KR20020041277A - 3차원 다면 영상 재구성 시스템 및 방법과 이를 저장한컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3차원 다면 영상 재구성 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체를 개시한다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 투영되는 3차원 참조 영상상에서 사용자의 조작에 의해 보고자 하는 영상 모드가 입력됨에 따라 해당 단면의 형상을 디스플레이하고, 디스플레이되는 해당 단면의 형상상에서 사용자에 조작에 의해 임의 직선, 곡선, 자유 곡선 중 어느 하나의 형태로 소정의 관심 영역이 입력됨에 따라, 단면 형상으로부터 해당 다면 영상 생성의 기준이 되는 하나 이상의 샘플 포인트를 추출한다. 이어 추출된 하나 이상의 샘플 포인트들을 3차원 좌표로 각각 변환하고, 투영 평면의 법선 벡터를 가시 행렬의 역행렬과 승산하여 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 생성하며, 각 샘플 포인트로부터 생성된 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀에 해당하는 값을 얻는 과정을 통해 다면 영상을 생성하고, 생성된 다면 영상을 디스플레이한다.
그 결과, 3차원 영상에서 직접 임의의 재구성면을 디스플레이하여 직접적인 정보를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 3차원 다면 영상 재구성 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원적인 인체 구조물의 3차원 참조 영상으로부터 다면 재구성 영상을 생성하여 가시화하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
일반적으로 3차원 다면 영상 재구성이란, 참조 영상으로부터 얻고자 하는 단면을 참조 영상상의 선(line)의 형태로 디스플레이하여 그에 해당하는 단면 영상을 얻어내는 기술이다.
이러한 3차원 다면 영상 재구성 시스템에서는 참조 영상으로는 전체 볼륨의 수직면(Coronal, Sagittal, Axial) 영상을 사용하고, 재구성면의 표시 인터페이스로는 수직선, 수평선, 대각선을 제공한다. 여기서, 대각선은 회전 가능하여 임의의 각도로 재구성면을 디스플레이할 수 있다.
이와 같은 3차원 영상 재구성 시스템은 의료 영상 기법(이하, 3차원 의료 영상 기법)에 많이 사용되는데, 특히 3차원 의료 영상 기법이란 CT와 MRI로부터 얻어지는 일련의 2차원 의료 영상으로부터 3차원 영상을 생성하는 것을 말한다. 일련의 2차원 이미지만을 통한 진단은 전체적인 입체감을 얻기가 힘들고 임의의 단면 등을 관찰하기 불가능한 단점이 있으나, 3차원 의료 영상기법을 사용하면 환부에 대한 정확한 위치의 판단이 가능하고 수술 방법을 보다 현실감 있게 예측할 수 있다.
일반적으로 의료 기기로부터 얻어진 CT나 MRI 데이터를 3차원으로 가시화 하는 프로그램에서 임의의 다면 영상을 재구성하는 것은 의료 진단에 있어서 중요한 역할을 담당한다.
그러나, 기존의 3차원 가시화 프로그램들은 첨부된 도 1에 도시한 바와 같이, 2차원 영상으로부터의 다면 재구성을 제공한다.
하지만 이들은 3차원 축에 수직인 방향에 대해서만 영상을 얻을 수 있어 기울어진 형태를 갖는 인체 기관에 대해서는 정확한 재구성면을 추출하기가 어렵다는 문제점이 있다.
또한 재구성면을 직선 형태로만 디스플레이 가능하여 원하는 기관을 따라 단면을 추출하는 것은 불가능하다는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 2차원 영상에서의 다면 영상 재구성을 제공하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 3차원 영상으로부터 다면 영상을 직접 재구성하고, 재구성된 3차원 다면 재구성 영상을 통한 자동 해부학적 구조물을 생성하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 시스템을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 3차원 영상으로부터 다면 영상을 직접 재구성하고, 재구성된 3차원 다면 재구성 영상을 통한 자동 해부학적 구조물을 생성하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 다면 영상 재구성(MPR) 화면을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 직선 인터페이스를 이용한 재구성 화면의 일례를 도시하고, 도 4b는 본 발명에 따른 곡선 인터페이스를 이용한 재구성 화면의 일례를 도시하며, 도 4c는 본 발명에 따른 자유 곡선을 이용한 재구성면 표시 화면의 일례를 도시한다.
도 5는 상기한 도 4a의 직선 인터페이스를 이용하여 단면을 추출한 결과를 도시한다.
도 6은 상기한 도 4b의 곡선 인터페이스를 이용하여 단면을 추출한 결과를 도시한다.
도 7은 상기한 도 4c의 자유 곡선을 이용하여 재구성면을 추출한 결과를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 컨트롤 포인트를 갖는 곡선에 구간별 거리를 합산한 거리를 표시한 결과이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 다면 재구성 영상을 통한 부위 설정 예를 보여준다
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 입력/저장부200 : 임의 다면 영상 재구성부
210 : 참조 영상 처리부220 : 변환부
230 : 재구성부300 : 표시부
400 : 입력부
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 3차원 다면 영상 재구성 시스템은,
소정의 특성을 가지는 입체적 구조물에 대한 밀도값이 저장된 볼륨 데이터를외부로부터 입력받아 저장하는 입력/저장부;
상기 입력/저장부에 저장된 볼륨 데이터를 기초로 하여 입체적 구조물의 공간적 분포를 3차원 영상으로 디스플레이하고, 디스플레이되는 3차원 영상을 참조 영상으로 하여 사용자가 직접 영상 재구성 조작이 가능하도록 처리하며, 상기 참조 영상상에 표시된 소정 관심 영역의 다면 영상을 표시하도록 처리하는 임의 다면 영상 재구성부;
상기 입력/저장부에 저장된 볼륨 데이터에 대응하는 3차원 영상을 디스플레이하고, 사용자에 이해 설정되는 소정의 관심 영역에 대응하는 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부; 및
상기 디스플레이되는 3차원 영상상에 사용자가 소정의 관심 영역을 지정 가능하도록 드로잉 도구를 제공하여 상기 드로잉 도구에 의한 드로잉 요청에 적응하여 요청 신호를 상기 임의 화면 재구성부에 제공하는 입력부를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법은, 참조 영상의 소정의 관심 영역의 임의 다면 영상을 표시할 수 있도록 처리하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 방법에 있어서,
(a) 투영되는 3차원 참조 영상상에서 사용자의 조작에 의해 보고자 하는 영상 모드가 입력됨에 따라 해당 단면의 형상을 디스플레이하는 단계;
(b) 상기 디스플레이되는 해당 단면의 형상상에서 사용자에 조작에 의해 임의 직선, 곡선, 자유 곡선 중 어느 하나의 형태로 소정의 관심 영역이 입력됨에 따라, 상기 단면 형상으로부터 해당 다면 영상 생성의 기준이 되는 하나 이상의 샘플 포인트를 추출하는 단계;
(c) 상기 추출된 하나 이상의 샘플 포인트들을 3차원 좌표로 각각 변환하는 단계;
(d) 투영 평면의 법선 벡터를 가시 행렬의 역행렬과 승산하여 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 생성하는 단계; 및
(e) 상기 각 샘플 포인트로부터 상기 생성된 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀에 해당하는 값을 얻는 과정을 통해 다면 영상을 생성하고, 상기 생성된 다면 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기한 단계(e)는,
각 컨트롤 포인트를 경유하는 곡선 방정식을 이용하여 구간별로 적분하여 각 구간 거리를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 각 구간 거리를 컨트롤 포인트의 순서에 따라 원점에서 해당 컨트롤 포인트까지의 곡선 길이를 합산하여 저장 및 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 단계(e)는,
소정의 관심 영역 표현을 위해 타원형, 자유 곡선, 사각형 등의 드로잉 도구를 제공하는 단계; 상기 관심 영역의 경계선 내부에 속하는 밀도값을 오름차순으로 정렬하는 단계; 및 상기 정렬된 밀도값을 불투명도 전이함수의 각 콘트롤 포인트에 해당하는 밀도값으로 하여 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계 (a)는,
수평면, 수직면, 사면 등의 평면을 표현하는 직선의 각 점을 추출하여 배열하고, 샘플 포인트를 저장하는 기본 다면 영상 모드와, 사용자가 입력하는 복수의 콘트롤 포인트들로 곡선을 생성하고, 생성된 곡선을 근거로 단면 형상의 관찰을 위한 곡선 다면 영상 모드와, 사용자가 임의로 그리는 곡선을 토대로 단면 형상의 관찰을 위한 자유 곡선 다면 영상 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 곡선의 생성은 입력된 콘트롤 포인트들로부터 곡선의 함수를 얻고, 매개 변수에 일정 간격의 값들을 대입하여 포인트들의 좌표를 연산한 후, 해당 포인트들 사이를 소정의 선분으로 연결하여 곡선을 생성하는 것이 바람직하며, 상기 곡선 함수는 허미트 곡선식을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계(b)는, 디스플레이되는 단면의 형상이 기본 다면 영상 모드인 경우에, 사용자에 의해 선택된 평면을 표현하는 직선으로부터 단위 길이마다 샘플 포인트를 추출하는 것을 하나의 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(b)는, 디스플레이되는 단면의 형상이 곡선 다면 영상 모드인 경우에, 각 선분의 길이와 방향 벡터를 이용하여 해당 선분의 방향 단위 벡터를 구하고, 선분의 한끝점에서 방향 단위 벡터만큼 전진하면서 점을 추출하는 것을 다른 하나의 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(b)는, 디스플레이되는 단면의 형상이 상기 자유 곡선 다면 영상 모드인 경우에, 각 선분의 길이와 방향 벡터를 이용하여 해당 선분의 방향 단위 벡터를 구하고, 선분의 한끝점에서 방향 단위 벡터만큼 전진하면서 점을 추출하는 것을 또 다른 하나의 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(c)의 3차원 좌표로의 변환은 가시 행렬 A의 역행렬을 각 샘플 포인트의 투영 평면상의 좌표에 승산하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체는, 참조 영상의 소정의 관심 영역의 임의 다면 영상을 표시할 수 있도록 처리하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 방법에 있어서,
(a) 투영되는 3차원 참조 영상상에서 사용자의 조작에 의해 보고자 하는 영상 모드가 입력됨에 따라 해당 단면의 형상을 디스플레이하는 단계;
(b) 상기 디스플레이되는 해당 단면의 형상상에서 사용자에 조작에 의해 임의 직선, 곡선, 자유 곡선 중 어느 하나의 형태로 소정의 관심 영역이 입력됨에 따라, 상기 단면 형상으로부터 해당 다면 영상 생성의 기준이 되는 하나 이상의 샘플 포인트를 추출하는 단계;
(c) 상기 추출된 하나 이상의 샘플 포인트들을 3차원 좌표로 각각 변환하는 단계;
(d) 투영 평면의 법선 벡터를 가시 행렬의 역행렬과 승산하여 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 생성하는 단계; 및
(e) 상기 각 샘플 포인트로부터 상기 생성된 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀에 해당하는 값을 얻는 과정을 통해 다면 영상을 생성하고, 상기 생성된 다면 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이러한 3차원 다면 영상 재구성 시스템 및 방법과 이를 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체에 의하면, 3차원 영상에서 직접 임의의 재구성면을 표시하여 직접적인 정보를 제공할 수 있고, 또한 3차원 영상에서 추측한 병변을 2차원 다면 영상 재구성을 통해 확인할 필요없이 직접 3차원 영상에 표시하여 재구성면을 얻을 수 있으며, 축에 제한된 기존 재구성 방법의 한계를 극복할 수 있다.
또한, 마우스 등의 사용자 입력 장치에 의한 인터페이스에 합산 거리를 표시하여 수치적인 정보도 제공할 뿐만 아니라, 그 결과에 의해 추출된 다면 영상을 이용해 3차원 영상을 재추출할 수도 있다.
또한, 사용자가 보고자 하는 부위에 대해서 사용자가 직접 불투명도 전이함수로 표현하는 번거로움을 덜어줄 수 있고, 다면 재구성 화면에서 보고자 하는 부위를 표시하면 자동적으로 불투명도 전이함수를 생성하여 보고자 하는 부위를 볼 수도 있다.
그러면, 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 시스템은 입력/저장부(100), 임의 다면 영상 재구성부(200), 표시부(300) 및 입력부(400)를 포함한다.
입력/저장부(100)는 소정의 특성을 가지는 입체적 구조물에 대한 밀도값이 저장된 볼륨 데이터를 외부로부터 입력받고, 3차원 다면 영상 재구성의 처리를 위하여 저장한다.
임의 다면 영상 재구성부(200)는 참조 영상 처리부(210), 변환부(220) 및 재구성부(230)로 이루어져, 상기한 입력/저장부(100)에 저장된 볼륨 데이터를 기초로 하여 입체적 구조물에 대한 3차원 영상으로 디스플레이하고, 디스플레이되는 3차원 영상을 참조 영상으로 하여 사용자가 직접 영상 재구성 조작이 가능하도록 처리하며, 상기 참조 영상상에 표시된 소정 관심 영역의 다면 영상을 표시할 수 있도록 처리한다.
보다 상세히는, 참조 영상 처리부(210)는 상기 입력/저장부(100)에 저장된 볼륨 데이터로부터 상기 3차원 참조 영상을 표시할 수 있도록 처리하고, 상기 입력부(400)를 통하여 사용자에 의해 입력되는 소정의 관심 영역을 상기 참조 영상상에서 소정의 직선이나 곡선, 자유 곡선 등의 데이터 형태로 입력받아 처리한다.
변환부(220)는 상기 참조 영상 처리부(210)에 입력된 참조 영상상의 임의의 직선이나, 곡선, 자유 곡선을 구성하는 각 포인트의 2차원적 위치 데이터로부터 각 포인트에 대응하는 3차원 좌표를 추출한다.
재구성부(230)는 상기 변환부(220)에서 얻어진 상기 각 포인트에 대응하는 3차원 좌표와 원하는 다면 영상의 가시 벡터를 이용하여 3차원 영상으로부터 이미지 정보를 얻어와 이를 재구성하여 볼륨 데이터로부터 사용자가 지정한 소정의 관심 영역에 대응하는 3차원 다면 영상으로 변경한다.
표시부(300)는 해당 참조 영상, 즉 입력/저장부(100)에 저장된 볼륨 데이터에 대한 3차원 영상을 디스플레이하고, 사용자에 의해 설정되는 소정의 관심 영역에 대응하는 3차원 다면 영상을 디스플레이한다. 이때 볼륨 데이터에 대응하는 3차원 영상은 화면의 일측에 표시하는 것이 바람직하고, 관심 영역에 대응하는 3차원 다면 영상은 화면의 다른 일측에 표시하는 것이 바람직하다.
입력부(400)는 디스플레이되는 해당 참조 영상, 바람직하게는 3차원 영상상에 사용자가 소정의 관심 영역을 지정 가능하도록 각종 드로잉 도구를 제공한다. 즉, 마우스 등을 통해 입력되는 사용자의 드로잉 요청에 적응하여 요청 신호를 임의 화면 영상 재구성부(200)에 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 특히 3차원 영상에서의 다면 영상 재구성을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 직선 인터페이스를 이용한 재구성 화면의 일례를 도시하고, 도 4b는 본 발명에 따른 곡선 인터페이스를 이용한 재구성 화면의 일례를 도시하며, 도 4c는 본 발명에 따른 자유 곡선을 이용한 재구성면 표시 화면의 일례를 도시한다.
도 5는 상기한 도 4a의 직선 인터페이스를 이용하여 단면을 추출한 결과를 도시하고, 도 6은 상기한 도 4b의 곡선 인터페이스를 이용하여 단면을 추출한 결과를 도시하며, 도 7은 상기한 도 4c의 자유 곡선을 이용하여 재구성면을 추출한 결과를 도시한다.
도 3을 참조하면, 먼저 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 3차원 참조 영상을 디스플레이한다(단계 S105). 3차원의 볼륨 데이터가 2차원 평면으로 투영된 상태에서, 사용자가 원하는 단면을 얻기 위해서는 먼저 3차원 참조 영상상에 보고자 하는 단면을 그려주어야 한다. 이러한 단면에 대한 정보를 입력하는 모듈은 베이직 MPR(Basic MPR) 모듈, 곡선 MPR(Curve MPR) 모듈, 자유 곡선 MPR(Free draw MPR) 모듈이다.
먼저, 베이직 MPR(Basic MPR) 모듈은 3차원 참조 영상상에 수평면, 수직면, 사면을 표현하는 수평선, 수직선, 사선을 본 발명에 따른 시스템이 기본적으로 제공한다.
상기한 수평면과 수직면은 회전이 불가하며, 오로지 각 평면의 법선 벡터 방향으로 평행이동만 할 수 있고, 상기한 사면은 법선 벡터 방향으로의 평행이동이 가능하며 스크린의 법선 벡터를 축으로 회전도 가능하다. 각각을 표현하는 직선들도 동일한 동작을 한다. 사용자는 각 직선을 마우스로 선택하거나 평행이동 또는 회전시켜서 원하는 단면의 형상을 관찰할 수 있다.
또한, 곡선 MPR(Curve MPR) 모듈은 사용자의 입력으로 주어지는 콘트롤 포인트(control point)들로 곡선을 생성하고, 그 곡선에 따라 단면의 형상을 관찰할 수 있다. 상기한 콘트롤 포인트를 통과하는 곡선의 생성은 우선 입력된 콘트롤 포인트들로부터 허미트(Hermite) 곡선식 등을 이용하여 곡선의 함수를 얻고 매개변수에 일정간격의 값들을 대입하여 점들의 좌표를 계산 한 뒤 그 점들 사이를 선분으로 연결하여 곡선을 표현한다.
또한, 자유 곡선 MPR(Free draw MPR) 모듈은 사용자가 마우스로 그린 임의의 곡선을 토대로 단면의 형상을 관찰할 수 있다.
도 3으로 환언하여, 사용자에 의해 베이직 MPR(Basic MPR)이 선택되었는지의 여부를 체크하여(단계 S110), 베이직 MPR이 선택된 경우에는 선택된 평면을 표현하는 직선의 각 점들을 추출하여 배열하고(단계 S112), 해당 MPR 이미지, 바람직하게는 베이직 MPR 이미지 생성의 기준이 되는 샘플 포인트들을 저장한다(단계 S114). 여기서, 베이직 MPR은 엑시얼(Axial) 영상, 사지털(Sagital) 영상, 코로널(Coronal) 영상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 샘플 포인트는 사용자에 의해 3차원 참조 영상상에 그려진(혹은 선택되어진) 직선(혹은 곡선)상의 점들로서, 최종 얻어지는 MPR 영상의 한쪽 변을 구성하는 한 점이 된다.(보는 방향에 따라 왼쪽변이 될 수도 있고 밑변이 될 수도 있다.) 상기한 베이직 MPR의 경우, 샘플 포인트의 저장은 사용자에 의해 선택된 평면을 표현하는 직선으로부터 단위 길이마다 일정 샘플 포인트들을 추출하는 것으로 해결된다.
단계 S110에서 베이직 MPR이 미선택된 경우에는 일련의 콘트롤 포인트들로 구성되는 곡선 MPR(Curve MPR)이 선택되었는지의 여부를 체크하여(단계 S120), 곡선 MPR이 선택된 경우에는 입력받은 콘트롤 포인트들을 이용하여 허미트 곡선(Hermite curve)식을 계산하고(단계 S122), 상기한 허미트 곡선식을 이용하여 콘트롤 포인트 사이의 점들을 등간격 추출하여 샘플 포인트를 저장한다(단계 S124).
상기한 곡선 MPR의 경우, 샘플 포인트의 저장은 곡선을 그리는 데 사용된 점들 사이가 선분으로 연결되어 있으므로 각 선분에서 단위 길이마다 점을 추출하는 방법으로 샘플 포인트를 추출한다. 이때 사용되는 방법은 각 선분의 길이와 방향벡터를 이용해서 그 선분의 방향 단위 벡터를 구하고 선분의 한 끝점에서 방향 단위 벡터만큼 전진하면서 점을 추출하면 된다. 한 선분에서의 추출이 끝나면 다음 선분에서도 같은 작업을 한다.
단계 S120에서 곡선 MPR이 미선택된 경우에는 사용자에 의해 마우스로 그린 일련의 점들로 구성되는 자유 곡선 MPR(FreeDraw MPR)이 선택되었는지의 여부를 체크하여(단계 S130), 자유 곡선 MPR이 미선택된 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 자유 곡선 MPR이 선택된 경우에는 추출된 추출점들을 보간하여 배열한 후(단계 S132), 샘플 포인트들을 저장한다(단계 S134).
상기한 자유 곡선 MPR의 경우, 샘플 포인트들의 저장은 마우스로 곡선을 그릴 때 얻어지는 일련의 점들 사이가 역시 선분으로 이루어져 있으므로, 곡선 MPR의 경우와 동일 방법으로 단위 길이마다 샘플 포인트들을 추출하면 된다.
상기한 단계 S114, S124, S134에 이어 현재 뷰잉 정보를 얻어오고(단계 S140), 3차원 볼륨 데이터에서 직접 MPR 이미지를 생성하기 위해서는 상기한 과정에서 얻어진 2차원 샘플 포인트를 3차원으로 변환한다(단계 S150). 보다 상세히는, 2차원 샘플 포인트를 3차원으로 변환하기 위해서는 가시행렬 A의 역행렬을 각 점의 좌표에 곱해주면 된다. 즉, P_3 = A^-1 P_2이다. 여기서 P3은 샘플 포인트의 3차원으로 변환된 좌표이고, P2는 샘플 포인트의 투영 평면상의 좌표이다.
이어 각 샘플 포인트를 근거로 이미지 정보를 얻어온 후(단계 S160), 해당 MPR 이미지를 생성하고, 생성된 MPR 이미지를 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 디스플레이한다(단계 S170).
보다 상세히는, 상기 샘플 포인트를 3차원 좌표로 변환했으면 샘플 포인트를 시작점으로 하여 MPR이미지를 얻어오는데, 이때 3차원 좌표 공간에서 이미지를 얻어오는 방향 설정이 필요하다. 즉, 시작점과 방향이 있으면 각 샘플 포인트마다 한 줄의 MPR 이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 방향의 설정은 샘플 포인트의 3차원 변환과 마찬가지로 투영 평면의 법선 벡터인 (0,0,1)을 가시행렬의 역행렬과 곱하면 3차원상에서의 MPR이미지 추출 방향 벡터가 나온다.
각 샘플 포인트로부터 위에서 얻은 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀(voxel)에 해당하는 값을 얻어온다. 이 작업을 모든 샘플 포인트에 대해 수행을 하면 MPR 이미지를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 하나의 특징으로서, 3차원 영상에서의 다면 영상 재구성을 설명하는 일련의 과정을 설명하였으나, 본 발명의 다른 특징으로서, 다면 영상을 이용한 합산 거리 정보를 추출할 수도 있다. 보다 상세히는, 컨트롤 포인트를 갖는 곡선을 이용하여 다면 영상을 재구성하는 경우, 구간 사이의 또는 전체의 거리를 알고 싶어하는 요구를 충족시키기 위해 본 발명에 따른 3차원 다면 영상 재구성 시스템에서는 구간에 따른 합산 거리를 화면에 표시하는 기능을 제공한다.
그러면, 상기한 합산 거리의 표시를 첨부하는 도 8을 참조하여 간략히 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 특히 3차원 영상에서의 합산 거리의 측정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 사용자에 의해 컨트롤 포인트가 입력됨에 따라(단계 S201), 카운트를 증가시킨다(단계 S220). 이어 한 스텝의 적분값을 더하고(단계 S230), 카운트 값이 20 미만인지의 여부를 체크한다(단계 S240).
즉, 각 컨트롤 포인트를 지나는 곡선의 방정식을 이용해 구간별로 적분하여 각 구간 거리를 구하고, 각각을 컨트롤 포인트의 순서에 따라 원점에서 그 컨트롤 포인트까지의 곡선의 길이를 합산하여 컨트롤 포인트 옆에 나타내게 된다. 수학식은 다음과 같다.
매개변수 u에 의한 곡선식을 (x(u),y(u))이라 하면, 곡선의 길이 L은 하기하는 수학식 과 같다.
여기서 곡선식으로는 콘트롤 포인트로 정의하기도 쉽고, 계산량도 적고, 적은 계산량에도 불구하고 부드러운 곡선을 표시할 수 있는 허미트 곡선(Hermite curve)을 이용하였다.
따라서, 실제 코드상에서는 정적분을 수행하기 어려우므로 '0'에서 '1'까지의 값을 갖는 매개 변수 u를 20등분하여 u를 0.05 씩 증가시키면서 구분구적법을 이용하여 길이를 구한다. 이때, 오차를 작게 하기 위해서 최종 결과는 상적분(upper sum)과 하적분(lower sum)의 합을 산술 평균한 값을 계산한다.
또한, 적분을 통한 길이 계산은 곡선을 편집하는 중이나 컨트롤 포인트를 새로 추가하는 중에도 수행되어서 곡선을 편집하거나 컨트롤 포인트를 새로 추가하면서 그때마다 바뀐 곡선의 누적 길이를 쉽게 알 수 있다.
단계 S240에서 카운트 값이 20미만이라 판별되는 경우에는 단계 S220으로 피드백하고, 카운트 값이 20이라 판별되는 경우에는 도 9와 같이 길이를 디스플레이한다(단계 S250). 이때, 카운트 값은 사용자에 의하여 조절될 수 있다.
도 9는 컨트롤 포인트를 갖는 곡선에 구간별 거리를 합산한 거리를 표시한 결과이다. 사용자는 이 정보로부터 전체 및 구간 거리를 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 다른 특징으로서, 다면 영상을 이용한 합산 거리 정보를 추출하는 일련의 과정을 설명하였으나, 본 발명의 또 다른 특징으로서, 3차원 다면 재구성 영상에서 관심 영역을 그려줌으로써 자동 해부학적 구조물을 생성할 수도 있는데 이에 대한 설명을 아래에서 설명한다.
일반적으로 3차원 재구성 영상은 구조물의 임의 단면을 보여주므로 CT나 MRI의 2차원 슬라이스보다 보고자 하는 부위에 관한 많은 정보를 가진다.
따라서 상기한 본 방법의 또 다른 실시예에서는 3차원 다면 재구성 영상을 제공하므로 부위 추출하고자 하는 해부학적 구조물을 포함하는 다면 재구성 영상을나타낸 뒤, 해당 구조물에 ROI를 설정함으로써 그 부분에 해당하는 밀도값을 분석하여 적절한 불투명도 전이함수를 자동으로 만들어 낼 수 있다.
특히, 관심 영역(ROI) 표현을 위해 타원형, 자유 곡선, 사각형 등의 다양한 드로잉 도구를 제공한다.
ROI를 통한 해부학적 구조물을 자동으로 나타내기 위한 불투명도 전이함수의 생성 방법은 ROI 경계선 내부에 속하는 밀도값을 오름차순으로 정렬하였을 때 5%, 25%, 70%, 90%에 있는 밀도값을 불투명도 전이함수(사다리꼴형태)의 각 콘트롤 포인트에 해당하는 밀도값으로 하여 생성된다. 이때 각 콘트롤 포인트에 해당하는 퍼센트(%)는 사용자가 조절할 수 있다. 그러면 상기한 과정을 첨부하는 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 실시예에 따른 3차원 다면 영상 재구성 방법을 설명하기 위한 흐름도로, 특히 3차원 영상에서의 관심 부위(ROI; Region Of Interest) 추출의 자동화 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 먼저 3차원 다면 재구성 영상을 생성한다(단계 S310).
이어 사용자에 의해 보고자하는 구조물을 ROI로 표현함에 따라(단계 S320), ROI 내부의 밀도값을 정렬한다(단계 S330). 이때 정렬은 오름차순으로 정렬하는 것이 바람직하다.
이어 5, 25, 70, 90%에 해당하는 밀도값을 불투명도 전이함수의 콘트롤 포인트로 결정한다(단계 S340). 물론 여기서 불투명도 전이함수의 콘트롤 포인트로 결정하기 위한 밀도값은 5, 25, 70, 90%를 한정하지 않음은 자명하다.
이어 불투명도 전이함수를 생성한다(단계 S350).
도 11은 다면 재구성 영상을 통한 부위 설정 예를 보여준다. 도와 같이 원하는 3차원 다면 재구성 영상을 생성한 다음 원하는 부위를 ROI로 그려준다. 도 11의 경우는 원으로 표현한 예이다. 이렇게 그리면 도 왼쪽 하단에 보여진 바와 같이 해당 불투명도 전이함수가 그려지고, 해당되는 가시화 결과가 왼쪽 상단의 가시화 화면에 보여진다.
상기한 본 발명에 의한 3차원 다면 영상 재구성 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 입력부는 마우스뿐만 아니라 라이트 펜이나 키보드 또는 다종 다양한 입력장치를 사용할 수 있으며, 의료 영상 처리를 위한 시스템뿐만 아니라 자동차, 선박, 건축물 등의 입체적 구조를 가지는 건조물의 설계 및 시공 분야에도 광범위한 응용을 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 의료 진단에 중요한 역할을 하는 다면 영상 재구성 장치에 있어서, 기존 시스템에서 제공하는 2차원 재구성 기능의 축에 제한되는 한계를 극복하고 직접 3차원 영상에 관심 영역을 표시하게 함으로직관적인 진단을 도와 보다 정확한 진단에 큰 도움을 줄 수 있다.
또한 본 발명에 따른 3차원 다면 영상 재구성은 환자의 병변을 확인하는데 중요한 가이드 역할을 제공하며, 특히, 기존 소프트웨어에서 제공하는 2차원 재구성 기능의 축에 제한되는 한계를 극복하면서 직접 3차원 영상에 표시하게 함으로써, 직관적인 진단을 도와 정확한 병변의 발견 및 진단에 큰 도움을 줄 수 있다.
또한 컨트롤 포인트를 갖는 곡선의 경우 구간별 합산 거리를 제공함으로써, 병변의 수치적 정보까지도 제공할 수 있고, 관심 부위 표시를 통한 3차원 영상의 재추출 방법은 사용자가 원하는 구간을 수치가 아닌 영상을 통해 직접 입력하여 보다 손쉬운 조작을 제공할 수 있다.
또한 3차원 다면 재구성 화면의 ROI를 통한 해부학적 구조물의 자동 가시화 기능으로 사용자가 일일이 불투명도 전이함수를 조절해야 하는 기존의 번거로움을 해결할 수 있다.
Claims (15)
- 소정의 특성을 가지는 입체적 구조물에 대한 밀도값이 저장된 볼륨 데이터를 외부로부터 입력받아 저장하는 입력/저장부;상기 입력/저장부에 저장된 볼륨 데이터를 기초로 하여 입체적 구조물의 공간적 분포를 3차원 영상으로 디스플레이하고, 디스플레이되는 3차원 영상을 참조 영상으로 하여 사용자가 직접 영상 재구성 조작이 가능하도록 처리하며, 상기 참조 영상상에 표시된 소정 관심 영역의 다면 영상을 표시하도록 처리하는 임의 다면 영상 재구성부;상기 입력/저장부에 저장된 볼륨 데이터에 대응하는 3차원 영상을 디스플레이하고, 사용자에 이해 설정되는 소정의 관심 영역에 대응하는 3차원 영상을 디스플레이하는 표시부; 및상기 디스플레이되는 3차원 영상상에 사용자가 소정의 관심 영역을 지정 가능하도록 드로잉 도구를 제공하여 상기 드로잉 도구에 의한 드로잉 요청에 적응하여 요청 신호를 상기 임의 화면 재구성부에 제공하는 입력부를 포함하는 3차원 다면 영상 재구성 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 임의 다면 영상 재구성부는,상기 입력 저장 수단에 저장된 볼륨 데이터로부터 상기 3차원 참조 영상을 표시할 수 있도록 처리하고, 상기 입력수단을 통하여 소정의 관심 영역을 상기 참조 영상 위의 소정의 직선 또는 곡선데이터의 형태로 입력받아 처리하는 참조 영상 처리부;상기 참조 영상 처리부에 입력된 참조 영상 위의 임의 직선 또는 곡선을 구성하는 각 점의 2차원적 위치 데이터로부터 상기 각 점의 3차원 좌표를 추출하는 변환부; 및상기 변환부에서 얻어진 상기 각 점의 3차원 좌표와 원하는 다면 영상의 가시 벡터를 이용하여 영상 각부의 데이터를 추출하며, 상기 각부의 데이터를 재구성하여 상기 소정 관심 영역의 다면 영상으로 합성하는 재구성부를 포함하는 3차원 다면 영상 재구성 시스템.
- 참조 영상의 소정의 관심 영역의 임의 다면 영상을 표시할 수 있도록 처리하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 방법에 있어서,(a) 투영되는 3차원 참조 영상상에서 사용자의 조작에 의해 보고자 하는 영상 모드가 입력됨에 따라 해당 단면의 형상을 디스플레이하는 단계;(b) 상기 디스플레이되는 해당 단면의 형상상에서 사용자에 조작에 의해 임의 직선, 곡선, 자유 곡선 중 어느 하나의 형태로 소정의 관심 영역이 입력됨에 따라, 상기 단면 형상으로부터 해당 다면 영상 생성의 기준이 되는 하나 이상의 샘플 포인트를 추출하는 단계;(c) 상기 추출된 하나 이상의 샘플 포인트들을 3차원 좌표로 각각 변환하는 단계;(d) 투영 평면의 법선 벡터를 가시 행렬의 역행렬과 승산하여 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 생성하는 단계; 및(e) 상기 각 샘플 포인트로부터 상기 생성된 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀에 해당하는 값을 얻는 과정을 통해 다면 영상을 생성하고, 상기 생성된 다면 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계(e)는,각 컨트롤 포인트를 경유하는 곡선 방정식을 이용하여 구간별로 적분하여 각 구간 거리를 연산하는 단계; 및상기 연산된 각 구간 거리를 컨트롤 포인트의 순서에 따라 원점에서 해당 컨트롤 포인트까지의 곡선 길이를 합산하여 저장 및 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계(e)는,소정의 관심 영역 표현을 위해 타원형, 자유 곡선, 사각형 등의 드로잉 도구를 제공하는 단계;상기 관심 영역의 경계선 내부에 속하는 밀도값을 정렬하는 단계; 및상기 정렬된 밀도값을 불투명도 전이함수의 각 콘트롤 포인트에 해당하는 밀도값으로 하여 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상재구성 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계 (a)는,수평면, 수직면, 사면 등의 평면을 표현하는 직선의 각 점을 추출하여 배열하고, 샘플 포인트를 저장하는 기본 다면 영상 모드와, 사용자가 입력하는 복수의 콘트롤 포인트들로 곡선을 생성하고, 생성된 곡선을 근거로 단면 형상의 관찰을 위한 곡선 다면 영상 모드와, 사용자가 임의로 그리는 곡선을 토대로 단면 형상의 관찰을 위한 자유 곡선 다면 영상 모드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제6항에 있어서,상기 곡선의 생성은,입력된 하나 이상의 콘트롤 포인트로부터 곡선의 함수를 얻고, 매개 변수에 일정 간격의 값들을 대입하여 포인트들의 좌표를 연산한 후, 해당 포인트들 사이를 소정의 선분으로 연결하여 곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 곡선 함수는 허미트 곡선식을 이용하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계(b)는,디스플레이되는 단면의 형상이 기본 다면 영상 모드인 경우에, 사용자에 의해 선택된 평면을 표현하는 직선으로부터 단위 길이마다 샘플 포인트를 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는,디스플레이되는 단면의 형상이 곡선 다면 영상 모드인 경우에, 각 선분의 길이와 방향 벡터를 이용하여 해당 선분의 방향 단위 벡터를 구하고, 선분의 한끝점에서 방향 단위 벡터만큼 전진하면서 점을 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는,디스플레이되는 단면의 형상이 상기 자유 곡선 다면 영상 모드인 경우에, 각 선분의 길이와 방향 벡터를 이용하여 해당 선분의 방향 단위 벡터를 구하고, 선분의 한끝점에서 방향 단위 벡터만큼 전진하면서 점을 추출하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계(c)의 3차원 좌표로의 변환은,가시 행렬 A의 역행렬을 각 샘플 포인트의 투영 평면상의 좌표에 승산하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법.
- 참조 영상의 소정의 관심 영역의 임의 다면 영상을 표시할 수 있도록 처리하기 위한 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체에 있어서,(a) 투영되는 3차원 참조 영상상에서 사용자의 조작에 의해 보고자 하는 영상 모드가 입력됨에 따라 해당 단면의 형상을 디스플레이하는 단계;(b) 상기 디스플레이되는 해당 단면의 형상상에서 사용자에 조작에 의해 임의 직선, 곡선, 자유 곡선 중 어느 하나의 형태로 소정의 관심 영역이 입력됨에 따라, 상기 단면 형상으로부터 해당 다면 영상 생성의 기준이 되는 하나 이상의 샘플 포인트를 추출하는 단계;(c) 상기 추출된 하나 이상의 샘플 포인트들을 3차원 좌표로 각각 변환하는 단계;(d) 투영 평면의 법선 벡터를 가시 행렬의 역행렬과 승산하여 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 생성하는 단계; 및(e) 상기 각 샘플 포인트로부터 상기 생성된 3차원상의 다면 영상 추출 방향 벡터를 이용하여 전진하면서 단위 복셀에 해당하는 값을 얻는 과정을 통해 다면 영상을 생성하고, 상기 생성된 다면 영상을 디스플레이하는 단계를 포함하는 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체.
- 제13항에 있어서, 상기 단계(e)는,각 컨트롤 포인트를 경유하는 곡선 방정식을 이용하여 구간별로 적분하여 각 구간 거리를 연산하는 단계; 및상기 연산된 각 구간 거리를 컨트롤 포인트의 순서에 따라 원점에서 해당 컨트롤 포인트까지의 곡선 길이를 합산하여 저장 및 디스플레이하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체.
- 제13항에 있어서, 상기 단계(e)는,소정의 관심 영역 표현을 위해 타원형, 자유 곡선, 사각형 등의 드로잉 도구를 제공하는 단계;상기 관심 영역의 경계선 내부에 속하는 밀도값을 오름차순으로 정렬하는 단계; 및상기 정렬된 밀도값을 불투명도 전이함수의 각 콘트롤 포인트에 해당하는 밀도값으로 하여 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 다면 영상 재구성 방법을 저장한 컴퓨터가 판독 가능한 기록 매체.
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| US10394416B2 (en) | 2013-12-31 | 2019-08-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | User interface system and method for enabling mark-based interaction for images |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20010803 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| PA0302 | Request for accelerated examination |
Patent event date: 20020329 Patent event code: PA03022R01D Comment text: Request for Accelerated Examination Patent event date: 20010803 Patent event code: PA03021R01I Comment text: Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20020816 Patent event code: PE09021S01D |
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20030206 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20030307 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20040329 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20030307 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I Patent event date: 20020816 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |