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KR101294858B1 - Method for liver segment division using vascular structure information of portal vein and apparatus thereof - Google Patents

Method for liver segment division using vascular structure information of portal vein and apparatus thereof Download PDF

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KR101294858B1
KR101294858B1 KR1020120044171A KR20120044171A KR101294858B1 KR 101294858 B1 KR101294858 B1 KR 101294858B1 KR 1020120044171 A KR1020120044171 A KR 1020120044171A KR 20120044171 A KR20120044171 A KR 20120044171A KR 101294858 B1 KR101294858 B1 KR 101294858B1
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KR
South Korea
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liver
context
point
points
blood vessel
Prior art date
Application number
KR1020120044171A
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Korean (ko)
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이정진
이강도
정진욱
김경원
김보형
신영길
Original Assignee
가톨릭대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: A method for classifying liver segment using vascular structure information of portal vein and an apparatus thereof are provided to implement more objective and accurate reading, by automating the reading method. CONSTITUTION: Three-dimensional chest volume data is acquired (S210). Route tree is generated by using a Euclidian distance map (S220). End point, branching point and skeleton of liver vein are extracted using level set (S230). The position of the extracted branching point is corrected (S240). Liver segment is classified by using the branching pattern structure (S260). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) Finish; (S210) Acquire three-dimensional chest volume data; (S220) Generate a route tree by using an Euclidian distance map; (S230) Extract an end point, a branching point and a skeleton of a liver vein; (S240) Correct the position of the extracted branching point; (S250) Analyze branching patterns in respect to the liver vein and extract a main blood vessel; (S260) Classify a liver segment by using a branching pattern structure of the main blood vessel

Description

간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법 및 장치{Method for liver segment division using vascular structure information of portal vein and apparatus thereof}Method for liver segment division using vascular structure information of portal vein and apparatus etc.

본 발명은 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CT 촬영된 간 문맥의 혈관 구조를 분석하고 세그먼트를 구분하여 간 이식 수술의 성공률을 극대화할 수 있는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context, and more particularly, to analyze the vascular structure of the CT ported liver context and classify segments to maximize the success rate of liver transplantation. The present invention relates to a liver segment classification method and apparatus using vascular structure information of the liver context.

현재 국내에서 간질환으로 사망하는 사람은 연간 1 만여명에 달한다. 하지만, 간질환은 완치할 수 있는 치료약이 없기 때문에 건강한 사람의 간을 이식받는 방법이 최선책이다. 1994년 서울아산병원에서 생체 부분 간이식 수술이 국내 최초로 성공한 이래로 최근 추세는 뇌사자 간이식에서 생체 부분 간이식으로 빠르게 전환되고 있다. 간은 전체 부피의 30%만 있어도 생명 유지에 어려움이 없으며 재생력이 강하여 한 달 이내 80%까지 되살아나므로 장기 부분 공여가 가능하다. 생체부분 간이식은 말기 간 경변, 진행성 만성간염, 초기 간암, 선천성 담도폐색증, 윌슨병 등에 대하여 근본적인 치료의 유일한 방법이다.Currently, about 10,000 people die from liver disease in Korea. However, liver disease is the best way to get a healthy human liver because there is no curable medicine. Since the first successful bio-transplantation transplantation operation at Seoul Asan Hospital in 1994, the recent trend is rapidly shifting from brain-lion transplantation to biotransplantation. Liver has 30% of its total volume, which makes it difficult to maintain its life, and its regeneration is so strong that it can be revived up to 80% within a month. Liver partial liver transplantation is the only method of essential treatment for end-stage cirrhosis, progressive chronic hepatitis, early liver cancer, congenital biliary obstruction, and Wilson's disease.

생체부분 간이식의 증가에 따라서 공여자의 적합성 평가의 정확성에 대한 요구도 급증하고 있다. 이 때, 가장 중요한 것은 공여자의 간 세그먼트의 체적을 정확히 측정하는 것이고, 이것은 수혜자의 수술 후 경과와 공여자의 안전 측면에서 절대적으로 필요하다. 공여자의 수술 후 안전을 확보하기 위해 가장 중요한 것은 공여 후 잔여 간 체적인데, 간 이식편으로 공여되는 부분이 너무 크고 공여자에게 남는 간 조직이 공여자의 필요한 표준간 중량에 미치지 못할 경우 수술 후 간 기능 장애가 심해진다는 문제점이 있어서 보통 총 간 체적의 35 ~ 40% 이상을 남긴다. 따라서 생체부분 간이식의 공여자로서 적합한 판정을 받으려면 잔여 간 체적이 35 ~ 40%이어야 한다.The demand for accuracy of donor suitability assessments is increasing rapidly with the increase in biotransplantation. At this time, the most important thing is to accurately measure the volume of the donor's liver segment, which is absolutely necessary in terms of the recipient's postoperative course and the donor's safety. The most important thing to ensure the donor's postoperative safety is the remaining liver volume after donation.If the donor area is too large and the liver tissue remaining in the donor does not meet the donor's required standard liver weight, hepatic dysfunction is increased after surgery. The problem is that it usually leaves more than 35 to 40% of the total liver volume. Therefore, the remaining liver volume must be between 35 and 40% in order to be judged as a suitable donor for biotransplant liver transplantation.

위에 기술된 공여자의 적합성을 판단하기 위한 간 세그먼트의 체적에 대한 수술 전 정보는 복부 CT(Computed Tomography) 영상으로부터 얻을 수 있는데, 기존에는 공여자의 간 세그먼트의 체적 측정은 의사에 의하여 수작업으로 수행되어 왔다. 이를 위하여 간 세그먼트를 수동으로 분할하고, 매 슬라이스마다 수동으로 입력된 간 구분을 위한 절제면의 면적을 슬라이스 두께로 곱한 다음 총 합을 구하여 간 세그먼트의 체적을 측정하였다. Preoperative information on the volume of the liver segment for determining donor suitability described above can be obtained from abdominal computed tomography (CT) images. Previously, volume measurements of the donor's liver segment have been performed manually by a physician. . For this purpose, the liver segment was manually divided, the area of the ablation surface for manually distinguishing the liver for each slice was multiplied by the slice thickness, and the sum was obtained to measure the volume of the liver segment.

따라서 간 세그먼트를 수동으로 분할하는 과정에 매우 오랜 시간이 소요되고 있고, 간 세그먼트는 3차원적으로 주요 간 문맥 혈관들로부터 피를 공급받는 부분을 분할해야 하지만, 의사의 수작업은 2차원 평면 상에서 이루어지는 한계점이 있어서 정확성이 근본적으로 떨어지는 문제점이 있다. Therefore, the process of manually dividing the liver segment takes a very long time, and the liver segment has to divide the blood supply from the major liver portal blood vessels in three dimensions, but the doctor's manual work is performed on the two-dimensional plane. Because of the limitations, there is a problem inherent in accuracy.

본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1126447호(2012. 03. 29 등록공고)에 기재되어 있다.The background technology of the present invention is described in Republic of Korea Patent Publication No. 10-1126447 (2012. 03. 29 registration).

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 CT 촬영된 간 문맥의 혈관 구조를 분석하고 세그먼트를 구분하여 간 이식 수술의 성공률을 극대화할 수 있는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법 및 장치를 제공하는 것이다. Accordingly, a technical problem of the present invention is to provide a method and apparatus for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context which can maximize the success rate of liver transplantation by analyzing the vascular structure of the CT-photographed liver context and classifying segments. It is.

본 발명에 따른 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법은, CT 촬영을 통해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득하는 단계, 상기 3차원 흉부 볼륨 데이터를 이용하여 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성하는 단계, 레벨 셋을 이용하여 상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 단계, 추출된 분지점의 위치를 보정하는 단계, 상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 상기 골격으로부터 주 혈관을 추출하는 단계, 그리고 상기 주 혈관의 분지 패턴 구조를 이용하여 간 세그먼트를 구분하는 단계를 포함한다.Liver segment classification method using the vascular structure information of the liver context according to the present invention, the step of obtaining the three-dimensional chest volume data through CT imaging, using the three-dimensional chest volume data to the points on the blood vessel boundary of the liver context Generating a path tree using a Eucladian distance map for the step, extracting the end point, branch point and skeleton of the liver context using a level set, correcting the position of the extracted branch point, the liver context Analyzing the branching pattern for and extracting the main blood vessels from the skeleton, and using the branching pattern structure of the main blood vessels comprising the step of separating the liver segment.

상기 경로 트리를 생성하는 단계는, 상기 간 문맥의 혈관 경계에 있는 모든 점들에 대하여 상기 유클라디안 거리 맵을 생성하는 단계, 그리고 상기 혈관 경계로부터 가장 멀리 떨어진 내부 복셀들을 선택적으로 연결하여 상기 경로 트리를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the path tree may include generating the eucladian distance map for all points at the blood vessel boundary of the liver context, and selectively connecting the inner voxels farthest from the blood vessel boundary to connect the path tree. It may include the step of generating.

상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 단계는, 상기 레벨 셋이 전파되는데 걸리는 시간의 정수 부분 값이 같은 점들을 하나의 집합으로 정의하고, 인접한 집합이 하나인 점들의 집합을 상기 간 문맥의 끝점으로 판단하는 단계, 상기 추출된 간 문맥의 끝점으로부터 시작점까지 역추적하여 연결하여 상기 간 문맥의 골격 정보를 추출하는 단계, 그리고 상기 추출된 복수의 골격이 교차하는 지점을 분지점으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다. The step of extracting the end point, branch point and skeleton of the liver context may be defined as a set of points having the same integer partial value of the time it takes for the level set to propagate, and the set of points having one adjacent set as the liver. Determining as an end point of the context, extracting skeletal information of the hepatic context by connecting back traced from the end point of the extracted hepatic context to a starting point, and determining a point where the extracted plurality of skeletons intersect as a branch point It may include the step.

상기 추출된 분지점의 위치를 보정하는 단계는, 상기 추출된 분지점 주변에 인접한 후보점들을 중심으로 가상의 구를 팽창시켜 상기 간 문맥의 혈관 벽에 내접하는 최대 크기의 구를 계산하는 단계, 그리고 상기 최대 크기의 구의 중심점에 해당하는 지점으로 상기 분지점의 위치를 보정하는 단계를 포함할 수 있다. Compensating the position of the extracted branch point, the step of calculating the sphere of the maximum size inscribed in the blood vessel wall of the liver context by expanding the virtual sphere around the adjacent candidate points around the extracted branch point, And correcting the position of the branch point to a point corresponding to the center point of the sphere of the largest size.

다음의 수학식과 같이 상기 후보점들에 대한 중심 좌표(Pcandidate)에 오프셋 테이블에 저장된 상대 좌표(OTx(i), OTy(i), OTz(i))를 더하여 상기 가상의 구의 좌표(Psphere)를 계산할 수 있다. As shown in the following equation, the coordinates of the virtual sphere are added by adding the relative coordinates OT x (i) , OT y (i) , and OT z (i) stored in the offset table to the center coordinates (P candidate ) for the candidate points. (P sphere ) can be calculated.

Figure 112012033656909-pat00001
Figure 112012033656909-pat00001

여기서, Pcandidate 는 가상의 구의 중심에 해당하는 좌표(x0,y0,z0)를 나타낸다. Here, P candidate represents a coordinate (x 0 , y 0 , z 0 ) corresponding to the center of the virtual sphere.

상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 주 혈관 구조를 추출하는 단계는, 상기 간 문맥의 입구 부분에 위치하는 분지점을 부모 노드로 설정하고, 상기 부모 노드 및 상기 부모 노드에 연결된 분지점들에 대해 레벨을 설정하는 단계, 상기 레벨 정보와 골격 정보로부터 트리 형태의 상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하는 단계, 상기 간 문맥의 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리 맵을 통하여 상기 간 문맥의 직경을 예측하는 단계, 그리고 상기 간 문맥의 직경과 임계 값을 이용하여 주 혈관과 부 혈관을 구분하고, 상기 부 혈관을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. Analyzing the branching pattern for the liver context and extracting the main blood vessel structure, setting a branch point located at the inlet portion of the liver context as a parent node, the branch node connected to the parent node and the parent node Setting a level for the liver context; analyzing a branching pattern for the hepatic context in a tree form from the level information and skeleton information; and a eucladian distance map for the points at the boundary of the hepatic context. Predicting the diameter, and using the diameter and the threshold value of the hepatic portal vein can be distinguished from the main vessel and the secondary vessel, and removing the secondary vessel.

본 발명의 다른 실시예에 따른 간 세그먼트 구분 장치는, CT 촬영을 통해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득하는 볼륨 데이터 획득부, 상기 3차원 흉부 볼륨 데이터를 이용하여 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성하는 경로 트리 생성부, 레벨 셋을 이용하여 상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 골격 추출부, 추출된 분지점의 위치를 보정하는 분지점 위치 보정부, 상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 상기 골격으로부터 주 혈관을 추출하는 분지 패턴 분석부, 그리고 상기 주 혈관의 분지 패턴 구조를 이용하여 간 세그먼트를 구분하는 간 세그먼트 구분부를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, a liver segmentation device may further include a volume data acquisition unit for acquiring three-dimensional chest volume data through CT imaging, and for the points on the blood vessel boundary of the hepatic portal vein using the three-dimensional chest volume data. Path tree generation unit for generating a path tree using a Eucladian distance map, a bone extraction unit for extracting end points, branches and skeletons of the liver context using a level set, and a part for correcting the position of the extracted branch points A branch position correcting unit, a branch pattern analyzing unit analyzing a branching pattern for the liver context and extracting a main blood vessel from the skeleton, and a liver segment separating unit classifying a liver segment using a branching pattern structure of the main blood vessel .

이와 같이 본 발명에 의하면, 공여자의 간 문맥 영상으로부터 간 내부의 특정 세그먼트에 대한 간 부분 체적을 정확하게 측정할 수 있으므로, 이를 바탕으로 공여자의 적합성을 판단하기 위해 실제 임상에 제공될 수 있다. Thus, according to the present invention, since the liver volume of the specific segment of the liver can be accurately measured from the liver context image of the donor, it can be provided to an actual clinician to determine the suitability of the donor based on this.

나아가, 현재 의사의 수작업에 의존한 정성적인 판독 방법을 자동화 시키고 이를 검증하는 방식으로 의료 형태가 변경되어 보다 객관적이고 정교한 판독이 가능하다. 또한 이런 장치를 기존의 3차원 CT 장치나 의료영상저장 및 전달장치(Picture archive and communication system)에 접합하면 상당 규모의 소프트웨어 판매 및 수출효과를 가져올 수 있을 뿐 아니라 나아가 세계시장에서 국내 의료시스템의 경쟁력을 강화시킬 수 있다. Furthermore, medical forms have been altered by automating and verifying qualitative reading methods that rely on the manual hand of the current physician, resulting in more objective and sophisticated readings. In addition, by connecting these devices to existing three-dimensional CT devices or picture archive and communication systems, not only can they bring significant sales and exports of software, but also the competitiveness of domestic medical systems in the global market. Can be strengthened.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경로 트리를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경로 트리 생성 과정에 사용되는 우선 순위 테이블을 나타낸 것이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 레벨 셋 기반의 혈관 제어점을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 골격과 분지점, 끝점 추출 결과를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분지점 위치 보정 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 사분면에서의 거리 D에 따른 2차원 좌표 분류를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 각 세부 분지점들의 분석된 레벨을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 간 좌측 세그먼트의 해부학적 구조를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 간 우측 세그먼트의 해부학적 구조를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 간 우측 세그먼트들의 2차원 투영 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조에 따른 거리 기반 간 세그먼트 구분 모델링 방법을 나타낸 예시도이다.
도 14은 본 발명을 적용한 간 좌측 세그먼트의 세그먼트 구분 결과를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 발명을 적용한 간 우측 세그먼트의 세그먼트 구분 결과를 나타내는 예시도이다.
1 is a block diagram of a device for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a process of forming a path tree according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a priority table used in a path tree generation process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for describing a process of extracting a level set based vessel control point according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view showing a result of extracting a skeleton, a branch point, and an endpoint of a liver context according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a branch point position correction process according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating two-dimensional coordinate classification according to a distance D in a first quadrant according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the analyzed level of each sub-branch according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 shows the anatomical structure of the liver left segment according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 shows the anatomy of the right liver segment in accordance with an embodiment of the present invention.
12 is a view for explaining the two-dimensional projection positional relationship of liver right segments according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a distance-based liver segment classification modeling method according to a blood vessel structure of a liver context according to an embodiment of the present invention.
14 is an exemplary diagram showing a segment classification result of a left liver segment to which the present invention is applied.
15 is an exemplary diagram showing a segment classification result of a liver right segment to which the present invention is applied.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치에 대한 구성도이다. 도 1에 나타낸 것과 같이 간 세그먼크 구분 장치(100)는 볼륨 데이터 획득부(110), 경로 트리 생성부(120), 골격 추출부(130), 분지점 위치 보정부(140), 분지 패턴 분석부(150) 및 간 세그먼트 구분부(160)를 포함한다. 1 is a block diagram of a device for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the liver segmentation apparatus 100 includes a volume data acquisition unit 110, a path tree generation unit 120, a skeleton extractor 130, a branch point position correction unit 140, and a branch pattern analysis. The unit 150 and the liver segment separator 160 are included.

먼저, 볼륨 데이터 획득부(110)는 CT 기법에 의해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득한다. 경로 트리 생성부(120)는 3차원 흉부 볼륨 데이터를 이용하여 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성하고, 경로 트리를 이용하여 간 문맥 혈관의 중심선을 추출한다. First, the volume data acquisition unit 110 acquires 3D chest volume data by a CT technique. The path tree generation unit 120 generates a path tree using a Eucladian distance map of points at the blood vessel boundary of the liver context using 3D chest volume data, and uses the path tree to generate a centerline of the liver portal blood vessel. Extract

골격 추출부(130)는 레벨 셋을 이용하여 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하며, 분지점 위치 보정부(140)는 추출된 분지점의 위치를 보정한다. The skeleton extractor 130 extracts the end point, the branch point and the skeleton of the liver context using the level set, and the branch point position corrector 140 corrects the position of the extracted branch point.

분지 패턴 분석부(150)는 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 주 혈관을 추출하며, 간 세그먼트 구분부(160)는 주 혈관의 분지 패턴 구조를 이용하여 간 세그먼트를 구분한다. The branch pattern analysis unit 150 analyzes the branching pattern for the liver context and extracts the main blood vessel, and the liver segment separator 160 classifies the liver segment using the branch pattern structure of the main blood vessel.

이하에서는 도 2 내지 도 13을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 단층촬영에서 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 자동 간 세그먼트 구분 방법에 대하여 설명한다. Hereinafter, an automatic liver segmentation method using blood vessel structure information of the liver context in computed tomography according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 13.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method for classifying liver segments using vascular structure information of the liver context according to an embodiment of the present invention.

먼저 볼륨데이터 획득부(110)는 CT 촬영에 의해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득한다(S210). 3차원 흉부 볼륨 데이터는 간을 포함하는 3차원 볼륨 데이터로서, CT 기법을 이용한 영상 데이터 획득 방법은 기존에 공지된 것으로서 상세한 설명은 생략한다.First, the volume data acquisition unit 110 acquires 3D chest volume data by CT imaging (S210). The three-dimensional chest volume data is three-dimensional volume data including the liver, and a method of acquiring image data using a CT technique is well known and a detailed description thereof will be omitted.

다음으로, 경로 트리 생성부(120)는 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성한다(S220). Next, the path tree generation unit 120 generates a path tree by using the Eucladian distance map of the points on the blood vessel boundary of the liver context (S220).

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 경로 트리를 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경로 트리 생성 과정에 사용되는 우선 순위 테이블을 나타낸 것이다. 3 is a view for explaining a process of forming a path tree according to an embodiment of the present invention, Figure 4 shows a priority table used in the process of generating a path tree according to an embodiment of the present invention.

도 3과 같이 경로 트리 생성부(120)는 간 문맥 혈관 경계로부터 지역적으로 최대 거리 값을 가지는 지역적 최대값(local maximum)을 갖는 내부 복셀들을 잇는 중심선을 생성하기 위하여 경로 트리를 생성하는데 경로 트리 형성 과정은 다음과 같은 방법으로 수행된다. 즉, 간 문맥 혈관을 길이 방향으로 여러 부분으로 나눈다고 가정할 때, 각 부분의 혈관 경계에서 가장 멀리 떨어진 지점에 해당하는 복셀들을 찾아서 연결함으로써 중심선을 생성하고, 중심선을 확장하면 경로 트리가 생성된다. As shown in FIG. 3, the path tree generator 120 generates a path tree to generate a center tree connecting internal voxels having a local maximum having a local maximum value from the hepatic portal blood vessel boundary. The process is carried out in the following way. In other words, assuming that hepatic portal blood vessels are divided into parts in the longitudinal direction, a centerline is generated by finding and connecting voxels corresponding to the furthest points from the blood vessel boundary of each part, and a path tree is generated by expanding the centerline. .

첫 단계로 경로 트리 생성부(120)는 간 문맥의 혈관 경계에 있는 모든 점들에 대하여 3차원 유클리디안 거리맵을 생성한다. 이 때, 거리맵 생성 시에 CT 데이터의 한 복셀의 x, y, z축 방향 실제 크기를 고려한다. 먼저 도 3의 (a)와 같이 미리 분지 경로를 순차적으로 예상하는데, 여기서 x, y축 방향의 복셀 거리는 pixel spacing에 해당하고, z축 방향의 복셀 거리는 슬라이스 인터벌(slice interval)에 해당한다. 따라서, 경로 트리 생성부(120)는 거리맵 생성 시 z축 방향으로 슬라이스 인터벌을 픽셀 스페이싱으로 나눈 값만큼을 곱하여 축 방향에 따른 실제 거리의 차이를 보정한다. In a first step, the path tree generator 120 generates a 3D Euclidean distance map for all the points on the blood vessel boundary of the liver context. In this case, the actual size of the voxel of the CT data in the x, y, and z-axis directions is taken into account when generating the distance map. First, as illustrated in FIG. 3A, the branch paths are sequentially predicted in advance, wherein the voxel distances in the x and y axis directions correspond to pixel spacing, and the voxel distances in the z axis direction correspond to slice intervals. Therefore, when generating the distance map, the path tree generator 120 multiplies the slice interval by the pixel spacing in the z-axis direction to correct the difference in the actual distance along the axial direction.

두 번째 단계로 경로 트리 생성부(120)는 간 문맥의 혈관 경계로부터 가장 멀리 떨어진 내부 복셀들을 우선적으로 방문하도록 하여 경로 트리(path tree)를 생성한다. 간 문맥의 혈관 경계로부터 가장 멀리 떨어진 내부 복셀들을 우선적으로 방문하는 이유는 최대한 간 문맥의 중심을 지나는 지점이 중심선에 포함되도록 하기 위함이다.In a second step, the path tree generator 120 first visits the inner voxels farthest from the blood vessel boundary of the liver context to generate a path tree. The reason for preferentially visiting the inner voxels farthest from the vascular border of the hepatic portal vein is to ensure that the centerline includes a point that crosses the center of the hepatic portal portal as far as possible.

여기서, 혈관 벽으로부터 떨어진 거리를 노드의 가중치로 정의하여 큰 가중치를 갖는 노드는 전파되는 데 우선 순위를 갖도록 한다. Here, the distance away from the blood vessel wall is defined as the weight of the node so that a node having a large weight has priority to propagate.

경로 트리 생성부(120)는 도 4의 우선 순위 테이블(priority table)을 사용하여 경로 트리 생성 과정을 가속한다. 우선 순위 테이블의 인덱스는 혈관 벽으로부터 거리로 정의되는 노드의 가중치에 대응된다. 도 4와 같이 각 인덱스에 연결되어 있는 노드들은 가중치 뿐만 아니라 시작점으로부터 누적 거리와 부모 노드를 가리키는 포인터 그리고, 노드의 x, y, z 좌표 정보를 갖고 있다. The path tree generator 120 accelerates the path tree generation process using the priority table of FIG. 4. The index of the priority table corresponds to the weight of the node defined by the distance from the vessel wall. As shown in FIG. 4, the nodes connected to each index not only have weights but also have a cumulative distance from the starting point, a pointer to the parent node, and node x, y, z coordinate information.

경로 트리 생성 중에 새로운 복셀을 방문하게 되면, 이 복셀은 가중치에 따라 정렬되어 해당되는 인덱스에 삽입된다. 도 3의 (b), (c)는 시작점(S)으로부터 이전에 방문되지 않은 각 인접 점들이 우선 순위 테이블에 삽입되는 중간 과정의 예를 나타낸다. 즉, 도 3의 (b)에서는 3번 노드, 도 3의 (c)에서는 5번 노드가 삽입되는 것을 각각 나타낸다. When a new voxel is visited during the path tree generation, the voxels are sorted according to weights and inserted into corresponding indexes. 3 (b) and 3 (c) show an example of an intermediate process in which neighboring points not previously visited from the starting point S are inserted into the priority table. That is, in FIG. 3B, node 3 is inserted, and in FIG. 3C, node 5 is inserted.

여기서, 시작점은 도입부의 혈관벽으로부터의 거리가 가장 먼 점으로 결정되고, 경로 트리는 최대 가중치를 갖는 노드를 연결함으로써 확장된다. Here, the starting point is determined to be the point at which the distance from the vessel wall of the inlet is farthest, and the path tree is expanded by connecting the nodes with the maximum weights.

다음으로 골격 추출부(130)는 레벨 셋을 이용하여 간 문맥의 끝점, 분지점과 골격(skeleton)을 추출한다(S230). Next, the skeleton extracting unit 130 extracts the end point, branch point and skeleton of the liver context using the level set (S230).

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 레벨 셋 기반의 혈관 제어점을 추출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a diagram for describing a process of extracting a level set based vessel control point according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저 시작점으로부터 혈관 벽으로부터의 유클리디안 거리 D(x)에 따라서 다음의 수학식 1과 같은 속도 F(x)를 갖는 레벨 셋을 전파한다.First propagate a set of levels with velocity F (x) as shown in Equation 1 according to the Euclidean distance D (x) from the vessel wall from the starting point.

Figure 112012033656909-pat00002
Figure 112012033656909-pat00002

다음 수학식 2의 레벨 셋 fast marching 기법을 이용하면, 각 점까지 레벨 셋이 전파되는 데 걸리는 시간은 빠르게 계산된다. Using the level set fast marching method of Equation 2, the time it takes to propagate the level set to each point is quickly calculated.

레벨 셋이 전파되는 데 걸리는 시간의 정수 부분 값이 같은 점들을 하나의 집합으로 정의하며, 동일한 집합에 해당하는 점들은 도 5와 같이 동일한 색상의 무늬 형태로 연결된다. Points having the same integer value of the time taken for the level set to be propagated are defined as one set, and points corresponding to the same set are connected in the same color pattern as shown in FIG. 5.

Figure 112012033656909-pat00003
Figure 112012033656909-pat00003

여기서, Ti,j는 특정 레벨 셋 파동이 시작점으로부터 2차원 픽셀 위치(i,j)까지 전파되는데 걸리는 시간을 나타낸다. Here, T i, j represents the time taken for a specific level set wave to propagate from the starting point to the two-dimensional pixel position (i, j).

그리고 인접한 집합이 하나 밖에 없는 점들의 집합은 혈관의 말단부(끝점)가 된다. 즉, 이전 지점에 대한 데이터는 있고 이후 지점에 대한 데이터가 없는 지점들의 집합이 말단부가 된다. 결국 말단부의 중심점을 혈관의 끝점으로 추출이 가능하다. 혈관 골격화는 이렇게 추출된 각 끝점들로부터 시작점까지 경로 트리에 저장된 부모 노드들을 역추적함으로써 이루어지고, 이미 추출된 골격을 만나면 그 위치를 분지점으로 표시하고, 역추적을 멈추게 된다. And the set of points with only one adjacent set becomes the distal end of the vessel. That is, the end of a set of points that has data for the previous point and no data for the next point. Eventually, the center point of the distal end can be extracted as the end point of the blood vessel. Vascular skeletalization is achieved by backtracking the parent nodes stored in the path tree from each of the extracted end points to the starting point. When the skeleton is already extracted, the location is marked as a branch point and the backtracking is stopped.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥 골격과 분지점, 끝점 추출 결과를 나타낸 예시도이다. 경로 트리는 혈관 벽으로부터 거리가 먼 점들로부터 전파되기 때문에 결국 경로 트리를 역추적하는 것은 혈관 벽으로부터 거리가 먼 점들을 따라가게 되어 도 6과 같이 혈관의 골격(skeleton)에 대한 추출이 가능하다.Figure 6 is an exemplary view showing the extraction results of hepatic portal skeleton, branch points, endpoints according to an embodiment of the present invention. Since the path tree is propagated from the points far from the blood vessel wall, the traceback of the path tree eventually follows the points far from the blood vessel wall, so that the skeleton of the blood vessel can be extracted as shown in FIG.

다음으로 분지점 위치 보정부(140)는 추출된 분지점의 위치를 정확하게 보정한다(S240). Next, the branch point position correction unit 140 correctly corrects the position of the extracted branch point (S240).

혈관의 분지점은 중심선과 중심선이 서로 만나는 부분에서 생성된다. 이 때, 간 문맥의 형태가 곧은 형태가 아니라 굴곡이 심한 이유등으로, 하나의 분지점으로 인식되어야 할 부분이 여러 개의 분지점으로 인식되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 추출된 분지점 위치 보정 단계를 추가하여 분지점 추출의 정확성을 향상한다. The branching points of blood vessels are created where the centerline and the centerline meet. In this case, the shape of the hepatic context is not a straight form, but a reason for the excessive curvature, such that a part to be recognized as one branch point may be recognized as several branch points. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the accuracy of the branch point extraction is improved by adding the extracted branch point position correction step.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분지점 위치 보정 과정을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a branch point position correction process according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따르면, S230 단계에서 추출된 분지점들에 대하여 그 주변에 일정 세그먼트 내에 인접한 skeleton 내의 점들을 중심으로 가상의 구를 팽창시켜 혈관벽에 내접하는 최대의 구를 계산한다. According to the exemplary embodiment of the present invention, the maximum sphere inscribed in the vessel wall is calculated by expanding the virtual sphere around the points in the skeleton adjacent to the predetermined segment with respect to the branch points extracted in step S230.

결과적으로 각 점들에 대하여 최대 반지름이 계산되고, 이것은 지역적인 근사적 혈관 두께로 가정할 수 있다. 따라서 최대 반지름(r)을 갖는 최초 분지점(a 지점)에 근접한 골격(skeleton) 내의 점(b 지점)으로 분지점 위치를 보정할 수 있다. 즉, 최대 크기의 구의 중심에 해당하는 지점이 보정된 분지점의 위치가 되는 것이다. As a result, the maximum radius is calculated for each point, which can be assumed to be a local approximate vessel thickness. Therefore, the branch point position can be corrected to a point (point b) in the skeleton close to the initial branch point (point a) having the maximum radius r. In other words, the point corresponding to the center of the largest sphere is the position of the corrected branch point.

더욱 상세하게 설명하면 최초 계산된 분지점 부근의 skeleton 내의 점 Pcandidate를 중심으로 반지름이 1 복셀인 가상의 구를 반지름을 1 복셀 씩 팽창하여 혈관벽과 가상의 구의 표면이 만나는 점을 찾는 과정을 반복하게 된다. More specifically, the process of finding the point where the vascular wall and the surface of the virtual sphere meet by expanding the virtual sphere having a radius of 1 voxel by 1 voxel centered on the point P candidate in the skeleton near the first calculated branch point. Done.

분지점의 위치를 더욱 신속하게 보정하기 위하여, 실제 골격(skeleton)을 생성하기에 앞서 가상의 구의 표면에 대한 구의 중심으로부터의 가까운 거리 순서대로 상대 좌표를 저장해 놓은 오프셋 테이블을 미리 만들어 둔다. 따라서, 가상의 구의 중심에 해당하는 Pcandidate의 절대 좌표는 분지점 보정 단계마다 변하지만, 이 중심의 좌표에 오프셋 테이블(Offset Table, OT)에 저장된 상대 좌표를 더하게 되면, 수학식 3과 같이 가상의 구 표면의 좌표 Psphere가 빠르게 계산된다. In order to more quickly correct the position of the branch point, before creating the actual skeleton, an offset table is stored in which relative coordinates are stored in order of close distance from the center of the sphere to the surface of the virtual sphere. Therefore, the absolute coordinates of the P candidate corresponding to the center of the virtual sphere change at each branch point correction step, but when the relative coordinates stored in the offset table (OT) are added to the coordinates of this center, The coordinate P sphere of the imaginary sphere surface is quickly calculated.

Figure 112012033656909-pat00004
Figure 112012033656909-pat00004

여기서, Pcandidate 는 가상의 구의 중심에 해당하는 좌표(x0,y0,z0)를 나타낸다. Here, P candidate represents a coordinate (x 0 , y 0 , z 0 ) corresponding to the center of the virtual sphere.

오프셋 테이블에는 구의 중심에 해당하는 (x0,y0,z0)인 점을 기준으로 반지름이 1복셀인 구의 표면에 해당하는 점들부터 거리 값을 1복셀 씩 늘려가며 해당 거리 값을 갖는 3차원 좌표를 차례대로 저장한다. 거리 값을 늘려가는 과정은 결국 가상의 구를 팽창시키는 과정에 해당한다. 2차원의 예를 들어 보면, 대칭성이 있으므로 제 1사분면의 좌표에 대해서만 고려할 수 있다. In the offset table, the distance is increased by 1 voxel from the points corresponding to the surface of the sphere with a radius of 1 voxel based on the point (x 0 , y 0 , z 0 ) corresponding to the center of the sphere. Store the coordinates in sequence. Increasing the distance value corresponds to inflating the virtual sphere. In the two-dimensional example, because of symmetry, only the coordinates of the first quadrant can be considered.

즉, (x0,y0)인 점을 중심으로 모든 정수 값을 가지는 점 (x,y)에 대해 중심으로부터의 유클리디안 거리

Figure 112012033656909-pat00005
의 올림 값을 구하여 D 라고 하면, D 값이 같은 점들을 도 8과 같이 분류한다. That is, the Euclidean distance from the center of the point (x, y) with all integer values around the point of (x 0 , y 0 )
Figure 112012033656909-pat00005
If the rounding value is obtained and is D, the points having the same D value are classified as shown in FIG.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 사분면에서의 거리 D에 따른 2차원 좌표 분류를 나타낸 도면이다. 도 8은 제 1사분면에 대해서만 계산한 결과이므로 x축, y축, 원점 대칭 시킨 값을 중심으로부터 거리 값이 작은 점의 좌표부터 오프셋 테이블에 저장한다. 이 자료구조를 통해서 자동 경로를 찾는 과정 중 가상의 구를 팽창하는 계산 과정의 속도를 빠르게 할 수 있다. 8 is a diagram illustrating two-dimensional coordinate classification according to a distance D in a first quadrant according to an embodiment of the present invention. 8 is a result calculated only for the first quadrant, so the x-axis, y-axis, and origin-symmetric values are stored in the offset table starting from the coordinates of the point having a small distance from the center. This data structure speeds up the computational process of inflating a virtual sphere during automatic path finding.

다음으로 분지 패턴 분석부(150)는 간 문맥에 대하여 분지 패턴을 분석하고 주 혈관 구조를 추출한다(S250). 먼저 간 문맥의 입구 부분에 위치하는 분지점을 부모 노드(parent node)로 설정하고, 혈관 구조 분석을 통하여 도 9와 같이 각 세부 분지점들의 레벨을 계산할 수 있다.   Next, the branch pattern analysis unit 150 analyzes the branching pattern with respect to the liver context and extracts the main blood vessel structure (S250). First, a branch point located at the entrance of the liver context may be set as a parent node, and the level of each sub-branch point may be calculated as shown in FIG. 9 through vascular structure analysis.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 각 세부 분지점들의 분석된 레벨을 설명하기 위한 도면이다. 도 9와 같이 상위 노드에 해당하는 부모(parent node)는 제1 레벨에 해당하고, 그 하위 노드에 해당하는 노드들은 제2 레벨, 제3 레벨 등으로 나타낼 수 있다.9 is a view for explaining the analyzed level of each sub-branch according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, a parent node corresponding to an upper node corresponds to a first level, and nodes corresponding to the lower node may be represented as a second level, a third level, or the like.

이와 같이 분지점에 대하여 레벨을 설정함으로써, 레벨 정보와 골격(skeleton) 정보를 이용하여 트리 형태의 간 문맥에 대한 분지 패턴을 정확하게 분석할 수 있다. In this way, by setting the level for the branching point, the branching pattern for the tree-shaped liver context can be accurately analyzed using the level information and the skeleton information.

그리고 간 문맥 혈관 경계로부터 생성된 3차원으로 유클리디안 거리맵을 이용하여 골격(skeleton) 상의 특정 위치에서 간 문맥의 직경을 근사적으로 예측한다. 각 세부 혈관들의 평균 직경을 계산하여 주 혈관들과 부 혈관들을 구분하는 직경 임계값을 이용하여 부 혈관들을 제거한다.The diameter of the hepatic portal vein is estimated approximately at a specific location on the skeleton using Euclidean distance map in three dimensions generated from the hepatic portal vascular boundary. By calculating the average diameter of each of the detail vessels, the secondary vessels are removed using a diameter threshold that distinguishes the primary vessels and the secondary vessels.

마지막으로 간 세그먼트 구분부(160)는 간 문맥의 주 혈관들의 분지 패턴 구조에 따라서 자동으로 간 세그먼트를 구분한다(S260). 본 발명의 실시예에 따르면 도 10 및 도 11과 같이 사람마다 다른 간 문맥의 분지 패턴에 대한 해부학적인 임상 정보를 반영하여 간 세그먼트를 구분할 수 있다.  Finally, the liver segment separator 160 automatically classifies the liver segment according to the branching pattern structure of the main blood vessels of the liver context (S260). According to an exemplary embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 10 and 11, liver segments may be divided by reflecting anatomical clinical information on branch patterns of liver contexts different for each person.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 간 좌측 세그먼트의 해부학적 구조를 나타낸 것이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 간 우측 세그먼트의 해부학적 구조를 나타낸 것이다. Figure 10 shows the anatomical structure of the liver left segment according to an embodiment of the present invention, Figure 11 shows the anatomy of the liver right segment according to an embodiment of the present invention.

간 좌측 세그먼트는 도 10의 (a)와 같이 일반적인 경우(general case)와 도 10의 (b)와 같이 두 개 이상의 하위 branch가 존재하는 경우(more than two sub-branches)로 나눌 수 있다.   The left segment of the liver may be divided into a general case as shown in (a) of FIG. 10 and a case where more than two sub-branches exist as shown in (b) of FIG. 10.

간 문맥의 골격(skeleton) 정보로부터 실제 환자의 case가 둘 중 어디에 속하는지를 판단한 후에 도 10에 따라서 S2(lateral, superior, posterior), S3(lateral, inferior, anterior), S4(medial)의 세 가지 세그먼트로 구분한다. From the skeleton information of the hepatic context, after determining whether the actual patient's case belongs to either, according to FIG. 10, three kinds of S2 (lateral, superior, posterior), S3 (lateral, inferior, anterior), and S4 (medial) Separate into segments.

또한 간 우측 세그먼트는 도 11의 (a)와 같이 일반적인 경우(general case)와 도 11의 (b)와 같이 다중의 posterior branch들이 있는 경우(multiple posterior branches), 도 11의 (c)와 같이 trifurcation인 경우, 도 11의 (d)와 같이 early branching의 경우로 나눌 수 있다. In addition, the right segment of the liver has a general case as shown in FIG. 11A and multiple posterior branches as shown in FIG. 11B, trifurcation as shown in FIG. 11C. In the case of, can be divided into the case of early branching as shown in (d) of FIG.

이와 같이 사람에 따라서 간 좌측 세크먼트의 분지 패턴은 도 10과 같이 2종류로 나뉘고, 간 우측 세크먼트의 분지 패턴은 도 11과 같이 4종류로 나뉘게 된다. As described above, the branch pattern of the left liver segment is divided into two types as shown in FIG. 10, and the branch pattern of the liver right segment is divided into four types as shown in FIG. 11.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격 추출 결과를 이용하여 특정 사람의 간 문맥의 분지 패턴이 도 10과 도 11에 나타낸 패턴 중에서 어느 패턴에 속하는 지를 판단할 수 있으며, 그에 따라 패턴을 분류할 수 있다. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, it is possible to determine which branch pattern of the liver context of a specific person belongs to the pattern shown in FIGS. 10 and 11 by using the end point, branch point, and skeletal extraction result of the liver context. The pattern can be classified accordingly.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 간 우측 세그먼트들의 2차원 투영 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다. 간 문맥의 skeleton 구조 정보와 도 11의 2차원 투영 영상에서의 위치 관계로부터 실제 환자의 case가 둘 중 어디에 속하는지를 판단한 후에 도 10에 따라서 RA(anterior, lateral, superior), RP(posterior, medial, inferior)의 두 가지 세그먼트로 구분한다. 12 is a view for explaining the two-dimensional projection positional relationship of liver right segments according to an embodiment of the present invention. Based on the skeleton structure information of the hepatic context and the positional relationship in the two-dimensional projection image of FIG. 11, after determining whether the actual patient's case belongs to either, RA (anterior, lateral, superior), RP (posterior, medial, inferior).

여기서, 간 내부의 특정 복셀이 어떠한 해부학적인 간 세그먼트에 속하는지에 대한 계산은 특정 복셀이 어떤 세그먼트의 간 문맥의 branch에 유클라디안 거리가 가까운지를 계산하면 된다. Here, the calculation of which anatomical liver segments belong to a particular voxel inside the liver may be performed by calculating whether the particular voxel is close to the Eucladian distance of the branch of the liver context of the segment.

도 13는 본 발명의 실시예에 따른 간 문맥의 혈관 구조에 따른 거리 기반 간 세그먼트 구분 모델링 방법을 나타낸 예시도이다. FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a distance-based liver segment classification modeling method according to a blood vessel structure of a liver context according to an embodiment of the present invention.

예를 들어, 도 13에서와 같이 간 문맥의 4개의 branch들이 있고, 가장 가까운 branch로부터 피를 공급받는다고 가정하면, 다음의 수학식 4와 같이 간 내부의 복셀에 대해 유클리디안 거리가 가장 가까운 branch를 계산할 수 있다. For example, assuming that there are four branches of the liver context and blood is supplied from the nearest branch as shown in FIG. 13, the Euclidean distance is closest to the voxel inside the liver as shown in Equation 4 below. Can compute branch

Figure 112012033656909-pat00006
Figure 112012033656909-pat00006

여기서, v∈분할된 간 내부의 복셀, v'∈간 문맥의 4개의 branch 중에서 i번째 branch에 해당하는 혈관을 나타내고, di(v)는 i번째 branch와 복셀 v와의 최소 거리를 의미한다. Herein, the v'divided voxel inside the liver, and the v 'represents the blood vessel corresponding to the i-th branch among the four branches of the context, d i (v) means the minimum distance between the i-th branch and the voxel v.

즉, 도 13과 같이 간 내부의 복셀 v에 대하여 간 문맥이 첫 번째 레벨에 두 개의 branch가 있고, 그 branch들에서 두 번째 레벨로 각각 두 개의 branch가 또 나오므로 총 4개의 branch가 존재한다. 따라서, d1(v)는 4개의 branch중 첫 번째 branch와 복셀 v와의 최소 거리를 의미하고, d2(v)는 4개의 branch중 두 번째 branch와 복셀 v와의 최소 거리를 의미한다. d3(v)는 4개의 branch중 세 번째 branch와 복셀 v와의 최소 거리를 의미하고, d4(v)는 4개의 branch중 네 번째 branch와 복셀 v와의 최소 거리를 의미한다. That is, as shown in FIG. 13, there are two branches at the first level of the liver context with respect to the voxel v inside the liver, and two branches each come out of the branches at the second level. Therefore, d 1 (v) is the minimum distance between the first branch of the four branches and the voxel v, and d 2 (v) is the minimum distance between the second branch of the four branches and the voxel v. d 3 (v) is the minimum distance between the third branch of the four branches and the voxel v, and d 4 (v) is the minimum distance between the fourth branch of the four branches and the voxel v.

이러한 네 가지 거리 중에서 가장 최소값 dK(v)을 찾으면, 특정 복셀 v가 그 거리 계산에 사용된 혈관과 가장 가깝다고 볼 수 있으며, 해당 branch로부터 피를 공급받는다고 볼 수 있다. If we find the minimum value d K (v) of these four distances, we can say that the particular voxel v is closest to the vessel used in the distance calculation and that blood is supplied from the branch.

도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 복부 CT 영상에 대하여 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 자동 간 구분 방법을 적용한 결과를 나타낸다. 14 and 15 illustrate a result of applying an automatic liver classification method using vascular structure information of the liver context to an abdominal CT image according to an embodiment of the present invention.

도 14은 본 발명을 적용한 간 좌측 세그먼트의 세그먼트 구분 결과를 나타내는 예시도이다. 도 14의 (a)는 S2의 한 가지 세그먼트로 구분된 것을 나타내고, (b)는 S2, S3의 두 가지 세그먼트로 구분된 것을 나타내며, (c)는 S2, S3, S4의 세 가지 세그먼트로 구분된 것을 나타낸다. 여기서, S2는 lateral, superior, posterior를 나타내고, S3은 lateral, inferior, anterior를 나타내며, S4는 medial을 나타낸다. 14 is an exemplary diagram showing a segment classification result of a left liver segment to which the present invention is applied. (A) of FIG. 14 shows that it is divided into one segment of S2, (b) shows that it is divided into two segments of S2 and S3, and (c) is divided into three segments of S2, S3 and S4. Indicates that Here, S2 represents lateral, superior, posterior, S3 represents lateral, inferior, and anterior, and S4 represents medial.

도 15는 본 발명을 적용한 간 우측 세그먼트의 세그먼트 구분 결과를 나타내는 예시도이다. 15 is an exemplary diagram showing a segment classification result of a liver right segment to which the present invention is applied.

도 15에서는 간 우측 세그먼트의 RA(anterior, lateral, superior), RP(posterior, medial, inferior)의 두 가지 세그먼트가 잘 구분된 것을 확인할 수 있다. In FIG. 15, two segments, RA, anterior, lateral, and superior, and RP (posterior, medial, inferior) of the right hepatic segment are well distinguished.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 간 세그먼크 구분 장치, 110: 볼륨 데이터 획득부,
120: 경로 트리 생성부, 130: 골격 추출부,
140: 분지점 위치 보정부, 150: 분지 패턴 분석부,
160: 간 세그먼트 구분부
100: intersegment separator, 110: volume data acquisition unit,
120: path tree generation unit, 130: skeleton extracting unit,
140: branch point position correction unit, 150: branch pattern analysis unit,
160: intersegment separator

Claims (12)

CT 촬영을 통해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득하는 단계,
상기 3차원 흉부 볼륨 데이터를 이용하여 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성하는 단계,
레벨 셋을 이용하여 상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 단계,
추출된 분지점의 위치를 보정하는 단계,
상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 상기 골격으로부터 주 혈관을 추출하는 단계, 그리고
상기 주 혈관의 분지 패턴 구조를 이용하여 간 세그먼트를 구분하는 단계를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법.
Acquiring three-dimensional chest volume data through a CT scan;
Generating a path tree using a Eucladian distance map of points at blood vessel boundaries of the liver context using the 3D chest volume data;
Extracting end points, branches and skeletons of the hepatic context using a level set,
Correcting the position of the extracted branch points,
Analyzing the branching pattern for the liver context and extracting the main blood vessel from the skeleton, and
The liver segment classification method using the vascular structure information of the liver context comprising the step of classifying the liver segment using the branched pattern structure of the main blood vessel.
제1항에 있어서,
상기 경로 트리를 생성하는 단계는,
상기 간 문맥의 혈관 경계에 있는 모든 점들에 대하여 상기 유클라디안 거리 맵을 생성하는 단계, 그리고
상기 혈관 경계로부터 가장 멀리 떨어진 내부 복셀들을 선택적으로 연결하여 상기 경로 트리를 생성하는 단계를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법.
The method of claim 1,
Generating the path tree,
Generating the eucladian distance map for all points at the vessel border of the hepatic portal context, and
Selectively connecting the inner voxels farthest from the vascular boundary to generate the pathway tree.
제2항에 있어서,
상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 단계는,
상기 레벨 셋이 전파되는데 걸리는 시간의 정수 부분 값이 같은 점들을 하나의 집합으로 정의하고, 인접한 집합이 하나인 점들의 집합을 상기 간 문맥의 끝점으로 판단하는 단계,
상기 추출된 간 문맥의 끝점으로부터 시작점까지 역추적하여 연결하여 상기 간 문맥의 골격 정보를 추출하는 단계, 그리고
상기 추출된 복수의 골격이 교차하는 지점을 분지점으로 판단하는 단계를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법.
The method of claim 2,
Extracting the end point, branch point and skeleton of the liver context,
Defining points having the same integer value as the time taken for the level set to propagate as a set, and determining a set of points having one adjacent set as an end point of the intercontext;
Extracting skeletal information of the liver context by connecting back traced from the end point of the extracted liver context to a starting point, and
The liver segment classification method using the blood vessel structure information of the liver context comprising the step of judging the intersection point of the extracted plurality of the skeleton as a branch point.
제3항에 있어서,
상기 추출된 분지점의 위치를 보정하는 단계는,
상기 추출된 분지점 주변에 인접한 후보점들을 중심으로 가상의 구를 팽창시켜 상기 간 문맥의 혈관 벽에 내접하는 최대 크기의 구를 계산하는 단계, 그리고
상기 최대 크기의 구의 중심점에 해당하는 지점으로 상기 분지점의 위치를 보정하는 단계를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법.
The method of claim 3,
Correcting the position of the extracted branch point,
Calculating a sphere having the largest size inscribed in the blood vessel wall of the hepatic portal vein by expanding the virtual sphere around the candidate points adjacent to the extracted branch point; and
And correcting the position of the branch point to a point corresponding to the center point of the sphere of the largest size.
제4항에 있어서,
다음의 수학식과 같이 상기 후보점들에 대한 중심 좌표(Pcandidate)에 오프셋 테이블에 저장된 상대 좌표(OTx(i), OTy(i), OTz(i))를 더하여 상기 가상의 구의 좌표(Psphere)를 계산하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법:
Figure 112012033656909-pat00007

여기서, Pcandidate 는 가상의 구의 중심에 해당하는 좌표(x0,y0,z0)를 나타낸다.
5. The method of claim 4,
As shown in the following equation, the coordinates of the virtual sphere are added by adding the relative coordinates OT x (i) , OT y (i) , and OT z (i) stored in the offset table to the center coordinates (P candidate ) for the candidate points. To classify liver segments using vessel structure information of the liver context to calculate (P sphere ):
Figure 112012033656909-pat00007

Here, P candidate represents a coordinate (x 0 , y 0 , z 0 ) corresponding to the center of the virtual sphere.
제5항에 있어서,
상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 주 혈관 구조를 추출하는 단계는,
상기 간 문맥의 입구 부분에 위치하는 분지점을 부모 노드로 설정하고, 상기 부모 노드 및 상기 부모 노드에 연결된 분지점들에 대해 레벨을 설정하는 단계,
상기 레벨 정보와 골격 정보로부터 트리 형태의 상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하는 단계,
상기 간 문맥의 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리 맵을 통하여 상기 간 문맥의 직경을 예측하는 단계, 그리고
상기 간 문맥의 직경과 임계 값을 이용하여 주 혈관과 부 혈관을 구분하고, 상기 부 혈관을 제거하는 단계를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 방법.
The method of claim 5,
Analyzing the branching pattern for the liver context and extracting the main blood vessel structure,
Setting a branch point located at an entrance of the liver context as a parent node, and setting a level for the parent node and branch points connected to the parent node,
Analyzing a branching pattern for the liver context in a tree form from the level information and skeleton information,
Predicting the diameter of the hepatic context via a Eucladian distance map for the points at the boundary of the hepatic context, and
And dividing the main blood vessel and the secondary blood vessel using the diameter and the threshold value of the hepatic portal vein, and removing the secondary blood vessel.
CT 촬영을 통해 3차원 흉부 볼륨 데이터를 획득하는 볼륨 데이터 획득부,
상기 3차원 흉부 볼륨 데이터를 이용하여 간 문맥의 혈관 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리맵을 이용하여 경로 트리를 생성하는 경로 트리 생성부,
레벨 셋을 이용하여 상기 간 문맥의 끝점, 분지점 및 골격을 추출하는 골격 추출부,
추출된 분지점의 위치를 보정하는 분지점 위치 보정부,
상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고 상기 골격으로부터 주 혈관을 추출하는 분지 패턴 분석부, 그리고
상기 주 혈관의 분지 패턴 구조를 이용하여 간 세그먼트를 구분하는 간 세그먼트 구분부를 포함하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
Volume data acquisition unit for acquiring three-dimensional chest volume data through a CT scan,
A route tree generator for generating a route tree using a Eucladian distance map of points at a blood vessel boundary of a liver context using the 3D chest volume data;
Skeleton extracting unit for extracting the end point, branch point and the skeleton of the liver context using a level set,
Branch point position correction unit for correcting the position of the extracted branch point,
Branch pattern analysis unit for analyzing the branching pattern for the liver context and extracting the main blood vessels from the skeleton, and
Liver segment classification device using the vascular structure information of the liver context comprising a liver segment separator for classifying the liver segment using the branch pattern structure of the main blood vessel.
제7항에 있어서,
상기 경로 트리 생성부는,
상기 간 문맥의 혈관 경계에 있는 모든 점들에 대하여 상기 유클라디안 거리 맵을 생성하고, 상기 간 문맥의 혈관 경계로부터 가장 멀리 떨어진 내부 복셀들을 선택적으로 연결하여 상기 경로 트리를 생성하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
The method of claim 7, wherein
The path tree generation unit,
Vascular structure of the hepatic portal vein, generating the Eucladian distance map for all points at the vascular border of the hepatic portal vein, and selectively connecting the inner voxels farthest from the vascular border of the hepatic portal portal to generate the path tree Device for distinguishing between segments using information.
제8항에 있어서,
상기 골격 추출부는,
상기 레벨 셋이 전파되는데 걸리는 시간의 정수 부분 값이 같은 점들을 하나의 집합으로 정의하고, 인접한 집합이 하나인 점들의 집합을 상기 간 문맥의 끝점으로 판단하며, 상기 추출된 간 문맥의 끝점으로부터 시작점까지 역추적하여 연결하여 상기 간 문맥의 골격 정보를 추출하고, 상기 추출된 복수의 골격이 교차하는 지점을 분지점으로 판단하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
9. The method of claim 8,
The skeleton extracting unit,
Defines points having the same integer value as the time taken for the level set to propagate as a set, determines a set of points having an adjacent set as the end point of the intercontext, and starts from the end point of the extracted hepatic context. A device for separating liver segments using blood vessel structure information of the liver context, which traces back to and connects to extract skeleton information of the liver context, and determines a point where the extracted plurality of skeletons intersect as a branch point.
제9항에 있어서,
상기 분지점 위치 보정부는,
상기 추출된 분지점 주변에 인접한 후보점들을 중심으로 가상의 구를 팽창시켜 상기 간 문맥의 혈관 벽에 내접하는 최대 크기의 구를 계산하고, 상기 최대 크기의 구의 중심점에 해당하는 지점으로 상기 분지점의 위치를 보정하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
10. The method of claim 9,
The branch point position correction unit,
The virtual sphere is expanded around the candidate points adjacent to the extracted branch point to calculate a sphere having the largest size inscribed to the vessel wall of the hepatic portal vein, and the branch point is a point corresponding to the center point of the sphere having the maximum size. A device for distinguishing liver segments using blood vessel structure information of the liver context to correct the position of the liver.
제10항에 있어서,
상기 분지점 위치 보정부는,
다음의 수학식과 같이 상기 후보점들에 대한 중심 좌표(Pcandidate)에 오프셋 테이블에 저장된 상대 좌표(OTx(i), OTy(i), OTz(i))를 더하여 상기 가상의 구의 좌표(Psphere)를 계산하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
Figure 112012033656909-pat00008

여기서, Pcandidate 는 가상의 구의 중심에 해당하는 좌표(x0,y0,z0)를 나타낸다.
The method of claim 10,
The branch point position correction unit,
As shown in the following equation, the coordinates of the virtual sphere are added by adding the relative coordinates OT x (i) , OT y (i) , and OT z (i) stored in the offset table to the center coordinates (P candidate ) for the candidate points. Liver segment classification device using vascular structure information of liver context to calculate (P sphere ).
Figure 112012033656909-pat00008

Here, P candidate represents a coordinate (x 0 , y 0 , z 0 ) corresponding to the center of the virtual sphere.
제11항에 있어서,
상기 분지 패턴 분석부는,
상기 간 문맥의 입구 부분에 위치하는 분지점을 부모 노드로 설정하고, 상기 부모 노드 및 상기 부모 노드에 연결된 분지점들에 대해 레벨을 설정하며, 상기 레벨 정보와 골격 정보로부터 트리 형태의 상기 간 문맥에 대한 분지 패턴을 분석하고, 상기 간 문맥의 경계에 있는 점들에 대한 유클라디안 거리 맵을 통하여 상기 간 문맥의 직경을 예측하며, 상기 간 문맥의 직경과 임계 값을 이용하여 주 혈관과 부 혈관을 구분하고, 상기 부 혈관을 제거하는 간 문맥의 혈관 구조 정보를 이용한 간 세그먼트 구분 장치.
12. The method of claim 11,
The branch pattern analysis unit,
A branch point located at the entrance of the liver context is set as a parent node, a level is set for the parent node and branch points connected to the parent node, and the inter-context in the form of a tree from the level information and skeleton information Analyze the branching pattern for, predict the diameter of the hepatic portal vein using a Eucladian distance map of the points at the border of the hepatic portal vein, and use the diameter and the threshold of the hepatic portal vein to use the main and secondary vessels. A device for classifying liver segments using blood vessel structure information of the liver context for classifying and removing the secondary blood vessels.
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