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KR102427573B1 - 의료 영상 등록 방법 - Google Patents

의료 영상 등록 방법 Download PDF

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KR102427573B1
KR102427573B1 KR1020190111594A KR20190111594A KR102427573B1 KR 102427573 B1 KR102427573 B1 KR 102427573B1 KR 1020190111594 A KR1020190111594 A KR 1020190111594A KR 20190111594 A KR20190111594 A KR 20190111594A KR 102427573 B1 KR102427573 B1 KR 102427573B1
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바오-유 시에
청-치 후앙
시엔-테 첸
요우-민 첸
이-쳉 리우
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하이윈 테크놀로지스 코포레이션
차이나 메디컬 유니버시티
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Abstract

의료 영상 등록 방법이 컴퓨터 장치에 의해 구현되며, 초음파 영상 내의 관심 영역에 대응하는 초음파 타겟 영상을 획득하는 단계와, 복수의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 각각에 대해, CT 영상 내의 관심 영역에 대응하는 CT 후보 영상을 획득하는 단계와, 각각의 CT 후보 영상에 대해, CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상 사이의 유사도를 계산하는 단계와, CT 후보 영상 중 가장 높은 유사도에 대응하는 하나의 CT 후보 영상을 CT 타겟 영상 역할을 하게 하는 단계를 포함한다.

Description

의료 영상 등록 방법{METHOD OF MEDICAL IMAGE REGISTRATION}
본 발명은 영상 등록 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 의료 영상 등록 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 의사는 피험자의 치료 부위("수술 부위"라고도 함)를 찾을 때, 수술 전 데이터, 예를 들어 피험자의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상에 많이 의존한다. 그러나, 피험자를 수술할 때, 의사의 행위에 의해 유발된 피험자의 경미한 움직임(예컨대, 골수정(intramedullary rod)을 피험자의 골격의 골수강(intramedullary cavity) 내로 밀어넣기)이 수술/수술 테이블 또는 수술 중에 사용되는 다른 수술 장비에 대해 수술 부위를 변위시킬 수 있으며, 이로 인해 후속 과정에서 수술의 정확도에 악영향을 미칠 수 있다.
또한, 의사는 수술 부위를 추적하기 위해 수술 중에 캡쳐된 CT 영상에 여전히 의존해야 하지만, 수술 부위의 전술한 변위를 바로 통보받지 못하고, 주기적으로, 즉 불연속적으로 CT 스캔을 얻는다. 또한, 반복적인 CT 스캔은 피험자를 다량의 방사선에 노출시킬 수 있다. 따라서, 수술 중에 수술 부위를 즉시 추적할 수 있도록 의사에게 도움을 주는 방법이 요구된다.
따라서, 본 개시의 목적은 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 완화시킬 수 있는 의료 영상 등록 방법을 제공하는 것이다.
본 개시에 따르면, 이 의료 영상 등록 방법은 컴퓨터 장치에 의해 구현되며, (A) 피험자의 골격의 복수의 부분 중 한 부분의 초음파 영상으로부터 초음파 타겟 영상을 획득하는 단계 - 상기 초음파 타겟 영상은 상기 초음파 영상 내의 관심 영역에 대응함 - 와, (B) 상기 피험자의 골격의 제각기의 부분의 복수의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 각각에 대해, 상기 CT 영상 내의 관심 영역에 대응하는 CT 후보 영상을 획득하는 단계와, (C) 상기 CT 영상들에 대해 획득된 상기 CT 후보 영상 각각에 대해, 상기 CT 후보 영상과 상기 초음파 타겟 영상 사이의 유사도를 계산하는 단계와, (D) 상기 CT 후보 영상 중 가장 높은 유사도에 대응하는 하나의 CT 후보 영상을 CT 타겟 영상 역할을 하게 하는 단계와, (E) 상기 초음파 타겟 영상 및 상기 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행하는 단계를 포함한다.
본 개시의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하는 이하의 실시예에 대한 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법을 구현하는데 이용되는 컴퓨터 장치의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 컴퓨터 장치에 저장된 예시적인 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상을 도시한 개략도이다.
도 3은 초음파 영상 캡처 장치에 의해 캡처된 예시적인 초음파 영상을 도시한 개략도이다.
도 4 및 5는 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법의 실시예를 나타내는 흐름도를 함께 구성한다.
도 5 및 6은 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법의 다른 실시예를 나타내는 흐름도를 함께 구성한다.
도 7은 초음파 영상에 대응하는 예시적인 초음파 타겟 영상을 도시한 개략도이다.
도 8은 복수의 CT 영상 중 하나에 대응하는 예시적인 CT 후보 영상을 나타내는 개략도이다.
도 9는 특징 추출 후의 예시적인 CT 후보 영상의 실시예를 도시한 개략도로서, 여기서 특징 추출은 CT 후보 영상에서 객체의 상부 윤곽과 관련된다.
도 10은 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록의 예시적인 결과를 도시한 개략도이다.
본 개시를 보다 자세하게 설명하기 전에, 적절하게 고려되는 경우, 참조 번호 또는 참조 번호의 끝 부분은 선택적으로 유사한 특성을 가질 수 있는 대응하는 요소들 또는 유사한 요소들을 나타내기 위해 도면들 사이에 반복된다는 점에 유의하라.
도 1을 참조하면, 의료 영상 등록 방법을 구현하는데 사용되는 컴퓨터 장치(1)의 실시예가 도시되어 있다. 컴퓨터 장치(1)는 초음파 영상 캡처 장치(2)에 전기적으로 연결된다. 의료 영상 등록 방법은 피험자(환자) 골격의 일부분의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상을 피험자 골격의 대응 부분의 초음파 영상과 정렬하도록 공간적으로 변환하도록 구성된다.
컴퓨터 장치(1)는 개인용 컴퓨터, 컴퓨팅 서버 또는 클라우드 서버에 의해 구현될 수 있지만, 컴퓨터 장치(1)의 구현은 본 명세서에 개시된 것으로 제한되지 않으며 다른 실시예에서는 달라질 수도 있다. 컴퓨터 장치(1)는 저장 모듈(11), 입력 모듈(12), 출력 모듈(13) 및 이들 저장 모듈(11), 입력 모듈(12) 및 출력 모듈(13)에 전기적으로 접속된 처리 모듈(14)을 포함한다.
이 실시예에서, 저장 모듈(11)은 플래시 메모리, 하드디스크 드라이브(HDD), 솔리드 스테이트 디스크(SSD), 전기 소거 가능 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM) 또는 임의의 다른 비휘발성 장치에 의해 구현될 수 있지만, 저장 장치(11)의 구현은 본 명세서에 개시된 것으로 제한되지 않으며 다른 실시예에서는 바뀔 수도 있다.
이 실시예에서, 입력 모듈(12)은 키보드, 마우스 또는 터치 패드에 의해 구현될 수 있지만, 입력 모듈(12)의 구현은 본 명세서에 개시된 것으로 제한되지 않으며 다른 실시예에서는 달라질 수도 있다.
이 실시예에서, 출력 모듈(13)은 디스플레이, 모니터 또는 프린터에 의해 구현될 수 있지만, 출력 모듈(13)의 구현은 본 명세서에 개시된 것으로 제한되지 않으며 다른 실시예에서는 달라질 수도 있다.
이 실시예에서, 처리 모듈(14)은 프로세서, 중앙 처리 장치(CPU), 마이크로프로세서 또는 본 개시의 기능을 구현하기 위해 소프트웨어 방식 및/또는 하드웨어 방식으로 구성가능한/프로그래밍 가능한 임의의 회로에 의해 구현될 수 있다.
이 실시예에서, 초음파 영상 캡처 장치(2)는 시판되는 초음파 진단 장치로 구현될 수 있지만, 그 구현은 본 명세서에 개시된 것으로 제한되지 않으며 다른 실시예들에서는 달라질 수도 있다.
저장 모듈(11)은 피험자의 골격의 각 부분에 대한 다수의 CT 영상을 저장한다. 이 실시예에서, 피험자의 골격은 척주(vertebral column)이다. 척주는 다수의 척추(vertebral)를 포함한다. 도 2에 도시된 각각의 CT 영상은 한 척추의 제각기의 섹션에 대응한다. 각각의 CT 영상은, CT 영상에서 척추의 가시돌기(spinous process)는 21로 표시된 바와 같이 CT 영상의 비교적 상부에 위치하고 CT 영상에서 추궁판은 22로 표시된 바와 같이 CT 영상의 상대적으로 하부에 위치하도록, 배향된다.
초음파 영상 캡처 장치(2)는 피험자의 골격 부분 중 한 부분의 초음파 영상을 캡처하고 이 초음파 영상을 컴퓨터 장치(1)로 전송하도록 구성된다. 초음파 영상 캡처 장치(2)는 피험자가 엎드린 자세로 있을 때 도 3에 도시된 바와 같이 피험자의 척추 중 하나의 섹션의 초음파 영상을 캡처한다는 것은 주목할만 하다. 이런 방식으로, 초음파 영상에서 척추의 가시돌기는 31로 표시된 바와 같이 초음파 영상의 비교적 상부에 위치하고, 초음파 영상에서 추궁판은 32로 표시된 바와 같이 초음파 영상의 상대적으로 하부에 위치한다. 즉, 초음파 영상과 CT 영상은 같은 방향으로 배향된다.
도 4 및 5를 참조하면, 의료 영상 등록 방법의 실시예가 도시되어 있다. 의료 영상 등록 방법은 다음과 같이 단계 51 내지 58을 포함한다.
단계 51에서, 초음파 영상을 수신하면, 컴퓨터 장치(1)는 초음파 영상으로부터 도 7에 도시된 바와 같은 초음파 타겟 영상을 획득하는데, 여기서 초음파 타겟 영상은 초음파 영상의 관심 영역에 대응한다. 구체적으로, 입력 모듈(12)을 통한 의사의 입력 동작에 응답하여, 컴퓨터 장치(1)는 입력 신호를 생성하고, 초음파 영상 및 입력 신호에 기초하여 초음파 타겟 영상을 획득한다. 예를 들어, 초음파 타겟 영상은 입력 신호에 따라 선택된 초음파 영상의 섹션이다. 그러나, 다른 실시예에서는, 컴퓨터 장치(1)가 영상 인식 기술에 의해 초음파 영상으로부터 초음파 타겟 영상을 획득하도록 구현될 수도 있다.
단계 52에서, 각각의 CT 영상에 대해, 컴퓨터 장치(1)는 CT 영상으로부터 도 8에 도시된 영상과 같은 CT 후보 영상을 획득하는데, 여기서 CT 후보 영상은 CT 영상의 관심 영역에 대응한다. 구체적으로, 각각의 CT 영상에 대해, 입력 모듈(12)을 통한 의사의 다른 입력 동작에 응답하여, 컴퓨터 장치(1)는 다른 입력 신호를 생성하고, CT 영상 및 상기 다른 입력 신호에 기초하여 CT 후보 영상을 획득한다. 예를 들어, CT 후보 영상은 이 다른 입력 신호에 따라 선택된 대응하는 CT 영상의 섹션이다. 그러나, 다른 실시예에서는, 컴퓨터 장치(1)가 영상 인식 기술에 의해 CT 영상으로부터 CT 타겟 영상을 획득하도록 구현될 수도 있다.
영상 인식 기술은 당업자에게 널리 공지되어 있으므로, 간결성을 위해 여기서 상세한 설명은 생략한다.
단계 53에서, 각각의 CT 후보 영상에 대해, 컴퓨터 장치(1)는 CT 후보 영상 내 객체의 상부 윤곽에 관련된 특징 추출을 수행하며, 따라서 CT 후보 영상은 도 9에 도시된 바와 같이 객체의 상부 윤곽만 포함한다. 구체적으로, 각각의 CT 후보 영상에 대해, 컴퓨터 장치(1)는 CT 후보 영상으로부터 노이즈를 제거하며, CT 후보 영상의 각 열에서 0이 아닌 픽셀 값을 갖는 최상위 픽셀을 유지하고, CT 후보 영상 내 다른 모든 픽셀을 픽셀 값이 0인 픽셀로 변경하여, CT 후보 영상이 객체의 추출된 상부 윤곽만 갖게 한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 장치(1)는, 객체의 추출된 상부 윤곽이 균일한 픽셀 값을 갖도록, 각각의 최상위 픽셀을 추가로 변경하여 픽셀 값이 255의 픽셀 값을 갖도록 유지한다.
도 6을 참조하면, 다른 실시예에서는, 의료 영상 등록 방법의 처리를 가속화하기 위해 단계(52 및 53)가 단계(51)와 동시에 실행된다는 점에 유의해야 한다.
객체의 추출된 상부 윤곽만을 포함하는 CT 후보 영상이 초음파 타겟 영상과의 후속 유사성 분석을 위해 사용될 경우, 상부 윤곽 이외의 부분은 제거되었기 때문에, 이들 부분은 유사성 분석을 방해하지 못하게 된다는 점이 주목할 만하다. 이러한 방식으로, 특징 추출없이(이 경우 유사성 분석을 위해 피험자의 상부 윤곽이 단일화되고 추출되지 않음) CT 후보 영상을 직접 사용하는 것과 비교하여, 유사성 분석의 품질이 향상되고, 따라서 영상 등록의 정확성이 향상된다.
단계 54에서, 컴퓨터 장치(1)는 초음파 타겟 영상의 영상 크기가 CT 후보 영상들 중 어느 하나의 영상 크기와 동일한지 여부를 판정한다. 초음파 타겟 영상의 영상 크기가 CT 후보 영상들 중 어느 하나의 영상 크기와 동일하지 않다고 컴퓨터 장치(1)에 의해 판정될 경우, 절차의 흐름은 단계 55로 진행한다. 그렇지 않으면, 이 흐름은 단계 56으로 진행한다.
단계 55에서, 컴퓨터 후보 장치(1)는 CT 후보 영상들 중 임의의 하나의 영상 크기에 기초하여, 초음파 타겟 영상의 영상 크기를 CT 후보 영상들 중 임의의 하나의 영상 크기와 동일하게 조정한다.
초음파 타겟 영상의 영상 크기의 조정 및 각각의 CT 후보 영상에 대해 수행된 피험체의 상부 윤곽의 추출은 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법에 반드시 포함되는 것은 아니며, 다른 실시예에서는 생략될 수도 있다.
단계 56에서, (특징 추출의 유무에 관계없이) 각각의 CT 후보 영상에 대해, 컴퓨터 장치(1)는 CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상(원래의 영상 크기 또는 조정된 영상 크기를 가짐) 사이의 유사도를 계산한다. 구체적으로, 각각의 CT 후보 영상에 대해, 컴퓨터 장치(1)는 CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상 사이의 상호 정보(MI)에 따라 이들 사이의 유사도를 계산하고, CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상 사이의 MI에 따라서 이들 사이의 맵핑 관계와 관련된 기하학적 변환의 파라미터 세트를 계산한다. 다른 실시예에서, 컴퓨터 장치(1)는 ICP(iterative closest points) 알고리즘에 기초하여 CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상 사이의 유사도를 계산한다.
단계 57에서, 컴퓨터 장치(1)는 CT 후보 영상들 중 가장 높은 유사도에 대응하는 하나의 CT 후보 영상을 CT 타겟 영상 역할을 하게 한다.
단계 58에서, 컴퓨터 장치(1)는 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대해 영상 등록을 수행하고, (예컨대 디스플레이 상에 표시된) 출력 모듈(13)을 통해 영상 등록의 결과 시각적으로 제공하여, 의사가 수술 동안 피험자(환자)의 치료 부위를 즉시 추적할 수 있는 기준으로 사용할 수 있도록 한다(도 10 참조). 구체적으로, 컴퓨터 장치(1)는 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대응하는 기하학적 변환의 파라미터 세트에 기초하여 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행한다. 다른 실시예들에서, 컴퓨터 장치(1)는 B-스플라인 알고리즘에 기초하여 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행한다.
요약하면, 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법은 컴퓨터 장치(1)를 이용하여, CT 후보 영상들 각각에 대해, CT 후보 영상과 초음파 타겟 영상 사이의 MI를 기초로 하여 이들 사이의 유사도를 계산하고, CT 후보 영상들 중 가장 높은 유사도에 대응하는 하나의 영상인 CT 타겟 영상을 획득하며, 초음파 타겟 영상 및 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행한다. 결과적으로, 본 개시에 따른 의료 영상 등록 방법은 의사가 수술 중에 피험자(환자)의 치료될 부위를 즉시 추적할 수 있게 하여 피험자에 의한 과도한 방사선 흡수 문제를 완화시킨다.
이상, 설명을 위해, 실시예를 완전히 이해할 수 있도록 다수의 특정 세부 사항을 설명하였다. 그러나, 하나 이상의 다른 실시예가 이들 특정 세부 사항 중 일부 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", 서수 표시를 갖는 실시예 등에 대한 언급은 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 개시의 실시에 포함될 수 있음을 의미함을 이해해야 한다. 상세한 설명에서, 다양한 특징들은 개시를 간소화하고 다양한 발명 측면의 이해를 돕기 위해 하나의 실시예, 도면 또는 설명에서 때론 함께 그룹화되고, 하나 이상의 특징 또는 일 실시예의 특정 세부 사항은 본 개시의 실시에서 적절한 경우 다른 실시예의 하나 이상의 특징 또는 특정 세부 사항과 함께 실시될 수 있다.
본 개시는 예시적인 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 개시는 개시된 실시예로 제한되지 않으며, 가장 넓은 해석의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 구성을 포함하여 그러한 모든 수정 및 균등한 구성을 모두 포함하고자 하는 것으로 이해된다.

Claims (7)

  1. 컴퓨터 장치에 의해 구현되는 의료 영상 등록 방법으로서,
    (A) 피험자의 골격의 복수의 부분 중 한 부분의 초음파 영상으로부터 초음파 타겟 영상을 획득하는 단계 - 상기 초음파 타겟 영상은 상기 초음파 영상 내의 관심 영역에 대응함 - 와,
    (B) 상기 피험자의 골격의 제각기의 부분의 복수의 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 각각에 대해, 상기 CT 영상 내의 관심 영역에 대응하는 CT 후보 영상을 획득하는 단계와,
    (C) 상기 CT 영상들에 대해 획득된 상기 CT 후보 영상 각각에 대해, 상기 CT 후보 영상과 상기 초음파 타겟 영상 사이의 유사도를 계산하는 단계와,
    (D) 상기 CT 후보 영상 중 가장 높은 유사도에 대응하는 하나의 CT 후보 영상을 CT 타겟 영상 역할을 하게 하는 단계와,
    (E) 상기 초음파 타겟 영상 및 상기 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행하는 단계를 포함하되,
    단계 (B)와 (C) 사이에,
    (H) 상기 CT 후보 영상 각각에 대해, 상기 CT 후보 영상 내 객체의 상부 윤곽에 관련된 특징 추출을 수행하여, 상기 CT 후보 영상이 상기 객체의 상부 윤곽만 포함하도록 하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계(B)와 (C) 사이에,
    (F) 상기 초음파 타겟 영상의 영상 크기가 상기 CT 후보 영상 중 어느 한 영상의 영상 크기와 동일한지 여부를 판정하는 단계와,
    (G) 상기 초음파 타겟 영상의 영상 크기가 상기 CT 후보 영상 중 어느 한 영상의 영상 크기와 동일하지 않은 것으로 판정되면, 상기 CT 후보 영상 중 임의의 한 영상의 영상 크기에 기초하여 상기 초음파 타겟 영상의 영상 크기를 상기 CT 후보 영상 중 임의의 한 영상의 영상 크기와 동일하게 조정하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(H)는 상기 CT 후보 영상 각각에 대해, 상기 CT 후보 영상의 각 열에서 0이 아닌 픽셀 값을 갖는 최상위 픽셀을 유지하고, 상기 CT 후보 영상 내 다른 모든 픽셀을 픽셀 값이 0인 픽셀로 변경하여, 상기 CT 후보 영상이 상기 객체의 추출된 상부 윤곽만 갖게 하는 단계를 포함하는
    방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(H)는 상기 유지된 최상위 픽셀들 각각을 255의 픽셀 값을 갖도록 변경하는 단계를 포함하는
    방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단계 (C)는 상기 CT 후보 영상과 상기 초음파 타겟 영상 사이의 상호 정보(MI)에 따라서 이들 사이의 유사도를 계산하는 단계를 포함하는
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (C)는 상기 CT 후보 이미지 각각에 대해, 상기 CT 후보 영상과 상기 초음파 타겟 영상 사이의 상호 정보(MI)에 따라서 이들 사이의 맵핑 관계와 관련된 기하학적 변환의 파라미터 세트를 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 단계 (E)는 상기 초음파 타겟 영상 및 상기 CT 타겟 영상에 대응하는 상기 기하학적 변환의 파라미터 세트에 기초하여 상기 초음파 타겟 영상 및 상기 CT 타겟 영상에 대한 영상 등록을 수행하는 단계를 포함하는
    방법.
KR1020190111594A 2019-09-09 2019-09-09 의료 영상 등록 방법 Active KR102427573B1 (ko)

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