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가상 대장 내시경 시스템을 위한 고속 경로 생성 알고리즘
A Fast Flight-path Generation Algorithm for Virtual Colonoscopy System

강동구   (한국과학기술원UU0001375  ); 이재연   (한국과학기술원UU0001375  ); 나종범   (한국과학기술원UU0001375  );
  • 초록

    삼차원 CT 영상을 이용하여 대장 내부의 병변을 관찰하고 진단하기 위한 비침습적 검사 방법인 가상 대장 내시경을 위하여 가상 카메라의 관찰점과 관찰 방향을 제공하기 위한 적절한 경로가 필요하다. 특히. 인간의 대장은 매우 길고 복잡하므로 사용자가 직접 경로를 생성하려면 많은 시간이 걸리고 정확한 결과를 기대하기 어렵다. 또한 경로를 자동으로 생성하는 기존의 방법들은 계산량이 많아 약 수 분에서 수 십분 이상의 수행 시간이 걸리고. 사람의 대장이 가지는 대표적인 구조인 두께가 급격히 변하거나 곡률이 큰 영역에서 적절한 중앙선을 얻기 어려우며. 끊김이 있는 부적절한 경로를 생성하고, 평활화된 경로가 대상체의 표면과 충돌할 가능성을 배제할 수 없다. 이 논문에서는 계산량이 적은 거리 지도 및 제안된 순서 지도를 이용하여 끊김이 없고 적절한 중앙선을 얻는 고속의 알고리즘을 제안한다 순서 지도는 대상체 내부의 각 복셀에서의 가능한 경로의 방향을 나타내며 거리 지도는 대상체 내부의 각 복셀과 가장 가까운 배경 복셀까지의 거리를 나타낸다. 제안한 방법에서는 두 지도들을 이용하여 끝점에서 출발하여 시작점을 향하는 동시에 더욱 넓은 영역으로 진행하는 경로를 얻으므로, 대상체의 두께와 곡률의 크기에 관계없이 적절한 중앙선을 얻을 수 있다. 이와 함께 경로의 충돌 가능성을 완전히 제거할 수 있는 간단한 평활화 방법을 제안한다 알고리즘의 적절성을 검증하기 위해 사람의 대장의 특징을 가진 팬텀(phantom) 데이터를 이용하여 실험하였다. 사람의 대장 CT 데이터를 이용하여 800MHz PC에서 1분 이내에 적절한 경로를 얻었으며 이를 따라 이동하는 가상의 카메라로부터 만족할만한 가상 대장 내시경 영상을 얻을 수 있음을 보였다.


    Virtual colonoscopy is a non-invasive computerized procedure to detect polyps by examining the colon from a CT data set. To fly through the inside of colons. the extraction of a suitable flight-path is necessary to Provide the viewpoint and view direction of a virtual camera. However. manual path extraction by Picking Points is a very time-consuming and difficult task due 1,c, the long and complex shape of colon. Also, existing automatic methods are computationally complex. and tend to generate an improper and/or discontinuous path for complicated regions. In this paper, we propose a fast flight-path generation algorithm using the distance and order maps. The order map Provides all Possible directions of a path. The distance map assigns the Euclidean distance value from each inside voxel to the nearest background voxel. By jointly using these two maps. we can obtain a proper centerline regardless of thickness and curvature of an object. Also, we Propose a simple smoothing technique that guarantees not to collide with the surface of an object. The phantom and real colon data are used for experiments. Experimental results show that for a set of human colon data, the proposed algorithm can provide a smoothened and connected flight-path within a minute on an 800MHz PC. And it is proved that the obtained flight-Path provides successive volume-rendered images satisfactory for virtual navigation.


  • 주제어

    가상 대장 내시경 .   자동 경로 생성 .   고속 경로 생성 .   거리 지도 .   순서 지도 .   경로 평활화.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Distancefield based skeletons for virtual navigation , M. Wan;F. Dachille;A. Kaufman , in Proc. of Visualization / v.,pp.239-245,
    2. 3D Virtual Colonoscopy , L. Hong;A. Kaufman;Y.-C Wei;A. Viswambharan;M. Wax;Z. Liang , in Proc. of Symp. on Biomedical Visualization / v.,pp.26-32,
    3. Penalized-distance volumetric skeleton algorithm , I. Bitter;A. Kaufman;M. Sato , IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics / v.7,pp.195-206,
    4. Interactive 3-D virtual colonscopy system , T.-Y. Lee;P-H. Lin;C.-H Lin;Y.-N. Sun;X.-Z. Lin , IEEE Trans. on Information Technology in Biomedicine / v.3,pp.139-150,
    5. E. W. Dijkstra , A note on two problems in connexion the granphs / v.1,pp.269-271,
    6. Y. Samara;M. Fiebrich;A. DAchman;J. Kuniyoshi;K. Doi;K. R. Hoffman , Automated calculation of the centerline of the human colon on CT images / v.6,pp.352-359,
    7. Effecient skeletonization of volumetric objects , Y. Zhou;A. W. Toga , IEEE Trans. Visualization and Computer Graphics / v.5,pp.196-209,
    8. D. S. Paik;C. F. Beaulieu;R. B. Jeffey;G. D. Rubin;S. Napel , Automated flight path planning for virtual endoscopy / v.25,pp.629-637,
    9. G. Borgefors , Distance transformations in digital images / v.34,pp.344-371,

 저자의 다른 논문

  • 강동구 (2)

    1. 2002 "객체 추적 카메라 제어를 위한 고속의 움직임 검출 및 추적 알고리즘" 방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering 7 (2): 181~191    
    2. 2005 "Mean-Shift의 색 수렴성과 모양 기반의 재조정을 이용한 실시간 머리 추적 알고리즘" 電子工學會論文誌. Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea. SP, 신호처리 42 (6): 1~8    
  • 나종범 (33)

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