be cut in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13B is a legend showing a volume and a color table of each compartment. .
  • FIG. 14 is an image photograph showing an example of a surgical plan using a spherical editing tool in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • 15A to 15F are image photographs showing an example of a procedure-driven user interface in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional virtual liver surgery planning system includes: DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) receiving modules (Ml), DICOM loading and noise removing modules (M2), standard liver volume estimation modules (M3), liver extraction Module (M4), vascular extraction modules (M5), tumor extraction modules (M6), liver compartmentalization module (M7), liver surgery planning modules (M8), and liver extraction correction modules (M4) )
  • DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine
  • M2 DICOM
  • M2 standard liver volume estimation modules
  • M4 liver extraction Module
  • M5 vascular extraction modules
  • tumor extraction modules M6
  • liver compartmentalization module M7
  • liver surgery planning modules M8
  • liver extraction correction modules M4
  • hepatic artery phase portal vein
  • a computer tomography (CT) volume data set from phase and hepatic vein phase is input to the system.
  • the DICOM receiving module Ml may receive CT volume data of various phases from a picture archiving and communication system (PACS) server and store it in a local storage.
  • the DICOM loading and noise cancellation mode M2 loads the CT volume data set into the system to remove noise and registers the CT volume data set of each phase.
  • liver volume (SLV) estimation models (M3) can provide standard liver volume (SLV) estimated through three regression models.
  • Liver extraction models M4 use a noise-free portal volume CT volume data set to extract liver areas.
  • the extracted liver can be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the user can freely edit the three-dimensional liver region at two and three-dimensional points through the liver extraction correction module M41. .
  • the liver extraction module M4 also provides the function of calculating the volume of the extracted liver.
  • Blood vessel extraction module (M5) is a registered hepatic artery phase, portal vein phase, and hepatic vein image after noise is removed to extract four three-dimensional vessels (hepatic vein, hepatic artery, hepatic vein, and inferior vena cava) Use the CT volume data set of (phase) as input information.
  • the extracted blood vessel may be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the region of the extracted blood vessel may be effectively edited at the two-dimensional and three-dimensional views through the blood vessel extraction correction modules M51.
  • the blood vessel extraction module M5 also provides the function of calculating the volume of the extracted blood vessel.
  • the system of this example provides tumor extraction modules M6 to extract tumors from a CT volume data set.
  • the extracted tumor can be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the user can effectively edit the region of the extracted tumor in both the two-dimensional and three-dimensional views through the tumor extraction correction module (M61). Can be.
  • the tumor extraction modules (M6) also provide the function of calculating the volume of the extracted tumor.
  • the system of this embodiment classifies the extracted liver into several compartments.
  • Liver compartmentalization modalities are provided.
  • the liver segmentation module M7 provides an interactive method for the user to select a plurality of landmarks from a two-dimensional viewpoint on the CT image, wherein the selected reference points are the two-dimensional viewpoint and the three. It can be visualized in a dimensional view.
  • the liver can be divided into sections based on cutting planes or spherical editing tools created by selected landmarks.
  • the divided liver compartments can be visualized in a three-dimensional view, and a color scheme is provided to visualize the separated livers in different colors for each compartment.
  • the hepatic compartmentalization models M7 provide an interactive way to adjust the color and transparency of each compartment and may also provide the ability to calculate the volume of each compartment. Liver compartmentalization may be corrected through liver compartmentalization correction models M71.
  • the hepatic surgical planning model (M8) uses the results of the previous models, provides information on the relative spatial relationships within the liver, blood vessels, tumors, liver compartments and liver compartments, and visualizes them in a three-dimensional perspective. Provides the ability to The surgical planning model M8 provides one or more cutting planes for cutting out the liver portion of the tumor, and can adjust the direction, position and shape of the cutting plane, and utilize the cutting planes or spherical editing tools. Provides the ability to cut liver compartments. In addition, the liver surgery planning model M8 may visualize and provide relative liver volume information in a three-dimensional view for effective surgery planning. The user can utilize the liver surgery plan model M8 via the user interface 1 ; 1 to perform the virtual liver surgery plan.
  • the liver extracting hairs may perform a semi-automatic hybrid liver extraction method. That is, the initial liver region is automatically extracted based on the selected seed point, and then the 3D liver region is manually extracted through additional correction. It demonstrates in detail below.
  • a number of seed points can be placed in the area where the user (S42). Selected seed points may be indicated by red dots, for example. It is a good idea to select about five slices at the same interval from one CT volume data set. When the liver area is wide, it is necessary to select 7 to 15 seed points per slice, and when the liver area is narrow, 1 to 4 seed points per slice may be selected (see FIG. 3). Seed points can be selected to encompass the entire liver region, including the edges.
  • the first liver region is derived through the fast marching level-set method (S43). If the derived first liver region is too wide to be extracted, the user may return to the seed point selection step and select seed points again.
  • the initially formed liver region may be determined through a threshold-based level-set method (S45). If the extracted liver region is appropriate, the liver extraction operation may be terminated (S46). However, if the user wants to edit the extracted liver, the non-living part may be removed or the missing part may be restored through a circle or ball that can be adjusted in two-dimensional and three-dimensional views (S47). In other words, by providing a two-dimensional circle that can be adjusted or a three-dimensional ball that can be adjusted, the user can effectively remove an area other than the liver by clicking and dragging.
  • Figure 4 is possible to adjust the size of the extracted liver in three-dimensional view
  • the step of smoothing the surface of the corrected liver region may be performed, and the volume of the liver extracted in the liver extraction step may be calculated and displayed on the screen.
  • Figure 5 is a flow chart of blood vessel extraction in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the user can use the spherical editing tool based on the extracted liver area.
  • the region including the blood vessel is masked (S52).
  • the user selects a plurality of seed points in the blood vessel region of the 1 to 2 CT slices using the mouse (S53).
  • the vascular structure is extracted through a region growing method based on six threshold intervals (S55). Thereafter, the extracted six vessel structure candidates are shown in three dimensions with volume information (S56). By checking whether there are satisfactory results among the six vascular structure candidates (S57), and if there are satisfactory results among the six vascular structure candidates, the user may select the result as the final result (S58) (FIGS. 6A to 6). 6h). However, if there is no satisfactory result among the six candidates, the user may repeat the blood vessel extraction procedure again from the seed point selection step (S53).
  • the user may correct the selected blood vessel structure at two and three dimensional views (S59). If the corrected result is satisfactory, the blood vessel extraction procedure is terminated. Otherwise, the correction procedure can be performed again.
  • FIG. 7 illustrates an integrated three-dimensional viewpoint restoration button (A, P, S, I, L, and R) having a color scheme in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention. It is a figure shown normally. Two colors are available for the integrated buttons (light blue for the A, S, and L buttons, and yellow for the P, I, and R buttons). Each button has its own location, with the ⁇ button on the front, the ⁇ burrow on the back, the L burrow on the left, the R button on the right, the S button on the top, and the I button on the bottom. The user may select one of the integration buttons to restore the 3D viewpoint to a specific viewpoint.
  • the integrated burner may be set to return to a specific direction at once when the direction or position is freely adjusted by the user on the 3D screen. For example, if you want to change the situation from the right side of the extracted 3D liver to the right side. Press to change the screen to view the liver from behind.
  • the color combination system assigns light blue for the left, top, front, and yellow for the right, bottom, and back in consideration of the positional meaning of each viewpoint, which allows the user to easily recognize the meaning of the button. It is to be utilized.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a cutting plane for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the liver can be divided into several compartments based on the vascular structure of the hepatic vein and portal vein by the Couinaud model.
  • the user can divide a compartment based on the vascular structure of the hepatic vein and portal vein by the Couinaud model.
  • Reference marks may be selected using a computer mouse on the 2D CT image (S701).
  • the selected place may be represented by a red dot to indicate that it is selected as a reference point.
  • it is possible to indicate that the reference point is selected through the red sphere at the same position of the three-dimensional viewpoint.
  • the user may correct the divided liver compartment by adjusting the cutting plane (S703).
  • the position and angle of the cutting plane can be adjusted freely by dragging at the three-dimensional viewpoint.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a spherical editing tool for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the extracted liver region is loaded and covered on the original CT image (S711).
  • liver compartments according to the Couinaud model are classified through the spherical editing tool (S712).
  • the classified liver region may be corrected as necessary through the spherical editing tool (S713).
  • FIG. 10 is a flow chart illustrating a liver compartment classification procedure in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 An image image showing three reference points (middle hepatic vein, entrance of right portal vein, gallbladder fossa) used to distinguish the left lobe
  • FIG. 12 is an extracted three-dimensional liver region extracted based on a CT image. The image is divided into a right lobe and a left lobe through a segmentation sphere.
  • segment 1 is formed (S721).
  • the liver is a cutting plane or segmentation sphere (see FIG. 12) that passes through the middle hepatic vein, the entrance of right portal vein, and the gallbladder fossa (see FIG. 11). ) Are divided into right lobe and left lobe (S722).
  • the right lobe can be divided into anterior sector and posterior sector along the postal vein (S723).
  • the left lobe can be divided into medial sector (segment 4) and lateral sector along the left vein (S724).
  • the posterior sector may be divided into segment 6 and segment 7 according to the right posterior portal structure (S725).
  • the anterior sector can be divided into segment 5 and segment 8 according to the right portal vein structure (S726).
  • the lateral sector may be divided into segment 2 and segment 3 according to the left portal vein structure (S727).
  • the segments other than segment 1 in the liver segmentation procedure may be classified based on the structure of the portal vein and the hepatic vein by a cutting plane or a sphere editing tool generated based on a landmark.
  • Liver compartmentalization may be in whole or in part depending on the needs of the user.
  • FIG. 13A is an image photograph showing an example of a surgical plan by selecting a liver compartment to be cut in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13B is a legend showing a volume and a color table of each compartment.
  • liver compartments, blood vessels, and tumors were visualized using 3D rendering techniques. You can hide the compartment where the tumor is located Can be removed effectively. In other words, during the stage of liver surgery, the tumor is located
  • Some of the three-dimensional liver compartments can be excised with one or more cutting planes defined by the user or with a spherical editing tool and removed by making the three-dimensional liver compartments with tumor fully transparent using checkboxes. It may be.
  • the volume of the entire liver, the volume of the site to be resected, and the volume and ratio of the remaining liver after the ablation may be provided in real time on the 3D screen to assist the surgical planning.
  • the hepatic section has a thickness of 2 mm, which is created by the sum of the cross section thickness of 1 mm and the cross section thickness of 1 mm.
  • a certain area between three dimensions is required, and a three-dimensional object having a thickness is generated to effectively visualize the cut surface.
  • it can be taken to have a thickness of 2mm in total by taking 1mm in and out of the cutting surface.
  • FIG. 14 is an image photograph showing an example of a surgical plan using a spherical editing tool in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the spherical editing tool allows the user to effectively remove the liver area where the tumor is located.
  • the cut plane of the cut liver is seen at the three-dimensional viewpoint.
  • volume information such as total liver volume and residual liver volume ratio (% 1 ⁇ ) may be provided on a three-dimensional screen in real time to assist the liver compartment surgery planning.
  • 15A to 15F are image photographs showing an example of a procedure-oriented user interface in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
  • the user-oriented interface allows the user to easily extract liver, blood vessels and tumors according to the procedure, divide the liver compartments, and plan the surgery.

Abstract

The three-dimensional virtual liver surgery planning system, according to one embodiment of the present invention, comprises: a DICOM receiving module for receiving an abdominal CT volume dataset from a PACS server; a DICOM loading and noise-removing module for loading the received abdominal CT volume dataset and removing noise; a standard liver volume (SLV) estimation module for estimating a standard liver volume from the noise-removed abdominal CT volume dataset; a liver extraction module for extracting a three-dimensional liver region; a blood vessel extraction module for extracting a three-dimensional blood vessel region including the hepatic portal vein, the hepatic artery, the hepatic vein and the inferior vena cava (IVC); a tumor extraction module for extracting a three-dimensional tumor region; a liver division module for dividing the extracted three-dimensional liver region into a plurality of sections by a reference point, selected by a user or a spherical editing tool; and a liver surgery planning module for planning three-dimensional liver surgery using a cut plane, liver sections, or the spherical editing tool.

Description

【명세서】  【Specification】
【발명의 명칭】  [Name of invention]
3차원 가상 간 수술 계획 시스템  3D Virtual Liver Surgery Planning System
【기술분야】  Technical Field
본 발명은 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에 관한 것으로, 의사들에게 안전하고 합리적인 수술을 위한 효과적인 방법을 제공하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템이다.  The present invention relates to a three-dimensional virtual liver surgery planning system, a three-dimensional virtual liver surgery planning system that provides doctors with an effective method for safe and reasonable surgery.
【배경기술】  Background Art
주요 간 절제술의 안전성은 간의 상대적 잔여용적 (0/0RLV)과 전체 기능적 간 용적 (TFLV, total liver functional liver volume = 전체 간 용적 - 종양의 용적)에 대한 잔여 간 용적의 비율에 의해 예측 가능하다. Safety between major resection relative residual capacity (0/0 RLV) and total functional liver volume between - can be predicted by the ratio of the residual between the volume of the (TFLV, total liver functional liver volume = total liver volume of the volume of the tumor) .
예를 들어, Schindl 외 (2005. Schindl, M J, Redhead, D N, Fearon, K C H, Garden, O J, Wigmore, S J. The value of residual liver volume as a predictor of hepatic dysfunction and infection after major liver resection. Gut 54(2), 289-296.)는 정상적인 간 기능을 가진 104명의 환자에 대해 %RLV가 27% 미만일 경우 외과 수술 후의 심각한 간 기능 장애의 발생률이 90% 이상인 반면, %RLV가 27% 이상일 경우에는 간 기능 장애 발생률이 13%인 것으로 보고하였다. Ferrero 외 (2007. Ferrero, A., Vigano, L., Polastri, R., Muratore, A., Eminefendic, H., Regge, D.. Capussotti, L. Postoperative liver dysfunction and future remnant liver: Where is the limit? Results of a prospective study. World Journal of Surgery 31 (8), 1643-1651.)는 119명의 환자에 대한 분석결과, 간 절제술은 건강한 간을 가진 환자의 경우 %RLV가 26.5% 이상일 때, 그리고 간 기능이 손상된 환자의 경우 31% 이상일 때 안전한 것으로 제안하였다.  For example, Schindl et al. (2005. Schindl, MJ, Redhead, DN, Fearon, KCH, Garden, OJ, Wigmore, S J. The value of residual liver volume as a predictor of hepatic dysfunction and infection after major liver resection. 54 (2), 289-296.) Show that over 90% of patients with normal liver function have a greater than 90% incidence of severe liver dysfunction after surgery, whereas% RLV is less than 27%. Reported a 13% incidence of liver dysfunction. Ferrero et al. (2007. Ferrero, A., Vigano, L., Polastri, R., Muratore, A., Eminefendic, H., Regge, D .. Capussotti, L. Postoperative liver dysfunction and future remnant liver: Where is the Results of a prospective study.World Journal of Surgery 31 (8), 1643-1651.) found that 119 patients had liver resection when% RLV was greater than 26.5% in patients with healthy liver, and For patients with impaired liver function, it was suggested to be safe when more than 31%.
합리적인 간 절제술은 절제 위치와 방향, 그리고 간 절제 단면의 형상을 적절하게 선정하는 것이 요구되며 3가지 간 혈관 (간문맥, 간정맥, 그리고 간동맥) 구조를 고려하여 종양의 위치를 규명함에' 의해 계획될 수 있다. 안전하고 합리적인 간 수술을 위해 3차원 가상 간 수술 시스템은 종양의 위치와 크기, 간 관련 혈관들의 구조, 그리고 간 구획에 대한 시각적 정보뿐만 아니라 기존 간 (liver), 잔여 간 (remnant), 그리고 이식할 간 (graft)의 용적에 대한 정량적 정보를 제공해야 한다. Rapidia (Infinitt Co., Ltd, South Korea), Voxar 3D (TOSHIBA Co., Japan), Syngovia (SIEMENS Co., Germany), 그리고 OsriX (Pixmeo Co., Switzerland)와 같은 대부분의 기존 가상 수술 시스템은 간 수술 계획에 특화된 기능을 제공하지 않는다. 또한, 이러한 일반적인 가상 수술 시스템은 외과의사들이 수술 전 간 수술을 계획하기에는 임상적으로 활용하기에는 미흡한 수준의 기능을 제공한다. 예를 들어, 일반적인 가상 수술 시스템이 제공하는 수동 또는 반자동 간 추출 기능은 많은 작업 처리 시간을 요구하며 (30분 이상) 사용자에게 상당한 노력을 요구한다. 또한, 일반적인 가상 수술 시스템은 간 구획 구분기능과 간 수술 계획 기능을 제공하지 않는다. Reasonable liver resection is required to be properly selected for the cutting position and orientation, and shape of the cross-cutting end face can be "plan By identifying the location of the tumor, taking into account the three vessels (portal vein, hepatic vein, and hepatic artery) structure between have. For safe and rational liver surgery, the three-dimensional virtual liver surgery system is designed to replace existing livers, remnants, and grafts, as well as visual information about the location and size of tumors, the structure of liver-related blood vessels, and liver compartments. Quantitative information on the volume of the liver should be provided. Most existing virtual surgical systems such as Rapidia (Infinitt Co., Ltd, South Korea), Voxar 3D (TOSHIBA Co., Japan), Syngovia (SIEMENS Co., Germany), and OsriX (Pixmeo Co., Switzerland) It does not provide specialized functions for surgery planning. In addition, this general virtual surgical system provides a level of functionality that surgeons lack clinically to plan for preoperative liver surgery. For example, the manual or semi-automated liver extraction provided by conventional virtual surgical systems requires a lot of processing time (more than 30 minutes) and requires considerable effort from the user. In addition, the general virtual surgery system does not provide a liver compartment discrimination function and liver surgery planning function.
【발명의 상세한 설명】  [Detailed Description of the Invention]
【기술적 과제】  [Technical problem]
본 발명은 배경기술의 문제점을 해결하고 최적의 간 수술 계획을 위해, (1) 절차 중심의 사용자 인터페이스, (2) 3차원 CT 영상 가공, (3) 용적계산, (4) 2차원 및 3차원 형상 보정, (5) 시각화 기술, (6) 조작 기법 등을 구현한 3차원 가상 간 수술 계획 시스템을 제공하고자 한다. In order to solve the problems of the background art and to plan the optimal liver surgery, (1) procedure-driven user interface, ( 2 ) three-dimensional CT imaging, (3) volumetric calculation, (4) two-dimensional and three-dimensional To provide a 3D virtual liver surgery planning system that implements shape correction, (5) visualization technology, and (6) manipulation technique.
【기술적 해결방법】  Technical Solution
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템은, PACS (Picture Archiving and Communication System) 서버로부터 복부 CT (Computer tomography) 볼륨 데이터 세트를 수신 받는 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 수신 모들과, 상기 수신된 복부 CT 볼륨 데이터 세트를 로딩 (loading)하고 노이즈를 제거하는 DICOM 로딩 및 노이즈 제거 모들과, 상기 노이즈가 제거된 복수 CT 볼륨 데이터 세트로부터 표준 간용적 (standard liver volume, SLV)을 추정하는 표준 간용적 추정 모듈과, 상기 표준 간용적 추정 모들과 연결되어, 3차원 간 영역을 추출하는 간 추출 모들과, 상기 간 추출 모들과 연결되어, 간문맥, 간동맥, 간정맥, 그리고 하대정맥 (inferior vena cava, IVC)을 포함하는 3차원 혈관 영역을 추출하는 혈관 추출 모들과, 상기 혈관 추출 모들과 연결되어, 3차원 종양 영역을 추출하는 종양 추출 모들과, 상기 추출된 3차원 간 영역을 사용자가 선정한 참조점 또는 구형 편집 도구에 의해 복수 개의 구획으로 구분하는 간 구획화 모듈과, 상기 간 구획화 모듈과 연결되어, 절단 평면, 간 구획, 또는 구형 편집 도구를 활용해 3차원 간 수술 계획을 수행하는 간 수술계획 모듈을 포함한다. The 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention includes a digital imaging and communications in medicine (DICOM) receiving module that receives an abdominal computer tomography (CT) volume data set from a picture archiving and communication system (PACS) server. And a standard liver volume (SLV) from the DICOM loading and noise canceling models for loading and removing the received abdominal CT volume data set, and the multiple CT volume data set from which the noise is removed. A standard hepatic extrapolation module for estimating, hepatic extraction models for extracting a three-dimensional hepatic region connected with the standard hepatic extrapolation models, and a hepatic vein, hepatic artery, hepatic vein, and inferior vein vena cava, IVC) and the three-dimensional vessel region for extracting the vascular region, and the vascular extraction module, the three-dimensional tumor region, Tumor extraction modules for extracting the liver, liver segmentation module for dividing the extracted three-dimensional liver region into a plurality of compartments by a user-selected reference point or a sphere editing tool, and connected to the liver compartmentalization module, cutting plane, liver Block, or Includes a Liver Surgery Planning module that uses a spherical editing tool to perform a 3D liver plan.
상기 각 모들과 연결되는 절차 중심 (procedure-based)의 사용자 친화형 인터페이스를 더 포함할 수 있다.  It may further include a procedure-based user-friendly interface connected to each of the above.
상기 간 추출 모들과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 간 영역을 편집할 수 있는 간 추출 보정 모들을 더 포함할 수 있다.  The method may further include liver extraction correction models that interact with the liver extraction models and edit the extracted three-dimensional liver region.
상기 혈관 추출 모듈과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 혈관 영역을 편집할 수 있는 혈관 추출 보정 모들을 더 포함할 수 있다.  The blood vessel extraction module may further include a blood vessel extraction correction module capable of editing the extracted three-dimensional vessel region.
상기 종양 추출 모들과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 종양 영역을 편집할 수 있는 종양 추출 보정 모듈을 더 포함할 수 있다.  The method may further include a tumor extraction correction module that interacts with the tumor extraction modules and edits the extracted three-dimensional tumor region.
상기 간 구획화 모들과 상호 작용하며, 상기 구분된 간 구획을 편집할 수 있는 간 구획화 보정 모들을 더 포함할 수 있다.  It may further include hepatic compartmentalization correction modes which interact with the hepatic compartmentalization models and which can edit the segmented hepatic compartments.
상기 간 추출 모들은 반자동 복합 (hybrid) 간 추출 방법을 수행할 수 있다.  The liver extracting hairs may perform a semi-automatic hybrid liver extraction method.
상기 반자동 복합 간 추출 방법은, 사용자에 의해 다수의 CT 슬라이스로부터 선택된 다수의 씨앗 점 (seed point)들을 사용하여 패스트 마칭 레벨셋 (fast marching level set) 방법을 적용해 최초 간 영역을 도출하는 단계, 상기 도출된 최초 간 영역을 역치 기반 레벨셋 (threshold-based level set) 방법을 통해 개선하는 단계, 상기 추출된 간 영역을 2차원 시점에서 크기 조절이 가능한 원을 통해 보정하거나, 3차원 시점에서 크기 조절이 가능한 공 (ball)을 통해 보정하는 보정 단계를 포함한다.  In the semi-automatic complex liver extraction method, a step of deriving an initial liver region by applying a fast marching level set method using a plurality of seed points selected from a plurality of CT slices by a user, Improving the derived first liver region through a threshold-based level set method, correcting the extracted liver region through a circle that can be scaled at a two-dimensional viewpoint, or at a three-dimensional viewpoint A correction step of correcting through an adjustable ball.
상기 보정 단계에서, 3차원 시점 선택은 정면, 뒷면, 왼쪽면, 오른쪽면, 위쪽면, 아래쪽면의 버튼이 통합된 통합 3차원 시점 복원 버튼을 이용하여 구현할 수 있다.  In the correcting step, the 3D viewpoint selection may be implemented using an integrated 3D viewpoint restoration button in which buttons of front, rear, left side, right side, top side, and bottom side are integrated.
상기 혈관 추출 모들은, 역치 구간 (threshold interval)과 씨앗 점을 사용하는 영역 확장 (region growing) 방법에 의해 간문맥, 간동맥, 그리고 간정맥의 3차원 영역을 추출할 수 있다.  The blood vessel extraction models may extract a three-dimensional region of the portal vein, hepatic artery, and hepatic vein by a region growing method using a threshold interval and seed points.
상기 영역 확장 (region growing) 방법은, 상기 추출된 간 영역이 을려진 CT 볼륨을 로딩하는 단계, 상기 추출할 혈관이 포함될 수 있도록 구형 편집 도구를 통해 상기 간 영역올 편집하는 단계, 상기 편집된 간 영역으로 CT 볼륨을 마스킹 (masking)하는 단계, 다수의 CT 슬라이스에 사용자로부터 선택된 다수의 씨앗 점을 입력 받는 단계, 상기 마스킹 (masking)된 CT 볼륨의 데이터 세트의 인텐시티 (intensity) 분포에 따라 초기 역치 구간 (threshold interval)을 찾는 단계, 상기 초기 역치 구간 (threshold interval)의 하위 임계점 (lower threshold)과 상위 임계점 (upper threshold)을 미세하게 조정하여 복수 개의 추가적인 역치 구간 (threshold interval)을 생성하는 단계, 초기 역치 구간과 추가적인 역치 구간 (threshold interval)을 기반으로 복수 개의 혈관 구조를 추출하여 용적 정보와 함께 3차원 시점에서 제공하는 단계를 포함할 수 있다ᅳ The region growing method may include loading a CT volume in which the extracted liver region is cut, editing the liver region through a spherical editing tool to include the blood vessel to be extracted, and editing the liver. CT into area Masking the volume, inputting a plurality of seed points selected by the user to the plurality of CT slices, and an initial threshold interval according to the intensity distribution of the data set of the masked CT volume finding an interval; generating a plurality of additional threshold intervals by finely adjusting a lower threshold and an upper threshold of the initial threshold interval; an initial threshold interval And extracting a plurality of blood vessel structures based on an additional threshold interval and providing the same with volume information in a three-dimensional view.
상기 추출된 혈관을 사용자가 2차원 또는 3차원 시점에서 원형 또는 구형 편집 도구를 통해 편집할 수 있는 단계를 더 포함할 수 있다.  The user may further include editing the extracted blood vessel through a circular or spherical editing tool at a 2D or 3D viewpoint.
상기 간 구획화 모들은, 세그먼트 (segment) 1 형성하는 단계, 상기 간을 좌엽과 우엽으로 구분하는 단계, 상기 우엽을 전분절 (anterior sector)과 후분절 (posterior sector)로 구분하는 단계, 상기 좌엽을 내분절 (medial sector) (세그먼트 4)과 외분절 (lateral sector)로 구분하는 단계, 상기 후분절 (posterior sector)을 세그먼트 (segment) 6과 세그먼트 (segment) 7로 구분하는 단계, 상기 전분설 (anterior sector)올 세그먼트 (segment) 5와 세그먼트 (segment) 8로 구분하는 단계, 상기 외분절 (lateral sector)을 세그먼트 (segment) 2와 세그먼트 (segment) 3으로 구분하는 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.  The liver compartmentalization step, forming a segment 1, dividing the liver into the left and right lobe, dividing the right lobe into an anterior and a posterior sector, the left lobe Dividing into medial sector (segment 4) and lateral sector; dividing the posterior sector into segment 6 and segment 7; anterior sector) may be configured to perform a step of dividing all segments into segment 5 and segment 8 and dividing the lateral sector into segment 2 and segment 3. .
상기 추출된 간, 혈관, 종양, 그리고 간 구획들의 실시간 용적계산 값을 나타낼 수 있다.  Real-time volumetric calculations of the extracted liver, blood vessels, tumors, and liver compartments may be indicated.
【유리한 효과】  Advantageous Effects
본 발명의 실시예에 따른 3차원 가상 놘 수술 계획 시스템에 의하면 사용자 중심의 인터페이스를 통해 사용자는 손쉽게 절차에 따라 간, 혈관, 그리고 종양을 추출하고, 간 구획을 나눌 수 있으며, 수술 계획올 할 수 있다.  According to the three-dimensional virtual surgery procedure system according to an embodiment of the present invention, the user can easily extract the liver, blood vessels, and tumors according to the procedure, divide the liver compartment, and plan the surgery through a user-centered interface. have.
【도면의 간단한 설명】  [Brief Description of Drawings]
본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면과 세부적 묘사를 통해 뚜렷해 질 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 전체 구성도이다. The features and advantages of the invention may be apparent from the accompanying drawings and the detailed description. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계의 정보 처리 흐름도이다.  2 is an information processing flowchart of the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계에서 간 추출올 위한 씨앗 점 (seed point) 선정의 예를 나타낸 이미지 사진다 .  3 is an image photograph showing an example of selecting seed points for liver extraction in a liver extraction step of a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계에서 추출된 간의 영역을 3차원 시점에서 크기 조절이 가능한 3차원 공 (ball)을 통해 편집하는 예를 나타낸 이미지 사진이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계에서 혈관 추출 처리 흐름도이다.  4 is an image showing an example of editing the region of the liver extracted in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention through a three-dimensional ball (size) that can be adjusted in size It is a photograph. Figure 5 is a flow chart of blood vessel extraction in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 사용자가 최상의 추출 결과를 선택할 수 있도록 다양한 역치 구간 (threshold interval)을 기반으로 추출된 6개의 예상 혈관구조 후보들을 제공하는 기능을 예시적으로 나타낸 이미지 사진이고, 도 6g 및 도 6h는 예상 혈관구조 후보들의 체적을 나타낸 그래프와 표이다.  6A to 6F illustrate six candidate blood vessel candidates extracted based on various threshold intervals to allow a user to select the best extraction result in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention. 6A and 6H are graphs and tables showing the volume of candidate vessel structure candidates.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 색상 조합 체계 (color scheme)를 가진 통합 3차원 시점 복원 버튼 (button)을 예시적으로 나타낸 도면이다.  FIG. 7 is a diagram exemplarily illustrating an integrated three-dimensional view restoration button having a color scheme in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류를 위한 절단 평면 기반의 3단계 절차를 나타낸 흐름도이다.  8 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a cutting plane for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류를 위한 구형 편집 도구 기반의 3단계 절차를 나타낸 흐름도이다.  9 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a spherical editing tool for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류 절차를 나타낸 흐름도이다.  10 is a flowchart illustrating a liver compartment classification procedure in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간을 우엽과 좌엽으로 구분하기 위해 사용되는 참조점을 나타낸 이미지 사진이다. 11 illustrates a reference point used to classify the liver into the right lobe and the left lobe in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention. Image is a picture.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 구형 편집 도구를 통해 우엽과 좌엽으로 구분된 간을 나타낸 이미지 사진이다 .  12 is an image photograph showing a liver divided into a right lobe and a left lobe through a spherical editing tool in a 3D virtual liver surgery planning system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 13a은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 절단될 간 구획 선택을 통한 수술 계획의 예를 나타낸 이미지 사진이고, 도 13b는 각 구획별 체적과 색상표를 나타낸 범례이다.  FIG. 13A is an image photograph showing an example of a surgical plan through selecting a liver compartment to be cut in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a legend showing a volume and a color table of each compartment. .
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 구형 편집 도구를 통한 수술 계획의 예를 나타낸 이미지 사진이다.  14 is an image photograph showing an example of a surgical plan using a spherical editing tool in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
도 15a 내지 도 15f는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 절차 중심의 사용자 인터페이스의 예를 나타낸 이미지 사진이다ᅳ  15A to 15F are image photographs showing an example of a procedure-driven user interface in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
【발명의 실시를 위한 형태】  [Form for implementation of invention]
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 , 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.  Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail to be easily carried out by those of ordinary skill in the art. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 전체 구성도이다.  1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템은, DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 수신 모들 (Ml), DICOM 로딩 및 노이즈 제거 모들 (M2), 표준 간용적 추정 모들 (M3), 간 추출 모듈 (M4), 혈관 추출 모들 (M5), 종양 추출 모들 (M6), 간 구획화 모듈 (M7), 간 수술 게획 모들 (M8)을 포함하며, 간 추출 모들 (M4)에는 간 추출 보정 모들 (M41)이 연결되고, 혈관 추출 모들 (M5)에는 혈관 추출 보정 모들 (M51)이 연결되며, 종양 추출 모들 (M6)에는 종양 추출 보정 모듈 (M61)이 연결되고, 간 구획화 모들 (M7)에는 간 구획화 보정 모듈 (M71)이 연결된다.  The three-dimensional virtual liver surgery planning system according to the present embodiment includes: DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) receiving modules (Ml), DICOM loading and noise removing modules (M2), standard liver volume estimation modules (M3), liver extraction Module (M4), vascular extraction modules (M5), tumor extraction modules (M6), liver compartmentalization module (M7), liver surgery planning modules (M8), and liver extraction correction modules (M4) ) Is connected, the vascular extraction modulus M5 is connected to the vascular extraction correction modulus M51, the tumor extraction modulus M6 is connected to the tumor extraction correction module M61, and the liver segmentation modulus M7 is the liver segmentation. The calibration module M71 is connected.
본 실시예에 따른 시스템에서, 먼저 간동맥 상 (phase), 간문맥 상 (phase), 그리고 간정맥 상 (phase)으로부터의 CT (Computer tomography) 볼륨 데이터 세트 (volume data set)가 시스템에 입력된다. 상기 DICOM 수신 모듈 (Ml)은 PACS (Picture Archiving and Communication System) 서버로부터의 다양한 상 (phase)의 CT 볼륨 데이터를 전송 받아 로컬 저장소에 저장할 수 있다. 상기 DICOM 로딩 (loading) 및 노이즈 (noise) 제거 모들 (M2)은 CT 볼륨 데이터 세트를 시스템에 로딩하여 노이즈를 제거하고, 각 상 (phase)의 CT 볼륨 데이터 세트를 등록한다ᅳ 표준 간용적 (standard liver volume, SLV) 추정 모들 (M3)은 3가지 회귀모형을 통해 추정된 표준 간용적 (SLV)을 제공할 수 있다. In the system according to this embodiment, first, hepatic artery phase, portal vein A computer tomography (CT) volume data set from phase and hepatic vein phase is input to the system. The DICOM receiving module Ml may receive CT volume data of various phases from a picture archiving and communication system (PACS) server and store it in a local storage. The DICOM loading and noise cancellation mode M2 loads the CT volume data set into the system to remove noise and registers the CT volume data set of each phase. liver volume (SLV) estimation models (M3) can provide standard liver volume (SLV) estimated through three regression models.
간 추출 모들 (M4)은 간 영역을 추출하기 위해 노이즈가 제거된 간문맥 상 (phase)의 CT 볼륨 데이터 세트를 사용한다. 추출된 간은 CT 영상 위의 2차원 시점과 3차원 시점으로 시각화될 수 있으며, 사용자는 간 추출 보정 모들 (M41)을 통해 2차원과 3차원 시점에서 3차원 간 영역을 자유톱게 편집할 수 있다. 상기 간 추출 모듈 (M4)은 추출된 간의 용적을 계산하는 기능을 또한 제공한다.  Liver extraction models M4 use a noise-free portal volume CT volume data set to extract liver areas. The extracted liver can be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the user can freely edit the three-dimensional liver region at two and three-dimensional points through the liver extraction correction module M41. . The liver extraction module M4 also provides the function of calculating the volume of the extracted liver.
혈관 추출 모듈 (M5)은 4가지 3차원 혈관들 (간문맥, 간동맥, 간정맥, 그리고 하대정맥)을 추출하기 위해 노이즈가 제거된 후 등록된 간동맥 상 (phase), 간문맥 상 (phase), 그리고 간정맥 상 (phase)의 CT 볼륨 데이터 세트를 입력 정보로 사용한다. 추출된 혈관은 CT 영상 위의 2차원 시점과 3차원 시점으로 시각화될 수 있으며, 추출된 혈관의 영역은 혈관 추출 보정 모들 (M51)을 통해 2차원 시점과 3차원 시점에서 효과적으로 편집될 수 있다. 상기 혈관 추출 모듈 (M5)은 추출된 혈관의 용적을 계산하는 기능을 또한 제공한다.  Blood vessel extraction module (M5) is a registered hepatic artery phase, portal vein phase, and hepatic vein image after noise is removed to extract four three-dimensional vessels (hepatic vein, hepatic artery, hepatic vein, and inferior vena cava) Use the CT volume data set of (phase) as input information. The extracted blood vessel may be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the region of the extracted blood vessel may be effectively edited at the two-dimensional and three-dimensional views through the blood vessel extraction correction modules M51. The blood vessel extraction module M5 also provides the function of calculating the volume of the extracted blood vessel.
본 실시예의 시스템은 CT 볼륨 데이터 세트로부터 종양올 추출하기 위해 종양 추출 모들 (M6)을 제공한다. 추출된 종양은 CT 영상 위의 2차원 시점과 3차원 시점으로 시각화될 수 있으며, 사용자는 종양 추출 보정 모들 (M61)을 통해 추출된 종양의 영역을 2차원 시점과 3차원 시점 모두에서 효과적으로 편집할 수 있다. 상기 종양 추출 모들 (M6)은 추출된 종양의 용적올 계산하는 기능을 또한 제공한다.  The system of this example provides tumor extraction modules M6 to extract tumors from a CT volume data set. The extracted tumor can be visualized as a two-dimensional and three-dimensional view on the CT image, and the user can effectively edit the region of the extracted tumor in both the two-dimensional and three-dimensional views through the tumor extraction correction module (M61). Can be. The tumor extraction modules (M6) also provide the function of calculating the volume of the extracted tumor.
본 실시예의 시스템은 상기 추출된 간을 몇 개의 구획으로 분류하기 위한 간 구획화 모들 (M7)을 제공한다. 간 구획화 모듈 (M7)은 사용자가 CT 영상 위의 2차원 시점에서 복수 개의 참조점 (landmark)을 선정하기 위한 상호작용적 (interactive)인 방법을 제공하며, 선정된 참조점들은 2차원 시점과 3차원 시점에서 시각화될 수 있다. 선정된 참조점 (landmark)들에 의해 생성된 절단 평면 또는 구형 편집 도구를 기반으로 간을 여러 개의 구획으로 구분할 수 있다. 구분된 간 구획들은 3차원 시점에서 시각화될 수 있으며, 구분된 간을 각 구획별로 다른 색상으로 시각화 할 수 있는 색상 조합 체계 (color scheme)가 함께 제공된다. 간 구획화 모들 (M7)은 각 구획의 색상과 투명도를 조절할 수 있는 상호작용적인 방법을 제공하며, 각 구획의 용적을 계산하는 기능도 제공할 수 있다. 간 구획화는 간 구획화 보정 모들 (M71)을 통해 보정될 수 있다. The system of this embodiment classifies the extracted liver into several compartments. Liver compartmentalization modalities (M7) are provided. The liver segmentation module M7 provides an interactive method for the user to select a plurality of landmarks from a two-dimensional viewpoint on the CT image, wherein the selected reference points are the two-dimensional viewpoint and the three. It can be visualized in a dimensional view. The liver can be divided into sections based on cutting planes or spherical editing tools created by selected landmarks. The divided liver compartments can be visualized in a three-dimensional view, and a color scheme is provided to visualize the separated livers in different colors for each compartment. The hepatic compartmentalization models M7 provide an interactive way to adjust the color and transparency of each compartment and may also provide the ability to calculate the volume of each compartment. Liver compartmentalization may be corrected through liver compartmentalization correction models M71.
마지막으로, 간 수술 계획 모들 (M8)은 이전 모들들의 결과물들을 사용하고, 간, 혈관, 종양, 간 구획 그리고 간 구획내의 상대적인 공간적 관계 (relative spatial relationship) 정보를 제공하며, 이들을 3차원 시점에서 시각화하는 기능을 제공한다. 상기 수술 계획 모들 (M8)은 종양이 있는 간 부분을 잘라내기 위한 하나 이상의 절단 평면을 제공하며, 절단 평면의 방향, 위치, 형태를 조절할 수 있고, 절단 평면 또는 구형 편집도구를 활용해서 종양이 있는 간 구획을 잘라낼 수 있는 기능을 제공한다. 또한 상기 간 수술 계획 모들 (M8)은 효과적인 수술 계획을 위해 상대적인 간 용적 정보를 3차원 시점에서 시각화하여 제공할 수 있다. 사용자는 가상 간 수술 계획을 수행하기 위해 사용자 인터페이스 (11)를 통해 간 수술 계획 모들 (M8)을 활용할 수 있다. Finally, the hepatic surgical planning model (M8) uses the results of the previous models, provides information on the relative spatial relationships within the liver, blood vessels, tumors, liver compartments and liver compartments, and visualizes them in a three-dimensional perspective. Provides the ability to The surgical planning model M8 provides one or more cutting planes for cutting out the liver portion of the tumor, and can adjust the direction, position and shape of the cutting plane, and utilize the cutting planes or spherical editing tools. Provides the ability to cut liver compartments. In addition, the liver surgery planning model M8 may visualize and provide relative liver volume information in a three-dimensional view for effective surgery planning. The user can utilize the liver surgery plan model M8 via the user interface 1 ; 1 to perform the virtual liver surgery plan.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계의 정보 처리 흐름도이다. 상기 간 추출 모들은 반자동 복합 (hybrid) 간 추출 방법을 수행할 수 있다. 즉, 선택된 씨앗 점을 기반으로 초기 간 영역을 자동으로 추출한 후, 수동으로 추가적인 보정을 통하여 3차원 간 영역을 추출하게 된다. 이하에 상세하게 설명한다.  2 is an information processing flowchart of the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention. The liver extracting hairs may perform a semi-automatic hybrid liver extraction method. That is, the initial liver region is automatically extracted based on the selected seed point, and then the 3D liver region is manually extracted through additional correction. It demonstrates in detail below.
첫째, 간문맥 상 (phase) CT 블륨 데이터 세트의 노이즈를 제거한다 (S41).  First, the noise of the portal CT phase data set is removed (S41).
둘째, 사용자가 마우스를 활용해 간 영역에 다수의 씨앗 점들을 선정한다 (S42). 선정된 씨앗 점들은 예를 들어 빨간 점으로 표시될 수 있다. 하나의 CT 볼륨 데이터 세트에서 동일한 간격으로 5개 정도의 슬라이스 (slice)를 선택하는 것이 좋다. 간 영역이 넓을 경우에는 하나의 슬라이스당 7 ~ 15개의 씨앗 점들이 선정될 필요가 있으며, 간 영역이 좁을 경우에는 하나의 슬라이스당 1 ~ 4개의 씨앗 점들이 선정될 수 있다 (도 3 참조). 씨앗 점들은 가장자리를 포함하여 전반적인 간 영역을 아우르도록 선정될 수 있다. Second, a number of seed points can be placed in the area where the user (S42). Selected seed points may be indicated by red dots, for example. It is a good idea to select about five slices at the same interval from one CT volume data set. When the liver area is wide, it is necessary to select 7 to 15 seed points per slice, and when the liver area is narrow, 1 to 4 seed points per slice may be selected (see FIG. 3). Seed points can be selected to encompass the entire liver region, including the edges.
셋째, 패스트 마칭 레벨셋 (fast marching level-set) 방법올 통해 최초 간 영역이 도출된다 (S43). 상기 도출된 최초 간 영역이 너무 넓게 추출되어 적절하지 않은 경우, 사용자는 씨앗 점 선정 단계로 돌아가 씨앗 점들을 다시 선정할 수 있다.  Third, the first liver region is derived through the fast marching level-set method (S43). If the derived first liver region is too wide to be extracted, the user may return to the seed point selection step and select seed points again.
넷째, 역치 기반 레벨셋 (threshold-based level-set) 방법을 통해 초기 형성된 간 영역이 확정될 수 있다 (S45). 추출된 간 영역이 적절하다면 간 추출 작업은 종료될 수 있다 (S46). 그러나 사용자가 추출된 간을 편집하고 싶다면 2차원과 3차원 시점에서 크기 조절이 가능한 원이나 공 (ball)을 통해 간이 아닌 부분을 제거하거나 소실된 부분을 복원할 수 있다 (S47). 즉, 크기 조절이 가능한 2차원 원 또는 크기 조절이 가능한 3차원 공을 제공하여 사용자가 간이 아닌 영역을 클릭 (click) 및 드래그 (drag)를 통해 효과적으로 제거할 수 있다.  Fourth, the initially formed liver region may be determined through a threshold-based level-set method (S45). If the extracted liver region is appropriate, the liver extraction operation may be terminated (S46). However, if the user wants to edit the extracted liver, the non-living part may be removed or the missing part may be restored through a circle or ball that can be adjusted in two-dimensional and three-dimensional views (S47). In other words, by providing a two-dimensional circle that can be adjusted or a three-dimensional ball that can be adjusted, the user can effectively remove an area other than the liver by clicking and dragging.
도 4는 추출된 간의 영역을 3차원 시점에서 크기 조절이 가능한 Figure 4 is possible to adjust the size of the extracted liver in three-dimensional view
3차원 공 (ball)을 사용해 간 영역이 아닌 부분을 제거하는 예를 나타낸 이미지 사진이다. This is an image of an example of using a three-dimensional ball to remove a part that is not a liver area.
다음으로, 상기 보정된 간 영역의 표면을 부드럽게 처리하는 단계를 수행할 수 있으며, 상기 간 추출 단계에서 추출된 간의 용적을 계산하여 화면에 나타낼 수도 있다.  Next, the step of smoothing the surface of the corrected liver region may be performed, and the volume of the liver extracted in the liver extraction step may be calculated and displayed on the screen.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템의 간 추출 단계에서 혈관 추출 처리 흐름도이다.  Figure 5 is a flow chart of blood vessel extraction in the liver extraction step of the three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
첫째, 간동맥 상 (phase), 간문맥 상 (phase), 그리고 간정맥 상 (phase) CT 볼륨 데이터 세트의 노이즈를 제거한다 (S51).  First, the noise of the hepatic artery phase, portal vein phase, and hepatic vein phase CT volume data sets is removed (S51).
둘째, 사용자는 추출된 간 영역을 기반으로 구형 편집 도구를 활용해 혈관이 포함된 영역을 마스킹 (masking) 한다 (S52). Secondly, the user can use the spherical editing tool based on the extracted liver area. The region including the blood vessel is masked (S52).
셋째, 사용자가 마우스를 활용해 1 ~ 2장 CT 슬라이스 (slice)의 혈관 영역에 다수의 씨앗 점을 선정한다 (S53).  Third, the user selects a plurality of seed points in the blood vessel region of the 1 to 2 CT slices using the mouse (S53).
넷째, 마스킹 (masking) 된 CT 영상의 인텐시티 (intensity) 분포에 따라 초기 역치 구간 (threshold interval)이 자동으로 도출된 후, 도출된 역치 구간 (threshold interval)과 미세하게 다른 5개의 역치 구간 (threshold interval)들이 자동으로 결정된다 (S54).  Fourth, after the initial threshold interval is automatically derived according to the intensity distribution of the masked CT image, five threshold intervals slightly different from the derived threshold interval are obtained. ) Are automatically determined (S54).
다섯째, 6 가지 역치 구간 (threshold interval)을 기반으로 영역 확장 (region growing) 방법을 통해 혈관구조가 추출된다 (S55). 이후, 추출된 6 가지 혈관 구조 후보들은 용적 정보와 함께 3차원으로 보여진다 (S56). 6가지 혈관 구조 후보 중 만족스러운 결과가 있는지 여부를 확인하여 (S57), 6 가지 혈관 구조 후보 중 만족스러운 결과가 있다면, 사용자는 해당 결과를 최종 결과로 선택할 수 았다 (S58) (도 6a 내지 도 6h 참조). 그러나 6 가지 후보 중 만족스러운 결과가 없다면, 사용자는 씨앗 점 선정 단계 (S53)에서부터 다시 혈관 추출 절차를 반복할 수 있다.  Fifth, the vascular structure is extracted through a region growing method based on six threshold intervals (S55). Thereafter, the extracted six vessel structure candidates are shown in three dimensions with volume information (S56). By checking whether there are satisfactory results among the six vascular structure candidates (S57), and if there are satisfactory results among the six vascular structure candidates, the user may select the result as the final result (S58) (FIGS. 6A to 6). 6h). However, if there is no satisfactory result among the six candidates, the user may repeat the blood vessel extraction procedure again from the seed point selection step (S53).
마지막으로, 사용자는 선택한 혈관 구조를 2차원과 3차원 시점에서 보정할 수 있다 (S59). 보정된 결과가 만족스러울 경우 혈관 추출 절차는 종료되고, 그렇지 않다면 보정 절차를 다시 수행할 수 있다.  Finally, the user may correct the selected blood vessel structure at two and three dimensional views (S59). If the corrected result is satisfactory, the blood vessel extraction procedure is terminated. Otherwise, the correction procedure can be performed again.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 색상 조합 체계 (color scheme)를 가진 통합 3차원 시점 복원 버튼 (A, P, S, I, L, 그리고 R)을 예시적으로 나타낸 도면이다. 통합 버튼에는 두 가지 색상이 적용되어 있다 (A, S, L 버튼에는 하늘색, 그리고 P, I, R 버튼에는 황색). 각 버튼들은 각자의 위치가 있는데 ,Α 버튼은 정면, Ρ 버른은 뒤면, L 버른은 왼쪽면, R 버튼은 오른쪽면, S 버튼은 위쪽면, 그리고 I 버튼은 아래쪽에 위치하고 있다. 사용자는 통합 버튼 중 하나를 선택하여 3차원 시점을 특정 시점으로 복원할 수 있다.  7 illustrates an integrated three-dimensional viewpoint restoration button (A, P, S, I, L, and R) having a color scheme in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention. It is a figure shown normally. Two colors are available for the integrated buttons (light blue for the A, S, and L buttons, and yellow for the P, I, and R buttons). Each button has its own location, with the Α button on the front, the Ρ burrow on the back, the L burrow on the left, the R button on the right, the S button on the top, and the I button on the bottom. The user may select one of the integration buttons to restore the 3D viewpoint to a specific viewpoint.
즉, 상기 통합 버른은 3차원 화면에서 방향 또는 위치가 사용자에 의해 자유롭게 조정되었을 경우 특정 방향으로 한 번에 복귀할 수 있도록 기능 설정될 수 있다. 예를 들어, 추출된 3차원 간을 오른쪽에서 보고 있는 상황.에서 간의 뒷면을 보는 상황으로 바로 변경하고 싶올 경우 Ρ 버튼을 누르면 간을 뒤에서 보는 시점으로 화면이 변경된다. That is, the integrated burner may be set to return to a specific direction at once when the direction or position is freely adjusted by the user on the 3D screen. For example, if you want to change the situation from the right side of the extracted 3D liver to the right side. Press to change the screen to view the liver from behind.
또한, 색상 조합 체계는 각 시점의 위치적 의미를 고려하여 왼쪽, 위쪽, 정면의 경우 하늘색, 그리고 오른쪽, 아래쪽, 뒷면의 경우 황색을 배정하였으며, 이는 인간공학적으로 사용자가 쉽게 버튼의 의미를 인지하고 활용할 수 있도록 한 것이다.  In addition, the color combination system assigns light blue for the left, top, front, and yellow for the right, bottom, and back in consideration of the positional meaning of each viewpoint, which allows the user to easily recognize the meaning of the button. It is to be utilized.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류를 위한 절단 평면 기반의 3단계 절차를 나타낸 흐름도이다.  8 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a cutting plane for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
첫째, 간은 Couinaud model에 의해 간정맥과 간문맥의 혈관 구조에 기반하여 여러 개의 구획으로 구분될 수 있다. 구획을 나누기 위해 사용자는 First, the liver can be divided into several compartments based on the vascular structure of the hepatic vein and portal vein by the Couinaud model. To divide a compartment, the user
2차원 CT 영상에 컴퓨터 마우스를 사용하여 참조점 (landmark)들을 선정할 수 있다 (S701). 선정된 곳은 빨간 점으로 표현되어 참조점으로 선정되었음이 표시될 수 있다. 이와 동시에, 3차원 시점의 동일한 위치에 빨간 구체를 통해 참조점이 선정되었음을 표시할 수 있다. Reference marks may be selected using a computer mouse on the 2D CT image (S701). The selected place may be represented by a red dot to indicate that it is selected as a reference point. At the same time, it is possible to indicate that the reference point is selected through the red sphere at the same position of the three-dimensional viewpoint.
둘째, '간올 구획화하기 위해 앞서 선정된 참조점들을 통과하는 절단 평면을 생성한다 (S702). Second, ' to create a cutting plane passing through the previously selected reference points to partition the gaol (S702).
셋째, 사용자는 절단 평면을 조정하여 구분된 간 구획을 보정할 수 있다 (S703). 절단 평면의 위치와 각도는 3차원 시점에서 드래깅 (dragging)을 통해 자유롭게 조정 될 수 있다.  Third, the user may correct the divided liver compartment by adjusting the cutting plane (S703). The position and angle of the cutting plane can be adjusted freely by dragging at the three-dimensional viewpoint.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류를 위한 구형 편집 도구 기반의 3단계 절차를 나타낸 흐름도이다.  9 is a flowchart illustrating a three-step procedure based on a spherical editing tool for classifying liver compartments in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
첫째, 추출된 간 영역이 loading되어 원본 CT 영상 위에 을려진다 (S711).  First, the extracted liver region is loaded and covered on the original CT image (S711).
다음으로, Couinaud model에 따른 간 구획들이 구형 편집 도구를 통해 분류된다 (S712).  Next, the liver compartments according to the Couinaud model are classified through the spherical editing tool (S712).
마지막으로, 분류된 간 영역은 구형 편집 도구를 통해 필요에 따라 보정될 수 있다 (S713).  Finally, the classified liver region may be corrected as necessary through the spherical editing tool (S713).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 간 구획 분류 절차를 나타낸 흐름도이고, 도 11은 간을 우엽과 좌엽으로 구분하기 위해 사용되는 3개의 참조점 (middle hepatic vein, entrance of right portal vein, gallbladder fossa)을 나타낸 이미지 사진이며, 도 12는 CT 영상을 기반으로 추출된 3차원 간 영역 (extracted liver region)을 구형 편집 도구 (segmentation sphere)를 통해 우엽 (right lobe)과 좌엽 (left lobe)으로 구분하여 예시한 이미지 人]"진이다 . FIG. 10 is a flow chart illustrating a liver compartment classification procedure in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. An image image showing three reference points (middle hepatic vein, entrance of right portal vein, gallbladder fossa) used to distinguish the left lobe, and FIG. 12 is an extracted three-dimensional liver region extracted based on a CT image. The image is divided into a right lobe and a left lobe through a segmentation sphere.
첫째, 세그먼트 (구획, segment) 1이 형성된다 (S721).  First, segment 1 is formed (S721).
둘째, 간은 간정맥 중앙 (middle hepatic vein), 우문맥 입구 (entrance of right portal vein), 그리고 담낭상 (gallbladder fossa, 도 11 참조)를 지나는 절단 평면 또는 구형 편집 도구 (segmentation sphere) (도 12 참조)에 의해 좌엽 (right lobe)과 우엽 (left lobe)으로 구분된다 (S722).  Second, the liver is a cutting plane or segmentation sphere (see FIG. 12) that passes through the middle hepatic vein, the entrance of right portal vein, and the gallbladder fossa (see FIG. 11). ) Are divided into right lobe and left lobe (S722).
셋째, 우엽은 우정맥을 따라 전분절 (anterior sector)와 후분절 (posterior sector)로 구분될 수 있다 (S723).  Third, the right lobe can be divided into anterior sector and posterior sector along the postal vein (S723).
옛째, 좌엽은 좌정맥을 따라 내분절 (medial sector)(segment 4)와 외분절 (lateral sector)로 구분될 수 있다 (S724).  Previously, the left lobe can be divided into medial sector (segment 4) and lateral sector along the left vein (S724).
다섯 번째, 후분절 (posterior sector)은 우후방문맥 구조에 따라 세그먼트 (segment) 6과 세그먼트 (segment) 7로 구분될 수 있다 (S725).  Fifth, the posterior sector may be divided into segment 6 and segment 7 according to the right posterior portal structure (S725).
여섯 번째, 전분절 (anterior sector)은 우전방문맥 구조에 따라 세그먼트 (segment) 5와 세그먼트 (segment) 8로 구분될 수 있다 (S726).  Sixth, the anterior sector can be divided into segment 5 and segment 8 according to the right portal vein structure (S726).
마지막으로, 외분절 (lateral sector)은 좌문맥 구조에 따라 세그먼트 (segment) 2와 세그먼트 (segment) 3으로 구분될 수 있다 (S727).  Lastly, the lateral sector may be divided into segment 2 and segment 3 according to the left portal vein structure (S727).
상기 간 구획화 절차에서 세그먼트 (segment) 1을 제외한 나머지 세그먼트들은 참조점 (landmark)을 기반으로 생성된 절단 평면 또는 구형 편집 도구에 의해 간문맥과 간정맥의 구조에 기반하여 분류될 수 있다.  The segments other than segment 1 in the liver segmentation procedure may be classified based on the structure of the portal vein and the hepatic vein by a cutting plane or a sphere editing tool generated based on a landmark.
간 구획화는 사용자의 필요에 따라 전체적으로, 또는 부분적으로 이루어질 수 있다.  Liver compartmentalization may be in whole or in part depending on the needs of the user.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 절단될 간 구획 선택을 통한 수술 계획의 예를 나타낸 이미지 사진이고, 도 13b는 각 구획별 체적과 색상표를 나타낸 범례이다  FIG. 13A is an image photograph showing an example of a surgical plan by selecting a liver compartment to be cut in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13B is a legend showing a volume and a color table of each compartment.
본 예에는 간 구획, 혈관, 그리고 종양이 3차원 렌더링 (rendering) 기술을 통해 시각화 되었다. 사용자는 종양이 위치한 구획을 숨기는 기능을 통해 효과적으로 제거할 수 있다. 즉, 간 수술 계획 단계에서, 종양이 위치한In this example, liver compartments, blood vessels, and tumors were visualized using 3D rendering techniques. You can hide the compartment where the tumor is located Can be removed effectively. In other words, during the stage of liver surgery, the tumor is located
3차원 간 구획의 일부를 사용자에 의해 정의된 하나 또는 둘 이상의 절단 평면을 사용해 절제하거나 구형 편집 도구를 사용해 절제할 수 있으며, 종양이 위치한 3차원 간 구획들을 체크박스를 사용해 완전히 투명하게 함으로써 제거할 수도 있다. 또한, 수술계획을 돕기 위해 전체 간 용적, 절제할 부위의 용적, 절제 후 남은 간의 용적과 비율 정보가 실시간으로 3차원 화면에 제공될 수 있다. Some of the three-dimensional liver compartments can be excised with one or more cutting planes defined by the user or with a spherical editing tool and removed by making the three-dimensional liver compartments with tumor fully transparent using checkboxes. It may be. In addition, the volume of the entire liver, the volume of the site to be resected, and the volume and ratio of the remaining liver after the ablation may be provided in real time on the 3D screen to assist the surgical planning.
상기 .간 수술 계획 단계에서 간의 절단면은 2mm의 두께를 가지는데, 이는 절제하는 영역의 단면 두께 1mm와 절제되는 영역의 단면 두께 1mm의 합에 의해 생성된다. 즉, 간 수술 계획 단계에서는 3차원 간의 일정 영역이 절쎄 되는데, 이 때 절단면을 효과적으로 시각화하기 위해 두께를 가진 3차원 객체를 생성한다. 이 때, 절단면을 기준으로 안과 밖으로 1mm 씩 취하여 총 2mm의 두께를 가지도록 할 수 있다. Above . In the stage of hepatic surgery planning, the hepatic section has a thickness of 2 mm, which is created by the sum of the cross section thickness of 1 mm and the cross section thickness of 1 mm. In other words, at the stage of liver surgery planning, a certain area between three dimensions is required, and a three-dimensional object having a thickness is generated to effectively visualize the cut surface. At this time, it can be taken to have a thickness of 2mm in total by taking 1mm in and out of the cutting surface.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 구형 편집 도구를 통한 수술 계획의 예를 나타낸 이미지 사진이다ᅳ  14 is an image photograph showing an example of a surgical plan using a spherical editing tool in a three-dimensional virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
사용자는 구형 편집 도구를 통해 종양이 위치한 간 영역을 효과적으로 제거할 수 있다. 절단된 간의 절단면은 3차원 시점에서 보여진다. 또한, 간 구획 수술계획을 돕기 위해 전체 간 용적과 잔여 간용적률(%1 \ 과 같은 용적 정보가 실시간으로 3차원 화면에 제공될 수 있다.  The spherical editing tool allows the user to effectively remove the liver area where the tumor is located. The cut plane of the cut liver is seen at the three-dimensional viewpoint. In addition, volume information such as total liver volume and residual liver volume ratio (% 1 \) may be provided on a three-dimensional screen in real time to assist the liver compartment surgery planning.
도 15a 내지 도 15f는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상 간 수술 계획 시스템에서 절차 중심의 사용자 인터페이스의 예를 나타낸 이미지 사진이다.  15A to 15F are image photographs showing an example of a procedure-oriented user interface in a 3D virtual liver surgery planning system according to an embodiment of the present invention.
사용자 중심의 인터페이스를 통해 사용자는 손쉽게 절차에 따라 간, 혈관, 그리고 종양을 추출하고, 간 구획을 나눌 수 있으며, 수술 계획을 할 수 있다.  The user-oriented interface allows the user to easily extract liver, blood vessels and tumors according to the procedure, divide the liver compartments, and plan the surgery.
이상올 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, this also belongs to the scope of the present invention.

Claims

【청구의 범위】 [Range of request]
【청구항 1】  [Claim 1]
PACS (Picture Archiving and Communication System) 서버로부터 복부 CT (Computer tomography) 볼륨 데이터 세트를 수신 받는 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) 수신 모듈;  A digital imaging and communications in medicine (DICOM) receiving module for receiving an abdominal computer tomography (CT) volume data set from a picture archiving and communication system (PACS) server;
상기 수신된 복부 CT 볼륨 데이터 세트를 로딩 (loading)하고 노이즈를 제거하는 DICOM 로딩 및 노이즈 제거 모들;  DICOM loading and noise cancellation models for loading the received abdominal CT volume data set and removing noise;
상기 노이즈가 제거된 복수 CT 볼륨 데이터 세트로부터 표준 간용적 (standard liver volume, SLV)올 추정하는 표준 간용적 추정 모듈;  A standard liver volume estimation module for estimating a standard liver volume (SLV) from the noise-removed plurality of CT volume data sets;
상기 표준 간용적 추정 모들과 연결되어, 3차원 간 영역을 추출하는 간 추출 모들;  Liver extraction models connected to the standard liver volume estimation models to extract a three-dimensional liver region;
상기 간 추출 모들과 연결되어, 간문맥, 간동맥, 간정맥, 그리고 하대정맥 (inferior vena cava, IVC)을 포함하는 3차원 혈관 영역을 추출하는 혈관 추출 모들;  Blood vessel extraction models connected to the liver extraction models to extract a three-dimensional vessel region including a portal vein, a hepatic artery, a hepatic vein, and an inferior vena cava (IVC);
상기 혈관 추출 모들과 연결되어, 3차원 종양 영역을 추출하는 종양 추출 모들;  A tumor extraction model connected to the blood vessel extraction modules to extract a three-dimensional tumor region;
상기 추출된 3차원 간 영역을 사용자가 선정한 참조점 또는 구형 편집 도구에 의해 복수 개의 구획으로 구분하는 간 구획화 모들; 및  Liver partitioning models for dividing the extracted three-dimensional liver region into a plurality of sections by a user-selected reference point or a sphere editing tool; And
상기 간 구획화 모듈과 연결되어, 절단 평면, 간 구획, 또는 구형 편집 도구를 활용해 3차원 간 수술 계획을 수행하는 간 수술계획 모들;  A liver surgery plan module connected to the liver compartment module to perform a three-dimensional liver surgery plan using a cutting plane, a liver compartment, or a spherical editing tool;
을 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  3D virtual liver surgery planning system comprising a.
【청구항 2]  [Claim 2]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 각 모들과 연결되는 절차 중심 (procedure-based)의 사용자 친화형 인터페이스를 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  And a procedure-based, user-friendly interface coupled to each of the modules.
【청구항 3]  [Claim 3]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 간 추출 모들과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 간 영역을 편집할 수 있는 간 추출 보정 모들을 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템. And a liver extraction correction model that interacts with the liver extraction models and can edit the extracted three-dimensional liver region.
【청구항 4】 [Claim 4]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 혈관 추출 모들과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 혈관 영역을 편집할 수 있는 혈관 추출 보정 모들올 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  3D virtual liver surgery planning system further comprising a blood vessel extraction correction modal to interact with the blood vessel extraction modalities, and to edit the extracted three-dimensional vessel region.
【청구항 5】  [Claim 5]
게 1 항에 있어서,  According to claim 1,
상기 종양 추출 모들과 상호 작용하며, 상기 추출된 3차원 종양 영역을 편집할 수 있는 종양 추출 보정 모들을 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  And a tumor extraction correction model that interacts with the tumor extraction models and is capable of editing the extracted three-dimensional tumor region.
【청구항 6】  [Claim 6]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 간 구획화 모들과 상호 작용하며, 상기 구분된 간 구획을 편집할 수 있는 간 구획화 보정 모들을 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  And a hepatic compartmentalization correction model that interacts with the hepatic compartmentalization models and is capable of editing the segmented hepatic compartments.
【청구항 7】  [Claim 7]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 간 추출 모들은 반자동 복합 (hybrid) 간 추출 방법을 수행할 수 있는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  The liver extraction model is a three-dimensional virtual liver surgery planning system capable of performing a semi-automatic hybrid (hybrid) liver extraction method.
【청구항 8】  [Claim 8]
제 7 항에 있어서,  The method of claim 7,
상기 반자동 복합 간 추출 방법은,  The semi-automatic complex liver extraction method,
사용자에 의해 다수의 CT 슬라이스로부터 선택된 다수의 씨앗 점 (seed point)들을 사용하여 패스트 마칭 레벨셋 (fast marching level set) 방법을 적용해 최초 간 영역을 도출하는 단계;  Deriving an initial liver region by applying a fast marching level set method using a plurality of seed points selected from a plurality of CT slices by a user;
상기 도출된 최초 간 영역을 역치 기반 레벨셋 (threshold-based level set) 방법올 통해 개선하는 단계; 및  Improving the derived first hepatic region through a threshold-based level set method; And
상기 추출된 간 영역을 2차원 시점에서 크기 조절이 가능한 원을 통해 보정하거나, 3차원 시점에서 크기 조절이 가능한 공 (ball)을 통해 보정하는 보정 단계; 을 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템. A correction step of correcting the extracted liver region through a circle whose size can be adjusted at a two-dimensional viewpoint or through a ball which can be adjusted at a three-dimensional viewpoint; 3D virtual liver surgery planning system comprising a.
【청구항 9】  [Claim 9]
제 8 항에 있어서,  The method of claim 8,
상기 보정 단계에서,  In the correction step,
3차원 시점 선택은 정면, 뒷면, 왼쪽면, 오른쪽면, 위쪽면, 아래쪽면의 버튼이 통합된 통합 3차원 시점 복원 버튼을 이용하여 구현하는 3차원 가상 간 수술 계획.시스템. 3D viewpoint selection is a 3D virtual liver surgery plan implemented using the integrated 3D viewpoint reconstruction button that integrates the front, back, left, right, top, and bottom buttons . system.
【청구항 10】  [Claim 10]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 혈관 추출 모듈은,  The blood vessel extraction module,
역치 구간 (threshold interval)과 씨앗 점을 사용하는 영역 확장 (region growing) 방법에 의해 간문맥, 간동맥, 그리고 간정맥의 3차원 영역을 추출하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  A three-dimensional virtual liver surgery planning system that extracts three-dimensional regions of the portal vein, hepatic artery, and hepatic vein by a region growing method using threshold intervals and seed points.
【청구항 11】  [Claim 11]
제 10 항에 있어서,  The method of claim 10,
상기 영역 확장 (region growing) 방법은,  The region growing method,
상기 추출된 간 영역이 올려진 CT 볼륨을 로딩하는 단계;  Loading a CT volume on which the extracted liver region is loaded;
상기 추출할 혈관이 포함될 수 있도록 구형 편집 도구를 통해 상기 간 영역을 편집하는 단계;  Editing the liver region with a sphere editing tool to include the blood vessel to be extracted;
상기 편집된 간 영역으로 CT 볼륨을 마스킹 (masking)하는 단계;  Masking a CT volume to the edited liver region;
다수의 CT 슬라이스에 사용자로부터 선택된 다수의 씨앗 점을 입력 받는 단계;  Receiving a plurality of seed points selected from a user in a plurality of CT slices;
상기 마스킹 (masking)된 CT 볼륨의 데이터 세트의 인텐시티 (intensity) 분포에 따라 초기 역치 구간 (threshold interval)을 찾는 단계;  Finding an initial threshold interval according to an intensity distribution of a data set of the masked CT volume;
상기 초기 역치 구간 (threshold interval)의 하위 임계점 (lower threshold)과 상위 임계점 (upper threshold)을 미세하게 조정하여 복수 개의 추가적인 역치 구간 (threshold interval)을 생성하는 단계 ; 및  Generating a plurality of additional threshold intervals by finely adjusting a lower threshold and an upper threshold of the initial threshold interval; And
초기 역치 구간과 추가적인 역치 구간 (threshold interval)을 기반으로 복수 개의 혈관 구조를 추출하여 용적 정보와 함께 3차원 시점에서 제공하는 단계; 를 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템. Extracting a plurality of blood vessel structures based on an initial threshold interval and an additional threshold interval and providing the same with volume information in a three-dimensional view; 3D virtual liver surgery planning system comprising a.
【청구항 12]  [Claim 12]
제 11 항에 있어서,  The method of claim 11,
상기 추출된 혈관을 사용자가 2차원 또는 3차원 시점에서 원형 또는 구형 편집 도구를 통해 편집할 수 있는 단계를 더 포함하는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  And a step of allowing the user to edit the extracted blood vessel through a circular or spherical editing tool at a two-dimensional or three-dimensional point of view.
【청구항 13】  [Claim 13]
제 1 항에 있어서,  The method of claim 1,
상기 간 구획화 모듈은,  The liver compartmentalization module,
세그먼트 (segment) 1 형성하는 단계;  Forming segment 1;
상기 간을 좌엽과 우엽으로 구분하는 단계;  Dividing the liver into left and right lobes;
상기 우엽을 전분절 (anterior sector)과 후분절 (posterior sector)로 구분하는 단계;  Dividing the right lobe into an anterior sector and a posterior sector;
상기 좌엽을 내분절 (medial sector) (세그먼트 4)과 외분절 (lateral sector)로 구분하는 단계;  Dividing the left lobe into a medial sector (segment 4) and a lateral sector;
상기 후분절 (posterior sector)을 세그먼트 (segment) 6과 세그먼트 (segment) 7로 구분하는 단계;  Dividing the posterior sector into segment 6 and segment 7;
상기 전분설 (anterior sector)을 세그먼트 (segment) 5와 세그먼트 (segment) 8로 구분하는 단계; 및  Dividing the anterior sector into segment 5 and segment 8; And
상기 외분절 (lateral sector)을 세그먼트 (segment) 2와 세그먼트 (segment) The lateral sector is divided into segment 2 and segment
3으로 구분하는 단계; Dividing by three;
를 수행하도록 구성되는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  3D virtual liver surgery planning system configured to perform.
【청구항 14】  [Claim 14]
거 11 항에 있어서,  According to claim 11,
상기 추출된 간, 혈관, 종양, 그리고 간 구획들의 실시간 용적계산 값을 나타내는 3차원 가상 간 수술 계획 시스템.  3D virtual liver surgery planning system showing the real-time volumetric calculation value of the extracted liver, blood vessels, tumors, and liver compartments.
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