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흉부 CT 영상의 밝기값 정보를 사용한 폐구조물 자동 분할
Automatic Segmentation of Pulmonary Structures using Gray-level Information of Chest CT Images 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 소프트웨어 및 응용, v.33 no.11, 2006년, pp.942 - 952  

임예니 (서울대학교 컴퓨터학부) ,  홍헬렌 (서울여자대학교 미디어학부)

초록
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본 논문에서는 흉부 CT 영상의 밝기값 정보를 사용하여 폐 구조물을 자동 분할하기 위한 방법을 제안한다. 본 제안방법은 다음과 같은 다섯 단계로 구성된다. 첫 번째, 영상의 밝기값 차이를 이용하여 폐 구조물을 분할하기 위해 최적 임계값 기법을 사용하여 임계값을 계산한다. 두 번째, 흉부 CT 영상에 2차원 영역성장법의 역 연산을 사용하여 배경으로부터 흉부를, 흉부로부터 기관지 및 폐를 단계적으로 분할한다. 이 때, 밝기값이 비슷한 다른 영역들을 3차원 연결화소군 레이블링을 통해 제거한다. 세 번째, 흉부 CT 영상에 3차원 분기 기반 영역성장법을 적용하여 기관과 좌우 기관지를 분할한다. 네 번째, 기관지 및 폐에서 기관지를 영상 감산함으로써 정확한 폐 영역을 얻는다. 마지막으로, 히스토그램 분석을 통해 임계값을 계산하고 기관지 및 폐에 밝기값 기반 임계값 기법을 적용하여 폐혈관을 분할한다. 제안방법의 정확성을 검증하기 위해 폐, 기관지, 폐혈관의 분할 결과에 대해 육안평가를 수행한다. 제안한 3차원 분기 기반 영역성장법을 통한 기관지 분할 결과를 평가하기 위해 기존 영역성장법으로 분할한 결과와 비교한다. 실험 결과는 제안 분할 방법이 폐, 기관지, 폐혈관을 자동으로 정확하게 추출함을 보여준다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We propose an automatic segmentation method for identifying pulmonary structures using gray-level information of chest CT images. Our method consists of following five steps. First, to segment pulmonary structures based on the difference of gray-level value, we select the threshold using optimal thr...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기관지 및 폐 분할 단계는 주변 구조물로부터 기관지와 폐에 포함되는 복셀들을 분리하는 것이 목적이다. 기관지 및 폐 분할을 위해 일반적으로 밝기값 기반 임계 값 기법과 영역성장법이 사용된다[5].
  • 따라서 본 논문에서는 폐 구조물들을 흉부 CT 영상으로부터 정확하고 효율적으로 분할하기 위한 자동분할 방법을 제안한다. 폐를 자동 분할하기 위해 2차원 영역 성장법의 역연산을 사용함으로써 폐 내부의 흘이나폐 경계의 왜곡 없이 정확하게 폐를 분할한다.
  • 이와 같은 흘을 채워주기 위해 형태학적 닫힘 연산[14]과 같은 추가연산을 수행하여야 하는데 흘을 완전히 채우면서 폐의 형태에 왜곡을 주지 않도록 마스크 형태를 설정하는 것이 어렵다. 따라서 본 논문에서는 흘 발생과 같은 제약 없이 흉부 CT 영상에서 자동으로 폐를 분리하기 위하여 2차원 영역 성장법의 역연산을 제안한다.
  • 본 논문은 그림 1과 같이 흉부 CT 영상에서 폐, 기관지, 폐혈관과 같은 폐 구조물을 자동 분할하기 위한 방법을 제안한다. 각 구조물을 분할하기 위해 흉부 CT 영상에 최적 임계값 기법을 적용하여 임계값을 계산한 뒤 영상의 밝기값 정보에 기반한 분할 방법을 사용한다.
  • 본 연구는 흉부 CT 영상에서 폐, 기관지, 폐혈관을 정확하게 자동 분할하기 위한 방법을 개발하였다. 제안 방법은 2차원 역 영역성장법과 3차원 연결화소군 레이블링을 통해 폐 내부의 흘과 폐 경계의 왜곡 없이 기관지와 폐를 분할할 수 있다.
  • 영역 성장법에 적용할 적절한 임계값의 설정을 어렵게 만들기 때문이다. 이런 문제점들을 해결하기 위해서 본 논문은 기관지의 형태적 특성에 따라 영역성장의 조건을 변화시키는 분기 기반 영역성장법을 제안한다.
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참고문헌 (19)

  1. W. E. Higgins, K. Ramaswamy, R. D. Swift, G. McLennan, E. A. Hoffman, 'Virtual bronchoscopy for three-dimensional pulmonary image assessment: State of the art and feature needs,' RSNA Annual Meeting, 1998 

  2. E. A. Kazerooni, 'High-resolution CT of the lungs,' American Journal of Roentgenology, Vol. 177, pp, 501-519, 2001 

  3. M. S. Brown, M. F. McNitt-Gray, N. J. Mankovich, J. G. Goldin, J. Hiller, L. S. Wilson, D. R. Aberle, 'Method for segmenting chest CT image data using an anatomic model: Preliminary results,' IEEE Trans. Medical Imaging, Vol. 16, No.6, pp. 828-839, 1997 

  4. S. G. Armato, M. L. Giger, C. J. Moran, J. T. Blackburn, K. Doi, H. Maclvlahon, 'Computerized Detection of Pulmonary Nodules on CT Scans,' Radiographies, Vol. 19, pp. 1303-1311, 1999 

  5. S. Hu, E. A. Hoffman, J. M. Reinhardt, 'Accurate Lung Segmentation for Accurate Quantitation of Volumetric X-Ray CT Images,' IEEE Transactions on Medical Imaging Vol. 20, No.6, pp. 490-498, June 2001 

  6. S. Ukil, J. M. Reinhardt, 'Smoothing Lung Segmentation Surfaces in 3D X -ray CT Images using Anatomic Guidance,' In Proceeding of SPIE Conference on Medical Imaging Vol. 5340, pp. 1066-1075, 2004 

  7. K. Mori, J. Hasegawa, J. Toriwaki, H. Anno, K. Katada, 'Recognition of bronchus in three dimensional x-ray CT images with application to virtualized bronchoscopy system,' Proceedings of the 13th International Conference on Pattern Recognition, Vol. 3, pp.528-532, Piscataway, NJ: IEEE Press, 1996 

  8. D. Aykac, E.A. Hoffman, G. McLennan, J.M. Reinhardt, 'Segmentation and Analysis of the Human Airway Tree From Three-Dimensional X-Ray CT Images,' IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 22, No.8, August 2003 

  9. A.P. Kiraly, W.E. Higgins, G.McLennan, E.A. Hoffman, J.M. Reinhardt, 'Three-dimensional Human Airway Segmentation Methods for Clinical Virtual Bronchoscopy,' Academic Radiology, Vol. 9, pp. 1153-1168, 2002 

  10. D. Bartz, D. Mayer, J. Fischer, S. Ley, et al., 'Hybrid Segmentation and Exploration of the Human Lungs,' Proc. of IEEE Visualization, pp. 177 -184, 2003 

  11. Y. Masutani, H. MacMahon, K. Doi, 'Computerized Detection of Pulmonary Embolism in Spiral CT Angiography Based on Volumetric Image Analysis,' IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 21, No. 12, pp. 1517-1523, December 2002 

  12. P. Herzog, J.E. Wildberger, M.Niethammer, S. Schaller, U.J. Schoepf, 'CT Perfusion Imaging of the Lung in Pulmonary Embolism,' Academic Radiology, Vol. 13, pp. 1132-1146, 2003 

  13. L. N. Rothenberg, K. S. Pentlow, 'Radiation Dose in CT,' RadioGraphies, Vol. 12, pp, 1225-1243, 1992 

  14. R. C. Gonzalez, R. E. Woods, 'Digital Image Processing,' Addison-Wesley Publishing Company, 1992 

  15. G. N. Hounsfield, 'Computed medical imaging,' Medical Physics, Vol. 7, No.4, pp. 283-290, 1980 

  16. 임예니, 홍헬렌, 신영길, '하이브리드 접근 기법을 사용한 자동 폐 분할', 정보과학회논문지, 제32권, 제7호, pp. 625-635, 2005 

  17. J. Tschirren, E.A. Hoffman, G. McLennan, M. Sonka, 'Intrathoracic Airway Trees: Segmentation and Airway Morphology Analysis from Low-Dose CT Scans' IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 24, Issue 12, pp. 1529-1539, December 2005 

  18. T. Kitasaka, K. Mori, J. Hasegawa, J. Toriwaki, K. Katada, 'Automated Extraction of Aorta and Pulmonary Artery in Mediastinum from 3D Chest X -ray CT Images without Contrast Medium,' Prodeedings of SPIE on Medical Imaging 2002, Vol. 4684, pp. 1496-1506, 2002 

  19. L. R. Goodman, M. Gulsun, P. Nagy, L. Washington, 'CT of Deep Venous Thrombosis and Pulmonary Embolus: Does Iso-osmolar Contrast Agent Improve Vascular Opacification?,' Radiology 2005, Vol. 234, pp. 923-928, January 2005 

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