의학박사학위논문 온몸의연속절단면영상에서 구조물을구역화하고표면재구성해서 3 차원영상을만드는방법 아주대학교 대학원 의학과 황성배
온몸의연속절단면영상에서 구조물을구역화하고표면재구성해서 3 차원영상을만드는방법 지도교수 정민석 이논문을의학박사학위논문으로제출함. 2007 년 2 월 아주대학교 대학원 의학과 황성배
황성배의의학박사학위논문을인준함. 심사위원장 이 영 돈 인 심사위원 원 예 연 인 심사위원 임 신 영 인 심사위원 신 병 석 인 심사위원 정 민 석 인 아주대학교 대학원 2006 년 12 월 22 일
I. 서론 미국에서는온몸의연속절단면영상 (Visible Human Project dataset) 을만들어서 1994 년 ( 남성 ) 과 1995 년 ( 여성 ) 에발표하였다 (Spitzer 등, 1996). 한국에서는 2000 년부터 온몸의연속절단면영상 (Visible Korean Human dataset) 을만들었고 ( 김진용등, 2002; 박진 서등, 2002; Park 등, 2005a; Park 등, 2006), 중국에서는 2002 년부터온몸의연속절단면 영상 (Visible Chinese Human dataset) 을만들었다 (Zhang 등, 2004). 온몸의연속절단면영상 ( 자기공명영상, 컴퓨터단층사진, 해부영상 ) 중에서가장중요한것은해부영상이며, 해부영상이있으면온몸을 3 차원영상으로만들수있다 (Spitzer 등, 1996). 그러나각 구조의테두리를그려서만든구역화영상이없으면각구조를 3 차원영상으로만들 수없다 (Kang 등, 2000; Shiemann 등, 2000). 따라서해부영상에있는구조물 13 개 ( 피부, 뼈, 간, 허파, 콩팥, 방광, 심장, 대뇌, 뇌줄기, 소뇌, 소화관, 호흡관, 동맥 ) 의테두리를 반자동으로그려서구역화영상 ( 간격 0.2 mm, 화소크기 0.2 mm, 빛깔 8 bits color) 8,507 개를만들었다 ( 황성배등, 2003). 그런데이미만든구역화영상을낱낱이나눌필요가 있고, 만들지않은구역화영상을낱낱이만들어서 3 차원영상을만들필요가있다. 한편연속절단면영상에서구조물의테두리를따라서 선택 을그리고 선택 을 쌓아서등고선영상을만들수있다. 등고선사이에면을채워서, 즉표면재구성해서 3 차원영상을만들면각구조물의 3 차원영상을실시간에골라서보고돌려서볼수 - 1 -
있다 ( 이용숙등, 2003; Lee 등, 2005). 3 차원영상을만들기위해서소프트웨어를만든다 음에표면재구성할수있는데, 이미만들어서퍼뜨린소프트웨어중에는알맞은것을 찾을수없었다. 이문제를풀기위해서는각연구자가소프트웨어를만들필요가있 다. 그런데소프트웨어를만들기위해서는컴퓨터전문가의도움이필요하고, 좋은 소프트웨어를만드는데시간이오래걸린다 ( 박진서등, 2004; Lee 등, 2005). 이문제 를풀기위해서는상용소프트웨어에서표면재구성할필요가있다. 따라서상용소프 트웨어인 3ds Max TM (5.0 판, Discreet TM ) 에서수동으로표면재구성하는방법을개발하였 다. 그런데수동으로표면재구성하는데시간이너무오래걸리고수동으로표면재구 성할때객관성을간직하기어렵다 ( 이용숙등, 2003). 이문제를풀기위해서는상용 소프트웨어에서반자동으로표면재구성하는방법을개발할필요가있다. 이연구의첫째목적은더좋은구역화영상을만든다음에퍼뜨려서다른연구 자가온몸의 3 차원영상과가상해부소프트웨어를만드는데도움주는것이다. 이를 위해서한국시신의해부영상 1,702 개 ( 간격 1.0 mm) 에서구조물 319 개 ( 왼다리 114 개, 머리와목 105 개, 심장 15 개, 왼팔 85 개 ) 를낱낱이구역화해서구역화영상을만들었다. 이연구의둘째목적은다른연구자가컴퓨터전문가의도움없이, 짧은시간에표면 재구성해서 3 차원영상을만드는데도움을주는것이다. 이를위해서왼다리의해부 영상 976 개 ( 간격 1 mm) 에서구조물 114 개 ( 피부 1 개, 뼈 32 개, 무릎관절의구조물 7 개, 근육 60 개, 동맥 7 개, 신경 7 개 ) 의 선택 을가지고다음처럼하였다 ( 박진서등, 2006). - 2 -
상용소프트웨어인 Maya TM (7.0 판, Alias TM, 이하 Maya TM ) 와 Rhino TM (3.0 판, Rhinoceros TM, 이하 Rhino TM ) 에서각구조물의 선택 을쌓아서등고선영상을만든다음에등고선 사이에면을채워서 3 차원영상을만들었고, 면을다듬었다. - 3 -
II. 연구대상및방법 A. 시신의온몸을연속절단해서해부영상을만듦. 시신을포매하고연속절단해서해부영상을만들었다. 포매상자에시신을눕힌다 음에포매제 ( 증류수 1,000 L, 젤라틴 30 kg, 메틸렌블루 0.5 kg) 를붓고얼려서포매하 였다. 포매상자를연속절단기 ( 한원정기 ) 의포매상자받침에올려놓고고정한다음 에절단원반을써서 0.2 mm 간격으로연속절단하였다. 디지털사진기로각절단면 ( 크 기 600 mm X 400 mm) 을찍어서 TIFF 파일 ( 해상도 3,040 2,008, 빛깔 24 bits color) 인 해부영상 8,510 개 (ha0000.tif, ha0001.tif,, ha8509.tif) 로저장하였다 (Table 1)( 김진용등, 2002; 박진서등, 2002). - 4 -
Table 1. Features of the anatomical, temporary segmented and segmented images of the regions Image Interval Resolution Total file size (File name) (Number) (Color depth) Whole body Anatomical images 0.2 mm 3,040 X 2,008 153.7 Gbytes (0000.tif, 0001.tif,, 8509.tif) (8,510) (24 bits color) Left lower limb Anatomical images 1.0 mm 2,468 X 1,407 7.6 Gbytes (3630.tif, 3635.tif,, 8505.tif) (976) (24 bits color) Temporary segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 15.3 Gbytes (3630.psd, 3635.psd,, 8505.psd) (976) (24 bits color) Segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 1.2 Gbytes (3630.tif, 3635.tif,, 8505.tif) (976) (8 bits color) Head and neck Anatomical images 1.0 mm 2,468 X 1,407 2.2 Gbytes (0000.tif, 0001.tif,, 1400.tif) (281) (24 bits color) Temporary segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 4.3 Gbytes (0000.psd, 0001.psd,, 1400.psd) (281) (24 bits color) Segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 0.3 Gbytes (0000.tif, 0001.tif,, 1400.tif) (281) (8 bits color) Heart Anatomical images 1.0 mm 2,468 X 1,407 0.9 Gbytes (1930.tif, 1935.tif,, 2570.tif) (128) (24 bits color) Temporary segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 2.0 Gbytes (1930.psd, 1935.psd,, 2570.psd) (128) (24 bits color) Segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 0.2 Gbytes (1930.tif, 1935.tif,, 2570.tif) (128) (8 bits color) Left upper limb Anatomical images 1.0 mm 2,468 X 1,407 5.0 Gbytes (1415.tif, 1420.tif,, 4635.tif) (645) (24 bits color) Temporary segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 9.9 Gbytes (1415.psd, 1420.psd,, 4635.psd) (645) (24 bits color) Segmented images 1.0 mm 2,468 X 1,407 0.8 Gbytes (1415.tif, 1420.tif,, 4635.tif) (645) (8 bits color) - 5 -
B. 해부영상에서보이는구조물 319 개를구역화해서구역화영상을만듦. 1. 구역화할구조물을결정함. 해부영상에서보이는구조물 319 개를구역화하기로하였다. 왼다리의구조물 113 개, 머리와목의구조물 105 개, 심장의구조물 15 개, 왼팔의구조물 85 개를구역화하 기로하였다 (Table. 1-5). - 6 -
Table 2. One-hundred fourteen segmented structures in the left lower limb, categorized according to systems and regions System Region Segmented structure Skin (1)* Skin Bones (32) Pelvic bone (2) Sacrum, Hip bone Bones of thigh (2) Femur, Patella Bones of leg (2) Tibia, Fibula Tarsal bones (7) Talus, Calcaneus, Navicular, Medial cuneiform, Intermediate cuneiform, Lateral cuneiform, Cuboid Metatarsal bones (5) 1st metatarsal bone, 2nd metatarsal bone, 3rd metatarsal bone, 4th metatarsal bone, 5th metatarsal bone Phalanges (14) 1st proximal phalanx, 1st distal phalanx, 2nd proximal phalanx, 2nd middle phalanx, 2nd distal phalanx, 3rd proximal phalanx, 3rd middle phalanx, 3rd distal phalanx, 4th proximal phalanx, 4th middle phalanx, 4th distal phalanx, 5th proximal phalanx, 5th middle phalanx, 5th distal phalanx Knee joint Lateral meniscus, Medial meniscus, Anterior cruciate ligament, structures (7) Posterior cruciate ligament, Fibular collateral ligament, Tibial collateral ligament, Patellar ligament Muscles (60) Anterior compartment Iliopsoas, Iliacus, Psoas major, Tensor fasciae latae, Sartorius, of thigh (10) Rectus femoris, Vastus lateralis, Vastus intermedius, Vastus medialis, Articularis genus Posterior compartment Gluteus maximus, Gluteus medius, Gluteus minimus, of thigh (11) Piriformis, Obturator internus, Superior gemellus, Inferior gemellus, Quadratus femoris, Biceps femoris, Semitendinosus, Semimembranosus Medial compartment Pectineus, Adductor longus, Adductor brevis, Adductor of thigh (6) magnus, Gracilis, Obturator externus Anterior compartment Tibialis anterior, Extensor digitorum longus, Fibularis tertius, of leg (4) Extensor hallucis longus Posterior compartment Gastrocnemius, Soleus, Plantaris, Popliteus, Tibialis posterior, of leg (7) Flexor digitorum longus, Flexor hallucis longus Lateral compartment Fibularis longus, Fibularis brevis of leg (2) Dorsum of foot (2) Extensor hallucis brevis, Extensor digitorum brevis 1st layer of sole (3) Abductor hallucis, Abductor digiti minimi, Flexor digitorum brevis 2nd layer of sole (5) Quadratus plantae, Lumbricales (4) 3rd layer of sole (3) Flexor hallucis brevis, Flexor digiti minimi brevis, Adductor hallucis 4th layer of sole (7) Dorsal interossei (4), Plantar interossei (3) Arteries (7) Internal iliac artery, External iliac artery, Femoral artery, Deep femoral artery, Popliteal artery, Anterior tibial artery, Posterior tibial artery Nerves (7) Obturator nerve, Femoral nerve, Sciatic nerve, Tibial nerve, Common fibular nerve, Superficial fibular nerve, Deep fibular nerve (Number of segmented structures) *Structures, which were already segmented, are segmented no more. Structures, which were already segmented, are segmented in detail. - 7 -
Table 3. One-hundred five segmented structures in the head and neck, categorized according to systems and regions System Region Segmented structure Skin (1)* Skin Bones (19) Bones of cranium (18) Parietal bone, Frontal bone, Occipital bone, Sphenoid bone, Temporal bone, Ethmoid bone, Lacrimal bone, Nasal bone, Vomer, Maxilla, Palatine bone, mandible, Hyoid bone, Frontal sinus, Occipital sinus, Sphenoidal sinus, Ethmoid sinus, Maxillary sinus Vertebral column (1)* Cervical vertebrae Muscles (48) Muscles of head (15) Superior rectus muscle, Inferior rectus muscle, Medial rectus muscle, Lateral rectus muscle, Superior oblique muscle, Inferior oblique muscle, Levator palpebrae superioris muscle, Buccinator muscle, Masseter muscle, Lateral pterygoid muscle, Medial pterygoid muscle, Genioglossus muscle, Hyoglossus muscle, Styloglossus muscle, Palatoglossus muscle Muslces of neck (24) Longus colli muscle, Longus capitis muscle, Scalenus anterior muscle, Scalenus medius muscle, Scalenus posterior muscle, Sternocleidomastoid muscle, Rectus capitis anterior muscle, Rectus capitis lateralis muscle, Rectus capitis posterior major muscle, Rectus capitis posterior minor muscle, Obliquus capitis surperior muscle, Obliquus capitis inferior muscle, Digastric muscle, Stylohyoid muscle, Mylohyoid muscle, Geniohyoid muscle, Sternohyoid muscle, Omohyoid muscle, Sternothyroid muscle, Thyrohyoid muscle, Cricothyroid muscle, Posterior cricoarytenoid muscle, Lateral cricoarytenoid muscle, Stylopharyngeus muscle Muscles of back (9) Trapezius muscle, Latissimus dorsi muscle, Rhomboid major mucle, Rhomboid minor muscle, Levator scapulae muscle, Serratus posterior superior muscle, Longissimus capitis muscle, Splenius capitis muscle, Semispinalis capitis muscle Gland (4) Parotid gland, Sublingual gland, Submandibular gland, Thyroid gland Arteris (5) Common carotid artery, External carotid artery, Internal carotid artery, Subclavian artery, Vertebral artery Veins (8) Internal jugular vein, Dural venous sinuses, Transverse sinus, Confluence of sinuses, Sigmoid sinus, Superior sagittal sinus, Inferior sagittal sinus, Straight sinus Brain and Myelencephalon (2) Medulla oblongata, 4 th ventricle spinal cord(17) Metencephalon (2) Pons, Cerebellum * Mesencephalon (2) Midbrain, Mesencephalic aqueduct Diencephalon (3) Talamus, Hypophysis, 3 rd ventricle Telencephalon (7) Amygdaloid body, Caudate nucleus, Putamen, Globus pallidus, Lateral ventricle (2), Optic nerve Spinal cord (1) Spinal cord Nerve (1) Brachial plexus (1) Brachial plexus Eyeball (2) Right eyeball, Left eyeball (Number of segmented structures) *Structures, which were already segmented, are segmented no more. Structures, which were already segmented, are segmented in detail. - 8 -
Table 4. Fifteen segmented structures in the heart, categorized according to systems and regions Region Atrium (2) Ventricle (2) Valve (4) Arteris (4) Veins (3) Segmented structure Right atrium, Left atrium Right ventricle, Left ventricle Tricuspid valve, Mitral valve, Aortic valve, Pulmonary valve Pulmonary artery, Ascending aorta, Right coronary artery, Left coronary artery Pulmonary veins, Superior vena cava, Inferior vena cave (Number of segmented structures) Structures, which were already segmented, are segmented in detail. - 9 -
Table 5. Eighty five segmented structures in the left upper limb, categorized according to systems and regions System Region Segmented structure Skin (1)* Skin Bones (32) Bones of shoulder girdle (2) Scapula, Clavicle Bones of arm (1) Humerus Bones of forearm (2) Radius, Ulna Carpal bones (8) Scaphoid, Lunate, Triquetrum, Pisiform, Trapezium, Trapezoid, Capitate, Hamate Metacarpal bones (5) 1st metacarpal bone, 2nd metacarpal bone, 3rd metacarpal bone, 4th metacarpal bone, 5th metacarpal bone Phalanges (14) 1st proximal phalanx, 1st distal phalanx, 2nd proximal phalanx, 2nd middle phalanx, 2nd distal phalanx, 3rd proximal phalanx, 3rd middle phalanx, 3rd distal phalanx, 4th proximal phalanx, 4th middle phalanx, 4th distal phalanx, 5th proximal phalanx, 5th middle phalanx, 5th distal phalanx Muscles (44) Muslce of thorax (4) Pectoralis major muscle, Pectoralis minor muscle, Subclavius muscle, Serratus anterior muscle Muslce of shoulder (6) Deltoid muscle, Supraspinatus muscle, Infraspinatus muscle, Teres minor muscle, Teres major muscle, Subscapularis muscle Anterior compartment Biceps brachii muscle, Coracobrachialis muscle, Brachialis muscle of arm (3) Posterior compartment Triceps brachii muscle, Anconeus muscle of arm (2) Anterior compartment Pronator teres muscle, Flexor carpi radialis muscle, Palmaris longus of forearm (9) muscle, Flexor carpi ulnaris muscle, Flexor digitorum superficialis muscle, Flexor digitorum profundus muscle, Flexor pollicis longus muscle, Pronator quadratus muscle, Brachioradialis muscle Posterior compartment Extensor carpi radialis longus muscle, Extensor carpi radialis brevis of forearm (10) muscle, Extensor digitorum muscle, Extensor digiti minimi muscle, Extensor carpi ulnaris muscle, supinator muscle, Abductor pollicis longus muscle, Extensor pollicis brevis muscle, Extensor pollicis longus muscle, Exensor indicis muscle Muslce of hand (10) Palmaris brevis muscle, Abductor pollicis brevis muscle, Flexor pollicis brevis muslc, Opponens pollicis muscle, Abductor digiti munimi muscle, Flexor digiti minimi brevis muscle, Opponens digiti minimi muscle, Lumbricals muscle, Dorsal interossei muscle, Palmar interossei muscle Arteries (5) Axillary artery, Brachial artery, Deep brachial artery, Radial artery, Ulnar artery Nerves (3) Median nerve, Ulnar nerve, Radial nerve (Number of segmented structures) *Structures, which were already segmented, are segmented no more. Structures, which were already segmented, are segmented in detail. - 10 -
보기를들어서왼다리의구조물을가지고구역화영상을만드는방법을풀이하면 다음과같았다. 2. 해부영상을종이에인쇄해서구역화함. 온몸의해부영상중에서왼다리의해부영상을 1.0 mm 간격으로추렸다. 한국남 성시신을대상으로만든해부영상 8,510 개 (0000.tif, 0001.tif,, 8509.tif; 파일형식 tag image file format (TIFF), 간격 0.2 mm, 해상도 3,040 2,008, 빛깔 24 bits color) 중에서 파일이름이 5 의배수인해부영상 1,702 개 (0000.tif, 0005.tif,, 8505.tif) 를추렸으며, 이 결과로간격이 0.2 mm 에서 1.0 mm 로늘었다. 이중에서엉덩뼈능선아래의해부영상, 즉왼다리의해부영상 976 개 (3630.tif, 3635.tif,, 8505.tif) 를추렸다. 왼다리의해부영상에서중요하거나대체로잘보이는구조물 114 개를구역화하 기로하였다. 구조물을되도록나누어서구역화하기로하였는데, 보기를들면넙다리 네갈래근을넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 중간넓은근, 안쪽넓은근으로나누어서구역화 하기로하였다. 그러나어느구조물은묶어서구역화하기로하였는데, 보기를들면 힘살과힘줄을근육으로묶어서구역화하기로하였다. 여러근육이만나서한힘줄을 이루는경우에는한근육에힘줄을포함해서구역화하기로하였다. 보기를들면넙다 리곧은근에넙다리네갈래근의힘줄을포함해서구역화하기로하였고, 가자미근에발 - 11 -
꿈치힘줄을포함해서구역화하기로하였다. 구역화할구조물 114 개를계통에따라서 피부 1 개, 뼈 32 개, 무릎관절의구조물 7 개, 근육 60 개, 동맥 7 개, 신경 7 개로나누었 고, 뼈 32 개와근육 60 개를부위에따라서나누었다. 구조물의이름과차례를정할 때에는해부학용어 ( 다섯째판 ) 를따랐다 (Table 2)( 대한해부학회, 2005). 해부영상을인쇄한종이에구조물의테두리를그렸다. 해부영상을 3.0 mm 간격으 로종이에인쇄하였다. 그러나볼기부위의해부영상 (3630.tif, 3635.tif,..., 4670.tif) 과발 부위의해부영상 (7700.tif, 7705.tif,..., 8505.tif) 은 1.0 mm 간격으로종이에인쇄하였는데, 이것은볼기부위와발부위에있는근육이작고복잡하기때문이었다. 구역화할구조 물 114 개의테두리를종이에색연필로그렸으며, 이때미국시신의해부영상그림책 을참고하였다 (Spitzer 와 Whitlock, 1998). 종이를넘겨보면서각구조물의테두리를 처음부터끝까지이어지게그렸고한결같게그렸는지확인하였다. 3. 자동, 반자동, 수동으로구역화함. 구역화영상을만들기위해서는해부영상을 Photoshop TM 파일의바탕에담아야한 다. 따라서모든해부영상 8,505 개를 Photoshop TM 파일에각각넣었는데이파일을임 시구역화영상이라하였다. - 12 -
온몸의임시구역화영상중에서왼다리의임시구역화영상을추렸다. 이방법은온 몸의해부영상중에서왼다리의해부영상을추린방법과비슷하였으며, 이결과로임 시구역화영상 976 개 (3630.psd, 3635.psd,, 8505.psd; 파일형식 Photoshop document(psd), 간격 1.0 mm, 해상도 2,468 1,407) 를마련하였다 (Table 1). 임시구역화 영상에는해부영상을담은 Anatomical image 층 (layer), 검은빛깔을담은 Black 층 (Fig. 1), 이미그린피부, 뼈, 동맥의 선택 (selection) 을담은 Skin 층, Bone 층, Artery 층이 있었다 ( 황성배등, 2003). 층이름을모두영어로적었는데, 이것은임시구역화영상을 외국에서도쓰게하기위한것이었다. - 13 -
Fig. 1. Layers window of temporary segmented image (4000.psd). Root folder including Anatomical image layer, Black layer, Skin layer, Presence folder including present structures layers, and Absence folder including absent structures layers (left); Root folder, Pelvic bone folder, Bones of thigh folder, Bones of leg folder, and Absence folder (right). 임시구역화영상에서구조물을다음원칙대로구역화하였다. 이미그린피부의 선택 을그대로썼다. 이미그린뼈의 선택 을 32 개로나누었고, 이미그린동맥의 선택 을 7 개로나누었다. 아직그리지않은구조물의 선택, 즉무릎관절의구조물 7 개의 선택, 근육 60 개의 선택, 신경 7 개의 선택 을새로그렸다 (Table 2). 이미그린뼈와동맥의 선택 을나눌때, 층이름만바꾸기도하였다. 보기를 들면임시구역화영상 370 개 (4305.psd, 4310.psd,, 6150.psd) 에서이미넙다리동맥과오 - 14 -
금동맥의 선택 을그려서 Artery 층에담았다. 이연구에서는임시구역화영상 281 개 (4305.psd, 4310.psd,, 5705.psd) 에서층이름을 Femoral artery 층으로바꾸었고, 임시구 역화영상 89 개 (5710.psd, 5715.psd,, 6150.psd) 에서층이름을 Popliteal artery 층으로바 꾸었다. 이일을액션에기록해서일괄처리하였다. 이미그린뼈와동맥의 선택 을나눌때, 층을복사한다음에 선택 을지우기 도하였다. 보기를들면임시구역화영상 7000.psd 에서이미정강뼈와종아리뼈의 선 택 을그려서 Bone 층에담았다. 이연구에서는 Bone 층을복사해서똑같은층을두 개만든다음에각층이름을 Tibia 층과 Fibula 층으로바꾸었다. Tibia 층에서종아리 뼈의 선택 을지웠고, Fibula 층에서정강뼈의 선택 을지웠다. 층을복사해서똑같 은층을세개이상만드는경우도있었다. 보기를들면임시구역화영상 7985.psd 에 서 Bone 층을복사해서 Medial cuneiform 층, Intermediate cuneiform 층, Lateral cuneiform 층, Cuboid 층, 2nd metatarsal bone 층을만들었다. 아직그리지않은구조물의테두리를뚜렷하게만들기위해서해부영상의밝기 (brightness) 와대비 (contrast) 를조절하였다. 즉어두운구조물의테두리를뚜렷하게만 들기위해서밝기 ( 기본 0) 를늘렸고 ( 최대 100), 밝은구조물의테두리를뚜렷하게만 들기위해서밝기를줄였고 ( 최소 -100), 모호한구조물의테두리를뚜렷하게만들기 위해서대비 ( 기본 0) 를늘렸다 ( 최대 100). 구조물에따라서밝기와대비를조절하는 정도가달랐는데, 보기를들면볼기부위에있는근육의테두리를뚜렷하게만들기위 - 15 -
해서해부영상의밝기를 50 으로늘렸고, 대비를 50 으로늘렸으며, 넙적다리에있는 궁둥신경의테두리를뚜렷하게만들기위해서대비만 50 으로늘렸다 (Fig. 2). 이일을 액션에기록해서일괄처리하였다. 이처럼구조물의테두리를뚜렷하게만들면테두리 에들어맞는 선택 을자동또는반자동으로그리는데도움되었다. 선택 을그린 다음에는밝기와대비를조절한해부영상을본래해부영상으로바꾸었으며, 이일도 액션에기록해서일괄처리하였다. - 16 -
Fig. 2. Adjustment of brightness and contrast in the anatomical image. Muscles of gluteal region in the anatomical image (top left), which become apparent after increasing brightness and contrast (top right); sciatic nerve (arrow) in the anatomical image (bottom left), which become apparent after increasing only contrast (bottom right). 아직그리지않은구조물의 선택 을그릴때, 마술막대기도구 (magic wand tool) 를 고른다음에마우스포인터를구조물속에놓고딸깍해서구조물의테두리에들어맞 는 선택 을자동으로그렸다. 선택 을그리기에앞서마술막대기도구의받아들임값 (tolerance) 을 30 으로정했는데, 받아들임값을너무크게정하면 ( 최대 255) 이웃한화소 - 17 -
의빛깔이많이달라도받아들여서구조물의테두리보다큰 선택 을그리기때문이 었고, 받아들임값을너무작게정하면 ( 최소 0) 이웃한화소의빛깔이조금만달라도 받아들이지않아서구조물의테두리보다작은 선택 을그리기때문이었다 (Fig. 3). 그 러나구조물빛깔이주변빛깔과아주많이다르면받아들임값을 30 보다크게정해 서자동화정도를높였고, 구조물빛깔이주변빛깔과비슷하면받아들임값을 30 보다 작게정해서자동화정도를낮추었다. 선택 을그리기에앞서이웃함 (contiguous) 을 켰는데, 이웃함을끄면이웃하지않지만빛깔이비슷한다른구조물에도 선택 을그 리기때문이었다. 선택 을그리기에앞서앤티앨리어스 (anti-aliased) 를껐는데, 앤티앨 리어스를켜면 선택 속에빛깔을채울때이빛깔과주변빛깔의중간빛깔이 선 택 에나타나기때문이었다. 선택 을그린다음에 선택 이구조물의테두리에들어 맞지않으면자석올가미도구 (magnetic lasso tool) 를써서 선택 을반자동으로고치거나, 올가미도구 (lasso tool) 또는작업패스 (work path) 를써서 선택 을수동으로고쳤다 ( 황 성배등, 2003). - 18 -
Fig. 3. Selection, which fits outline of the structure, is automatically drawn with appropriate tolerance of magic wand tool (left); selection, which doesn't fit outline of the structure, is drawn either with small tolerance (center) or with great tolerance (right). 선택 을자동으로그리기어려우면자석올가미도구를써서 선택 을반자동으로 그렸고, 선택 을반자동으로그리기도어려우면올가미도구를써서 선택 을수동으 로그렸다 ( 황성배등, 2003). 임시구역화영상에구조물의층을만든다음에 선택 을구조물의층에담았다. 보기를들면 Sacrum 층을만든다음에엉치뼈의 선택 을 Sacrum 층에담았다. 구조물의층을이웃한임시구역화영상에붙여넣은다음에층에담은 선택 을 지우고자동으로다시그리거나, 층에담은 선택 을반자동또는수동으로고쳤다. 이일을구조물이나타나는모든임시구역화영상에서되풀이하였다 ( 황성배등, 2003). - 19 -
각구조물이어느임시구역화영상에있는지표로간추렸다. 보기를들면피부는 모든임시구역화영상 (3630.psd, 3635.psd,, 8505.psd) 에있었고, 엉치뼈는 4000.psd, 4005.psd,, 4310.psd 에있었다 (Table 6). Table 6. Segmented structures; their starting and ending temporary segmented images; and their red, green, blue values for segmented images Segmented Starting temporary Ending temporary Red Green Blue structure segmented image segmented image value value value Skin 3630.psd 8505.psd 251 251 201 Sacrum 4000.psd 4310.psd 175 70 190 Hip bone 3635.psd 4625.psd 110 110 110 Femur 4205.psd 6180.psd 160 160 160 Patella 5890.psd 6110.psd 120 120 100 임시구역화영상에서가장아래부터 Anatomical image 층, Black 층, Skin 층을놓았 고, Presence 폴더 (folder) 를만든다음에있는구조물의층을 Presence 폴더에놓았다 (Fig. 1). 이일을액션에기록해서일괄처리하였다. 임시구역화영상에서없는구조물의층을만들고 Absence 폴더를만든다음에없 는구조물의층을 Absence 폴더에놓았다. 이때없는구조물의층구석에한화소의 선택 을담았다. 이일을액션에기록해서일괄처리하였다. 이결과로모든임시구 역화영상에 Anatomical image 층, Black 층, 구조물의층 114 개를포함한층 116 개가만 들어졌다 (Fig. 1). - 20 -
임시구역화영상에서각구조물의 선택 에채울빛깔, 즉빨강값, 초록값, 파랑값 ( 최소 0, 최대 255) 을정해서표로간추렸다. 다른구조물의빛깔이서로똑같거나비 슷하면빛깔을고쳤다 (Table 6). 임시구역화영상에서각구조물의 선택 에정한빛깔 (Table 6) 을채우고 color 층 을만든다음에 선택 을 color 층에담았다. 보기를들면엉치뼈의 선택 에빨강값 175, 초록값 70, 파랑값 190 을채우고 Sacrum color 층을만든다음에엉치뼈의 선택 을 Sacrum color 층에담았다. 이일을액션에기록해서일괄처리하였다 (Fig. 4). 모든 임시구역화영상에서일괄처리하기위해서는없는구조물의층을만들고, 없는구조물 의층구석에한화소의 선택 을담아야했다 (Fig. 1)( 황성배등, 2003). - 21 -
Fig. 4. Corresponding anatomical images (left column) and segmented images (right column) of the gluteal region (1st row), thigh (2nd row), leg (3rd row), and foot (4th row). - 22 -
임시구역화영상의파일형식 (PSD) 을층이없는 TIFF 로바꾸고, 해상도 (2,468 1,407) 를그대로두고, 빛깔 (24 bits color) 을 8 bits color 로바꾸어서구역화영상을만들 었다 (Table 1). 이일을액션에기록해서일괄처리하였다. 임시구역화영상에서 Black 층아래에 Anatomical image 층을놓았기때문에구역화영상에서검은빛깔이해부영 상을가렸고, Black 층위에 Skin 층을놓았기때문에검은빛깔이피부의빛깔을가 리지않았고, Skin 층위에다른구조물층을놓았기때문에피부의빛깔이다른구조 물의빛깔을가리지않았다 (Figs. 1, 4). 구역화영상을살펴서틀린구역화영상을고쳤다. 구역화영상을해부영상과함께 이어보면서구조물의테두리가해부학지식에들어맞지않는구역화영상을찾았다 (Fig. 4). 틀린구역화영상을찾으면임시구역화영상을고친다음에구역화영상을다시 만들었다. 4. 이마구역화영상과마루구역화영상을만들어서구역화영상을확인함. 이마구역화영상과마루구역화영상을만든다음에살펴서틀린구역화영상을고 쳤다. 구역화영상을쌓아서이마구역화영상과마루구역화영상을만들었다 ( 황성배등, 2003). 이마구역화영상과마루구역화영상을이마해부영상, 마루해부영상과함께이어 보면서구조물의테두리가매끈하지않거나해부학지식에들어맞지않는이마구역 - 23 -
화영상과마루구역화영상을찾았다 (Fig. 5). 틀린이마구역화영상과마루구역화영상이 있으면임시구역화영상을고친다음에구역화영상을다시만들었다. Fig. 5. Corresponding coronal anatomical and segmented images (left four) and corresponding sagittal anatomical and segmented images (right four). 왼다리의임시구역화영상 976 개 (3630.psd, 3635.psd,, 8505.psd; 해상도 2,468 1,407) 를온몸의임시구역화영상 1,702 개 (0000.psd, 0005.psd,, 8505.psd; 해상도 3,040 2,008) 에담았다. 이일을액션에기록해서일괄처리하였다. 이것은왼다리에서구 역화한구조물과다른부위에서구역화한구조물을이어서보기위한것이었다. 왼다리의구역화영상과마찬가지로머리와목, 심장, 왼팔의구역화영상을만들 었다. 온몸의임시구역화영상중에서머리와목의임시구역화영상 281 개 (0000.psd, - 24 -
0005.psd,, 1400.psd; 해상도 2,468 1,407; 빛깔 24bits color), 심장의임시구역화영상 128 개 (1930.psd, 1935.psd,, 2570.psd; 해상도 2,468 1,407; 빛깔 24bits color), 왼팔의 임시구역화영상 645 개 (1415.psd, 1420.psd,, 4635.psd; 해상도 2,468 1,407; 빛깔 24bits color) 를 1.0 mm 간격으로추렸다 (Table 1). 각부위에서대체로잘보이는구조물, 즉 머리와목 105 개, 심장의구조물 15 개, 왼팔의구조물 85 개를구역화하기로하였다 (Table 3-5). 왼다리의구역화영상을만드는방법과마찬가지로머리와목, 심장, 왼팔 의구조물을 Photoshop TM (7.0 판, Adobe TM ) 에서자동, 반자동, 수동으로테두리를그려 서머리와목의구조물이포함된임시구역화영상, 심장의구조물이포함된임시구역 화영상, 왼팔의구조물이포함된임시구역화영상을만들었다. 머리와목, 심장, 왼팔 의구조물이포함된임시구역화영상의파일형식 (PSD) 을층이없는 TIFF 로바꾸고, 해상도 (2,468 1,407) 를그대로두고, 빛깔 (24 bits color) 을 8 bits color 로바꾸어서머리 와목의구역화영상 281 개 (0000.tif, 0005.tif,, 1400.tif; 해상도 3040 2008; 빛깔 8bits color), 심장의구역화영상 128 개 (1930.tif, 1935.tif,, 2570.tif; 해상도 3040 2008; 빛깔 8bits color), 왼팔의구역화영상 645(1415.tif, 1420.tif,, 4635.tif; 해상도 3040 2008; 빛 깔 8bits color) 개를만들었다 (Figs. 12, 14, 16)(Table 1). 구역화영상을해부영상과함께이 어보면서구조물의테두리가해부학지식에들어맞지않는구역화영상을찾았으며, 틀린구역화영상을찾으면임시구역화영상을고친다음에구역화영상을다시만들었 다. - 25 -
왼다리의이마구역화영상, 마루구역화영상과마찬가지로머리와목, 심장, 왼팔의 이마구역화영상, 마루구역화영상을만든다음에살펴서틀린구역화영상을고쳤다. 구역화영상을쌓아서머리와목, 심장, 왼팔의이마구역화영상과마루구역화영상을 만들었다 ( 황성배등, 2003). 머리와목, 심장, 왼팔의이마구역화영상과마루구역화영 상을머리와목, 심장, 왼팔의이마해부영상, 마루해부영상과함께이어보면서구조 물의테두리가매끈하지않거나해부학지식에들어맞지않는이마구역화영상과마 루구역화영상을찾았다. 틀린이마구역화영상과마루구역화영상이있으면임시구역화 영상을고친다음에구역화영상을다시만들었다. - 26 -
C. 왼다리의임시구역화영상을가지고표면재구성해서 3 차원영상을만듦. Table 7. Procedure for making three-dimensional images by surface reconstruction Technique (Software) Resultant images (File format) Number Total file size Disassembling selections (Photoshop TM ) Disassembled segmented images (AI) 15,758 15.3 MBytes Stacking selections (Maya TM ) Contour images (DXF) 114 12.6 MBytes Filling contour gaps with surfaces (Rhino TM ) Contour 3D images (DXF) 114 136.8 MBytes Deleting of contours (Maya TM ) 3D images (DXF) 114 47.7 MBytes Assembling of 3D images (Maya TM ) Assembled 3D images (MA) 1 50.0 MBytes 1. 선택 을분해해서분해구역화영상 (AI 파일 ) 을만듦 (Table 7). 모든구조물의선택이함께있는임시구역화영상을벡터형식의각구조물로바 꾼것을분해구역화영상이라하였다. 보기를들어서무릎뼈의임시구역화영상을가지고 3 차원영상을만드는방법을 풀이하면다음과같았다. 무릎뼈의 선택 을담은임시구역화영상 45 개 (5890.psd, 5895.psd,, 6110.psd) 중 에서임시구역화영상 1 개 (5890.psd) 를열었다. 무릎뼈 선택 을마스크층에놓은다 음에패스로바꾸었으며, 패스로바꿀때에는한계치를 2 화소로정했다. 한계치는분 해구역화영상의 선택 에있는기준점사이거리이다. 한계치가 2 화소보다작으면임 시구역화영상의 선택 을잘나타낼수있지만분해구역화영상의파일크기가커진다. 한계치가 2 화소보다크면파일크기가작아지지만분해구역화영상의 선택 이왜곡될 - 27 -
수있다. 임시구역화영상에있는무릎뼈의 선택 을 AI 파일로저장해서분해구역화영 상 (5890.ai) 을만들었으며이결과로패스로바꾼무릎뼈의 선택 만분해구역화영상 에담겼다. 임시구역화영상 (PSD 파일 ) 의 선택 이화소를따라그린비트맵형식의 닫힌곡선인것과달리, 분해구역화영상 (AI 파일 ) 의 선택 은화소를따르지않는벡터 형식의닫힌곡선이다. 이일을액션에기록하였다. 나머지구역화영상 44 개 (5895.psd, 5900.psd,, 6110.psd) 를모두연다음에이액션을실행해서분해구역화영상 44 개 (5895.ai, 5900.ai,, 6110.ai; 간격 1 mm, 해상도 2,468 X 1,407) 를한꺼번에만들었다 (Fig. 6). Fig. 6. Anatomical image around the patella (left); segmented image with selections of patella, femur, and skin (center); disassembled segmented image with selection of patella (right). - 28 -
2. 선택 을쌓아서등고선영상 (DXF 파일 ) 을만듦 (Table 7). 분해구역화영상 5890.ai 를열어서 Z 축으로 453 mm 만큼옮기고 5895.ai 를열어서 Z 축으로 454 mm 만큼옮겼다. 무릎뼈의나머지분해구역화영상 43 개 (5900.ai, 5905.ai,, 6110.ai) 를같은방법으로모두열어서 Z 축으로옮겼다. 이처럼비슷한일을되풀 이할때에는스크립트를미리만들어서실행하였다 (Table 8). 이결과로분해구역화 영상에있는 선택 45 개를 1 mm 간격으로쌓았으며, 이것을등고선영상이라고하였 다 (Fig. 7). 등고선영상의등고선도분해구역화영상의 선택 과마찬가지로닫힌곡선이 었다. 이등고선영상을 DXF(Drawing Exchange Format) 파일로저장하였다. Table. 8. Maya script for opening and moving selections to make contours images. illustratorcurves -ch 0 ifn "c:/patella/453.ai"; move -r 0 0 453; illustratorcurves -ch 0 ifn "c:/patella/454.ai"; move -r 0 0 454; illustratorcurves -ch 0 ifn "c:/patella/497.ai"; move -r 0 0 497; - 29 -
3. 등고선사이에면을채워서등고선 3 차원영상 (DXF 파일 ) 을만듦 (Table 7). 등고선영상을열고새장 (loft) 명령을써서모든등고선을잇는위아래선 1 개를 그렸다. 이때이웃한등고선을잇는위아래선을직선으로정해서전체위아래선이 꺽은직선이되게하였다. 또한위아래직선을등고선의직각에가깝게정했다. 이러한 위아래선 29 개를더그렸으며, 이때등고선개수가늘었다. 이결과로등고선사이 에사각면이채워졌으며, 이것을등고선 3 차원영상이라고하였다 (Fig. 7). - 30 -
Fig. 7. Surface reconstruction of the patella. Stacked contours (top left); 3D image with contours, where quadrangular surfaces are filled (top right); 3D image with contours, where the quadrangular surfaces are converted into triangular surfaces (bottom left); 3D image without contours, where the triangular surfaces are reduced (bottom right). 넙다리뼈의안쪽관절융기와가쪽관절융기처럼갈라지는해부구조물에서는이웃 한등고선의개수가달랐다. 위등고선이 1 개이고, 아래등고선이 2 개인경우에는다 음처럼등고선사이에면을채웠다. 헝겊 (patch) 명령을써서위등고선 1 개와아래 - 31 -
등고선 2 개를모두지나는곡면을만들었으며, 이때아래로튀어나온쓸모없는곡 면도함께만들어졌다. 잘라내기 (trim) 명령을써서쓸모없는곡면을지웠다. 이결과 로위등고선 1 개와아래등고선사이에곡면의일부인사각면과삼각면이채워졌다 (Fig. 8). 헝겊명령을써서만든등고선 3 차원영상의위, 아래에새장명령을써서만 든등고선 3 차원영상을붙였다. 붙인곳에서겹친등고선 2 개를결합 (join) 명령을써 서 1 개로결합하였다 (Fig. 9). Fig. 8. Surface reconstruction of the divided anatomic structure. Upper one contour and lower two contours (left); surfaces passing three contours (center); and surfaces between the contours after trimming surfaces beyond the contours (right). Fig. 9. Part of the nurbs method for joining of separated surfaces. Using Join command, overlapped contours (left) are joined into one contour (right). - 32 -
평면형구멍끝막음 (surface from planar curves) 명령을써서처음등고선과마지막등 고선의뚫린구멍에면을채웠다. 이결과로등고선영상을표면재구성해서등고선 3 차 원영상을만드는것이완성되었다. 등고선 3 차원영상의모든면에빛깔을칠했다 (Fig. 7). 새장명령을써서만든등고선 3 차원영상의사각면은위아래선 2 개와등고선 2 개 를모서리로갖고있었다. 위아래선이직선이지만등고선이닫힌곡선이기때문에사 각면은곡면이었으며, 이곡면을넙스 (NURBS; non-uniform rational B-spline) 형식이라고 하였다. 헝겊명령을써서만든등고선 3 차원영상의사각면과삼각면도넙스형식의 곡면이었다. 다각형그물 (polygon mesh) 명령을써서모든사각면을삼각면으로바꾸었 다. 이때등고선간격이자동으로바뀌는데, 등고선간격이많이늘지않게하였다. 이결과로등고선간격이늘었고, 울퉁불퉁한곳에서는등고선간격이줄었다. 이결 과로매끄러운곳에서는삼각면의개수가적었고, 울퉁불퉁한곳에서는삼각면개수 가많았다. 한편등고선이닫힌곡선에서다각형으로바뀌기때문에삼각면이직면이 었으며, 이직면을다각형 (polygon) 형식이라고하였다 (Fig. 7)( 이승엽, 2006). 이등고선 3 차원영상을 DXF 파일로저장하였다. - 33 -
4. 등고선을없애서 3 차원영상 (DXF 파일 ) 을만듦 (Table 7). 등고선 3 차원영상을부른다음에줄임 (reduce) 명령을써서등고선을없앴으며, 이 때삼각면개수를 2,168 개에서 582 개로줄렸다. 삼각면개수를너무많이줄이면 3 차 원영상이본래모습과틀리게되고너무조금줄이면 3 차원영상의파일크기가커지 고 3 차원영상을다듬기가불편해진다. 3 차원영상의매끈한곳에서는삼각면이컸고 울퉁불퉁한곳에서는삼각면이작았다 (Fig. 7). 등고선을없앤결과, 3 차원영상이등고 선보다튀어나오거나등고선보다움푹들어갔다. 구역화가틀리면등고선도틀리기때문에등고선 3 차원영상이울퉁불퉁하였다. 등 고선을없앤 3 차원영상에서는울퉁불퉁한곳이덜심했으나남아있었다. 울퉁불퉁한 곳을매끄럽게만들기위해서삼각면, 삼각면의모서리, 또는삼각면의꼭짓점을옮 겼다. 이때삼각면을 1 개만옮기거나여러개를한꺼번에옮길수있었고, 모서리 또는꼭짓점도 1 개만옮기거나여러개를함께옮길수있었다. 울퉁불퉁한곳을매 끄럽게만들기위해서 3 차원영상둘레에격자 (lattice) 를놓은다음에격자의점을옮 길수있었다. 격자의점은가까운삼각면의꼭짓점과연동되어있었다. 격자의점을 옮겨서가장가까운꼭짓점을많이옮기고, 그주변의꼭짓점을덜옮길수있었다 (Fig. 10). 이결과로울퉁불퉁한 3 차원영상을매끄럽게만들기편했다. 이때격자의 밀도는 3 차원영상의울퉁불퉁한밀도와같게만드는것이좋았다. 3 차원영상을매끄 - 34 -
럽게만들때해부학지식에어긋나지않게하였다. 3 차원영상을매끄럽게만든다음 에줄임기능을써서매끄러운곳에있는삼각면개수를줄였다. 3 차원영상의모든 삼각면에빛깔을칠했다. 3 차원영상을 MA(Maya Ascii) 파일로저장하였다. Fig. 10. Vertices of the lattice, which are dynamically linked with triangular surfaces of the 3D images. 5. 3 차원영상을조립해서조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 을만듦 (Table 7). 여러개의파일로되어있는각구조물의 3 차원영상을모아서하나의파일로만 든것을조립 3 차원영상이라하였다. 같은방법으로모든구조물 114 개의 3 차원영상 (MA 파일 ) 114 개를만들었다. 조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 1 개를만든다음에조립 3 차원영상에층 114 개를만들었고, 각층 에구조물의이름을붙였다. 3 차원영상 114 개를조립 3 차원영상의각층에담았다. 각 - 35 -
구조물의 3 차원영상은조립하기전에도, 조립한다음에도 X, Y, Z 축의제자리에있었 다 (Fig. 11). Fig. 11. Assembled 3D image (left) and 3D images of all structures in left lower limb (right); 3D images of anatomic structures were made to be assembled with their original locations preserved. - 36 -
III. 결과 A. 구역화영상 왼다리의해부영상 976 개에서구조물 114 개를구역화하였다. 종이에서구조물의 테두리를그릴때, 볼기부위와발부위에있는근육과같은구조물은작고복잡해서 시간이오래걸렸다. 포토샵에서구조물의테두리를따라서 선택 을그릴때, 피부, 뼈, 동맥은자동또는반자동으로그려서시간이오래걸리지않았으나, 무릎관절의 구조물, 근육, 신경은반자동또는수동으로그려서시간이오래걸렸다. 특히울퉁불 퉁한구조물의테두리를수동으로그리는데시간이오래걸렸다. 해부영상의밝기와 대비를조절해서자동화정도를높였는데도, 반자동또는수동으로그려야하는구조 물이많았다. 왼다리의임시구역화영상을마련하였다. 임시구역화영상의파일형식이 PSD, 간 격이 1.0 mm, 개수가 976 개, 해상도가 2,468 1,407, 빛깔이 24 bits color, 모든파일크 기가 15.3 GBytes 였다 (Table 1). 임시구역화영상에 Anatomical image 층, Black 층, 구조물 의 선택 을담은층이있었다 (Fig. 1). 임시구역화영상을제대로쓰기위해서구조물 의이름, 구조물이있는구역화영상의번호, 구조물에채운빛깔을간추린표가필요 하였다 (Table 6). - 37 -
왼다리의구역화영상을마련하였다. 구역화영상은임시구역화영상과달리파일 형식이 TIFF, 빛깔이 8 bits color, 모든파일크기가 1.2 GBytes 였다 (Fig. 4)(Table 2). 구역 화영상을쓰기위해서도구조물을간추린표가필요하였다 (Table 6). 구역화영상은해 부영상에들어맞았고, 구역화영상에서왼다리의거의모든구조물 114 개 (Table 2) 가올 바르게구역화되어있었으며, 이것은이마구역화영상, 마루구역화영상과둘러보는소 프트웨어에서확인하였다 (Figs. 5, 21). 머리와목의해부영상 281 개에서구조물 105 개를구역화하였다. 왼다리의해부영 상개수보다적었지만왼다리에있는구조물보다크기가더작고구조물사이의경 계가모호한것 ( 보기 : 뇌의핵 ) 이많아시간이더오래걸렸다. 머리와목의임시구역화영상과구역화영상을마련하였다. 임시구역화영상의파일 형식이 PSD, 간격이 1.0 mm, 개수가 281 개, 해상도가 2,468 1,407, 빛깔이 24 bits color, 모든파일크기가 4.3 GBytes 였다 (Table 1). 구역화영상은파일형식이 TIFF, 빛깔 이 8 bits color, 모든파일크기가 0.3 GBytes 였다 (Fig. 12)(Table 1). 구역화영상은해부영 상에들어맞았고, 구역화영상에서머리와목의거의모든구조물 105 개 (Table 3) 가올 바르게구역화되어있었으며, 이것은머리와목의이마구역화영상, 마루구역화영상과 둘러보는소프트웨어에서확인하였다 (Fig. 18). - 38 -
Fig. 12. Segmented images of the brain and neck. Segmented images of the parietal lobe region (top left), thalamus region (top right), cerebellum region (middle left), foramen magnum region (middle right), oral cavity region (bottom left), and larynx region (bottom right). - 39 -
심장의해부영상 128 개에서구조물 15 개를구역화하였다. 해부영상의개수가적 어다른부위의구조물을구역화하는것보다시간이덜걸렸다. 심장의임시구역화영상과구역화영상을마련하였다. 임시구역화영상의파일형식 이 PSD, 간격이 1.0 mm, 개수가 128 개, 해상도가 2,468 1,407, 빛깔이 24 bits color, 모 든파일크기가 2.0 GBytes 였다 (Table 1). 구역화영상은파일형식이 TIFF, 빛깔이 8 bits color, 모든파일크기가 0.2 GBytes 였다 (Fig. 13)(Table 1). 구역화영상은해부영상에들 어맞았고, 구역화영상에서심장의거의모든구조물 105 개 (Table 4) 가올바르게구역 화되어있었으며, 이것은심장의이마구역화영상, 마루구역화영상과둘러보는소프트 웨어에서확인하였다 (Fig. 18). - 40 -
Fig. 13. Segmented images of the heart. Segmented images of the pulmonary artery region (top left), pulmonary trunk region (top right), right atrium region (middle left), left atrium region (middle right), right ventricle region (bottom left), and left ventricle region (bottom right). 왼팔의해부영상 645 개에서구조물 85 개를구역화하였다. 종이에서구조물의테 두리를그릴때, 손부위에있는근육과같은구조물은작고복잡해서시간이오래걸 렸다. - 41 -
왼팔의임시구역화영상과구역화영상을마련하였다. 임시구역화영상의파일형식 이 PSD, 간격이 1.0 mm, 개수가 645 개, 해상도가 2,468 1,407, 빛깔이 24 bits color, 모 든파일크기가 9.9 GBytes 였다 (Table 1). 구역화영상은파일형식이 TIFF, 빛깔이 8 bits color, 모든파일크기가 0.8 GBytes 였다 (Fig. 14)(Table 1). 구역화영상은해부영상에들 어맞았고, 구역화영상에서왼팔의거의모든구조물 105 개 (Table 5) 가올바르게구역 화되어있었으며, 이것은왼팔의이마구역화영상, 마루구역화영상과둘러보는소프트 웨어에서확인하였다 (Fig. 18) - 42 -
Fig. 14. Segmented images of the left upper limb. Segmented images of the shoulder (top left), arm (top right), elbow region (middle left), forearm (middle right), wrist region (bottom left), and phalanges region (bottom right). - 43 -
B. 3 차원영상 표면재구성해서 3 차원영상을만드는과정을낱낱이쓰면다음과같다. 선택 을 분해하는과정, 선택 을쌓는과정, 위아래선을긋는과정, 갈라지는구조물에면을 채우는과정, 사각면을삼각면으로바꾸는과정, 등고선을빼는과정, 3 차원영상을다 듬는과정이다. 대부분의과정은거의자동으로처리할수있어서시간이오래걸리 지않았다. 그러나갈라지는구조물에면을채우는과정과 3 차원영상을다듬는과정 은거의수동으로처리해야하기때문에시간이오래걸렸다. 이연구에서왼다리의 구조물 114 개를표면재구성하는데한달쯤걸렸다. Maya TM 에서조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 에있는 3 차원영상을다음처럼볼수있었 다. 여러구조물의 3 차원영상을골라서볼수있었다 (Fig. 11). 조립 3 차원영상을만들 때각 3 차원영상을원래자리에놓았기때문에이웃한구조물의위치관계를볼수 있었다 (Fig. 11). 3 차원영상의삼각면이나타나지않게해서구조물을실제로보는것 처럼만들수있었다 (Fig. 15). 각구조물의 3 차원영상의빛깔을바꿀수있었다. 각 구조물의불투명한 ( 투명도 0%) 빛깔을반투명하게 ( 투명도 1% - 99%) 만들어서뒤에 있는구조물을함께볼수있었다 (Fig. 15). 3 차원영상을돌려서볼수있었다 (Fig. 16). 조립 3 차원영상에서각구조물의생김새와이웃한구조물의위치관계가해부학지식 - 44 -
에들어맞았다. 3 차원영상의파일크기가작았기때문에 (Table 7), 3 차원영상을골라서 보고, 반투명하게보고, 돌려서보는것을실시간에할수있었다. Fig. 15. Three-dimensional images of the bones in knee, which are opaque with triangular surfaces (left) or opaque without triangular surfaces (center) or semitransparent (right). - 45 -
Fig. 16. Three-dimensional images of the bones in lower limb, which are rotated. 3 차원영상에서틀린구역화영상을쉽게찾아서고칠수있었다. 3 차원영상을골 라서보고돌려서볼수있기때문에매끈하지않거나해부학지식에어긋나는부위 를쉽게찾을수있었다. 또등고선영상과겹쳐서볼수있었기때문에틀린구역화 영상을쉽게찾을수있었다. - 46 -
IX. 고찰 구역화영상을만들어야한다. 구역화영상이없어도해부영상을쌓아서온몸을 3 차원영상으로만들수있고, 이 3 차원영상을잘라보고돌려볼수있다. 그러나구 역화영상이없으면다음과같은문제가있다. 첫째로해부영상에서각해부구조물이 어디에있는지깨닫기어렵고, 둘째로 3 차원영상을잘라보았을때절단면에서각해 부구조물이어디에있는지깨닫기어렵다. 셋째로각해부구조물을 3 차원영상으로만 들수없고, 넷째로각해부구조물의 3 차원영상을골라서돌려볼수없다 (Kang 등, 2000; Shiemann 등, 2000; 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 3 차원영상의기본인구역화영상을잘만들기위해서어떻게하는것이바람직한 지고찰한내용은다음과같다. 첫째, 해부영상에서구역화해야한다. 연속절단면영상은자기공명영상, 컴퓨터단 층사진, 해부영상으로이루어져있다. 화소크기가 1 mm 이고, 빛깔이 8 bits gray 인자기 공명영상또는컴퓨터단층사진에서구역화하면해부구조물이잘보이지않기때문에 구역화하는데시간이오래걸리고, 올바른구역화영상을만들수없다. 예외로컴퓨 터단층사진에서구역화하면뼈를자동으로빨리구역화할수있다 ( 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 따라서앞으로는컴퓨터단층사진과해부영상을정합 (registration) 한다 - 47 -
음에컴퓨터단층사진에서뼈를구역화한결과와해부영상에서나머지해부구조물을 구역화한결과를합치는것도시도할값어치가있다. 둘째, 구역화영상의기본인해부영상은빠진것이없고, 화소가작은것이바람 직하다. 다른연구에서쓴미국시신의해부영상은넓적다리에서 7 개, 종아리에서 9 개빠져있었다는단점과구역화영상의간격이 3.0 mm 이고, 머리와목, 심장, 왼팔의 구조물을구역화하지않은단점이있었다 (Fig. 17)(Spitzer 등, 1996; Kang 등, 2000). 이 연구에서쓴한국시신의해부영상은빠진것이없었고, 왼다리의구역화영상뿐아니 라머리와목, 심장, 왼팔까지구역화영상을만들었다. 미국시신의해부영상은화소 크기가 0.33 mm 였으나 (Spitzer 등, 1996), 이연구의해부영상은화소크기가 0.2 mm 였 기때문에, 즉해부영상에서구조물이잘보였기때문에좋은구역화영상을만들수 있었다. - 48 -
Fig. 17. Visible Human Project showing missing anatomical images of thigh and leg (left one); three-dimensional images of lower limbs made from anatomical images and segmented images of the Visible Human Project (right ones). 셋째, 되도록많은구조물을구역화하는것이바람직하다. 다른연구에서는왼다 리의구조만을구역화하였지만 (Kang 등, 2000), 이연구에서는왼다리뿐아니라머리 와목, 심장, 왼팔의구조물 319 개를구역화하였기때문에 (Table 1-5) 더좋은 3 차원영 상을만들수있다. 다른연구에서는양쪽다리의구조물을구역화하였으나 (Fig. 17)(Kang 등, 2000), 이연구에서는왼다리의구조물만구역화하였다. 앞으로오른다리 의구조물도구역화할계획이다. 이를쉽게하기위해서는왼다리의구역화영상을선 대칭으로복사한다음에고쳐서오른다리의구역화영상을만드는요령이필요할것 - 49 -
이다. 앞으로왼다리의더많은인대, 가는동맥, 그리고정맥도구역화할계획이다. 이를제대로하기위해서는더많은해부학지식과노력이필요할것이다. 넷째, 구조물을낱낱이나누어서구역화하는것이바람직하다. 보기를들면넙다 리네갈래근을넙다리곧은근, 가쪽넓은근, 중간넓은근, 안쪽넓은근으로나누어서구역 화하는것이바람직하다 (Table 2). 낱낱이나누어서구역화한구조물을합치는것은 쉽다. 층 4 개 (Rectus femoris 층, Vastus lateralis 층, Vastus intermedius 층, Vastus medialis 층 ) 를층 1 개 (Quadriceps femoris 층 ) 로합쳐서임시구역화영상을만들수도있고, 층 4 개의 선택 에똑같은빛깔을채워서구역화영상을만들수도있다. 다섯째, 대롱처럼생긴해부구조물은내강의테두리를구역화하는것이바람직 하다. 동맥과정맥벽의바깥테두리를구역화하면가상내시경소프트웨어를만들수 없다. 따라서이연구에서는동맥과정맥내강의테두리, 즉벽의속테두리를구역 화하였다. 이때동맥과정맥내강에혈액이차있는것을참고하였다. 그러나동맥 과정맥벽을 3 차원영상으로만들기위해서는벽의바깥테두리를구역화할필요가 있다. 여섯째, 부위별로구역화하는것이바람직하다. 온몸의임시구역화영상 ( 간격 1.0 mm, 개수 1,702 개, 해상도 3,040 2,008, 화소크기 0.2 mm) 에서구역화하는것과달 리, 왼다리, 머리와목, 심장, 왼팔의임시구역화영상에서구역화하면임시구역화영상 의개수가적고, 층이적어서편하다 (Table 1-5). 각각의부위를다구역화한다음에 - 50 -
각부위를온몸의임시구역화영상에담으면결과가똑같다. 따라서온몸의임시구역 화영상을왼다리, 머리와목, 심장, 왼팔등의임시구역화영상으로나누어서구역화하 는것이바람직하다. 일곱째, 의학전문가가구역화해야한다. 의학지식이없는사람이구역화하면올 바른구역화영상을만들수없다. 따라서이연구에서는의학전문가가구조물의테두 리를종이에그렸고, 해부구조물의테두리를자동, 반자동, 수동으로그려서구역화영 상을만들었고, 구역화영상과이마, 마루구역화영상을살펴서틀린구역화영상을찾 았으며, 이때연속절단면영상그림책을참고하였다 (Spitzer 와 Whitlock, 1998; 황성배 등, 2003; Park 등, 2005b). 여덟째, 구역화영상의간격이좁은것이바람직하다. 다른연구에서는 3.0 mm 간 격으로구역화영상을만들었으나 (Kang 등, 2000), 이연구에서는 1.0 mm 간격으로구 역화영상을만들었기때문에 (Table 1) 더좋은 3 차원영상을만들수있다. 이연구에 서해부영상의간격이 0.2 mm 였기때문에 (Table 1) 0.2 mm 간격으로구역화할수있었 으나이렇게하지않았는데, 이것은매우시간이오래걸리기때문이었다. 그리고 1.0 mm 간격의구역화영상을자동으로보간 (interpolation) 해서 0.2 mm 간격의구역화영상 을만들어도결과가비슷하기때문이었다. 아홉째, 되도록자동으로구역화하는것이바람직하다. 자동으로구역화하면구 역화하는시간도줄이고구역화하는사람의오차도줄일수있기때문이다. 따라서 - 51 -
이연구에서는마술막대기도구를써서자동으로구역화하는방법을개발하였다 (Fig. 3). 또한해부영상의밝기와대비를조절해서구조물의테두리를뚜렷하게만들고, 이 결과로자동화정도를높이는방법을개발하였다 (Fig. 2). 앞으로 Photoshop TM 에있는 거르개 (filter) 의여러기능을써서구조물의테두리를더뚜렷하게만드는방법을개 발할계획이다. 각구조물마다알맞은거르개의기능을찾기위해서는많이예비실험 해야할것이다. 열째, Photoshop TM 에서자동으로구역화하기어려울땐자석올가미도구를써서 선 택 을반자동으로그리고고쳐야한다. Photoshop TM 에서브러시도구 (brush tool) 를써서 선을그리면반자동으로구역화할수없다. 따라서이연구에서는자석올가미도구를 써서 선택 을반자동으로그렸고고쳤다. 이를위해서자석올가미도구를고른다음 에마우스포인터를해부구조물의테두리를따라천천히움직여서닫힌곡선인 선택 을그렸다. 그린 선택 의일부가해부구조물의테두리속에있으면선택에더하기 기능을써서 선택 을반자동으로고쳤고, 그린 선택 의일부가해부구조물의테두 리바깥에있으면선택에서빼기기능을써서 선택 을반자동으로고쳤다 ( 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 열한째, 선택 을반자동으로그리고고치기에앞서자석올가미도구의페더를 0 화소로하고, 앤티앨리어스를꺼야한다. 페더를 0 화소로하지않으면 선택 속에 빛깔을채웠을때이빛깔이 선택 주변으로번져서구역화영상에서해부구조물의 - 52 -
테두리가모호하게된다. 앤티앨리어스를끄지않으면 선택 속에빛깔을채웠을때 이빛깔과바깥빛깔의중간빛깔이 선택 에나타나서역시구역화영상에서해부구 조물의테두리가모호하게된다 ( 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 따라서이연구에서 는 선택 을반자동으로그리고고치기에앞서페더를 0 화소로하였고, 앤티앨리어스 를껐다. 열둘째, 선택 을반자동으로그리고고칠때자석올가미도구의올가미폭을 5 화 소로하는것이바람직하다. 올가미폭 (1 화소 - 256 화소 ) 은 선택 을그릴때마우스 포인터에서얼마나떨어진영상까지헤아리는지를뜻한다 ( 배준석과김영훈, 2002). 올 가미폭을 1 화소로하면마우스포인터에서 1 화소떨어진영상만헤아리기때문에마 우스포인터가해부구조물의테두리에서 1 화소보다더떨어지면해부구조물의테두 리에서벗어나는 선택 을그리게되며, 이것은수동구역화와비슷하다. 올가미폭을 256 화소로하면마우스포인터에서 256 화소떨어진영상까지헤아리기때문에 선택 을그리는데시간이오래걸리고, 다른해부구조물의테두리에들어맞는 선택 을 그릴수있다 ( 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 따라서이연구에서는 선택 을반자동 으로그리고고칠때올가미폭을 5 화소로하였고, 마우스포인터가해부구조물의테 두리에서 5 화소보다떨어지지않게하였다. 그러나해부구조물의테두리가뚜렷하고, 주변에다른해부구조물이없으면올가미폭을 5 화소보다크게해서자동구역화의정 도를높일필요가있다. - 53 -
열셋째, 선택 을반자동으로그리고고칠때자석올가미도구의빈도수를 100 으 로하는것이바람직하다. 선택 은점과선분으로이루어졌으며, 빈도수 (0-100) 는 선택 의점이얼마나많은빈도로생기는지를뜻한다 ( 배준석과김영훈, 2002). 빈도수 를적게하면 선택 의점이적게생기기때문에구불구불한해부구조물의테두리에 들어맞는 선택 을그릴수없다 ( 황성배등, 2003; Park 등, 2005b). 따라서이연구에서 는 선택 을반자동으로그리고고칠때빈도수를가장많은 100 으로하였다. 그러나 해부구조물의테두리가매끈하면빈도수를적게해서빨리구역화할필요가있다. 열넷째, 폴더에층을넣는것이바람직하다. 임시구역화영상에층이적으면폴더 에층을넣을필요가없다. 그러나층이많으면 Presence 폴더에있는구조물의층을 넣고 Absence 폴더에없는구조물의층을넣어서각임시구역화영상에어느구조물 이있는지쉽게알게할필요가있다. Presence 폴더대신에계통과부위폴더에층을 넣을수도있는데, 보기를들면 Pelvic bone 폴더에 Sacrum 층과 Hip bone 층을넣고, Bones of thigh 폴더에 Femur 층과 Patella 층을넣고, Bones of leg 폴더에 Tibia 층과 Fibula 층을넣는것이다 (Fig. 1). 아쉽게도 Photoshop TM 에서는폴더의밑에폴더를더 만들수없기때문에더짜임새있는폴더에층을넣을수없다. 더불어서각구조물 이어느임시구역화영상에있는지표로간추리는것이바람직하다 (Table 6). 열다섯째, 구역화영상과함께해부영상, 자기공명영상, 컴퓨터단층사진을둘러보 는소프트웨어를만드는것이바람직하다. 온몸의구역화영상을만들어서해부영상, - 54 -
자기공명영상, 컴퓨터단층사진과함께둘러보는소프트웨어를만들었다 ( 박진서등, 2006). 임시구역화영상의파일형식 (PSD) 을 JPEG 로바꾸고, 해상도 (3,040 2,008) 를 1,000 X 570 으로줄여서온몸의구역화영상 (0000.jpg, 0005.jpg,, 8505.jpg) 을만들었다. 서로들어맞는구역화영상, 해부영상, 자기공명영상, 컴퓨터단층사진을함께둘러보는 소프트웨어를만들었다 (Fig. 18). 이소프트웨어에구조물의이름, 구조물이있는구역 화영상의번호, 구조물에채운빛깔 (Table 6) 을넣었는데, 이것은소프트웨어에서구조 물의이름을나타내기위한것이었다 ( 박진서등, 2006). Fig. 18. Browsing software of Visible Korean Human, in which segmented structures' names are displayed in the thigh (left), leg (center), and foot (right). 연속절단면영상을수동으로표면재구성해서 3 차원영상을만들면시간이오래걸 리고, 객관성이떨어지기때문에자동으로표면재구성해서 3 차원영상을만들필요가 있으며, 이때다음과같은것을고려할필요가있다. - 55 -
첫째, 3 차원영상을빨리만들필요가있다. 수동으로표면재구성해서 3 차원영상 을만들면시간이오래걸리고, 객관성이떨어진다는문제가있다 ( 이용숙등, 2003). 따라서자동으로표면재구성해서 3 차원영상을만드는소프트웨어를짤필요가있다. 하지만소프트웨어를만들기위해서는컴퓨터전문가의도움이필요하고, 좋은소프 트웨어를만드는데시간이오래걸린다는문제가있다 (Lee 등, 2005). 둘째, 3 차원영상을올바르게만들필요가있다. 자동으로표면재구성해서만든 3 차원영상이수동으로표면재구성해서만든 3 차원영상과비슷한것으로보아자동으 로표면재구성해서만든 3 차원영상이대체로올바른것을확인할수있다. 3 차원영상 이틀린것은대개구역화영상이틀리기때문이다. 그런데구역화영상을완벽하게만 들기어렵고, 구역화영상자체에서틀린구역화영상을찾기어려우므로, 3 차원영상에 서틀린구역화영상을찾을필요가있다. 특히 3 차원영상에서틀린구역화영상의파 일이름이나타나면매우편리하다. 구역화영상을고친다음에자동으로 3 차원영상을 다시만들필요가있는데, 이것은수동으로 3 차원영상을다시만드는것이매우어렵 기때문이다 ( 이용숙등, 2003). 경우에따라서는구역화영상을고치지않은채로 3 차 원영상을고칠필요도있다. 그러나이연구에서짠소프트웨어에서 3 차원영상자체 를고칠수없고, 이연구에서만든 3 차원영상 (CPN 파일 ) 을 Maya 소프트웨어, 3ds max 소프트웨어등의상용소프트웨어에서열수없다. 앞으로상용소프트웨어에서 열수있는 3 차원영상을만들어서 3 차원영상을이루는삼각면을옮기거나, 삼각면의 - 56 -
모서리또는꼭짓점을옮겨서 3 차원영상을고칠필요도있다. 그리고상용소프트웨 어에서 3 차원영상의등고선, 즉구역화영상의다각형을없애면서 3 차원영상의표면을 매끄럽게만들필요도있다 (Fig. 19). Fig. 19. Stacked contours of the liver, which are converted into polygons soon (left); 3D image made by surface reconstruction, triangular surfaces of which are filled between polygons (center); 3D image, triangular surfaces of which are colored (right). 셋째, 3 차원영상을가볍게만들필요가있다. 부피재구성해서만든 3 차원영상과 달리표면재구성해서만든 3 차원영상은파일이작아서 3 차원영상을실시간에골라서 보고돌려서볼수있다. 또한표면재구성해서만든 3 차원영상은쉽게고칠수있다. 보기를들면표준체형의 3 차원영상을다른체형의 3 차원영상으로쉽게고칠수있 으며, 이때필요한것은한국사람의피부와뼈에관한체질인류학자료이다. 표면 재구성한 3 차원영상의파일을더작게만드는첫째방법은삼각면개수를줄이는것 인데, 그렇다고구조물의복잡한부위에서삼각면개수를많이줄일수는없다. 즉 - 57 -
첫째방법은 3 차원영상이구조물의생김새를나타내는범위안에서삼각면개수를 줄이는것이다. 삼각면개수를효율적으로줄이기위해서는 3 차원영상의등고선을없 애고, 삼각면을정삼각면에가깝게바꿀필요가있으며, 이를위해서상용소프트웨 어를쓸수있다. 삼각면이곡면이면, 즉삼각면이많은정보를담고있으면파일이 크기때문이다 ( 이용숙등, 2003). 넷째, 3 차원영상을누구나쓸필요가있다. 3 차원영상을골라서보고돌려서보기 위한프로그램을짜면 3 차원영상을보는기능을마음껏만들수있는데, 보기를들면 피부의 3 차원영상을반투명하게만들어서속에있는 3 차원영상과함께보는것이다. 또한프로그램을짜면편리한사용자사이틀 (user interface) 을마음껏만들수있는데, 보기를들면 3 차원영상을계통단위로골라서보는것이다. 게다가프로그램을짜면 상용소프트웨어가없어도 3 차원영상을볼수있다. 그러나만족할만한기능과사용 자사이틀을갖추고있으며, 오류 (bug) 가없는프로그램을짜기위해서는아주많은 시간과노력이필요하다. 프로그램을짜지않고 3 차원영상을보기위해서는 3 차원영 상을상용소프트웨어에서열수있는파일형식으로만들어야한다. 상용소프트웨어를써서반자동으로 3 차원영상을만들때어떻게하는것이바 람직한지고찰한내용은다음과같다. 첫째, 상용소프트웨어를써서반자동으로 3 차원영상을만들필요가있는데, 이 것은소프트웨어를만들지않아도되기때문이다. 게다가상용소프트웨어를쓰면오 - 58 -
류가없고, 사용자사이틀이체계적인환경에서일할수있다. 그러나상용소프트웨 어를쓰면완전히자동으로표면재구성할수없고, 상용소프트웨어에서필요한기능 을익히는데시간이걸린다는단점도있다. 둘째, 상용소프트웨어에서되도록자동으로표면재구성해야하는데, 이것은 3 차 원영상을빨리, 객관적으로만들기위한것이다. 따라서 선택 을분해할때 Photoshop TM 에서액션을써서한꺼번에처리하였고, 선택 을쌓을때 Maya TM 에서스 크립트를써서한꺼번에처리하였다. 그러나갈라지는구조물에면을채우고, 3 차원영 상을다듬을때에는한꺼번에처리할수없어서거의수동으로처리하였다. 셋째, 3 차원영상을만들기위해서등고선사이에면을채워야한다. 소프트웨어 를만들지않고표면재구성하는방법으로찾아낸것이등고선에위아래선을긋는 Rhino TM 의새장명령이다. 새장명령을잘못쓰면위아래선이등고선에닿지않아서 곤란하거나, 위아래선이곡선이라서곤란하다 (Fig. 20). 한편갈라지는구조물을표면 재구성하는방법으로찾아낸것이 Rhino TM 의헝겊명령이다. 새장명령을쓰면사각 면을만드는것과달리헝겊명령을쓰면다른모습의삼각면과사각면을만든다. 그 런데다음과정으로 Rhino TM 의다각형그물명령을쓰면모두같은모습의삼각면으 로바뀌기때문에문제가없다. 한편이연구에서는왼다리의구조물을 3 차원영상으 로만들었기때문에갈라지는부분이창자부위보다는많지않았다. 창자처럼구불 구불한경우갈라지는부분이매우많기때문에표면재구성하기위해서는시간이많 - 59 -
이걸린다는문제가있을것이다. 따라서갈라지는부분이많은경우부피재구성한 다음에표면재구성으로바꾸는방법도개발할필요가있을것이다. Fig. 20. Various loft method for filling of surfaces between contours. A method of the normal style (top left); a method of the loose style (top right); a method of the tight style (bottom left); and a method of the straight style (bottom right). 넷째, 삼각평면으로이루어진 3 차원영상을만들어야한다. 표면재구성한결과로 만든등고선 3 차원영상은사각곡면으로이루어졌다. 사각면을삼각면으로바꾸지않으 면 Rhino TM 와 Maya TM 에서자동으로면의개수를줄일수없었다. 또한곡면 ( 넙스형 식 ) 을평면 ( 다각형형식 ) 으로바꾸지않으면등고선 3 차원영상 (DXF 파일 ) 을 Maya TM 에 서열수없었다. 따라서 Rhino TM 의다각형그물명령을써서사각곡면을삼각평면으 로바꾸었다. - 60 -
다섯째, 3 차원영상이구조물의생김새를잘나타내는범위에서 3 차원영상의삼각 면개수가적어야한다. 3 차원영상의삼각면개수가적어야파일크기도작아서 3 차 원영상을실시간에골라서보고, 돌려서볼수있고, 쉽게다듬을수있고, 쉽게퍼뜨 릴수있기때문이다 (Hoppe, 1996). Maya TM 의줄임명령을써서등고선을없애면서삼 각면개수를줄였다. 이결과로삼각면개수가 3 차원영상의매끈한곳에서는많이줄 었으나울퉁불퉁한곳에서는많이줄지않았다 (Fig. 7). 여섯째, 중간결과물인등고선 3 차원영상의삼각면개수는많아도괜찮은데, 이것 은최종결과물인 3 차원영상을만들면서삼각면개수를줄이기때문이다. 거꾸로등 고선 3 차원영상의삼각면개수가적으면등고선 3 차원영상이구조물의생김새와달라 지기때문에곤란하다. 따라서등고선영상에위아래선을많이그어서사각면을많이 만들었고, 등고선 3 차원영상에서사각면을삼각면으로바꿀때등고선개수가많이줄 지않게하였다. 일곱째, 3 차원영상이구조물의본래생김새와비슷하도록다듬어야한다. 구역화 영상의 선택 을바탕으로 3 차원영상을만들었는데, 선택 이틀릴수있기때문에 3 차원영상도틀릴수있다. 따라서 3 차원영상이구조물의본래생김새와달리울퉁불 퉁할수있다. 등고선 3 차원영상을 3 차원영상으로바꿀때, 즉 3 차원영상의표면이등 고선에서벗어날때울퉁불퉁한곳의일부가매끄럽게된다 (Fig. 21). 그러나이것으로 충분하지않기때문에 3 차원영상의울퉁불퉁한것을매끄럽게다듬을필요가있다. - 61 -
Fig. 21. 3D image of the patella with stacked contours. 여덟째, 3 차원영상을다듬는것이구역화영상, 등고선영상, 등고선 3 차원영상을다 듬는것보다쉽다. 구역화영상에있는 선택 은닫힌곡선이기때문에다듬기어렵다. 선택 을함께볼수없기때문에틀린 선택 을찾기어렵고, 따라서다듬기어렵다. 등고선영상에있는등고선은닫힌곡선이고, 개수가많기때문에다듬기가어렵다. 등 고선 3 차원영상에있는등고선은역시개수가많기때문에다듬기가어렵다. 그러나 3 차원영상에있는삼각면은직면이고, 개수가적기때문에다듬기가쉽다. 게다가 Maya TM 에서격자를쓰면다듬기가더쉽다. 3 차원영상을다듬는것은 Maya TM 뿐아니 라 3ds MAX TM, ZBrush TM 와같은다른소프트웨어에서도할수있다. 아홉째, 구역화할때에는여러근육이만나서한힘줄을이루는경우한근육에 힘줄을포함시켰는데, 3 차원영상을만들때에는각근육과각힘줄이함께나타나도 - 62 -
록만들필요가있다. 이연구에서는구역화할때여러근육이만나서한힘줄을이 루는경우에는한근육에힘줄을포함해서구역화하였다. 보기를들면넙다리곧은근 에넙다리네갈래근의힘줄을포함해서구역화하였다. 이처럼구역화한구조물을 3 차 원영상으로만든경우힘줄을포함시키지않은근육은닿는곳이없는근육으로남는 문제가있었다. 따라서앞으로는여러근육이만나서한힘줄을이루는경우 Maya TM 에서각근육층과힘줄층을만든다음에각근육층과힘줄층이동시에선택되게 할필요가있다. 이연구에서만든임시구역화영상을가지고여러구역화영상을만들수있다. 임시구역화영상을가지고이연구에서소개한모습의구역화영상뿐아니라다른모 습의구역화영상도만들수있다. 보기를들면구조물의속에빛깔을채우지않고테 두리에만빛깔을칠한구역화영상을만들수있다 ( 황성배등, 2003). 임시구역화영상 을가지고왼다리, 머리와목, 심장, 왼팔의구조물을더낱낱이구역화하거나가슴, 배, 골반과샅의구조물을새로구역화해서더좋은구역화영상을만들수있다. 이연구에서만든구역화영상을쓰면여러 3 차원영상과소프트웨어를만들수 있다. 구역화영상을쌓고표면재구성해서 3 차원영상을만든다음에실시간에골라서 보고돌려서볼수있다 ( 이용숙등, 2003). 또는구역화영상과해부영상을함께쌓고 부피재구성해서사람몸의실제빛깔이담긴 3 차원영상을만든다음에잘라서볼수 있다 ( 박진서등, 2004). 앞으로이연구에서만든구역화영상을환자의자기공명영상 - 63 -
과컴퓨터단층사진에정합할계획이다. 이처럼정합할경우그환자의해부영상을만 들수있을것이며, 그러면그환자의실감나는 3 차원영상을만들수있고, 이것을 바탕으로실감나는가상수술과가상심폐소생술을하는데도움이될것이다 (Li 등, 2006; Park 등, 2006). 이연구에서개발한구역화방법을쓰면다른연구자가다른영상에서빠르고 올바르게구역화하는데도움될것이다. 이방법을쓰면해부영상에서뿐아니라자 기공명영상, 컴퓨터단층사진, 조직영상을포함한모든영상에서도관심있는구조물 을빠르고올바르게구역화할수있기때문이다. 게다가 Photoshop TM 을쓰면구역화 프로그램을만들거나얻을필요없이, 그리고컴퓨터를많이공부할필요없이아무 나쉽게구역화할수있기때문이다 ( 황성배등, 2003). 이연구에서중간결과물로만든구역화영상 (PSD 파일 ), 분해구역화영상 (AI 파일 ), 등고선영상 (DXF 파일 ), 등고선 3 차원영상 (DXF 파일 ), 3 차원영상 (DXF 파일 ) 도널리 쓸수있다. 이것은대부분의상용소프트웨어에서이영상을열수있기때문이다. 따라서이영상을퍼뜨리면많은연구자가자기목적에따라서영상을다듬어서새 로운영상을만들것으로기대된다. 특히각구조물의 3 차원영상을퍼뜨릴필요가있 는데, 이까닭은다음과같다. 조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 을다른소프트웨어 (AutoCad TM, 3ds MAX TM, ZBrush TM, SolidWorks TM ) 로직접옮길수없고, 대신에각구조물의 3 차원 영상 (DXF 파일 ) 을다른소프트웨어로옮긴다음에조립할수있기때문이다. 이연 - 64 -
구의중간결과물과최종결과물을널리쓸수있는까닭은소프트웨어를만들지않 고상용소프트웨어를썼기때문이다. 이연구에서최종결과물로만든조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 을널리쓸수있다. 3 차원영상을다루는소프트웨어중에서많이쓰는것이 Maya TM 이다. 따라서이연구 에서만든조립 3 차원영상 (MA 파일 ) 을퍼뜨리면많은연구자가 3 차원영상을골라서 보고돌려서볼수있을뿐아니라자기목적에따라서면을다듬을수있다. 컴퓨터전문가의도움이없어도이연구에서개발한표면재구성방법을익히면 누구든지 3 차원영상을만들수있다. Photoshop TM, Maya TM, Rhino TM 에서필요한명령을 찾아서익히는것이크게어렵지않다. 명령을쓸때알맞은선택 (option) 을고를필 요가있으며, 알맞은선택은각연구자가갖고있는구역화영상과각연구자가원하 는 3 차원영상에따라서다를수있다. 이연구에서는상용소프트웨어를써서반자동으로표면재구성하는방법을소개 하였다. 이방법뿐아니라소프트웨어를짜서자동으로표면재구성하는방법도있고, 상용소프트웨어를써서수동으로표면재구성하는방법도있다. 표면재구성해서 3 차 원영상을만들사람은자기여건에알맞은방법을골라서쓰면된다. - 65 -
V. 결론 이연구에서는한국시신의해부영상 1702 개에서왼다리, 머리와목, 심장, 왼팔의구조물 319 개를낱낱이구역화해서구역화영상을만들었다. 이구역화영상과 함께해부영상을널리퍼뜨리면다른연구자가온몸의 3 차원영상과가상해부소프트 웨어를만드는데도움될것이다. 또한이연구에서개발한상용소프트웨어를써서 반자동으로 3 차원영상을만드는방법을널리퍼뜨리면다른연구자가컴퓨터전문가 의도움없이, 짧은시간에표면재구성해서 3 차원영상을만드는데도움될것이다. - 66 -
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- ABSTRACT - Method for Segmentation of Structures in the Serially Sectioned Images of the Entire Body and Surface Reconstruction to Make Three-Dimensional Images Sung Bae Hwang Department of Medical Sciences The Graduate School, Ajou University (Supervised by Professor Min Suk Chung) Propose: First purpose of this research is to prepare the segmented images of whole body in detail, which are distributed to help other investigators make 3D images and virtual dissection software of whole body. Second purpose is to present of semi-automatic surface reconstruction on the commercial software, which enables any researchers to do surface reconstruction quickly and objectively for making 3D images without the help of computer engineers. - 71 -
Materials & Methods: Three-hundred nineteen structures (114 left lower limb structures, 105 head and neck structures, 15 heart structures, 85 left upper limb structures) of whole body were decided to segment in 1,702 temporary segmented images (PSD file, interval 1.0 mm, resolution 2,468 X 1,407) including anatomical images. On the Photoshop TM, selections which fit the structures' contours were drawn automatically, semi-automatically, or manually; subsequently, the selections were put into the layers. After filling the selections with colors, the temporary segmented images were converted to segmented images (TIFF files). The segmented images were staked to make coronal and sagittal segmented images for verifying segmentation. One-hundred fourteen structures (1 skin, 32 bones, 7 knee joint structures, 60 muscles, 7 arteries, 7 nerves) in left lower limb were decided to semi-automatic surface reconstruction on the commercial software. Steps of semi-automatic surface reconstruction were as follows. First, disassembled segmented images were made by disassembling selections. Second, contour images were made by stacking selections. Third, contour 3D images were made by filling contour gaps with surfaces. Fourth, 3D images were made by deleting contours. Fifth, assembled 3D images were made by assembling 3D images. - 72 -
Results: Contours of the anatomical structures in the three-hundred nineteen structures segmented images were corrected, and verified by examining the coronal images, sagittal images, and browsing software of Visible Korean Human. On the Maya, the 3D images of selected anatomic structures in left lower limb could be displayed opaquely or semi-transparently and rotated, which revealed that the 3D images were fit for anatomic knowledge. Conclusion: The segmentation techniques of this research can be used to segment many structures in other images quickly and correctly. These technical modifications of existing software will provide new solutions in medical education and research. Also, in this research, method of semi-automatic surface reconstruction on commercial software was developed. The method could enable other researchers to do surface reconstruction quickly and objectively for making 3D images. Key words: Whole body, Segmented image, Three-dimensional image, Photoshop TM, Maya TM, Surface reconstruction, Commercial software - 73 -