KR100397553B1 - 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 기울어진 방향으로 얻어진 연속 단면영상으로부터 직육면체 모양의 볼륨데이터를 얻는 과정에 관한 것이다.

촬영된 영상의 구조적 왜곡을 무시하고 획득된 연속 단면영상을 그대로 쌓아 볼륨데이터를 생성하거나, 영상의 구조적 왜곡을 제거하기 위해 연속 단면영상을 삼차원상에서 재표본화 함으로써 계산량이 증가하고 화질이 저하되는 기존의 방법과 달리, 본 발명에 따른 방법에서는 각 단면영상을 계산한 옵셋만큼 해당 단면영상 내에서 이동(shift)시켜 일차원 보간한 결과를 이미 할당된 볼륨데이터의 정해진 위치에 채워넣음으로써 직육면체 모양의 볼륨데이터를 생성하는 방법이다.

따라서 영상의 구조적 왜곡을 제거할 뿐 아니라 삼차원 보간 방법에 비해 화질이 우수하고 매우 적은 계산량을 필요로 한다.

Description

경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법 {Volume data formation method}

본 발명의 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기울어진 방향으로 얻어진 연속 단면영상으로부터 직육면체 모양의 볼륨데이터를 얻는 과정에 관한 것이다.

전산화단층촬영(computed tomography; CT)이나 자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI) 등을 위한 의료 장비는 이차원의 연속 단면영상을 제공하는데, 이들을 재구성하여 삼차원으로 가시화 하기 위해서는 삼차원 가시화 소프트웨어가 필요하다.

상기 삼차원 가시화 소프트웨어의 효율적인 구현을 위해서 연속 단면영상을 하나의 볼륨데이터로 구성하여 메모리에 저장해야 데이터의 핸들링(handling)을 용이하게 할 수 있다.

한편, 전산화단층촬영이나 자기공명영상 촬영에서는 일반적으로 환자가 들어가는 환자 테이블의 축 방향에 수직하게 단면영상들을 얻는다.

이 때 이들 연속 단면영상들의 모양이 직사각형이라고 가정하면 이들을 순서대로 쌓아 직육면체 모양의 볼륨데이터를 얻을 수 있으며, 이 경우 촬영된 입체의 삼차원 구조에 왜곡이 생기지 않는다.

그러나 경우에 따라서는 해부학적 구조의 특징을 고려하여 환자 테이블 축에 수직한 단면보다는 상기 단면으로부터 일정한 각도로 기울여 촬영하는 수가 있다.

이 경우 연속 단면영상들을 그대로 쌓아 볼륨데이터를 얻는 경우에는 촬영된 삼차원 입체의 구조에 왜곡이 생기므로, 구조의 왜곡을 제거하기 위하여 획득된 연속 단면영상들을 이루는 픽셀(pixel)들의 밝기값(intensity value)을 삼차원 보간(interpolation)하여 직육면체의 모양을 갖는 볼륨을 이루는 복셀(voxel)들의 밝기값을 만들어내는 재표본화(resampling) 과정을 거쳐야 한다.

하지만 삼차원 보간을 필요로 하는 재표본화 과정에 의해 밝기값의 변화가 큰 영상에 대하여 알리어싱(aliasing)이 발생하므로, 볼륨데이터를 생성하는 과정에서 구조적인 왜곡은 사라질지 모르나 영상의 질이 감소하게 되어 최종 영상의 질을 저하시키는 요인이 된다.

또한 재표본화 과정을 위해 대량의 연속 단면영상을 삼차원 보간을 위해 많은 계산량이 필요하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전산화단층촬영이나 자기공명영상 촬영 등으로 단면영상을 획득할 때, 기울어진 단면으로부터 이차원 영상을 획득하는 경우 직육면체 모양의 볼륨데이터로 변환하는 과정에서 재표본화 과정의 왜곡을 최소화하여 최종 영상의 질을 저하시키지 않고 재표본화 과정의 계산량을 줄일 수 있는 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법을 제공하는데 있다.

본 발명에서는 기울어진 방향으로 얻어진 연속 단면영상으로부터 직육면체 모양의 볼륨데이터를 얻는 과정을 제안한다.

촬영된 영상의 기울어짐을 무시하고 연속 단면영상을 그대로 쌓아 볼륨데이터를 생성하여 왜곡이 발생하거나, 또는 기울어짐을 보정하기 위해 연속 단면영상을 삼차원상에서 직접 재표본화 함으로써 계산량이 증가하고 화질이 저하되는 기존의 방법과 달리, 본 발명은 각 단면영상을 다른 단면영상을 이용하지 않고 해당 단면영상 내에서 이동시켜 일차원 보간한 결과를 이미 할당된 볼륨데이터의 정해진 위치에 채워넣음으로써 직육면체 모양의 볼륨데이터를 생성하는 방법이다.

따라서 영상의 구조적 왜곡을 제거할 뿐 아니라 삼차원 보간 방법에 비해 화질이 우수하고 매우 적은 계산량을 필요로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 생성된 볼륨데이터를 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 볼륨데이터의 생성과정을 보여주는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 환자 테이블 20 : 단면영상

30 : 볼륨데이터

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 해서 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

먼저 본 발명의 기본적인 구성을 살펴보면, 기울어진 방향으로 얻어진 연속 단면영상을 기울어진 각도()를 고려하여 획득된 방향으로 나열하고, 이를만큼 회전된 직육면체 모양의 볼륨데이터에 저장함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따라 생성된 볼륨데이터를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 각도가, 환자 테이블(10)보다만큼 기울어진장의 연속 단면영상(20)의 수직() 방향 인접 픽셀의 물리적인 길이 즉, 픽셀 간격(pixel spacing)은(mm), 수평() 방향의 픽셀 간격은(mm), 슬라이스갭(slice gap)은(mm)가 되고 슬라이스된 하나의 단면영상(20) 크기는가 된다.

여기서는 수직() 방향의 픽셀 수이고,는 수평() 방향의 픽셀 수이다.

본 발명에 따른 볼륨데이터(30) 생성방법은 기울어진 각도를 고려하여 연속 단면영상(20)을 해당 단면영상 내에서 이동한 후, 획득된 방향으로 나열하고 이를만큼 회전된 직육면체 모양의 볼륨테이터(30)에 저장하는 것이다.

이 때, 본 발명에 의해 생성된 볼륨데이터(30)의 크기를라 하고 , , 방향의 복셀 간격을 각각,,라 하면,, , , 이 성립한다.

도 1로부터 수학식 1에 의해방향의 복셀수()를 구할 수 있다.

번째 단면영상의 ( , )에서의 밝기값을(는 각각,,인 정수)이라고 하면, 이를 이용하여 새롭게 생성된 볼륨데이터의 () 좌표에 존재하는 복셀의 밝기값(는,,인 정수)은 수학식 2와 같이 계산되는를 옵셋(offset)으로 하고 단면영상을 이 옵셋만큼방향으로 이동하여에 저장함으로써 일차원 보간하여 구할 수 있다.

예를 들어 일차원 선형 보간을 사용하는 경우 수학식 3과 같이 구할 수 있다.

여기서,이고는 수학식 4와 같이 정의되는 함수이다.

일차원 선형 보간 방법 사용시,를 계산하기 위해를 일차원 보간시에 사용하였다면값을 계산하기 위해 구해야 하는는 수학식 5와 같이 구해진다.

상기 수학식 5로부터값은 각 단면영상(20)에 대해서는 일정하게 정해지는 값이 되는 것을 알 수 있다.

따라서 일차원 선형 보간 방법 사용시 각 단면영상(20)에 해당하는값을 구하고 이를 이용하여 일차원 보간을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 볼륨데이터 생성과정을 나타내는 순서도이다.

먼저 상기 수학식 1에 의해를 계산하여(S10), 크기의 메모리를 미리 할당한다(S20).

모든 슬라이스가 재표본화 되었는지 판단하여(S30) 모든 슬라이스가 재표본화 되지 않았으면, 각 슬라이스에 대하여 상기 수학식 2에 의해를 계산하고 이를 이용하여 해당 슬라이스 영상을만큼 이동시켜 일차원 보간을 수행해서 볼륨데이터(30)의 해당 위치에 저장한다(S40).본 발명의 실시예에서 슬라이스 영상을 이동시키는 일차원 보간의 예로 선형 보간을 예를 들어 설명하였으나 슬라이스 내에서 영상을 이동시키기 위해 다른 보간 방법을 사용한다 할지라도 본 발명의 청구범위에 포함된다고 할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명의 볼륨생성방법에서는 직육면체 모양의 볼륨데이터를 얻기 위해 이미 획득된 각 단면영상을 서로 다른 단면영상을 사용하지 않고 일차원 보간만을 수행하여 각 단면영상만을 재표본화하므로, 서로 다른 단면영상을 이용해 삼차원 보간을 사용하여 볼륨데이터를 얻는 기존의 방법에 비해 계산량이 매우 적다.

또한 영상간 재표본화 결과 데이터와 본 발명에서 영상내의 이동만으로 일차원 보간된 결과 데이터를 원영상과 비교하여 보면 본 발명을 이용한 결과 데이터의 왜곡이 적으므로, 제안된 방식을 사용하면 기존의 방식보다 왜곡을 현저히 줄일 수 있다.

Claims (3)

1. 이차원의 연속 단면영상을 하나의 볼륨데이터로 재구성하여 삼차원으로 가시화하는 방법에 있어서;

   각도()만큼 기울여 얻어진 상기 연속 단면영상 간의 물리적 상대 위치를 그대로 유지시키고, 이를 모두 포함하는 연속 단면영상의 개수 만큼의 슬라이스(slice)로 이루어진 직육면체를 이루는 각 복셀 위치에서 단면영상을 1차원 재표본화(resampling)하여, 이를만큼 회전된 직육면체 모양의 볼륨데이터에 저장함을 특징으로 하는 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법.
2. 청구항 1에 있어서, 수직()방향의 복셀수를, 수평()방향의 복셀수를, 상기 슬라이스 수를라고 할 때, 상기 연속 단면영상을크기를 갖는 볼륨데이터에 저장하는 방법은,

   수평()방향의 복셀수()를 계산하는 복셀수계산단계와,

   상기를 이용하여, 크기의 메모리를 할당하는 메모리할당단계와,

   각 슬라이스 영상마다 수학식 6에 의해 옵셋를 구하고, 해당 슬라이스 영상을방향으로 이 옵셋()만큼 이동시킴으로써 일차원 보간해서 볼륨데이터를 얻는 일차원보간단계로 구성됨을 특징으로 하는 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법.

   (는 슬라이스갭,은 연속 단면영상의 수,는 영상단면의 기울어진 각도)
3. 청구항 2에 있어서, 상기는 수학식 7에 의해 계산됨을 특징으로 하는 경사진 연속 단면영상의 볼륨데이터 생성방법.

   (는방향의 픽셀수,는방향의 픽셀간격,는방향의 복셀간격)