KR20130105519A - 치근 파절들의 대화형 3-ｄ 검사 - Google Patents

Abstract

컴퓨터에 의해 적어도 부분적으로 수행되는, 대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법은 적어도 대상 치아 및 대상 치아에 인접한 배경 내용을 포함하는 체적 이미지 데이터를 획득하고, 적어도 대상 치아 및 배경 내용을 보여주는 체적 데이터로부터 제 1 이미지를 디스플레이한다. 제 1 이미지에서의 배경 내용의 일부분은 제 1 오퍼레이터 명령에 따라 식별된다. 적어도 제 1 이미지에서의 대상 치아에 대한 치아 내용은 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 식별된다. 적어도 대상 치아는 제 1 오퍼레이터 명령 및 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 체적 데이터 내로부터 분할된다. 그 후, 분할된 대 상 치아가 디스플레이된다.

Description

치근 파절들의 대화형 3-Ｄ 검사{INTERACTIVE 3-D EXAMINATION OF ROOT FRACTURES}

본 발명은 일반적으로 치과 영상화(dental imaging)에 관한 것으로, 특히 치아 구조들의 체적 이미지(volume image)들을 보기 위한 방사선 투과 영상 장치에 관한 것이다.

콘 빔형 컴퓨터 단층 촬영(CBCT: Cone beam computed tomography)은 종래의 의료용 컴퓨터 단층 촬영(CT: computed tomography) 시스템들에 비해 환자에 대해 실질적으로 더 낮은 방사선량을 갖고 인체 해부학(human anatomy)의 3차원 정보를 획득할 수 있는 X-선 영상화 방식이다. 콘 빔형 CT 시스템들은 높은 프레임률(frame rate) 디지털 방사선 투과(DR: digital radiography) 검출기 및 x-선 소스(x-ray source)을 이용함으로써 체적의 데이터 세트들(data sets)을 캡처하며, 일반적으로 대상 주위의 그 궤도를 따라 여러 지점들로부터 x-선들의 발산하는 콘 빔을 대상으로 향하게 하여, 영상화될 대상 주위를 회전하는 갠트리(gantry)에 부착된다. CBCT 시스템은 회전 전체에 걸쳐 투사물들 예를 들어, 회전도(degree of rotation) 마다 하나의 2-D 투사 이미지를 캡처한다. 그 후, 투사물들은 다양한 기술들을 이용하여 3D 체적 이미지로 재구성된다. 3-D 체적 이미지를 재구성하는 가장 일반적인 방법들 중에는 여과 후 역 투사 접근법들(filtered back projection approaches)이 있다.

CBCT 이용에 대해 특히 관심 있는 하나의 영역은 무수치과술(endodontics)이다. 종래의 실시에서, 신경 치료(endodontic treatment)에 반응하는 문제의 검출은 환자의 통증 보고에서 시작한다. 의사는 의심 가는 치아를 분리시키기 위해 환자에 대해 진료하고, 치근 구조 및 주변의 뼈 구조의 임의의 비정상적 부분들(abnormalities)을 식별하는데 도움을 주기 위해 하나 이상의 2차원(2-D: two-dimensional) 치근단 방사선 사진들(periapical radiographs)을 얻을 수 있다. 많은 경우에, 2-D 이미지의 시각적 검사는 문제를 식별하는데 도움을 줄 수 있다. 하지만, 몇몇 유형들의 상태들에 대한 검출은 종래의 2-D 이미지들에 대한 도전 과제로 남아있다. 특히, 몇몇 유형들의 수직 치근 파절(VRF: Vertical root fracture)은 치근단 이미지에서 검출하기에 어려울 수 있다. 수직 치근 파절은 치근에 영향을 주는 심각한 유형의 치아 파절인데, 이것은 감염 및 염증으로 인해 통증을 야기하고, 종종 치아 발치를 초래한다.

CBCT 영상화로부터 이용가능한 개선된 화질 및 매우 낮은 조직 대조 영역들(contrast tissue regions)을 디스플레이하기 위한 성능은 CBCT를 VRF 및 다른 근관 상태들(endodontic conditions)의 평가를 위한 가능성있는 기술이 되게 한다. 이것은 도 1의 순서에 도시된 바와 같이, 근관 치료(root canal therapy)를 지원하기 위해 CBCT 영상화의 이용을 포함한다. 이러한 유형의 치료에서, 감염된 치아(20)는 치료받을 농양(22)을 갖는다. 개구부(24)는 치아(20)에 만들어지고, 도구(28)는 감염된 물질에 접근하여 제거하는데 사용된다. 그 후, 플러거(plugger)(30)는 구타 페르카(gutta percha) 또는 다른 적합한 물질로 치아(20)의 치근 부분들을 채운다. 그 후, 치아(20)는 충전재(34)를 통해 또는 의사에 의해 삽입된 포스트(post)(38) 상에 설치된 크라운(crown)(36)을 통해 치료될 수 있다.

CBCT 영상화는 VRF 및 근관 치료를 요구하는 다른 상태들의 검출을 개선시키는데 이용될 수 있지만, 어려움들이 남아있다. CBCT 이미지의 조정은, 특히 체적 영상화 기술에 익숙하지 않은 의사들 및 전문가들에게 힘들 수 있다. 문제 상태를 가장 명확하게 나타내는 특정 뷰들을 분리하는 것은 의사에게 어려울 수 있거나 감당하기 어렵게 할 수 있어서, CBCT 시스템을 트레이닝하고 이용하기 위한 시간 투입으로 사용자에게 부담을 지운다.

따라서, 빠르게 습득될 수 있는 도구들을 제공하고 더 직관적인 뷰어 경험을 제공하여, 의사가 근관 응용들을 위해 CBCT 영상화를 효율적으로 이용하도록 하는 대화형 오퍼레이터 인터페이스(operator interface)가 필요하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 일 측면은 치과 영상화 기술 분야를 증진시키는 것이며, 특히 치아들 및 그 치아들의 치근 구조들의 대화형 검사를 가능하게 하는 체적 영상화를 위한 것이다. 바람직하게, 본 발명의 실시예들은, 오퍼레이터가 체적 이미지 데이터로부터 특정 치아 또는 치아 그룹을 선택하고, 치아가 보여지는 각도를 변경하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 오퍼레이터는 종래의 체적 이미지 상영에 제공된 표준 관상(coronal), 시상(sagittal), 또는 축상(axial) 이미지들 외에 각도들로부터 치아의 조각들(slices)을 통해 페이징(paging)할 수 있다. 대화형 동작은 오퍼레이터가 다른 체적 이미지 데이터로부터 특정 치아에 대한 데이터를 분리시키는데 사용된 치아 분할을 점진적으로 개선시키도록 한다.

일 실시예에 따라, 본 발명은 대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법을 제공할 수 있으며, 상기 방법은 컴퓨터(computer)에 의해 적어도 부분적으로 수행되고, 적어도 상기 대상 치아 및 상기 대상 치아에 인접한 배경 내용을 포함하는 체적 이미지 데이터(volume image data)를 획득하는 단계와, 적어도 상기 대상 치아 및 상기 배경 내용을 보여주는 상기 체적 데이터로부터 제 1 이미지를 디스플레이(display)하는 단계와, 제 1 오퍼레이터 명령에 따라 상기 제 1 이미지에서 상기 배경 내용의 일부분을 식별하는 단계와, 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 상기 제 1 이미지에서 적어도 상기 대상 치아에 대한 치아 내용을 식별하는 단계와, 상기 제 1 오퍼레이터 명령 및 상기 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 상기 체적 데이터 내로부터 적어도 상기 대상 치아를 분할하는 단계와, 및 상기 분할된 대상 치아를 디스플레이하는 단계를 포함한다.

이들 목적들은 단지 예시적인 예로서 주어지며, 그러한 목적들은 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 예시할 수 있다. 개시된 본 발명에 의해 고유하게 달성된 다른 바람직한 목적들 및 장점들은 당업자에게 명백하게 발생하거나 명백해질 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.

본 발명은 빠르게 습득될 수 있는 도구들을 제공하고 더 직관적인 뷰어 경험을 제공하여, 의사가 치근단 응용들을 위해 CBCT 영상화를 효율적으로 이용하도록 하는 대화형 오퍼레이터 인터페이스에 효과적이다.

본 발명의 이전 및 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 대한 다음의 더 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면들의 요소들은 서로에 대해 반드시 축적대로 도시되는 것은 아니다.
도 1은 근관 치료를 위한 단계들을 도시한 절차도이다.
도 2는 치과 영상화를 위한 CBCT 영상화 장치의 구성요소들을 도시한 개략적인 블록도이다.
도 3a는 치아 분할을 위한 오퍼레이터 명령들을 제공하는 이미지 및 마킹(marking)들을 도시한 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 제공된 오퍼레이터 마크업(markup)으로부터 해당 분할된 치아를 도시한 평면도이다.
도 3c는 대상 치아에 대한 3-D 분할을 획득하기 위한 영상화 시스템과의 오퍼레이터 대화를 도시한 논리 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 동일한 체적 이미지 내용에 대한 대안적인 각도들에서 조각들의 배치를 도시한 개략도이다.
도 5a 및 도 5b는 치근 구조 및 주변 뼈 구조의 비정상적 부분들의 3D 시각화를 제공하는 대화형 유틸리티를 위한 결과들 및 도구들을 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 3개의 대안적인 시야 각들에서 데이터를 보기 위한 명령의 입력을 도시하도록 회전된 시야 각 아이콘(icon)을 도시한 도면이다.
도 7a는 분할된 치아에 관련된 절단면 위치를 도시한 도면이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 절단면 설정에 따라 분할된 치아로부터의 조각을 도시한 도면이다.
도 7c는 도 7a에 도시된 절단면 설정에 따라 분할된 치아로부터의 대안적인 조각을 도시한 도면이다.
도 8a는 분할된 치아에 관련된 절단면 위치를 도시한 도면이다.
도 8b는 도 10a에 도시된 절단면 설정에 따라 분할된 치아로부터의 조각을 도시한 도면이다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 VRF를 나타내는 대상 치아의 상이한 체적 렌더링(rendering) 뷰들을 도시한 도면이다.
도 10a는 분할을 위한 다수의 치아들을 나타내는 스플라인들(splines)을 갖는 기준 이미지를 도시한 도면이다.
도 10b는 도 10a의 다수의 스플라인 예를 위해 디스플레이된 분할된 치아를 도시한 도면이다.
도 11은 체적 이미지의 표면 렌더링을 위해 이용되는 단계들의 순서를 도시한 논리 흐름도이다.
도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 근관 및 파절을 갖는 대상 치아를 위한 표면 렌더링의 결과들을 보여주는 이미지들을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 체적 렌더링을 위해 이용되는 단계들의 순서를 도시한 논리 흐름도이다.

다음은 본 발명의 예시적인 실시예들의 설명이고, 동일한 참조 번호들이 여러 개의 도면들 각각에서 구조의 동일한 요소들을 식별하는 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 이들 참조 번호들이 이용될 때, "제 1(first)", "제 2(second)" 등과 같은 용어들은 반드시 임의의 순서 또는 우선 순위 관계를 나타내는 것은 아니지만, 하나의 요소 또는 시간 간격을 다른 것과 더 명확히 구별하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 정황에서, "이미지(image)"라는 용어는 이산적인 이미지 요소들로 구성되는 다-차원 이미지 데이터를 지칭한다. 2-D 이미지들에 대해, 이산적인 이미지 요소들은 화소들(picture elements), 즉 픽셀들(pixels)이다. 또한, 체적 이미지들로 언급된 3-D 이미지들에 대해, 이산적인 이미지 요소들은 체적 이미지 요소들, 즉 복셀들(voxels)이다. 본 발명의 정황에서, "스플라인(spline)"이라는 용어는 곡선, 자유-형태의 곡선, 또는 라인(line)과 동등하다.

IEEE Trans on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 26(1):19-29, 2004에서의 "이미지 포레스팅 변환: 이론, 알고리즘, 및 응용들(The Image Foresting Transformation: Theory, Algorithm, and Applications)"이라는 명칭의 논문에서 Falcao 등에 의해 설명된 바와 같이, 다-차원 이미지는 대안적으로 노드들(nodes) 및 아크-가중치들(arc-weights)의 세트로서 표현될 수 있다. 이러한 대안적인 유형의 데이터 구조를 이용함으로써, 상당량의 이미지 데이터를 처리하기 위한 제어 처리 유닛(CPU: control processing unit) 또는 그래픽 처리 유닛(GPU: graphics processing unit)에서 간단하고, 효과적이며, 매우 빠른(서브-리니어(sub-linear)) 처리 알고리즘을 구상할 수 있다. 본 발명의 정황에서, "IFT"라는 용어는 노드들 및 아크-가중치들의 세트로서 이미지 데이터를 나타내는 프레임워크(framework)를 지칭하고, 이것은 또한 이미지 포레스팅 변환(image foresting transform)으로서 알려져 있다.

본 발명의 정황에서, "뷰어(viewer)", "사용자(user)", 및 "오퍼레이터(operator)"라는 용어들은, 시스템을 이용하고 하나 이상의 환자의 치아에 대한 체적 데이터의 디스플레이된 뷰를 관찰하고 조절하는 사람에 대한 동등한 용어들인 것으로 간주된다. 오퍼레이터는 치과 의사 또는 전문가 또는 다른 사람일 수 있다.

디스플레이된 피처(feature)에 대한 "하이라이팅(highlighting)"이라는 용어는 정보 및 이미지 디스플레이 분야의 당업자에게 이해되는 바와 같이 종래의 의미를 갖는다. 일반적으로, 하이라이팅은 뷰어의 관심을 끌기 위해 몇몇 형태의 국부적인 디스플레이 개선점을 이용한다. 예를 들어, 각각의 장기(organ), 뼈, 또는 구조, 또는 하나의 챔버(chamber)로부터 그 다음 챔버로의 경로와 같은, 이미지의 일부분을 하이라이팅하는 것은 주석을 다는 것, 가까운 또는 겹쳐진 심볼(symbol)을 디스플레이하는 것, 윤곽을 그리거나 트레이싱(tracing)하는 것, 다른 이미지 또는 정보 내용과 상이한 컬러 또는 현저하게 상이한 세기 또는 그레이 스케일(gray scale) 값으로 디스플레이하는 것, 디스플레이의 일부분을 점멸 또는 애니메이션화(animation)하는 것, 또는 더 높은 선명도 또는 명암으로 디스플레이하는 것을 포함하지만, 여기에 한정되지 않는 임의의 다수의 방식들로 달성될 수 있다.

도 2의 개략도는 CBCT 영상화와 같은 체적 영상화를 위한 영상화 장치(100)를 도시하며, 여기서 2개 이상의 2-D 이미지들의 연속물이 획득되고, 인접 내용의 이미지들이 3-D 또는 체적 이미지를 형성하기 위해 처리된다. 회전가능 마운트(mount)(130)는 환자(12)를 영상화하기 위해 컬럼(column)(118) 상에 제공된다. 마운트(130)는 환자(12)의 머리의 마주보는 측면들 상에 x-선 소스(110) 및 방사선 센서(121)를 유지하며, 머리에 관한 스캔 패턴(scan pattern)으로 소스(110) 및 센서(121)의 궤도를 돌도록 회전한다. 마운트(130)는 환자의 머리의 중앙 부분에 대응하는 축(Q) 주위를 회전하며, 따라서 그 부착된 구성요소들은 머리 주위의 궤도를 돈다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(121), 즉 디지털 방사선 투과 센서(digital radiography sensor)는 CBCT 체적 영상화에 적합한 방사선 패턴을 방출하는 x-선 소스(110)에 마주보게 마운트(130)에 결합된다. 턱 받침(chin rest) 또는 교합(bite) 요소와 같은, 선택적인 머리 지지부(136)는 이미지 획득 동안 환자의 머리의 안정을 제공한다. 컴퓨터(106)는 오퍼레이터 인터페이스(104), 및 오퍼레이터 명령들을 수용하고 영상화 장치(100)에 의해 획득된 체적 이미지들의 디스플레이를 위한 디스플레이(108)를 갖는다. 메모리(132)를 갖는 컴퓨터(106)는 이미지 데이터를 획득하기 위해 센서(121)와 신호 통신(signal communication)하고, 소스(110)의 제어를 위한, 그리고 선택적으로, 마운트(130) 구성요소들을 위한 회전 액추에이터(rotational actuator)(112)의 제어를 위한 신호들을 제공한다.

본 발명의 실시예들은, 의사가 치아 및 지지 구조들을 상세하게 볼 수 있게 하는 체적 이미지를 제공하기 위해 영상화 장치(100)로부터 획득된 이미지들을 처리한다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 영상화 장치(100)로부터 획득되는 체적 이미지 데이터는, 의사가 종래의 방사선 투과 이미지들을 이용하여 검출하는 것이 어려울 수 있는 근관 상태들의 평가를 가능하게 할 수 있는 치아의 이미지들을 볼 수 있게 한다.

도 3a는 체적 영상화 장치(100)를 이용하여 획득된 이미지(72)의 평면도를 도시한다. 이미지(72)는 이미지의 임의의 조각일 수 있으며, 이미지 조각은 디스플레이(108) 상에 나타날 수 있다(도 2). 이미지(72)는 마크업을 위한 인덱스 이미지(index image)의 유형으로서 이용된다. 도 3a는, 이미지(72) 내에서, 해당 치아, 즉 의사가 상세하게 보기를 원하는 대상 치아(40)를 도시한다. 또한, 하나 이상의 이웃한 또는 인접한 치아들(42)이 도시될 수 있다. 배경 내용(44)은 치아들(40 및 42)의 외부 영역에 있다. 제 1 오퍼레이터 명령, 치아 식별자 곡선 또는 스플라인(50)은 대상 치아(40)에 대한 치아 내용의 위치를 나타낸다. 제 2 오퍼레이터 명령, 배경 또는 조각화(sculping) 곡선 또는 스플라인(52)은 대상 치아의 경계면 외부의 또는 임의의 적합한 배경 영역 내의 이미지(72) 상에 그려질 수 있다.

도 3a의 예에서, 스플라인(52)은 치아들(40 및 42)의 외부 또는 그 사이의 영역에서와 같은, 배경 내용(44)에 놓이는 화상 요소들을 나타낸다. 치아 식별자 스플라인(50)은 디스플레이된 이미지(72)에서 단일 치아를 스팬(span)시킬 수 있거나, 이후에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 다수의 치아들을 스팬시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 스플라인들(50 및 52)은 터치 스크린(touch screen)을 이용하여 입력되는데, 즉 영상화 장치(100)와 연관된 디스플레이(108)(도 2)는 터치 스크린 디바이스이다. 대안적인 실시예에서, 예를 들어, 마우스(mouse), 스타일러스(stylus), 또는 조이스틱(joystick)과 같은, 또 다른 유형의 포인터 디바이스(pointer device)가 이용된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 상이한 컬러들의 스플라인들은 치아 내용을 식별하고 분할 알고리즘을 위해 배경 내용으로부터 치아 내용을 구별하기 위해 이용된다. 스플라인들(50 및 52)은 임의의 순서로 입력될 수 있고; 컬러는 배경 내용으로부터 치아를 구별하는 것을 돕는데 이용된다. 처리 속도를 향상시키기 위해, 분할 알고리즘 자체는 선택적으로 체적 이미지 데이터의 저-해상도 복사본 상에서 동작할 수 있다.

스플라인들(50 및 52)은 체적 이미지 데이터의 균형으로부터 대상 치아(40)의 IFT-기반의 분할을 위한 충분한 정보를 실시간으로 제공한다. 대상 치아(40)의 3-D 모델은 도 3a 및 도 3b의 예에 도시된 바와 같이, 조각 이미지에서 하이라이팅된 2-D 분할된 영역들로 나란히 디스플레이된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 대상 치아는 오퍼레이터에 대한 확인으로서 디스플레이 스크린 상에 하이라이팅된다. 하이라이팅은 컬러 변화, 증가된 명암, 윤곽 도시(outlining), 또는 몇몇 다른 디스플레이 향상 특징에 의해 표시될 수 있다.

디스플레이된 이미지(72) 상으로의 하나 이상의 스플라인들의 트레이싱에 뒤이어, 오퍼레이터는 입력된 스플라인들에 따라 체적 이미지 데이터 내로부터 치아 체적을 추출하기 위해 분할을 개시하는 키보드 명령 또는 다른 명령를 입력한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 3-D 분할 처리의 완료시, 대상 치아(40)는 디스플레이(108) 상에 디스플레이된다. 도 3b는 와이어프레임 뷰(wireframe view)를 도시하고; 키보드 명령과 같은 오퍼레이터 명령은 표면 렌더링과 와이어프레임 렌더링 사이를 왔다 갔다 한다. 치아(40)의 2-D 이미지 조각들의 이러한 뷰는 초기 시야 각에서 제공된다. 이러한 초기 시야 각은 일반적으로 CBCT 데이터를 위한 디폴트 시야 각들로서 이용되는 종래의 시상, 관상, 및 축상 시야 각들 중 하나일 수 있거나, 상이한 시야 각일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 3-D 절단면은 오퍼레이터 명령에 응답하여 자동으로 생성되고, IFT 최적화 루틴은 조각 이미지들에서 근관- 및 파절-형 픽셀들의 수를 최대화하는 적합한 시야 각을 찾아낸다. 이것은 체적 이미지에서의 조각들을 통해 보고 페이징하기 위한 초기 절단면인데, 여기서 근관 및 치근 파절(존재시) 모두가 하이라이팅된다. 그 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 3-D 대화형 검사 단계가 개시되어, 오퍼레이터가 임의의 주어진 경사진 방향에 대해 절단면의 법선 벡터(normal vector)(N)를 변화시키도록 한다.

오퍼레이터는 이미지 조절의 제어 상태에 있다. 이것은 오퍼레이터가 선택된 치아를 놓치는 것에 대해 걱정하지 않고, 3D에서의 파절들과 같은 비정상적 부분들을 빠르고 확신있게 검사하도록 한다.

본 발명의 대안적인 실시예에 따라, 제어 키들은 표준 시야 각들 사이를 빠르게 스위칭(switching)하도록 제공된다. 또한, 줌 인/아웃(Zoom in/out) 유틸리티들은 마우스 또는 다른 포인터를 이용하여 이용가능하다.

도 3c는 대상 치아에 대한 3-D 분할을 모델링(modeling)하고 획득하기 위해 영상화 시스템과의 오퍼레이터 대화를 도시한 논리 흐름도이다. 오브젝트 식별 단계(S110)에서, 오퍼레이터는 대상 치아 또는 모델링될 치아 또는 다른 구조의 일부분에 걸쳐 하나 이상의 식별자 스플라인들을 위치시킨다. 배경 식별 단계(S120)에서, 오퍼레이터는 배경 영역을 마킹하기 위해 하나 이상의 배경 또는 조각화 스플라인들을 위치시킨다. 단계들(S110 및 S120)에서 오퍼레이터 입력들에 응답하여, 시스템은 모델 디스플레이 단계(S130)에서 코스(coarse) 3-D 모델을 생성하고 디스플레이한다. 루핑(looping) 단계(S140)에서, 오퍼레이터는 단계(S130)에서 디스플레이하는 시스템으로부터의 결과들을 변형하고 개선시키는데 필요한 바와 같이, 단계들(S110 및 S120)을 통해 다시 루핑하는 옵션(option)을 갖는다. 식별 및 배경 스플라인들과 같은 수의 입력으로, 단계들(S110 및 S120)이 임의의 순서로 수행될 수 있으며 필요한 횟수만큼 반복될 수 있는 것은, 대상 치아 또는 다른 구조의 적합한 3-D 모델링을 제공하는데 유용하다는 것이 주지된다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 스플라인의 컬러는 표시자(indicator) 또는 배경 스플라인으로서 그 기능을 나타낸다. 추가로, 입력된 표시자 스플라인의 컬러는 디스플레이되는 생성된 3-D 모델에 유용한 컬러를 결정한다. 마우스 또는 다른 포인터를 구비한 온-스크린(On-screen) 유틸리티들 및 도구들은 원하는 대로 입력된 스플라인의 컬러를 변경시키는 것을 가능하게 한다.

오퍼레이터는 대상 치아(40)를 위해 제공된 분할을 변형시키기 위해 추가 스플라인들(50 및 52)을 추가할 수 있다. 이러한 특징은, 예를 들어, 다른 치아들 또는 조직이 분할된 대상 치아(40)와 함께 디스플레이되는 것과 같이, 디스플레이된 분할가 부적절한 것으로 나타나는 경우 도움을 줄 수 있다.

도 4a 및 도 4b는, 치아(40)에 대한 체적 데이터의 상이한 뷰들이 어떻게 표현될 수 있는지 개략적인 형태로 도시하며, 절단면(62)이 본 발명의 실시예들에 따라 어떻게 정의되고 변화될 수 있는지 도시한다. 도 4a에서, 체적 이미지(58)는 조각들(60a, 60b, 60c, 60g)과, 도시된 바와 같이 법선(N)을 갖는 절단면(62)을 따라 취한 다른 조각들을 갖는다. 도 4b는, 어떻게 동일한 체적 이미지 데이터가 대응하는 법선(N')을 갖는 상이한 절단면(62')을 따라 재배치되어, 체적 이미지(58)의 이미지 내용이 조각들(61a, 61b, 61c 등)에 의해 형성될 수 있는지를 도시한다.

이러한 형태로 제공된 체적 이미지를 통해, 동일한 대상 치아(40)는 대안적인 각도들로부터 보여질 수 있다. 더욱이, 조각들(60a, 60b, 60c 등)을 통해 페이징함으로써, 뷰어는 대상 치아(40)에서 해당 문제 또는 다른 포인트를 가장 효과적으로 보여주는 조각을 디스플레이할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 균열(fissure)(66)은 절단면(62)에 의해 정의된 시야 각에서 획득된, 조각(60g) 상에서 가장 용이하게 보여질 수 있다. 치아(40)의 다른 뷰들은 환자의 상태의 평가를 위해 충분히 상세하게 균열(66) 또는 다른 비정상적인 부분을 보여주지 않을 수있다.

도 4a 및 도 4b가 동일한 체적 데이터의 상이한 뷰들을 표현한다는 것이 주지된다. 복셀 데이터의 적절한 기하학적 부분(geometry)의 조각들로의 배치는 이미지 처리 기술 분야의 당업자에 친숙한 체적 이미지 재구성 기술들을 이용하여 수행된다. 체적 이미지의 연속적인 조각들을 통해 페이징하는 것은 키보드(keyboard) 키 또는 키들의 조합을 누르는 것, 마우스 또는 포인터를 이용하는 것, 또는 다른 적절한 사용자 인터페이스 유틸리티를 이용하는 것과 같은, 임의의 다수의 방식들로 수행될 수 있다.

도 5a의 뷰는 대상 치아(40)의 이미지로부터 획득되고 디스플레이된 조각(60)을 도시하고, 여기서 조각(60)은 이전에 설명된 VRF, 또는 다른 근관치료 합병증과 같은, 치근 파절을 보여준다. 도 5a에 표시된 치아가 가진 문제가 또 다른 각도로부터 취해진 뷰에서 용이하게 인식될 수 없다는 것이 이해될 수 있다.

도 5a는 이미지 데이터에서 근관 및 치아 파절을 검출하는 알고리즘에 의해 계산되는 디폴트 뷰이다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 특정한 치아(40)가 선택될 때 이러한 뷰는 자동으로 디스플레이된다. 이러한 뷰는 통상적으로 치아의 종래의 축상, 시상, 또는 관상 뷰가 아니고; 그 대신, 시야 각은 근관 및 파절 피처들의 양호한 가시도를 위한 시스템에 의해 선택된다.

또한, 도 5b는 "부분 체적 효과들의 존재시 체적 렌더링(Volume rendering in the presence of partial volume effects)"라는 명칭의 Souza 등에 의한 논문, IEEE Trans on Medical Imaging, 24(2):223-225, 2005)에 설명된 바와 같이, 체적 렌더링(74)을 도시한다. 대상 치아(40)는 와이어프레임 표면 렌더링(72)을 이용하여 하이라이팅된다. 특정한 절단면(62)을 규정하기 위한 3D 사용자 대화형 유틸리티는 체적 이미지 데이터를 배치하는데 이용되는 것으로 도시된다. 각도 선택 아이콘(70)은 오퍼레이터에 의한 조절을 위해, 표상적 형태로 절단면(62) 및 법선(N)을 도시한다. 마우스, 터치 스크린, 또는 다른 포인팅 메커니즘을 이용하여, 오퍼레이터는 아이콘(70)의 법선(N) 및 면(62)의 방향을 변화시킬 수 있고, 이를 통해 체적 이미지 데이터가 표현되는 각도를 변경시키기 위한 평면 각도 명령를 제공한다. 예로서, 도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 3개의 대안적인 시야 각들을 보여주기 위해 회전된 아이콘(70)을 도시한다.

예로서, 도 7a는 분할된 치아(40)의 디스플레이에 관해 주어진 각도로 절단면(62)을 도시한다. 도 7b 및 도 7c는 각각 많은 이미지 조각들 중 2개의 이미지 조각들(74 및 76)을 도시하고, 이들 이미지 조각들은 이러한 절단면의 시야 각에서 이용가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 오퍼레이터 마우스 상의 휠은 순차적인 방식으로 연속적인 조각들의 뷰들을 통해 빠르게 페이징하도록 회전된다. 다른 유형들의 페이징 유틸리티(paging utility)가 대안적으로 이용될 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 상이한 시야 각에서 동일한 치아로부터 이미지 조각들(78)을 보기 위한 대안적인 절단면(62)의 이용을 도시한다.

시야 각을 변화시키고, 시야 각에 따라 조각들을 통해 페이징하고, 분할을 위해 치아를 나타내도록 이미지를 마킹하기 위한 오퍼레이터 인터페이스 유틸리티들, 및 다른 기능들은 키보드 명령들, 디스플레이 상에 제공되는 온-스크린 메뉴 명령들, 풀-다운(pull-down) 메뉴와 같은 메뉴로부터 선택된 명령들, 디스플레이 스크린 상에서 제어 버튼들을 선택함으로써 입력된 명령들, 또는 몇몇 다른 소스로부터 입력된 명령들을 이용할 수 있다.

도 9a, 도 9b 및 도 9c는 VRF를 나타내는 대상 치아의 상이한 체적 렌더링 뷰들을 도시한다.

본 발명의 실시예들은, 오퍼레이터가 도 3을 참조하여 이전에 설명된 스플라인 마킹 방법을 이용하여 하나의 치아로부터 그 다음 치아로 유연하게 스위칭하는 것을 가능하게 한다. 오퍼레이터는 스플라인(52)을 삭제 및 다시 그림으로써, 또는 이러한 그래픽 오브젝트를 또 다른 치아 상으로 이동시킴으로써, 스플라인(52)의 위치를 변화시킴으로써 상이한 치아로 이동할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는 오퍼레이터가 분할을 위한 시간에 하나보다 많은 대상 치아를 규정하도록 한다. 도 10a를 참조하면, 배경 내용을 표시하기 위해 다수의 조각화 스플라인들(50a 및 50b)을 갖는 이미지(72)가 도시된다. 다수의 조각화 스플라인들의 이용은 배경 내용 상의 많은 정보를 분할 알고리즘에 제공하도록 도움을 줄 수 있다. 그 후, 스플라인들(52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 및 52f)은 분할을 위해 각각의 대상 치아들 또는 인접한 치아들의 집단들을 나타낸다. 도 10b는 결과적인 분할를 도시하며, 다수의 대응하는 대상 치아들(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 및 40f)은 체적 이미지 내용으로부터 추출되어 디스플레이된다. 상이한 컬러들은 디스플레이된 각각의 치아들을 구별하는데 이용될 수 있으며, 컬러들은 오퍼레이터-입력된 스플라인들(52a, 52b 등)의 컬러들에 대응한다. 또한, 단일 치아 디스플레이에서와 같이, 절단면은 분할된 구조들의 조각들에 대한 시야 각을 조정하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 대상 치아, 대상 치아의 내부 구조들, 및 대상 치아의 주변 뼈 해부학적 구조(anatomy)에 대한 체적 렌더링 및 표면 렌더링 모두의 상이한 3-D 시각적 조합들을 제공하도록 적응될 수 있다. 도 11의 논리 흐름도는 체적 이미지 데이터의 표면 렌더링에 이용된 단계들의 순서를 도시한다. 체적 획득 단계(S210)에서, 대상 치아를 포함하는 CBCT 또는 다른 체적 이미지가 획득된다. 분할 단계(S220)는 후속하여, 체적 이미지 데이터의 균형으로부터 대상 치아를 분할한다. 그 후, 3-D 오브젝트 생성 단계(S230)는 체적 이미지로부터 해당 특징들을 식별한다. 그 후, 렌더링 단계(S240)는 대상 치아 및 대상 치아에 관련된 해당 특징들의 3-D 표면 렌더링을 생성한다.

도 12a, 도 12b, 및 도 12c는 근관(80) 및 파절(82)을 갖는 대상 치아(40)에 대한 표면 렌더링의 결과들을 도시한다. 도 12c는 또 다른 시야 각으로부터의 치아(40)의 와이어프레임 뷰이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 체적 렌더링에 이용된 단계들의 순서를 도시한 논리 흐름도이다. 체적 획득 단계(S310)에서, 대상 치아를 포함하는 CBCT 또는 다른 체적 이미지가 획득된다. 선택적인 잡음 필터링 단계(S320)는 체적 이미지 데이터를 위한 잡음 필터링을 제공한다. 그 후, 선택적 부분 체적 정정 단계(S330)는 부분 체적 효과들을 위해 정정한다. 이들 영상화 결함들은 조직 경계면들에서 발생하고, 체적 및 표면 렌더링 모두에서 부정확함을 야기할 수 있다. 부분 체적 정정에 대한 한가지 접근법은 예를 들어, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol.24, No.2, 2005년 2월, pp.223-235에서의 Andre Souza, Jayaram Udupa, 및 Punam Saha에 의한 "부분 체적 효가들이 있는 경우의 체적 렌더링(Volum Rendering in the Presence of Partial Volume Effects)"이라는 명칭의 논문에 설명되어 있다. 그 후, 체적 렌더링 단계(S340)가 수행되어, 예를 들어 도 9a, 도 9b, 및 도 9c에 도시된 이미지들과 같은, 대상 치아의 렌더링된 이미지를 제공한다.

다수의 상이한 유형들의 구조 식별 및 이미지 분할 알고리즘들은 입력된 오퍼레이터 명령들에 따른 분할을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 예를 들어 이전에 언급된 Falcao 등의 논문에 설명된 바와 같이, 이미지 포레스팅 변환(IFT: image foresting transform)이 이용된다. 다른 유형들의 이미지 표현은 대안적으로 이미지를 표현하고 이미지의 조절을 허용하는데 이용될 수 있다.

당업자가 이해하는 바와 같이, 본 발명은 시스템 또는 방법으로서 구현될 수 있으며, 시스템의 부분들은 도 2에 도시된 컴퓨터(106), 또는 이미지를 디스플레이하고, 오퍼레이터 명령들 및 입력 데이터를 수용하며, 오퍼레이터 입력들에 응답하기 위한 명령들로 프로그래밍되는 다른 제어 논리 프로세서 디바이스와 같은, 컴퓨터 프로그램 제품을 이용하여 수행된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예는, 하드웨어 전용 실시예, 또는 일반적으로 모두 "회로" 또는 "시스템"으로 본 명세서에 언급될 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 측면들을 조합하는 일 실시예의 형태일 수 있다. 더욱이, 본 발명의 부분들은 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에서 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있고, 명령들은 하나 이상의 컴퓨터들 또는 호스트 프로세서들에 의해 수행된다. 이러한 매체는 예를 들어, 자기 디스크(magnetic disk)(하드 드라이브 또는 저장 디스크와 같은) 또는 자기 테이프(magnetic tape)와 같은, 자기 저장 매체; 광학 디스크(optical disc), 광학 테이프, 또는 기계 판독 가능 바 코드(bar code)와 같은, 광학 저장 매체; 고체 상태 하드 드라이브들, 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory), 또는 판독 전용 메모리(ROM: read only memory)와 같은, 고체 상태 전자 저장 디바이스들; 또는 컴퓨터 프로그램을 저장하도록 이용되는 임의의 다른 물리적 디바이스 또는 매체를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램은 인터넷 또는 다른 통신 매체에 의해 호스트 프로세서(host processor)에 연결되는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체 상에 저장될 수 있다.

본 발명의 정황에서 "컴퓨터-액세스가능 메모리(computer-accessible memory)"와 동등한 "메모리(memory)"라는 용어가, 이미지 데이터 상에 저장하고 동작하는데 이용되고 예를 들어, 데이터베이스(database)를 포함하는 컴퓨터 시스템에 액세스가능한 임의의 유형의 임시 또는 그 이상의 영구적인 데이터 저장 작업 공간을 언급할 수 있다는 것이 주지된다. 메모리는 예를 들어, 자기 또는 광학 저장 장치와 같은, 장기간 저장 매체를 이용하는 비휘발성일 수 있다. 대안적으로, 메모리는 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 다른 제어 논리 프로세서 디바이스에 의해 임시 버퍼(buffer) 또는 작업 공간으로서 이용되는 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 전자 회로를 이용하여 더 많은 휘발 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 데이터는 일반적으로 임시 저장 버퍼에 저장되는데, 이러한 임시 저장 버퍼는 디스플레이 디바이스와 직접 연관되고, 디스플레이된 데이터를 제공하기 위해 필요시 주기적으로 리프레시(refresh)된다. 또한, 이러한 임시 저장 버퍼는 이 용어가 본 발명에 이용될 때, 메모리인 것으로 간주될 수 있다. 또한, 메모리는 계산들 및 다른 처리의 중간 및 최종 결과들을 수행 및 저장하기 위한 데이터 작업 공간으로서 이용된다. 컴퓨터-액세스가능 메모리는 휘발성, 비-휘발성, 또는 휘발성과 비-휘발성 유형들의 하이브리드 조합일 수 있다.

그러한 컴퓨터 프로그램 제품의 등가물이 하드웨어에서도 구성될 수 있음을 당업자는 용이하게 인식할 것이다. 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체는 심지어 수행가능 명령들이 프린팅되는 종이 또는 또 다른 적합한 매체일 수 있는데, 이는 이러한 명령들이 예를 들어, 종이 또는 다른 매체의 광학 스캐닝을 통해 전자적으로 캡처되고, 그 후 컴파일(compile)되고, 해석되고, 또는 다른 경우 필요시 적합한 방식으로 처리되며, 그 후 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있기 때문이다. 본 명세서의 정황에서, 컴퓨터-이용가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체는 명령 수행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 이들과 관련하여 이용하기 위한 컴퓨터 명령들을 포함, 저장, 통신, 전파, 또는 전달할 수 있는 임의의 매체일 수 있다.

본 발명은 하나 이상의 구현들에 관해 예시되었지만, 첨부된 청구항들의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고 예시된 예들에 대한 변경 및/또는 변형이 이루어질 수 있다. 더욱이, 본 발명의 특정한 특징은 여러 구현들 중 하나에 관해서만 개시될 수 있지만, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정한 기능에 대해 원하며 바람직할 수 있는 다른 구현들의 하나 이상의 다른 특징들과 조합될 수 있다.

"~중의 적어도 하나(at least one or)"라는 용어는, 기술된 항목들 중 하나 이상이 선택될 수 있다는 것을 의미하도록 사용된다. "약(about)"이라는 용어는, 변경이 예시된 실시예에 대한 프로세스 또는 구조의 부적합을 초래하지 않는 한, 기술된 값이 다소 변경될 수 있음을 나타낸다.

"예시적인(exemplary)"이라는 용어는, 설명이 이상적인 것을 암시하는 것이 아니라, 예로서 사용된다는 것을 나타낸다.

본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세 사항 및 실시를 고려하여 당업자에게 명백해질 것이다. 명세 사항 및 예들은 단지 예시적인 것으로 간주되고, 본 발명의 진정한 사상 및 범주가 다음의 청구항들에 의해 나타나는 것으로 의도된다.

Claims (14)

1. 컴퓨터에 의해 적어도 부분적으로 수행되는, 대상 치아의 3-D 대화형 검사(interactive examination) 방법으로서,
   적어도 상기 대상 치아 및 상기 대상 치아에 인접한 배경 내용을 포함하는 체적 이미지 데이터(volume image data)를 획득하는 단계와,
   적어도 상기 대상 치아 및 상기 배경 내용을 보여주는 상기 체적 데이터로부터 제 1 이미지를 디스플레이(display)하는 단계와,
   제 1 오퍼레이터(operator) 명령에 따라 상기 제 1 이미지에서 상기 배경 내용의 일부분을 식별하는 단계와,
   제 2 오퍼레이터 명령에 따라 상기 제 1 이미지에서 적어도 상기 대상 치아에 대한 치아 내용을 식별하는 단계와,
   상기 제 1 오퍼레이터 명령 및 상기 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 상기 체적 데이터 내로부터 적어도 상기 대상 치아를 분할하는 단계와,
   상기 분할된 대상 치아를 디스플레이하는 단계를 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분할된 대상 치아를 디스플레이하는 단계는,
   근관(root canal) 및 파절(fracture) 중 하나 이상을 보여주는 치아의 조각들을 보기 위한 절단면을 계산하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 계산된 절단면에 따라 상기 분할된 대상 치아의 조각을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   오퍼레이터로부터의 페이징(paging) 명령에 따라 상기 분할된 대상 치아의 상기 디스플레이를 상기 체적 이미지 데이터 내의 제 2 조각으로 변경하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   오퍼레이터로부터의 평면 각도 조정 명령에 응답하여 상기 절단면의 관련 각도를 변경하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 대상 치아를 분할하는 단계 전에,
   상기 체적 이미지 데이터의 감소된-해상도 복사본을 형성하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 체적 이미지 데이터에서 부분적인 체적 효과들을 정정하는 단계를 더 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 오퍼레이터 명령은 상기 디스플레이된 제 1 이미지상에 도시된 스플라인(spline)을 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 오퍼레이터 명령은 상기 디스플레이된 제 1 이미지상에 2개 이상의 치아들에 걸쳐 도시된 스플라인을 포함하는
   대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 대상 치아는 제 1 대상 치아이고,
    상기 제 1 이미지에서의 제 2 대상 치아에 대한 치아 내용의 위치를 나타내는 제 3 오퍼레이터 명령을 수용하는 단계를 더 포함하는
    대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이된 치아에서 근관 또는 파절을 하이라이팅(highlighting)하는 단계를 더 포함하는
    대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할된 대상 치아를 디스플레이하는 단계는,
    상기 대상 치아의 표면 이미지를 렌더링(rendering)하는 단계를 포함하는
    대상 치아의 3-D 대화형 검사 방법.
    
13. 컴퓨터에 의해 적어도 부분적으로 수행되는, 하나 이상의 대상 치아들의 체적 이미지를 디스플레이하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 대상 치아들 및 상기 대상 치아들의 외부에 있는 배경 내용을 포함하는 체적 이미지 데이터를 획득하는 단계와,
    적어도 상기 대상 치아들 및 상기 배경 내용을 보여주는 상기 체적 데이터로부터 제 1 이미지를 디스플레이하는 단계와,
    상기 제 1 이미지에서 상기 배경 내용을 나타내는 제 1 오퍼레이터 명령을 수용하는 단계와,
    상기 제 1 이미지에서 상기 하나 이상의 대상 치아들에 대한 치아 내용의 위치를 나타내는 제 2 오퍼레이터 명령을 수용하는 단계와,
    상기 제 1 오퍼레이터 명령 및 상기 제 2 오퍼레이터 명령에 따라 상기 체적 데이터 내로부터 상기 하나 이상의 대상 치아들을 분할하는 단계와,
    상기 분할된 하나 이상의 대상 치아들의 상기 체적 이미지 내용에 대해 계산된 절단면에 따라 상기 분할된 대상 치아들의 제 1 조각을 디스플레이하는 단계를 포함하는
    하나 이상의 대상 치아들의 체적 이미지를 디스플레이하는 방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 오퍼레이터 명령은 상기 디스플레이된 제 1 이미지상에 도시된 스플라인을 포함하는
    하나 이상의 대상 치아들의 체적 이미지를 디스플레이하는 방법.

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