KR102558791B1 - 3차원 x선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절와 영역을 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

3차원 x선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절와 영역을 분리하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

3차원 X선 영상에서 턱관절(Temporomandibular Joint: TMJ)의 관절구(Condyle) 영역과 상기 턱관절의 관절와(Fossa) 영역을 분리하기 위한 장치가 개시된다. 개시된 장치는, 상기 3차원 X선 영상을 저장하는 저장부, 상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하도록 구성된 입력부, 및 상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면(curved plane)을 정의하도록 구성된 영상 처리부를 포함할 수 있다.

Description

3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절와 영역을 분리하는 방법 및 장치{Method and apparatus for separating areas representing a condyle and a fossa of a joint from each other in a 3-dimensional X-ray image}
본 발명은 X선 의료 영상 처리에 관한 것으로, 더 구체적으로는 3차원 X선 영상에서의 특징 추출 및 분할 처리 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 치과 진단 및 치료 용으로는 기존의 CT의 단점을 보완한 콘빔전산화단층촬영(Cone Beam Computational Tomography: CBCT) 장비를 사용하여 촬영한 영상을 주로 사용한다. CBCT의 대표적인 장점은 일반 CT에 비해 유효선량(방사선 노출량)이 적다는 점이다. 근래에는 CBCT 촬영 장비의 기술 발전에 따라 한 번에 촬영할 수 있는 영역의 넓이(Field of View: FOV)가 증가하였고, 이를 통해 환자의 치아와 구강 내부는 물론, 좌, 우의 턱관절(Temporomandibular Joint: TMJ)까지 동시에 촬영할 수 있게 되었다. 이에 힘입어 치과뿐만이 아니라 구강 외과에서 CBCT 촬영 장비에 의해 촬영한 턱관절 영상을 이용하여 턱관절 장애(TMJ disorder)까지 진단하고 치료할 수 있게 되었다.
그러나, 턱관절 상단의 관절와(Fossa)와 하단의 관절구(Condyle)는 항상 접촉한 상태에서 움직이기 때문에, 두 부분이 분리되지 않은 턱관절의 원본 영상만을 가지고는 두 부분의 접촉면의 상태를 파악하기가 어렵다. 자칫 턱관절 영상만에 의존할 경우 오진의 가능성도 잠재한다. 이 때문에, 턱관절의 정확한 진단과 치료를 위해서는 관절구 상단의 관절와 영역과 관절구 영역을 분리해서 독립적으로 관절구의 접촉면을 관찰해야 할 필요가 있다.
관절구 영역과 관절와 영역을 분리하기 위해, 기존에는 3차원 렌더링 영상 등에서 관절구 영역 주위 부분을 조각하듯이 수작업으로 깍아 내어 관절구 영역을 분리하는 수동 절삭(sculpture) 방식을 사용해 왔다. 그러나, 이러한 방식은 사용자인 의사들이 수행하기에는 불편한 점이 있고 시간적으로도 비효율적일뿐더러 정확하게 잘라내기까지 많은 시행착오를 거쳐야 한다는 한계가 있다. 이 때문에 이 방식은 현실적으로 진료에 사용하기에는 적합하지가 않은 것으로 평가되고 있다. 이외에도, 관절구 영역과 관절와 영역을 전 자동 방식으로 분할하는 몇몇의 영상 분할 알고리즘이 알려져 있기는 하지만, 이러한 알고리즘들은 영상의 크기에 비례하여 시스템 연산 시간이 기하급수적으로 증가하거나 특정 조건이 만족되었을 경우에만 영상 분할의 정확도가 보장되는 등의 단점이 있다.
본 발명의 과제는 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 간편한 사용자 조작만으로 빠르고 정확하게 분리하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측면에서, 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 상기 관절의 관절와 영역을 분리하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는, 상기 3차원 X선 영상을 저장하는 저장부, 상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하도록 구성된 입력부, 및 상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면(curved plane)을 정의하도록 구성된 영상 처리부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 입력부는 상기 3차원 X선 영상에서 상기 관절의 영역이 포함된 3차원 관심 영역(Region of Interest: ROI)을 지정하는 사용자 입력을 더 수신하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해 표준 곡선을 정의하도록 더 구성될 수 있다. 여기서, 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가질 수 있다. 상기 영상 처리부는, 상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 위치 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하도록 더 구성될 수 있다. 상기 영상 처리부는 상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해, 표준 곡선을 정의하도록 더 구성될 수 있다. 여기서, 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가질 수 있다. 상기 영상 처리부는, 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 점들의 적어도 하나의 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성하고, 상기 분리점들의 집합을 보정하여 분리 곡선을 생성하도록 더 구성될 수 있다. 상기 영상 처리부는, 상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 해당 단면 영상을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하고, 상기 표준 곡선의 상기 한 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 상기 한 점에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화 및/또는 상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합에 기초하여 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이를 조정하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 해당 단면 영상을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하고, 상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합이 최소가 되도록 상기 표준 곡선의 너비를 조정하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 분리 곡선들이 이루는 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링(2-dimensional smoothing filtering)을 수행하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 영상 처리부는, 상기 곡면을 참조하여 상기 관절구 영역을 상기 관절와 영역과 분리하여 디스플레이 상에 표시하도록 더 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 관절은 인체의 턱관절(Temporomandibular Joint: TMJ)을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 상기 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계, 및 상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 3차원 X선 영상에서 상기 관절의 영역이 포함된 3차원 관심 영역을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 지정된 기준점의 수평 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계는, 상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해, 표준 곡선을 정의하는 단계 - 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가짐 -, 및 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계를 수행하는 단계, 및 상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계는, 상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해, 표준 곡선을 정의하는 단계 - 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가짐 -, 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 점들의 적어도 하나의 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성하는 단계, 및 상기 분리점들의 집합을 보정하여 분리 곡선을 생성하는 단계를 수행하는 단계, 및 상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계는, 상기 해당 단면 영상을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하는 단계, 및 상기 표준 곡선의 상기 한 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 상기 한 점에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화 및/또는 상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합에 기초하여 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계는, 상기 해당 단면 영상을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하는 단계, 및 상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합이 최소가 되도록 상기 표준 곡선의 너비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하는 단계는, 상기 분리 곡선들이 이루는 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방법은 상기 곡면을 참조하여 상기 관절구 영역을 상기 관절와 영역과 분리하여 디스플레이 상에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 간편한 사용자 조작만으로 빠르고 정확하게 분리하여 그에 대한 영상을 제시함으로써 턱관절의 정확한 진단을 가능하게 하고 나아가 효율적인 수술 계획, 환자 상담 등을 진행할 수 있도록 하는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하기 위한 장치의 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 3차원 관심 영역을 지정하는 방식을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 선택된 3차원 관심 영역의 단면을 예시하는 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 선택된 또 다른 3차원 관심 영역의 단면을 예시하는 사진을 도시한 도면이다.
도 6은 사용자로 하여금 3차원 X선 영상에서의 기준점과 3차원 관심 영역을 선택할 수 있도록 하기 위해 도 1의 장치에 의해 디스플레이부에 제공되는 사용자 인터페이스 화면의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면으로서, 단면 영상에 대하여 사용자에 의해 지정된 기준점을 기준으로 표준 곡선이 정의되는 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 표준 곡선의 정점이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈으로 이동된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다.
도 9는 표준 곡선의 너비가 조정된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다.
도 10은 관절구 영역만을 분리하여 표시한 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점들과 특징들 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐이고, 이러한 용어의 사용에 의해 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성이 배제되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예에 있어서 '모듈' 혹은 '부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 기능적 부분을 의미할 수 있다.
덧붙여, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하기 위한 장치의 구성의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 입력 인터페이스(110), 영상 처리부(120), 저장부(130) 및 디스플레이부(140)를 포함할 수 있다. 입력 인터페이스(110)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행하기 위하여 사용자 명령을 입력하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 모듈로 구성될 수 있다. 입력 인터페이스(110)는 필요한 다양한 명령을 영상 처리부(120)로 입력하거나, 치과용 단층촬영으로 획득한 환자의 3차원 X선 영상 데이터 등의 다양한 X선 영상 데이터를 저장부(130)로 입력하거나, 디스플레이된 영상의 일부 또는 전부를 지시하여 이에 따른 다양한 영상 처리를 수행하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 입력 인터페이스(110)는 또한 3차원 X선 영상에서 임의의 점을 지정하여 입력하거나, 관절의 영역이 포함된 3차원 관심 영역(Region of Interest: ROI)을 지정하여 입력하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 입력 인터페이스(110)는 컴퓨터의 키보드(keyboard), 키패드(keypad), 터치패드(touchpad), 마우스(mouse) 등을 포함할 수 있으나, 입력 인터페이스의 종류가 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 입력 인터페이스(110)는 전술한 입력 장치들을 이용하여 제어 가능한 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface)를 포함할 수도 있다. 디스플레이부(140)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 형성된 영상들을 디스플레이하기 위한 것으로, LCD 디스플레이, LED 디스플레이, AMOLED 디스플레이, CRT 디스플레이 등의 다양한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
저장부(130)는 치과용 단층촬영으로 획득한 환자의 3차원 X선 영상 등 다양한 X선 영상을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 저장부(130)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행함에 따른 중간 결과의 영상 데이터, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행함으로써 얻어진, 결과 영상 데이터, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 영상 처리를 수행하는데 필요한 변수값들을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 저장부(130)는 전술한 각종 영상들을 DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 형식 또는 일반적인 이미지 파일 형식(BMP, JPEG, TIFF 등)으로 저장할 수 있다. 저장부(130)는 영상 처리부(120)의 구현에 필요한 소프트웨어/펌웨어 등을 더 저장할 수 있다. 저장부(130)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드(MultiMedia Card: MMC), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD(Secure Digital) 카드 또는 XD(eXtream Digital) 카드 등), RAM(Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광 디스크 중 어느 하나의 저장 매체로 구현될 수 있으나, 당업자라면 저장부(130)의 구현 형태가 이에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다.
영상 처리부(120)는 저장부(130)로부터 3차원 X선 영상 데이터의 전부 또는 일부를 독출하여 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하는 영상 처리 기능을 구현하도록 구성될 수 있다. 영상 처리부(120)는 사용자에게 관절의 영역이 포함된 3차원 X선 영상에서의 3차원 관심 영역과 3차원 관심 영역 내의 임의의 점을 지정하도록 프롬프팅(prompting)하고, 사용자에 의해 지정되어 입력 인터페이스(110)를 통해 입력된 전술한 3차원 관심 영역 및 임의의 점에 관한 정보를 저장부(130)에 저장하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 영상 처리부(120)는 인체의 두부에 대한 3차원 X선 영상을 렌더링한 영상 및 동 3차원 영상에 대한 엑시얼(Axial) 방향의 단면 영상을 표시하는 사용자 인터페이스 화면을 디스플레이부(140)에 표시하고, 사용자가 이를 참조하여 3차원 관심 영역 및 임의의 점을 간편하고 용이하게 선택할 수 있도록 해 주는 다양한 유틸리티 기능을 제공하도록 더 구성될 수 있다. 영상 처리부(120)는 사용자에 의해 지정된 임의의 점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 관절구 영역과 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면(curved plane)을 정의하도록 더 구성될 수 있다.
다양한 실시예에서, 영상 처리부(120)는, 3차원 관심 영역의 단면 영상들의 각각에 대해 표준선, 일례로 표준 곡선을 정의하도록 구성될 수 있다. 여기서, 표준 곡선의 한 점은 입력 인터페이스(110)를 통해 사용자가 입력한 임의의 점의 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 영상 처리부(120)는 표준 곡선의 점들이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 표준 곡선의 한 점의 위치 및/또는 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하도록 더 구성될 수 있다.
영상 처리부(120)는 3차원 관심 영역의 각각의 단면 영상을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하도록 구성될 수 있다. 영상 처리부(120)는 3차원 관심 영역의 각각의 단면 영상에 대해 정의된 표준 곡선의 한 점의 위치가 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 표준 곡선의 한 점의 위치를 수직 또는 수평 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 영상 처리부(120)는 표준 곡선의 한 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 한 점에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화 및/또는 표준 곡선의 점들에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합에 기초하여 표준 곡선의 한 점의 높이를 조정하도록 더 구성될 수 있다.
영상 처리부(120)는 표준 곡선이 관절구 영역으로 좀 더 근사하게 커버할 수 있도록 하기 위해 표준 곡선의 너비를 조정하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 영상 처리부(120)는 표준 곡선의 점들에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합이 최소가 되도록 표준 곡선의 너비를 조정하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 영상 처리부(120)는 표준 곡선의 점들이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 표준 곡선의 점들의 적어도 하나의 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성하고, 분리점들의 집합을 보정하여 분리 곡선을 생성하도록 더 구성될 수 있다.
영상 처리부(120)는 생성된 분리 곡선들을 이용하여 관절구 영역과 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하도록 더 구성될 수 있다. 영상 처리부(120)는 분리 곡선들이 이루는 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링(2-dimensional smoothing filtering)을 수행하도록 더 구성될 수 있다. 영상 처리부(120)는 정의된 곡면을 참조하여 관절구 영역을 관절와 영역과 분리하여 디스플레이부(140) 상에 표시하도록 더 구성될 수 있다.
영상 처리부(120)는, 하드웨어적 측면에서 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuits: ASICs), 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processors: DSPs), 디지털 신호 처리 소자(Digital Signal Processing Devices: DSPDs), 프로그램 가능 논리 소자(Programmable Logic Devices: PLDs), 현장 프로그램 가능 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Arrays: FPGAs), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서 (microprocessors) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 영상 처리부(120)는 또한 전술한 하드웨어 플랫폼(platform) 상에서 실행 가능한 펌웨어(firmware)/소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 이 경우, 펌웨어/소프트웨어 모듈은 적절한 프로그램(program) 언어로 쓰여진 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 애플리케이션(software applications)에 의해 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 3차원 관심 영역을 지정하는 방식을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 선택된 3차원 관심 영역의 단면을 예시하는 사진을 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 선택된 또 다른 3차원 관심 영역의 단면을 예시하는 사진을 도시한 도면이다. 도 6은 사용자로 하여금 3차원 X선 영상에서의 기준점과 3차원 관심 영역을 선택할 수 있도록 하기 위해 도 1의 장치에 의해 디스플레이부에 제공되는 사용자 인터페이스 화면의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 7은 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면으로서, 단면 영상에 대하여 사용자에 의해 지정된 기준점을 기준으로 표준 곡선이 정의되는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 표준 곡선의 한 점, 일례로 정점이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈으로 이동된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다. 도 9는 표준 곡선의 너비가 조정된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다. 도 10은 관절구 영역만을 분리하여 표시한 영상의 일 실시예의 사진을 도시한 도면이다. 이하, 도 2 내지 도 10을 참조하면서 본 발명에 따라 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법의 일 실시예를 설명하기로 한다. 다만, 이하에서는 관절의 관절구 영역과 관절와 영역의 일 예로서 인체의 턱관절의 관절구 영역과 관절와 영역을 들어 본 방법의 일 실시예를 설명하기로 한다. 또한 이하의 설명에서는, 3차원 X선 영상에서 환자의 얼굴의 좌측 또는 우측의 단면 영상(새지털 단면 영상(sagittal view))이 도 3에 도시된 바와 같은 X-Y 평면상에 정렬되도록 3차원 X선 영상의 복셀 데이터가 구조화되어 있다고 가정한다.
도 2를 참조하면, 본 방법의 일 실시예는 3차원 X선 영상에서 턱관절의 영역이 포함된 3차원 관심 영역(ROI)을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계(S210)로부터 시작된다. 본 단계에서, 사용자는 입력 인터페이스(110)를 이용하여, 도 3에 도시된 바와 같이 3차원 X선 영상에서 턱관절이 포함된 직육면체 또는 정육면체 형태의 부분 공간(subspace)을 지정할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자로 하여금 부분 공간을 지정할 수 있도록 하기 위해 3차원 X선 영상의 임의의 단면 영상을 디스플레이부(140)에 표시할 수 있다. 이 경우 임의의 단면 영상은, 예컨대 도 4에 도시된 바와 같은 새지털 방향의 단면 영상(sagittal view) 또는 도 5에 도시된 바와 같은 엑시얼 방향의 단면 영상(axial view)일 수 있다. 일 실시예에서, 새지털 방향의 단면 영상과 엑시얼 방향의 단면 영상은 MPR(Multi-Planar Reconstruction)을 이용하여 디스플레이부(140)에 표시하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 사용자는 디스플레이부(140)에 표시되는 도 4의 새지털 방향의 단면 영상을 참조하면서, 도 3에 도시된 바와 같이 지정하기를 원하는 수평 방향의 세그먼트(ΔX)의 끝 점들의 좌표(X1, X2), 수직 방향의 세그먼트(ΔY)의 끝 점들의 좌표(Y1, Y2) 및 깊이 방향의 세그먼트(ΔZ)의 끝 점들의 좌표(Z1, Z2)를 입력 인터페이스(110)를 이용하여 입력함으로써 3차원 X선 영상에서의 부분 공간을 지정할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자가 수평 방향의 세그먼트(ΔX)의 끝 점들의 좌표(X1, X2) 및 수직 방향의 세그먼트(ΔY)의 끝 점들의 좌표(Y1, Y2) 만을 입력하면 깊이 방향의 세그먼트(ΔZ)의 끝 점들의 좌표(Z1, Z2)가 디폴트(default) 값으로 자동으로 지정되도록 할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 전술한 바와 같이 사용자로 하여금 세그먼트들의 끝 점들의 좌표들을 직접 입력하도록 하는 대신, 사용자로 하여금 디스플레이부(140) 상에 표시된 새지털 방향의 단면 영상에서 지정하기를 원하는 XY 평면상의 사각형의 꼭지점을 마우스로 클릭하고 그 대각선 쪽의 꼭지점까지 드래그하도록 하는 한편 깊이 방향의 세그먼트(ΔZ)는 자동으로 지정되도록 함으로써 부분 공간이 지정되도록 할 수도 있다.
도 5에 도시된 엑시얼 방향의 단면 영상을 참조하면서도 유사한 방식으로 부분 공간을 지정하는 것이 가능하다. 이 경우, 엑시얼 방향의 단면 영상은, 도 5에 도시된 바와 같이 관절구의 단면이 반영된 단면 영상일 수 있다. 일 실시예에서, 사용자는 디스플레이부(140)에 표시되는 도 5의 엑시얼 방향의 단면 영상을 참조하면서, 도 3에 도시된 바와 같이 지정하기를 원하는 수평 방향의 세그먼트(ΔX)의 끝 점들의 좌표(X1, X2), 수직 방향의 세그먼트(ΔY)의 끝 점들의 좌표(Y1, Y2) 및 깊이 방향의 세그먼트(ΔZ)의 끝 점들의 좌표(Z1, Z2)를 입력 인터페이스(110)를 이용하여 입력함으로써 3차원 X선 영상에서의 부분 공간을 지정할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자가 수평 방향의 세그먼트(ΔX)의 끝 점들의 좌표(X1, X2) 및 깊이 방향의 세그먼트(ΔZ)의 끝 점들의 좌표(Z1, Z2) 만을 입력하면 수직 방향의 세그먼트(ΔY)의 끝 점들의 좌표(Y1, Y2)가 디폴트 값으로 자동으로 지정되도록 할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는, 전술한 바와 같이 사용자로 하여금 세그먼트들의 끝 점들의 좌표들을 직접 입력하도록 하는 대신, 사용자로 하여금 디스플레이부(140) 상에 표시된 엑시얼 방향의 단면 영상에서 지정하기를 원하는 XZ 평면상의 사각형의 꼭지점을 마우스로 클릭하고 그 대각선 쪽의 꼭지점까지 드래그하도록 하는 한편 수직 방향의 세그먼트(ΔY)는 자동으로 지정되도록 함으로써 부분 공간이 지정되도록 할 수도 있다.
지정된 부분 공간은 위와 같이 지정된 좌표들에 의해 구획되는 3차원 X선 영상의 픽셀 위치들에서의 픽셀값들로 이루어진 복셀들(voxels)의 집합으로 이루어지며, 이들에 관한 정보는 영상 처리부(120)의 제어하에 저장부(130)에 저장된다. 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 X선 영상에서 선택된 3차원 관심 영역(ROI)의 단면이 도 4 및 도 5에 예시되어 있다.
다음으로 단계(S220)에서는, 단계(S210)에서 지정된 3차원 관심 영역 내에서 관절구 영역 내의 임의의 점을 지정하는 사용자 입력을 수신한다(이하, 전술한 임의의 점을 '기준점'이라 칭한다). 다양한 실시예에서, 본 단계는 지정된 3차원 관심 영역의 단면 영상을 디스플레이부(140)에 표시하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 단면 영상은, 단계(S210)에서와 마찬가지로 새지털 방향의 단면 영상 또는 엑시얼 방향의 단면 영상일 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(S210)에서 사용자가 새지털 방향의 단면 영상을 참조하면서 3차원 관심 영역을 지정한 경우 상기 단면 영상은 3차원 관심 영역의 새지털 방향의 단면 영상일 수 있고, 단계(S210)에서 사용자가 엑시얼 방향의 단면 영상을 참조하면서 3차원 관심 영역을 지정한 경우 상기 단면 영상은 3차원 관심 영역의 엑시얼 방향의 단면 영상일 수 있다. 3차원 관심 영역의 새지털 방향의 단면 영상 또는 3차원 관심 영역의 엑시얼 방향의 단면 영상이 디스플레이부(140)에 표시되면, 사용자는 이들을 참조하면서 전술한 기준점을 지정할 수 있다.
이상으로 설명한 실시예에서는 단계(S210)를 통해 3차원 X선 영상에서 3차원 관심 영역을 지정한 후 단계(S220)를 통해 3차원 관심 영역 내에서 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 것으로 기술하였으나, 사용자가 3차원 X선 영상의 새지털 방향의 단면 영상 또는 관절구의 단면이 반영된 엑시얼 방향의 단면 영상을 참조하면서 관절구 영역 내의 기준점을 지정하면 지정된 기준점을 기준으로 일정 영역이 3차원 관심 영역으로 설정되도록 하는 것도 가능하다. 일 실시예에서, 3차원 관심 영역은 지정된 기준점을 중심으로 1 x 1 x 1 인치 또는 2 x 2 x 2 인치의 볼륨을 갖도록 디폴트로 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자에게 3차원 관심 영역의 크기에 관한 다양한 옵션을 제공하고 사용자로 하여금 원하는 크기를 선택하도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 턱관절이 포함된 3차원 영역의 크기에 맞추어 3차원 관심 영역이 지정된 기준점을 기준으로 자동으로 설정되도록 하는 것도 가능하다.
이제, 도 1의 장치에 의해 디스플레이부(140)에 제공되는 사용자 인터페이스 화면의 일 실시예를 도시한 도 6을 참조하면서, 사용자가 3차원 X선 영상에서의 3차원 관심 영역과 기준점을 선택하는 단계(S210) 및 단계(S220)의 다른 실시예들에 관해 설명하기로 한다. 도 6에서 좌로부터 첫번째 사진은 인체의 두부에 대한 3차원 X선 영상을 전면 방향으로 렌더링(rendering)한 영상의 사진(610)이고, 두번째 사진은 동 영상을 좌측면 방향으로 렌더링한 영상의 사진(620)이고, 세번째 사진은 동 3차원 X선 영상에 대한 엑시얼 방향의 단면 영상으로서 턱관절의 관절구의 단면이 반영된 단면 영상의 사진(630)을 도시한 도면이다.
사용자는 도 6에 도시된 사용자 인터페이스 화면을 참조하면서 입력 인터페이스(110)와 영상 처리부(120)에서 제공하는 이하의 유틸리티 기능들 중 적어도 하나를 활용하여 3차원 X선 영상에서의 3차원 관심 영역과 기준점을 설정할 수 있다.
관심 영역 상단 경계 설정 기능 ( ROI upper boundary locator)
사용자는 사진(610) 및 사진(620)을 참조하면서 사진(610)에 표시된 실선(617)을 마우스 등을 이용해 상하로 움직임으로써 관심 영역의 상단 경계를 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 상단 경계와 후술하는 하단 경계에 의해 선택된 사진(610) 및/또는 사진(620)에서의 영역은 주위 부분 보다 밝게 표시되도록 할 수 있다. 상단 경계를 설정하는데 있어서의 편의를 제공하기 위하여, 사용자가 사진(610)에서 실선(617)을 상하로 움직여 실선(617)의 위치를 조정하면 사진(620)에서도 동일하게 상단 경계를 표시하기 위해 실선(627)의 위치가 대응되게 조정될 수 있다.
관심 영역 하단 경계 설정 기능 ( ROI upper boundary locator)
사용자는 사진(610) 및 사진(620)을 참조하면서 사진(610)에 표시된 실선(618)을 마우스 등을 이용해 상하로 움직임으로써 관심 영역의 하단 경계를 설정할 수 있다. 상단 경계를 설정하는 경우와 마찬가지로, 하단 경계를 설정하는데 있어서의 편의를 제공하기 위하여, 사용자가 사진(610)에서 실선(618)을 상하로 움직여 실선(618)의 위치를 조정하면 사진(620)에서도 동일하게 하단 경계를 표시하기 위해 실선(628)의 위치가 대응되게 조정될 수 있다.
엑시얼 방향의 단면 영상에서의 기준점 설정 기능
사용자는 마우스 등을 이용하여 엑시얼 방향의 여러 단면 영상들 중 어느 하나의 단면 영상을 선택할 수 있다. 엑시얼 방향의 단면 영상들 중의 어느 하나를 선택함에 있어 턱관절의 관절구의 단면이 반영된 어느 하나의 단면 영상을 선택하는 것이 가능하다. 예시적으로 선택된 단면 영상의 사진이 도 6에 도면 부호 630으로 지시되어 있다. 단면 영상이 선택되면 사진(610) 및 사진(620)에서의 해당 단면의 위치들이, 상단 경계 및 하단 경계에 의해 선택된 영역(ROI) 내부에 점선(615) 및 점선(625)로 각각 표시될 수 있다. 또한, 사용자는 선택된 엑시얼 방향의 단면 영상의 사진(630)을 참조하면서 동 사진(630)에 오버레이되어 표시되는 두 개의 십자(+) 표식의 블록(632, 633)(Axial point locators)의 적어도 하나를 상하좌우로 움직여 십자 표식의 가운데 점이 기준점으로 선택하고자 하는 관절구의 위치에 배열되도록 할 수 있다. 일 실시예에서, 두 개의 십자 표식의 블록(632, 633)을 따로 따로 움직여 좌우의 관절구에 대해 서로 다른 기준점을 선택하도록 할 수 있다. 이 경우에는, 두 개의 기준점의 각각을 기준으로 하여 후술하는 단계(S230) 내지 단계(S280)를 별도로 수행함으로써 좌우 관절 모두에 대해 관절구 영역과 관절와 영역을 분리하는 것도 가능하다.
관심 영역 크기 설정 기능( ROI size set)
사진(630)의 하단에 있는 'Vertical'이라는 표시는 사진(630)의 엑시얼 단면 영상에서의 세로 방향을 나타내며, 'Horizontal' 이라는 표시는 사진(630)의 엑시얼 단면 영상에서의 가로 방향을 나타낸다. 'Vertical'이라는 표시 바로 아래의 메뉴 버튼(635)은 사진(630)에 오버레이되는 십자 표식의 블록(632, 633)의 세로 방향의 길이를 조정하기 위한 것으로, 메뉴 버튼(635)을 클릭하면 다양한 길이가 표시되고 이 중에서 3차원 X선 영상의 크기나 사용자가 보고 싶어하는 영역에 맞추어 어느 하나의 길이가 선택될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 세로 방향의 길이가 40mm로 선택되어 있다. 이와 유사하게, 'Horizontal'이라는 표시 바로 아래의 메뉴 버튼(637)은 사진(630)에 오버레이되는 십자 표식의 블록(632, 633)의 가로 방향의 길이를 조정하기 위한 것으로, 메뉴 버튼(637)을 클릭하면 다양한 길이가 표시되고 이 중에서 3차원 X선 영상의 크기나 사용자가 보고 싶어하는 영역에 맞추어 어느 하나의 길이가 선택될 수 있다. 도시된 실시예에서는, 가로 방향의 길이가 55mm로 선택되어 있다. 메뉴 버튼들(635, 637)을 이용하여 세로 방향의 길이와 가로 방향의 길이가 선택되면, 도시된 바와 같이 십자 표식의 블록(632, 633)의 세로 방향의 길이와 가로 방향의 길이가 그에 따라 조정되어 표시될 수 있다.
이상과 같이 지정된 기준점은, 도 7에 표시한 바와 같이 3차원 X선 영상 또는 3차원 관심 영역에서의 수평 방향의 좌표(Xp)와 수직 방향의 좌표(Yp)로 정의되며, 이에 관한 정보 또한 영상 처리부(120)의 제어하에 저장부(130)에 저장될 수 있다.
다시 도 2의 설명으로 돌아와서, 단계(S230)에서는, 3차원 관심 영역의 단면 영상들의 각각에 대해 표준선, 일례로 표준 곡선을 정의한다. 일 실시예에서, 이 경우의 단면 영상들은 새지털 방향의 단면 영상들일 수 있다. 일 실시예에서, 기준점을 포함하는 단면 영상으로부터 시작하여 그 앞뒤의 단면 영상들에 대해 차례로 표준 곡선이 정의될 수 있다. 표준 곡선으로서는 환자 얼굴을 좌측 또는 우측에서 관찰하였을 때 턱관절의 관절구와 유사한 모양을 갖는 임의의 곡선을 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 표준 곡선은 곡선 상의 모든 점의 위치를 편리하게 식별하기 위해 수학적인 함수로 표현이 가능한 곡선으로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 표준 곡선은 아래의 수학식 (1)로 표현되는 정규 분포(normal distribution) 곡선일 수 있다.
Figure 112016034173739-pat00001
수학식 (1)
수학식 (1)에서,
Figure 112016034173739-pat00002
는 단계(S220)에서 사용자에 의해 지정된 기준점의 수평 좌표(Xp), 즉 3차원 관심 영역에서 곡선의 정점이 위치하게 될 수평 좌표에 해당하고(도 7 참조),
Figure 112016034173739-pat00003
는 곡선의 너비를 조정하기 위한 변수, 즉 곡선의 정점으로부터 아래쪽으로 커버하는 넓이를 조정하기 위한 변수이고,
Figure 112016034173739-pat00004
는
Figure 112016034173739-pat00005
의 값이 결정됨에 따라 결정되는 값으로 곡선의 높이를 나타내는 값이다. 본 개시에 있어서,
Figure 112016034173739-pat00006
를 편의상 상수 값인
Figure 112016034173739-pat00007
로 칭한다. 표준 곡선으로서, 앞서 예시된 정규 분포 곡선 이외에도 레이라이 분포(Rayleigh distribution) 곡선 또는 상승 코사인(raised cosine) 함수 등 턱관절의 관절구와 유사한 모양을 갖는 어떠한 임의의 곡선도 선택할 수 있으며, 따라서 표준 곡선으로 선택 가능한 곡선이 본 개시에서 예시된 곡선들에 한정되는 것이 아님을 인식하여야 한다.
선택된 표준 곡선은, 도 7에 도시된 바와 같이 3차원 관심 영역의 단면 영상에서 사용자에 의해 지정된 기준점의 좌표(Xp, YP)를 정점의 좌표로 하며 이 정점을 중심으로 아래 방향으로 좌우로 연장되는 곡선으로서 정의된다. 임의의 단면 영상에 대해 표준 곡선이 정의되면 임의의 단면 영상의 앞뒤의 (새지털 방향의 단면 영상의 경우, 깊이 방향의) 단면 영상들에 대해서도 차례로 표준 곡선이 정의된다. 일 실시예에서, 각 단면 영상에 대해 모두 같은 표준 곡선을 선택하여 정의하는 것이 가능하다. 다른 실시예에서, 적어도 일부의 단면 영상들에 대해서는 서로 다른 표준 곡선을 선택하여 정의하는 것도 가능하다. 본 개시에 있어서, 단면 영상에 대해 표준 곡선이 정의된다는 의미는, 표준 곡선이 단면 영상에 중첩되어 디스플레이된다는 의미를 가질 수도 있으나, 주로 단면 영상의 픽셀들의 위치들 중에서 표준 곡선을 이루는 점들의 좌표들에 해당하는 픽셀들의 위치들이 영상 처리부(120)의 제어하에 저장부(130)에 저장된다는 의미로 이해할 수 있다.
단계(S240)에서는 3차원 관심 영역의 단면 영상들을 이진화하여 이진화 단면 영상들을 생성한다. 일 실시예에서, 3차원 관심 영역의 각 단면 영상에서 얼굴의 골격에 대응하는 영역을 나타내는 픽셀들의 휘도 값들 중 최소의 휘도 값을 기준으로 각 단면 영상에 대해 쓰레쉬홀딩(thresholding) 처리를 수행하여 각 단면 영상을 이진화할 수 있다. 각 단면 영상을 이진화하는 이유는, 표준 곡선을 이루는 점들 각각을 이동시켰을 때, 예컨대 해당 점이 여전히 뼈에 위치해 있는지 아니면 뼈와 뼈 사이의 틈으로 이동된 것인지의 여부를 경판정(hard decision) 할 수 있도록 하기 위함이다. 이진화된 단면 영상의 예가 도 7에 도시되어 있다. 일 실시예에서, 본 단계를 생략하는 것도 가능하다.
단계(S250)에서는, 각각의 단면 영상에 대해 정의된 표준 곡선을 조정하여 해당 단면 영상에 대해 분리 곡선을 생성할 수 있다. 본 단계에서는, 각각의 단면 영상에 대해 정의된 표준 곡선의 정점의 위치가 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 표준 곡선의 정점의 위치를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 표준 곡선의 정점을 수직 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 정점에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화 및/또는 표준 곡선의 점들에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합에 기초하여 표준 곡선의 정점의 높이를 조정할 수 있다. 예컨대, 표준 곡선의 정점을 위로 이동시킴으로써 정점에 해당하는 픽셀의 휘도 값이 이동 전에 비해 줄어 들었으나(예컨대, 1에서 0으로), 전술한 휘도 값들의 합이 줄어 들지 않거나 더 커졌다면, 표준 곡선의 정점이 아직 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈으로 이동되지 못한 것이라 판단할 수 있다. 반면에, 표준 곡선의 정점을 위로 이동시킴으로써 정점에 해당하는 픽셀의 휘도 값이 이동 전에 비해 줄어 들었고 이와 동시에 전술한 휘도 값들의 합도 줄어 들었다면 표준 곡선의 정점이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈으로 이동된 것이라 판단할 수 있다. 표준 곡선의 정점이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈으로 이동된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진이 도 8에 도시되어 있다.
본 단계에서는, 선택적으로 표준 곡선의 정점의 위치를 수평 방향으로 선정된 범위 내에서 이동시킬 수 있다. 사용자가 육안으로 가늠하여 지정한 임의의 점이 반드시 이상적이지 않을 수 있다는 가정하에, 표준 곡선이 관절구 영역을 아래 쪽으로 좀 더 근사하게 커버할 수 있도록 하기 위함이다. 일 실시예에서, 표준 곡선의 정점을 수평 방향으로 이동시키기 위한 기준으로서 표준 곡선의 점들에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합을 이용할 수 있다.
본 단계에서는, 표준 곡선이 관절구 영역을 아래 쪽으로 좀 더 근사하게 커버할 수 있도록 하기 위해 표준 곡선의 너비를 조정할 수 있다. 예컨대 표준 곡선으로서 정규 분포 곡선을 사용하는 경우,
Figure 112016034173739-pat00008
값을 이용하여 표준 곡선의 너비를 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 표준 곡선의 점들에 해당하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합이 최소가 되도록 표준 곡선의 너비를 조정할 수 있다. 표준 곡선의 너비가 조정된 3차원 관심 영역의 이진화된 단면 영상의 일 실시예의 사진이 도 9에 도시되어 있다.
또한 본 단계에서는, 표준 곡선의 점들이 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 표준 곡선의 점들의 적어도 하나의 점을 수직 방향으로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성할 수 있다. 일 실시예에서, 표준 곡선을 이루는 각각의 점을 수직 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 해당 점에 대응하는 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화를 기초로 해당 점을 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 예컨대, 표준 곡선의 임의의 점을 위로 이동시켰을 때 해당 점에 해당하는 픽셀의 휘도 값이 이동 전에 비해 줄어든다면 이동된 위치를 분리점으로 결정할 수 있다. 경우에 따라 표준 곡선의 점들을 수직 방향으로 이동시켜 결정한 분리점들의 일부는, 처리 오차로 인해 관절구 영역과 관절와 영역 간의 틈에 위치하지 않을 수가 있고, 이에 따라 분리점들 간에 높이 편차가 생길 수 있다. 이런 경우는 높이 편차를 갖는 분리점의 높이를 수평 방향으로 인접한 분리점들의 높이에 근접한 높이로 맞추어 보정할 수 있다. 일 실시예에서, 높이 편차를 갖는 분리점의 보정은, 해당 분리점을 폐기하고 해당 분리점과 수평 방향으로 인접한 분리점들의 높이를 보간함으로써 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 너비가 조정된 표준 곡선에 전술한 처리를 수행하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 표준 곡선의 정점을 수직/수평 방향으로 이동시키거나, 표준 곡선의 너비를 조정하거나, 표준 곡선 또는 조정된 너비를 갖는 표준 곡선의 각각의 점들을 개별적으로 상하로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성함으로써, 3차원 관심 영역의 각 단면 영상에 대해 분리 곡선을 생성하는 것이 가능하다. 각 분리 곡선을 생성함에 있어 전술한 조정 옵션들의 하나 또는 그 이상을 채택할 수 있음을 인식하여야 한다.
이상의 설명에서는, 단계(S230) 내지 단계(S250)의 각각이 3차원 관심 영역의 단면 영상들에 대해 수행되는 것으로 기재하였으나, 실시하기에 따라서는 3차원 관심 영역의 각 단면 영상에 대해 단계(S230) 내지 단계(S250)를 실시하는 것도 가능하다.
단계(S260)에서는, 단계(S250)에서 생성된 분리 곡선들을 이용하여 3차원 관심 영역에서 관절구 영역과 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의한다. '정의'한다는 의미는 단계(S230)과 관련하여 설명한 바와 같으므로 여기서는 그 설명을 생략한다. 또한, 본 개시에 있어서, '실질적으로 분리하는'이라는 의미는, 관절구 영역과 관절와 영역을 이상적으로 분리한다는 의미뿐만 아니라, 어느 정도의 오차 범위 내에서 관절구 영역과 관절와 영역을 대체로 정확히 분리한다는 의미를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 단계에서 생성된 곡면을 이루는 분리 곡선들의 정점들은, 단계(S220)에서 사용자에 의해 지정된 임의의 점의 수평 좌표 또는 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 좌표와 동일한 수평 좌표를 갖는다. 따라서, 본 단계에서 생성된 곡면은 단계(S220)에서 사용자에 의해 지정된 임의의 점의 수평 좌표 또는 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 좌표를 기준으로 정의된 것으로 이해되어야 한다.
단계(S270)에서는, 단계(S260)에서 생성된 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링(2-dimensional smoothing filtering)을 수행할 수 있다. 단계(S260)에서 생성된 곡면은 경우에 따라 울퉁불퉁하거나 편차가 있을 수 있다. 따라서, 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링을 수행하여 곡면을 완만하고 부드럽게 만들 수 있다. 일 실시예에서, 이차원 평탄화 필터링은 아래의 수학식 (2)에 의해 정의되는 가우시언 평탄화 필터(Gaussian smoothing filter)를 이용하여 수행할 수 있다.
Figure 112016034173739-pat00009
수학식 (2)
본 개시에 있어서는 곡면에 대해 이차원 평탄화 필터링을 수행함에 있어 가우시언 평탄화 필터를 사용하는 것을 예로 들었으나, 이외에도 다양한 2차원 필터를 사용할 수 있음을 인식하여야 한다.
단계(S280)에서는, 단계(S260)에서 생성된 곡면 또는 이 곡면을 단계(S270)를 통해 필터링하여 생성한 곡면을 참조하여 관절구 영역을 관절와 영역과 분리하여 디스플레이부(140) 상에 표시할 수 있다. 일 실시예에서, 분리된 관절와 영역만을 또는 분리된 관절구 영역만을 디스플레이부(140) 상에 3차원적으로 렌더링(rendering)하여 표시할 수 있다. 일 실시예에서, 분리된 관절구 영역 또는 관절와 영역을 3차원적으로 회전 및 이동시켜서 접촉 부분의 마모나 변형 상태를 관찰할 수 있도록 할 수 있다. 관절구 영역만을 분리하여 표시한 영상의 일 실시예의 사진을 도 10에 도시하였다.
본원에 개시된 실시예들에 있어서, 도시된 구성 요소들의 배치는 발명이 구현되는 환경 또는 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 일부 구성 요소가 생략되거나 몇몇 구성 요소들이 통합되어 하나로 실시될 수 있다. 또한 일부 구성 요소들의 배치 순서 및 연결이 변경될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 상술한 실시예들은 첨부하는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이고, 이러한 변형 실시예들이 본 발명의 기술적 사상이나 범위와 별개로 이해되어져서는 아니 될 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 오직 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110: 입력 인터페이스
120: 영상 처리부
130: 저장부
140: 디스플레이부

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  10. 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 상기 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법으로서,
    상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계, 및
    상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계를 포함하고,
    상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계는
    상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해, 표준 곡선을 정의하는 단계 - 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가짐 -, 및 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계를 수행하는 단계, 및
    상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하는 단계를 포함하는, 방법.
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  12. 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 상기 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법으로서,
    상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계, 및
    상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계를 포함하고,
    상기 관절은 인체의 턱관절을 포함하는, 방법.
  13. 3차원 X선 영상에서 관절의 관절구 영역과 상기 관절의 관절와 영역을 분리하는 방법으로서,
    상기 3차원 X선 영상에서의 상기 관절구 영역 내의 기준점을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계, 및
    상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계를 포함하고,
    상기 지정된 기준점의 수평 또는 수직 좌표를 기준으로 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역을 실질적으로 분리하는 곡면을 정의하는 단계는
    상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각에 대해, 표준 곡선을 정의하는 단계 - 상기 표준 곡선의 한 점은 상기 수평 또는 수직 좌표의 값과 동일하거나 그로부터 선정된 범위 내에 있는 수평 또는 수직 좌표의 값을 가짐 -, 상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 점들의 적어도 하나의 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시켜 분리점들의 집합을 구성하는 단계, 및 상기 분리점들의 집합을 보정하여 분리 곡선을 생성하는 단계를 수행하는 단계, 및
    상기 생성된 분리 곡선들을 이용하여 상기 곡면을 정의하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계는
    상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하는 단계, 및
    상기 표준 곡선의 상기 한 점을 수직 또는 수평 방향으로 이동시킴에 따라 발생되는, 상기 한 점에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀의 휘도 값의 변화 및/또는 상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합에 기초하여 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 표준 곡선의 점들이 상기 관절구 영역과 상기 관절와 영역 간의 틈에 위치하도록 상기 표준 곡선의 상기 한 점의 높이 및/또는 상기 표준 곡선의 너비를 조정하여 분리 곡선을 생성하는 단계는
    상기 3차원 X선 영상의 단면 영상들의 각각을 이진화하여 이진화 단면 영상을 생성하는 단계, 및
    상기 표준 곡선의 점들에 해당하는 상기 이진화 단면 영상에서의 픽셀들의 휘도 값들의 합이 최소가 되도록 상기 표준 곡선의 너비를 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 삭제
  17. 제10항, 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 곡면을 참조하여 상기 관절구 영역을 상기 관절와 영역과 분리하여 디스플레이 상에 표시하는 단계를 더 포함하는 방법.
  18. 제10항, 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 3차원 X선 영상에서 상기 관절의 영역이 포함된 3차원 관심 영역을 지정하는 사용자 입력을 수신하는 단계를 더 포함하는 방법.
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