KR101038729B1 - Method for segmentation of lymph nodes on diffusion weighted imaging - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 암환자를 대상으로 취득된 확산강조영상으로부터, 주변조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여, 상기 임파절에 대해 기 지정된 신호강도 정보, 현성확산계수 정보, 상기 임파절의 해부학적 위치 정보, 상기 임파절의 형상 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 이용하여, 해당 임파절 영역을 최종 추출하는, 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법을 제공한다.According to the present invention, the signal intensity information, the manifestation diffusion coefficient information, and the anatomical position information of the lymph node, which are pre-specified for the lymph node, are obtained from the diffusion-enhanced image acquired for the cancer patient, using the characteristics of the lymph node that is distinguished from the surrounding tissue. In addition, the present invention provides a lymph node extraction method based on a diffusion-enhanced image that finally extracts a corresponding lymph node region by using one or a plurality of pieces of information selected from the shape information of the lymph node.
개시된 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법에 따르면, 암환자를 대상으로 취득된 확산강조영상에서 주변조직과 구분되는 임파절의 특성인 신호강도, 현성확산계수, 임파절의 해부학적 위치, 형상 정보 등을 이용하여 임파절 영역을 자동으로 추출할 수 있다. 또한, 암환자에 대해 추출된 각 임파절의 영상정보와, 원발성 종양과 관련된 임상정보를 이용하는 경우, 각 임파절에 관한 전이 여부와 전이 확률을 정량적으로 예측할 수 있어, 피검자에 대한 보다 정확한 상태 파악이 가능하며 임파절 전이 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the method of extracting lymph node based on the diffusion-enhanced image, the signal intensity, manifestation diffusion coefficient, anatomical position of the lymph node, shape information, etc., which are characteristic of lymph nodes, which are distinguished from surrounding tissues, are obtained from the diffusion-enhanced images acquired for cancer patients. Lymph node area can be extracted automatically. In addition, when image information of each lymph node extracted from cancer patients and clinical information related to the primary tumor are used, metastasis and probabilities of metastasis of each lymph node can be quantitatively predicted, so that a more accurate state can be identified for the subject. It can improve the accuracy of lymph node transition judgment.
Description
본 발명은 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 암환자로부터 취득된 확산강조영상을 기반으로 임파절을 추출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extracting lymph nodes based on diffusion-enhanced images, and more particularly, to a method for extracting lymph nodes based on diffusion-enhanced images obtained from cancer patients.
확산(diffusion)이란 분자가 방향성을 지니고 어떤 방향으로 움직이는 것을 말한다. 주로 분자 농도가 높은 쪽에서나 낮은 쪽으로, 혹은 열에너지가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 움직이는 것을 확산이라고 한다. 이러한 확산은 분자의 브라운 운동과 비슷하지만 움직임에 방향성과 규칙이 존재하여, 그 평균적인 거동을 확률적으로 예측 가능하다는 점에서 브라운 운동과는 차이가 있다. 참고로, 브라운 운동은 임의의 물질을 구성하는 각각의 분자의 움직임을 이야기하며, 그 운동방향이나 속도가 불규칙적이므로 예측할 수 없다.Diffusion is the direction in which molecules move in a direction. Diffusion is usually called moving from high to low molecular concentrations or from high to low thermal energy. This diffusion is similar to the Brownian motion of the molecule, but differs from the Brownian motion in that directionality and rules exist in the motion, probably predicting its average behavior. For reference, Brownian motion refers to the motion of each molecule constituting an arbitrary material, and its movement direction or velocity is irregular and cannot be predicted.
조직 안에서 물 분자는 불규칙적으로 흔들리는 브라운 운동을 하며 동시에 어떤 방향으로 움직이는 경향성을 보이는데, 이 움직임을 바로 확산(diffusion)이라 한다. 이 확산은 통계적인 방법으로 방향, 움직인 거리, 속도를 예측한다. 개방 된 매개물에서 일정시간 동안 변화하는 분자의 움직임은 3차원 가우스 분산(3 Dimensional Gaussian Distribution)을 따르며, 움직임 거리는 확산계수(diffusion coefficient; 이하 'd계수')에 의해 통계적으로 설명된다. d계수는 일종의 분자 확산 속도로서, 분자의 크기(mass), 온도, 성질(nature, 즉 점도)에 의해 좌우된다. 분자의 크기가 작고 온도가 높고 점도가 낮으면 확산이 빨라지므로 d계수가 커지고, 그 반대 상황은 확산이 느려지고 d계수가 작아진다. 예를 들어, 37℃의 개방(free)된 물에서 물 분자의 확산 거리는 50ms에 17μm이며, d계수는 3×10-9m2s-1이다. 위와 같은 상황에서 물 분자의 34% 가량은 최소한 17μm를 움직이며, 단지 5%만이 34mm보다 멀리 움직이므로 d계수는 충분히 통계적인 효과가 있다.The water molecules in the tissues have an irregularly shaking Brownian movement and a tendency to move in any direction. This movement is called diffusion. This spread predicts direction, distance traveled, and speed in a statistical way. The behavior of molecules that change over time in an open medium follows a three-dimensional Gaussian distribution, and the distance of movement is described statistically by the diffusion coefficient (d coefficient). The d-factor is a kind of molecular diffusion rate, which depends on the mass, temperature and nature (ie viscosity) of the molecule. Smaller molecules, higher temperatures, and lower viscosities result in faster diffusion, resulting in a larger d-factor and vice versa. For example, the diffusion distance of water molecules in free water at 37 ° C. is 17 μm in 50 ms, and the d-factor is 3 × 10 −9 m 2 s −1 . In this situation, about 34% of the water molecules move at least 17μm, and only 5% moves farther than 34mm, so the d-factor is sufficiently statistically effective.
MRI(Magnetic Resonance Imaging;자기공명영상)를 이용한 확산의 영상화(이하, 'dMRI')는, 물 분자가 확산 운동에 의해 그 분포가 바뀔 때 분자의 분포 변화는 조직의 구조를 세밀하게 반영한다는 개념에 기초하고 있다. 이러한 dMRI는 mm단위의 해상도로 관찰되는 기술적인 한계가 있지만 확산(diffusion)은 현미경 수준으로 조직구조를 반영하고 있으며 해부나 수술 등 침해적 행위 없이 살아있는 뇌의 구조를 알 수 있으므로 매우 혁신적인 발명이다.Imaging of diffusion using magnetic resonance imaging (MRI) (hereinafter referred to as 'dMRI') is the concept that the change in the distribution of molecules reflects the structure of the tissue in detail when water molecules change their distribution by diffusion motion. Is based on. The dMRI has technical limitations observed at the resolution of mm, but the diffusion reflects the tissue structure at the microscopic level and is a very innovative invention because it can know the structure of the living brain without invasive actions such as dissection or surgery.
60~70년대는 NMR(Nuclear Resonance;핵자기공명)을 통하여 조직 내 수분의 확산을 측정하는 방법이 개발되었으나, 1980년대 중반에서야 상기 dMRI의 기본 원리가 확립되었다. 70~80년대 발명된 MRI는, 뇌의 해부학적 구조를 고해상도로 볼 수 있는 획기적인 기술 혁신으로서, 강하고 동질적인 전자기장을 발생하여 조직 속 수분의 수소 원자핵이 작은 전자석처럼 기능하도록 만들어 그 구조를 측정하는 것이다. 전자기적 전자파(radiowave)를 만들 수 있는 기술적 발전으로 인하여 비로소 MRI가 가능했던 것으로, MRI의 발명으로 인해 확산을 측정할 수 있는 기술적 토대가 비로소 마련되었다.In the sixties and seventies, a method of measuring the diffusion of moisture in tissues through NMR (Nuclear Magnetic Resonance) was developed, but the basic principle of the dMRI was established only in the mid-1980s. Invented in the 70's and 80's, MRI is a groundbreaking technological innovation that allows high-resolution views of the anatomy of the brain, generating strong and homogeneous electromagnetic fields to make the hydrogen nuclei of moisture in tissues function like small electromagnets. will be. MRI was only possible because of the technological advancement that could make electromagnetic radiowaves, and the invention of MRI provided the technical basis for measuring diffusion.
MRI는 T1, T2로 불리는 두 전자기장 사이에 휴지기(Relaxation Time)를 두어, 수소 원자가 자기장에 의해 얻은 전자석 성질을 잃고 평형으로 돌아오는 것을 이용하여 조직 구조를 측정한다. 이런 MRI 원리에, 이전에 발명된 NMR의 확산 측정 개념과 분자 확산 효과를 수치화할 수 있는 화학 지식을 더하여, 인간 뇌 일부의 물 분자 확산 측정이 가능한 dMRI가 만들어졌다. dMRI의 기본 기기 구조는 MRI와 거의 비슷하다. 실제로 어떠한 MRI 기술이라도 적응형 자장 경사 펄스(adequate magnetic field gradient pulse)를 조절한다면 확산에 대해 예민하게 만들 수 있다. 지속(Duration)과 분리(separation) 조절이 가능한 한 쌍의 예민한 자장 경사 펄스(magnetic field gradient pulse)를 통하여, 먼저 동질적 펄스(Homogeneous pulse)를 발생하여 자기적인 라벨(Label)을 수소 핵이나 양자(proton)에 만든다. 그 후 자기장의 방향을 천천히 다른 한 방향으로 변화하여 확산을 유도한 후, 50~100ms의 확산시간(diffusion time) 이후에 2번째 펄스를 발생시켜 수소 핵의 위치 변화를 알아낸다. 라벨(label)된 수소 핵은 물분자와 함께 움직여 그 확산을 반영하므로, 두 펄스 간의 시간간격 동안 벌어진 핵의 위치 이력(displacement history)을 알 수 있다.MRI uses a relaxation time between two electromagnetic fields, called T1 and T2, to measure tissue structure by using hydrogen atoms to lose their electromagnetism by magnetic fields and return to equilibrium. In addition to these MRI principles, the concept of diffusion measurement of NMR and chemical knowledge that can quantify the effects of molecular diffusion have been added to create dMRIs that measure the diffusion of water molecules in parts of the human brain. The basic instrument structure of dMRI is almost similar to that of MRI. In fact, any MRI technique can be sensitive to diffusion by adjusting the adaptive magnetic field gradient pulses. Through a pair of sensitive magnetic field gradient pulses that can be controlled for duration and separation, a homogeneous pulse is generated first to generate a magnetic label or hydrogen quantum. make in (proton). Afterwards, the magnetic field is slowly changed to another direction to induce diffusion, and then, after a diffusion time of 50 to 100 ms, a second pulse is generated to determine a change in the position of the hydrogen nucleus. The labeled hydrogen nucleus moves with the water molecule to reflect its diffusion, thus revealing the displacement history of the nucleus that occurred during the time interval between the two pulses.
수소 핵의 위치 변화는 그 양에 비례하여 자기장 안에서 해당 분자가 보이는 방식에 변화를 일으키는데, 수소 핵 전체의 반응은 해당 집단(population)에서 통계적으로 나타나는 위치 분산(displacement distribution)과 연결되어 다양한 자기장의 변화를 야기한다. 수많은 수소핵들의 확산으로 인한 자기장의 변화는, MRI 전자파 신호(radiowave signal)가 동질적인 자기장(Homogeneous field)에서의 신호보다 줄어드는 것으로 나타난다. 즉 각각의 수소핵의 위치변화가 자기장에서 그 핵이 보이는 모습의 변화를 일으키고, 그 변화가 모여서 신호 감소가 일어나고 그것이 반응으로 연결되는 것이다.The change in position of the hydrogen nucleus causes a change in the way the molecule looks in the magnetic field in proportion to the amount of the reaction, and the reaction of the entire hydrogen nucleus is linked to the displacement distribution that appears statistically in the population. Cause change. Changes in the magnetic field due to the proliferation of numerous hydrogen nuclei show that the MRI radiowave signal is less than the signal in the homogeneous field. That is, the change of position of each hydrogen nucleus causes the change of the appearance of the nucleus in the magnetic field, and the changes gather to decrease the signal and lead to reaction.
신호의 감소는 수소핵의 위치 변화량, 즉 확산 정도와 관계있다. 신호 감소량은 정확하게 양적으로 자장 확장(magnetic field broadening)의 각도와 위치 분산 크기와 연관되어 있으므로, 확산이 빠르면 위치 분산이 커지고, 따라서 신호 감소량이 커지며 영상에 반영된다. 또한, 영상은 확산뿐만 아니라 확산 시간(relaxation time 혹은 diffusion time), 펄스의 강도(intensity), 펄스의 각도 등 MRI의 수치적 요소에도 영향을 받는다. 결국 각각의 영상 위치에서 d계수를 예측하기 위해서는 영상들에 대해 전역적 확산 모델(global diffusion model)을 사용하여 양적으로 통합된 수치를 사용하곤 한다. 이로써 전체적인 확산 과정(diffusion process)에 대한 맵(map)이 형성되며 양적 스케일(quantitative scale)로 시각화가 이루어진다.The decrease in signal is related to the change in position of the hydrogen nucleus, i.e. the degree of diffusion. Since the amount of signal reduction is precisely quantitatively related to the angle of magnetic field broadening and the magnitude of the positional dispersion, the faster the spread, the greater the positional dispersion, and thus the greater the amount of signal reduction and being reflected in the image. In addition, the image is influenced not only by diffusion but also by numerical factors of the MRI such as relaxation time or diffusion time, intensity of pulse and angle of pulse. As a result, in order to predict the d-factor at each image position, a numerically integrated value is used by using a global diffusion model for the images. This creates a map of the overall diffusion process and visualizes it on a quantitative scale.
dMRI 영상에서 나타나는 모든 신호는 통계적 기반을 통하여 더해진 것으로, 몇 mm3인 1개의 복셀(voxel) 안의 모든 물 분자의 위치 분산이 반영된 것이다. 초기 생물학적 확산 연구에서는 조직 안에서 일어나는 복합 확산 과정(complex diffusion process)이 자유 확산 물리 모델(free diffusion physical model)을 따라 일어난다고 생각하였고, 따라서 실제 확산 과정을 밝히기 위해 노력하는 연구들이었다. 또한, 그러한 생각으로 인해 개방(free)된 환경에서의 d계수를 사용하였다. 그러나, 실제 조직 안에서의 확산은 세포막, 조직(fiber), 거대분자(macro molecules)같은 많은 조직 구성요소들과의 교차나 상호작용에 의해 방해받으며, 그로 인하여 개방(free)된 물(50ms당 17μm)보다 분산(distribution)이 감소한다(15μm/50ms). 확산 시간이 짧은 동안이라면 본래의 확산 성질을 반영한다고 해도, 그 시간이 늘어나면 조직 구성요소들의 방해 효과가 더 우세하므로 본래 성질을 반영할 수 없어, 더 이상 d계수는 유효하지 않다. 결국, 실제 dMRI에서 d계수는 그 효용이 떨어지는 것이다.All signals appearing in the dMRI image are added on a statistical basis, reflecting the positional dispersion of all water molecules in one voxel of several mm 3 . Early biodiffusion studies thought that the complex diffusion process in tissues follows the free diffusion physical model, and therefore, studies are attempting to reveal the actual diffusion process. The idea also uses the d-factor in a free environment. However, diffusion in real tissue is hampered by the intersection or interaction with many tissue components such as cell membranes, fibers, and macro molecules, thereby freeing water (17 μm per 50 ms). Distribution is reduced (15 μm / 50 ms). Even if the diffusion time is short, even if it reflects the original diffusion properties, the d factor is no longer valid as the time is increased and the disturbing effects of the tissue components are more prevalent, and thus the original properties cannot be reflected. After all, the d-factor in real dMRIs is less useful.
따라서, 현재 연구에서는 d계수 대신 ADC(apparent diffusion coefficient;현성확산계수)를 사용하고 있다. ADC는 좀더 전체적인 확산을 반영하는 계수로, d계수는 단일 분자의 순수한 확산을 가정하는 확산계수이지만, ADC는 조직 내에서 방해물로 증감된 부분과 실험적, 기술적 지표들(복셀 크기, 확산시간 등)까지 반영된 전체적인 확산을 통계를 통해 나타내는 계수이다. (물론, 여기서 '전체적'인 것은 d계수에 비하여 상대적으로 더 넓은 범위를 나타내는 계수라는 뜻으로, 뇌 전체의 확산이 아니라 복셀과 같은 어느 일정 부위의 확산을 나타내는 지역적 계수이다.)Therefore, the current study uses the ADC (apparent diffusion coefficient) instead of the d coefficient. The ADC is a coefficient that reflects more overall diffusion, while the d coefficient is a diffusion coefficient that assumes pure diffusion of a single molecule, but ADC is an obstacle to increase or decrease in the tissue and experimental and technical indicators (voxel size, diffusion time, etc.). It is a coefficient representing the total spread reflected up to now. (Of course, the term 'total' here means a coefficient that is relatively broader than the coefficient d. It is a local coefficient that represents the diffusion of a certain region, such as a voxel, rather than the spread of the entire brain.)
d계수에서 ADC로의 이행은 방법론적으로 해결될 수 있는 것보다 좀더 미세한 물리적 과정을 지표화하기 위한 것으로, 수소 원자의 움직임과 뇌 전체의 확산이라는 두개의 지표를 연결하기 위한 가교와 같다. 조직 내의 d계수를 측정하는 것과 같은 좀더 미세한 규모의 지표화는 기술적 한계로 인해 정해지는 것으로서, 확산을 현미경 수준으로 관찰하는 것은, 더 센 자기장을 이용하면 가능하지만 그 위험성으로 인해 동물실험을 제외하고는 시행되기가 어렵다. 또한, 해상도가 몇 mm3인 현재 전체적인 확산을 보기 위해 스무딩(smoothing) 효과를 사용한다면 복셀 간의 동질성이 있다고 간주되어 직접적인 물리적 해석을 하기 어려워진다. 이 두 가지 사이를 연결하기 위해 좀더 글로벌한 수치인 ADC가 사용되는 것이다. The transition from the d-factor to the ADC is to index a finer physical process than can be solved methodologically, and is like a bridge to link two indicators: the movement of hydrogen atoms and the spread of the entire brain. Microscopic scale indexing, such as measuring the d-factor in tissues, is due to technical limitations, and observation of diffusion at the microscopic level is possible with a stronger magnetic field, but due to its risk, except for animal experiments. Difficult to implement In addition, if the smoothing effect is used to see the current overall spread with a few mm 3 resolution, it is considered homogeneous between voxels, making it difficult to do a direct physical analysis. To connect the two, a more global figure, the ADC, is used.
최초의 확산 영상(diffusion image)은 정상 피험자와 환자들 모두에게서 1980년대 중반에 얻을 수 있었지만, dMRI는 1990년대 중반에야 시작될 수 있었다. 초기에는 임상적 MRI 스캐너(scanner)들의 특수성이 믿을만한 확산 영상을 얻는 일을 어렵게 하였다. 초기 MRI 스캐너는 영상을 획득하는데 걸리는 시간이 약 10~20분으로 길고, 확산을 위해 필요한 큰 경사 펄스(gradient pulse)가 영상들을, 거시적인 요소들(예를 들어, 머리의 움직임이나 호흡, 또는 심장과 관련된 뇌의 맥박 등)에 예민하게 만들었다. 이로 인하여, dMRI가 잠정적으로 임상에 유용할 것으로 보였음에도 불구하고, 실증적인 임상적 연구들은 후에 EPI(Echo-Planar Imaging; 에코평면영상)가 갖춰진 더 나은 MRI 스캐너가 가능해진 후 시작되었다. Initial diffusion images were obtained in the mid-1980s in both normal subjects and patients, but dMRI could only be initiated in the mid-1990s. Initially, the specificity of clinical MRI scanners made it difficult to obtain reliable diffuse images. Early MRI scanners take about 10-20 minutes to acquire an image, and the large gradient pulses needed to spread the images include macroscopic elements (e.g. head movement or breathing, or Sensitive to heart and brain pulses). Because of this, although dMRI was likely to be clinically useful, empirical clinical studies began after a better MRI scanner with EPI (Echo-Planar Imaging) was available.
표준 MRI를 이용하면 수 초 또는 수 분에 걸쳐 여러 장의 영상이 얻어지게 되고, 이는 특히 머리의 움직임에 의한 오류들에 영상을 취약하게 하는 결과를 낳 았다. 그러나 EPI는 뇌 영상을 수십만 분의 1초 동안 지속되는 하나의 'shot'으로 얻는 일을 가능하게 하여, 뇌 전체를 찍는 데 1초도 걸리지 않는다. 이는 초기에 문제가 되었던 거시적 요소들을 실질적으로 제거할 수 있게 하였다.Using standard MRI, several images are obtained over a few seconds or minutes, which results in the image being particularly vulnerable to errors caused by head movements. But EPI makes it possible to get brain images as a single 'shot' that lasts hundreds of thousands of seconds, so it takes less than a second to capture the entire brain. This allowed us to virtually eliminate the macroscopic elements that were initially problematic.
1990년대 초반 이후로 가장 성공적인 dMRI의 응용은 급성 뇌 국소빈혈에의 응용이다. 기술이 발전중이던 초기에도 만성 경색 손상 환자들에의 dMRI의 응용은 제안되어 왔으나, 모슬리(Moseley)등의 중요한 발견에 의해 dMRI가 각광받게 되었다. 모슬리와 그의 동료들은 물의 확산계수가 고양이의 중대뇌동맥(middle cerebral artery)의 몇 분간의 혈관 폐색 시에, 국소 빈혈 뇌 조직에서 의미 있게 감소(30~50%)함을 증명하였다. 이는 다른 동물 연구에 의해 이후 수차례 확인되었고, 이후에는 뇌졸중(stroke) 환자들에게서도 확인되어 국소 빈혈과 확산의 상관관계를 입증하였다. 물의 확산 계수가 국소 빈혈 조직에서 몇 분 만에 감소하는 반면에, 국소 빈혈 조직에서의 T2-가중영상(T2-weighted image)은 몇 시간 동안 정상으로 남아 있다가, 후에 혈관성 수종이 일어날 때에야 감소한다.The most successful application of dMRI since the early 1990s is its application to acute cerebral ischemia. In the early days of technology development, the application of dMRI to patients with chronic infarction has been proposed, but dMRI has been highlighted by significant discoveries such as Mosley. Mosley and his colleagues demonstrated that the water diffusion coefficient significantly decreased (30-50%) in ischemic brain tissue upon several minutes of vascular occlusion in the cat's middle cerebral artery. This has since been confirmed several times by other animal studies and later in stroke patients, demonstrating the correlation between ischemia and spread. While the diffusion coefficient of water decreases in ischemic tissue in minutes, the T2-weighted image in ischemic tissue remains normal for several hours and then decreases only after angioedema occurs. .
현재 dMRI는 뇌졸중(stroke) 환자들의 처치에 있어 선택할 수 있는 영향 기법 중 하나이며, 빈혈 직후의 물의 확산 계수 감소 현상은 명확하게 입증된 것이지만, 여전히 dMRI 데이터의 해석은 복잡한 문제로 남아있다. 또한 국소 빈혈 손상의 심각성 정도와의 관계나 임상적 결과들도 앞으로의 연구 과제이다.Currently, dMRI is one of the impact techniques of choice for the treatment of stroke patients, and the reduction in water diffusion coefficient immediately after anemia is clearly demonstrated, but the interpretation of dMRI data remains a complex problem. In addition, the relationship between the severity of ischemic injury and the clinical results are further studies.
확산의 감소는 에너지 대사에서의 세포 변화와 관련되며, 그러한 세포 변화는 결국 활동의 감소를 가져오고, 이어지는 소듐/포타슘 펌프(sodium/potassium pump)의 기능 정지는 세포독성 부종(cytotoxic oedema)을 낳는다. 그러나 확산의 감소의 기저에 있는 정확한 메커니즘은 아직 불분명하다.Reduction of proliferation is associated with cellular changes in energy metabolism, which in turn results in a decrease in activity, and subsequent disruption of the sodium / potassium pump results in cytotoxic oedema. . However, the exact mechanisms underlying the decline in diffusion are still unclear.
확산 영상(diffusion imaging)은 뇌졸중(stroke) 환자들의 처치에 커다란 잠재력을 가진다. 첫째, 뇌졸중(stroke)의 치료를 위한 약리학적 발전이 dMRI로 인해 매우 촉진될 수 있다. 기간도 길고 비용도 많이 드는 임상적 시용(trial)이나 동물 연구에 비해 약물의 효과가 dMRI를 이용하여 객관적이고 빠르게 얻어질 수 있기 때문이다. 둘째, dMRI와 perfusion MRI(혈류가 감소하거나 평균 혈류 속도의 증가가 일어나는 뇌 영역을 잡아줌), 그리고 magnetic resonance 'angiography'(폐색된 혈관을 보임으로서 혈관계의 영상을 제공)를 함께 이용하면 뇌졸중(stroke) 손상의 심각성이나 확장을, 조직이 아직 구조될 수 있는 초기 단계에서 알아볼 수 있는 매우 귀중한 도구가 된다. 이러한 방법을 통하여 환자의 진행상황을 객관적으로 관찰할 수 있고 임상적 결과를 예측할 수 있을 뿐 아니라, 치료적 접근을 개별 환자들에게 맞출 수 있다.Diffusion imaging has great potential for the treatment of stroke patients. First, pharmacological development for the treatment of stroke can be greatly facilitated by dMRI. This is because the effect of the drug can be achieved objectively and quickly using dMRI compared to longer, expensive clinical trials or animal studies. Second, the combination of dMRI, perfusion MRI (which captures areas of the brain where blood flow decreases or increases average blood flow rate), and magnetic resonance 'angiography' (showing occluded blood vessels to provide an image of the vascular system) can lead to stroke ( The severity or extension of a stroke is a very valuable tool to recognize at an early stage when tissue can still be rescued. In this way, the patient's progress can be objectively observed, the clinical outcome can be predicted, and the therapeutic approach can be tailored to the individual patient.
한편, 이하에서는 임파절 전이의 임상적 중요성에 관하여 알아보고자 한다. 임파절 전이 여부는 암의 수술전 치료의 범위를 결정하는 주요 요인이 된다. 암수술의 최근 동향은 이러한 수술의 범위를 최소화하여 수술의 부작용을 줄이고 환자의 생활의 질을 향상시키는 것으로서, 과도한 임파절 절제는 합병증을 유발해서 환자의 생활의 질을 저하시킨다. 그 수술범위로는, 주로 원발성암에 대해서만 절제를 시행하며 임파절 절제의 범위를 최소화한다. 그런데, 수술 후에도 전이성 임파절이 남아 있을 위험이 있으므로, 전이성 임파절에 대한 정확한 진단기술의 개발이 필요하다.Meanwhile, the clinical significance of lymph node metastasis is discussed below. Lymph node metastasis is a major determinant of the extent of preoperative treatment of cancer. Recent trends in cancer surgery have minimized the extent of such surgery to reduce the side effects of the surgery and improve the quality of life of the patient. Excessive lymph node dissection causes complications and lowers the quality of life of the patient. The extent of the surgery is mainly resection for primary cancer, minimizing the extent of lymph node resection. However, since there is a risk that metastatic lymph nodes remain after surgery, it is necessary to develop an accurate diagnostic technique for metastatic lymph nodes.
임파절 전이는 암재발과 원격전이의 주요경로이다. 임파절 자체는 혈류가 풍부하지 않아 항암치료제의 전달효과가 약하다. 그리고, 전이성 임파절에 대해서는 수술이나 방사선치료를 이용한 물리적 제거가 필요하다. 여기서, 수술이나 방사선치료로 제거되지 않은 미세전이성 임파절이 암재발의 주요경로에 해당된다.Lymph node metastasis is a major pathway of cancer recurrence and distant metastasis. Lymph node itself is not rich in blood flow, and the anticancer drug delivery effect is weak. Metastatic lymph nodes require physical removal using surgery or radiation therapy. Here, micrometastatic lymph nodes that have not been removed by surgery or radiation therapy are the main paths of cancer recurrence.
원격전이의 주요 경로를 살펴보면 다음과 같다. 암세포는 전이성 임파절로부터 임파액 배액 경로를 통해 전이된다. 임파절 절제로 인해 임파액 배액 경로가 바뀌면서 예상치 못한 곳에 원격전이가 발생하기도 한다.The main paths of remote transition are as follows. Cancer cells metastasize from metastatic lymph nodes through the lymphatic drainage pathway. Lymph node resection may cause the lymphatic drainage to change, leading to distant metastasis.
다음으로, 임파절 전이 진단의 현황 및 문제점를 살펴보기로 한다. 먼저, 임파절 전이 진단하기 위한 기존 검사는 기술적 한계가 따르며 그 분석 결과는 다음과 같다.Next, the present state and problems of lymph node metastasis will be described. First, existing tests for diagnosing lymph node metastasis are subject to technical limitations and the analysis results are as follows.
* 기존검사들의 기술적 한계 설명* Description of technical limitations of existing inspections
1) CT(Computed Tomography;컴퓨터 단층촬영), MR(Magnetic Resonance;자기공명)1) Computed Tomography (CT), Magnetic Resonance (MR)
a. 진단 기준: 단경 1cm 이상, 원형a. Diagnostic criteria: shorter than 1cm, round
b. 낮은 민감도: 단경 1cm 이하의 전이성 임파절은 진단하지 못함b. Low sensitivity: metastatic lymph nodes less than 1 cm in diameter are not diagnosed
c. 비특이성: 염증으로 인해 단경 1cm 이상 커진 임파절을 전이성 임파절로 오인c. Nonspecific: Misaligned lymph nodes larger than 1 cm in diameter due to inflammation are metastatic lymph nodes
2) PET(Positron Emission Tomography;양전자 방사 단층 촬영)2) PET (Positron Emission Tomography)
a. 진단기준: 포도당 대사율에 근거한 SUV(standardized uptake value) 30 이상a. Diagnostic criteria: A standardized uptake value (SUV) of 30 or more based on glucose metabolic rate
b. 낮은 민감도: 단경 1cm 이하의 전이성 임파절의 진단 정확도가 낮음b. Low sensitivity: low diagnostic accuracy for metastatic lymph nodes less than 1 cm in diameter
c. 암종에 대한 의존성: 모든 암에 대해 보편적으로 적용되지 못함(ex, 신장암 등 일부 암에서는 진단율이 낮음)c. Dependence on carcinoma: Not universally applicable to all cancers (lower diagnostic rates in some cancers, eg kidney cancer)
d. 비특이성: 염증으로 인해 단경 1cm 이상 커진 임파절을 전이성 임파절로 오인(ex, 결핵성 임파절이나 난소 혹은 소장의 일부가 전이성 임파절로 오인)d. Nonspecific: Misaligned lymph nodes larger than 1 cm in diameter due to inflammation as metastatic lymph nodes (ex. Tuberculosis lymph nodes or part of the ovary or small intestine as metastatic lymph nodes)
한편, 최근 개발되고 있는 분자 표적 영상의 현황은 다음과 같다.On the other hand, the current state of the molecular target image is being developed as follows.
먼저, 자기공명영상의 조영제인 USPIO(Ultrasmall SuperParamagnetic Iron Oxide)는, 임파절 전이의 진단율을 높이는 것으로 보고되고 있으나, 긴 검사시간(조영제 주입 12 시간 경과 후 촬영)으로 검사 효율성이 낮고, FDA 승인을 아직 받지 못했으며, 조영제의 안정성이 아직 검증되지 못한 상태이다.First, Ultrasmall SuperParamagnetic Iron Oxide (USPIO), a contrast imaging agent for magnetic resonance imaging, has been reported to increase the diagnosis rate of lymph node metastasis, but the test efficiency is low due to long test time (taken 12 hours after contrast injection), and FDA approval is still It has not been received, and the stability of the contrast agent has not been verified.
그리고, 분자영상기법(Molecular imaging)의 경우, 대부분 조영제 개발에 연구가 집중되고 있어 아직 동물실험 단계에 있으며, 개발된 조영제는 신약의 범주에 속하므로 즉각적인 임상적용이 불가능하며, 상용화를 위해서는 막대한 자본과 시간이 요구되는 단점이 있다.In the case of molecular imaging, most of the research is focused on the development of contrast agents, and it is still in the animal testing stage. The developed contrast agents belong to the category of new drugs, so it is impossible to immediately apply clinical applications. There is a disadvantage that requires time.
임파절 전이 진단에 관한 경제적, 사회적 측면을 살펴보면 다음과 같다. The economic and social aspects of the diagnosis of lymph node metastasis are as follows.
첫째, 의료비용과 의료 시혜에 관한 것으로서, 부정확한 임파절 전이의 진단은 암의 재발이나 원격전이로 추가적인 치료비용을 초래하며, PET나 새로 개발된 조영제 구입의 경우 고가의 장비 구입비용과 약품 구입비용이 지출된다. 이상과 같이, 고가의 검사 비용에 의해 균질한 의료 시혜가 이루어지기 힘들다.First, regarding medical costs and medical benefits, incorrect diagnosis of lymph node metastasis results in additional treatment costs due to cancer recurrence or distant metastasis, and expensive equipment and drug purchase costs for PET or newly developed contrast agents. It is spent. As described above, it is difficult to achieve homogeneous medical benefits due to the expensive examination cost.
둘째, 재발된 암의 치료와 관련된 문제점으로서, 최근 개발되고 있는 암치료 약제의 가격이 월당 수십만 혹은 수백만 원에 육박하고 있다. 또한, 항암제 투여 수개월 후 '치료효과없음'으로 판정된 경우, 불필요한 고가의 치료제가 투여되어 경제적 손실이 발생하고, 필요한 약제가 적절하게 투여되지 않아 치료시기를 지연시키는 문제점이 있다. 또한, 치료효과판정의 정량적 기준이 확립되지 않아 불필요한 반복검사로 경제적 부담이 재발생 된다.Secondly, as a problem associated with the treatment of recurring cancer, the price of cancer drugs currently being developed is approaching hundreds of thousands or millions of won per month. In addition, when it is determined that the 'no treatment effect' months after the administration of the anticancer agent, unnecessary expensive therapeutic agent is administered to cause economic loss, there is a problem of delaying the treatment time because the necessary drugs are not properly administered. In addition, since the quantitative criteria for the determination of treatment effects are not established, the economic burden is regenerated by unnecessary repeated tests.
이하에서는 이와 관련하여 대리표지자 영상개발의 필요성을 알아보기로 한다. 먼저, 기능성 자기공명영상 기반의 대리표지자 영상의 경우, 암치료효과를 표준화 및 정량화된 영상정보로 제공하며, 암치료효과에 대한 시각화를 통해 객관적이고 신뢰성 있는 판정을 유도하며, 기존의 검사법을 이용하므로 즉각적인 임상적용이 가능하고 추가비용부담이 없으며, 환자에게 유해성이 없는 검사기법으로 항암치료 중 반복측정이 가능하다.Hereinafter, in this regard, the necessity of developing a representative marker image will be examined. First, in the case of surrogate marker image based on functional magnetic resonance image, the cancer treatment effect is provided as standardized and quantified image information, and the objective and reliable determination is induced by visualizing the cancer treatment effect, and the existing test method is used. Therefore, immediate clinical application is possible, no additional cost is paid, and it is possible to repeat measurement during chemotherapy with a test technique that is not harmful to the patient.
이러한 대리표지자 영상과는 달리, 암진단 및 치료효과 판정과 관련하여 기존 검사의 경우를 검토해보면 다음과 같다.Unlike the surrogate marker image, the case of the existing test regarding cancer diagnosis and treatment effect determination is as follows.
첫째로, 기존 검사의 병리 검사 측면을 살펴보면, in-vitro(세포 밖) 검사라는 한계가 있다. 이는 조직의 적출을 동반하므로 치료 과정 중에 같은 조직에 대해 반복 검사가 불가능하며, 절차가 복잡하고, 시간과 비용이 많이 소요된다. 또한, 현미경으로는 종양전체를 볼 수 없고, 절편의 일부만 볼 수 있으며, 전이된 종양에서는 전체적인 정보를 얻을 수 없다. 또한, 종양 증식성, 혈관증식 등 개별 환자의 치료에 대한 반응성 및 예후의 예측이 제한적인 단점이 있다. First, looking at the pathological aspects of the existing test, there is a limitation of the in-vitro (extracellular) test. This is accompanied by tissue extraction, which makes it impossible to repeat the same tissue during the course of treatment, the procedure is complex, time consuming and expensive. In addition, the whole tumor cannot be seen under a microscope, only a part of the fragment can be seen, and overall information cannot be obtained from the metastasized tumor. In addition, there are limitations in predicting responsiveness and prognosis for treatment of individual patients such as tumor proliferation and angiogenesis.
둘째, 기존 검사의 영상 검사 측면을 살펴보면, '정성적 분석' 검사라는 한 계가 있다. 즉, WHO나 RECIST 기준으로 종양 직경의 변화만을 반영하고 생물학적 정보를 제공하지 못하다. 그리고, 치료 후 종양의 크기 변화에 시간이 소요되어 치료 효과를 조기에 판정할 수 없으며, 치료 후 괴사 또는 섬유화와 잔여 종양을 감별하는데 한계가 있으며, 검사방법이 통일되어 있지 않아 검사 결과의 일관성(consistency)이 결여된다.Second, looking at the imaging test aspect of the existing test, there is a limit called a 'quantitative analysis' test. In other words, it reflects only the change in tumor diameter and does not provide biological information based on WHO or RECIST criteria. In addition, it is not possible to determine the treatment effect early because of the time required to change the size of the tumor after treatment, and there is a limit in distinguishing necrosis or fibrosis from residual tumors after treatment. lack of consistency
셋째, 기존 검사의 혈청 검사 측면을 살펴보면, 비특이성과 비시각화의 한계가 있다. 즉, 종양외의 원인으로 수치가 증가되는 비특이성의 한계가 있으며, 종양의 변화 자체를 시각화하지 못하며, 각각의 검사가 특정 암에만 적용되므로 적용 범위의 한계가 있다.Third, looking at the serum test aspect of the existing test, there is a limit of non-specificity and non-visualization. That is, there is a limit of non-specificity in which the value is increased due to the non-tumor cause, it does not visualize the change of the tumor itself, and there is a limit of application range because each test is applied only to a specific cancer.
본 발명은, 암환자를 대상으로 취득된 확산강조영상에서 주변조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여 임파절 영역을 자동으로 추출하는, 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법을 제공하는데 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for extracting lymph node based lymph node extraction, which automatically extracts a lymph node region using a characteristic of a lymph node distinguished from surrounding tissues in a diffusion-enhanced image acquired for cancer patients.
본 발명은, 암환자를 대상으로 취득된 확산강조영상으로부터, 주변조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여, 상기 임파절에 대해 기 지정된 신호강도 정보, 현성확산계수 정보, 상기 임파절의 해부학적 위치 정보, 상기 임파절의 형상 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 이용하여, 해당 임파절 영역을 최종 추출하는, 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법을 제공한다.According to the present invention, the signal intensity information, the manifestation diffusion coefficient information, and the anatomical position information of the lymph node, which are pre-specified for the lymph node, are obtained from the diffusion-enhanced image acquired for the cancer patient, using the characteristics of the lymph node that is distinguished from the surrounding tissue. In addition, the present invention provides a lymph node extraction method based on a diffusion-enhanced image that finally extracts a corresponding lymph node region by using one or a plurality of pieces of information selected from the shape information of the lymph node.
여기서, 상기 임파절 영역을 추출하는 단계는, 상기 확산강조영상에 대한 신호강도의 역치값과 상기 기 지정된 신호강도 정보를 비교하여, 상기 확산강조영상에서 상기 임파절 영역을 1차 추출하는 단계; 상기 확산강조영상에 대한 현성확산계수의 역치값과 상기 기 지정된 현성확산계수 정보를 비교하여, 상기 1차 추출된 영역 내에서 상기 임파절 영역을 2차 추출하는 단계; 상기 기 지정된 임파절의 해부학적 위치 정보를 기반으로 하여, 상기 2차 추출된 영역 내에서 상기 임파절 영역을 3차 추출하는 단계; 및 상기 임파절이 갖는 형태학적 특징인 상기 형상 정보를 이용하여 인접 혈관을 제거하여, 상기 임파절 영역을 최종 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The extracting of the lymph node region may include: first extracting the lymph node region from the diffuse highlight image by comparing a threshold value of the signal intensity value with respect to the spread highlight image and the predetermined signal intensity information; Comparing the threshold value of the sine diffusion coefficient with respect to the diffusion-enhanced image and the predetermined sine diffusion coefficient information, and secondly extracting the lymph node within the first extracted region; Thirdly extracting the lymph node region in the second extracted region based on the anatomical position information of the predetermined lymph node; And finally extracting the lymph node region by removing adjacent blood vessels by using the shape information which is a morphological characteristic of the lymph node.
그리고, 본 발명은, 상기 임파절 영역을 최종 추출한 이후, 상기 임파절 영역에 대한 영상정보와 기 입력된 임상정보를 이용하여 임파절 전이 가능성을 예측하는 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, after the final extraction of the lymph node region, the present invention may further include predicting lymph node metastasis using image information and pre-entered clinical information about the lymph node region.
또한, 본 발명은 상기 임파절 전이 예측 결과를 바탕으로 하여, 상기 최종 추출된 임파절 영역에 대한 영상과, 최종 추출된 임파절 영역의 전이 가능성에 관한 정량화 데이터를 각각 시각화하여 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include visualizing and displaying the image of the finally extracted lymph node region and the quantification data regarding the possibility of transition of the finally extracted lymph node region, based on the lymph node metastasis prediction result. have.
본 발명에 따른 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법에 따르면, 암환자를 대상으로 취득된 확산강조영상에서 주변조직과 구분되는 임파절의 특성인 신호강도, 현성확산계수, 임파절의 해부학적 위치, 형상 정보 등을 이용하여 임파절 영역을 자동으로 추출할 수 있다. 또한, 암환자에 대해 추출된 각 임파절의 영상정보와, 원발성 종양과 관련된 임상정보를 이용하는 경우, 각 임파절에 관한 전이 여부와 전이 확률을 정량적으로 예측할 수 있어, 피검자에 대한 보다 정확한 상태 파악이 가능하며 임파절 전이 판단의 정확도를 향상시킬 수 있다.According to the method of extracting lymph node based on the diffusion emphasis image according to the present invention, the signal intensity, the manifestation diffusion coefficient, the anatomical position of the lymph node, and the shape information, which are the characteristics of the lymph nodes, which are distinguished from the surrounding tissues Etc., lymph node area can be extracted automatically. In addition, when image information of each lymph node extracted from cancer patients and clinical information related to the primary tumor are used, metastasis and probabilities of metastasis of each lymph node can be quantitatively predicted, so that a more accurate state can be identified for the subject. It can improve the accuracy of lymph node transition judgment.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법의 흐름도이다. 도 2는 도 1의 방법을 위한 시스템 구성도이고, 도 3은 도 1의 방법에서 임파절 전이 가능성 예측을 위한 설명도이다.1 is a flow chart of a lymph node extraction method based on Diffuse Highlights according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a system configuration diagram for the method of FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory diagram for predicting lymph node metastasis possibility in the method of FIG. 1.
본 발명은 암환자로부터 취득된 확산강조영상(diffusion weighted imaging)을 기반으로 하여 임파절 영역을 자동 추출하는 방법에 관한 것이다. 상기 임파절 추출 방법의 상세한 설명에 앞서, 확산강조영상에 관하여 간략히 설명하면 다음과 같다.The present invention relates to a method for automatically extracting lymph node regions based on diffusion weighted imaging obtained from cancer patients. Prior to the detailed description of the lymph node extraction method, a briefly described diffusion-enhanced image is as follows.
조직 내 수소 원자는 규칙성 없는 브라운(brown) 운동을 하며, 강한 자장에서는 불규칙한 운동이 일정한 방향성을 갖는 확산으로 원자의 운동이 전환된다. 자장의 강도는 b-value(이하, 'b값')에 의해 결정된다. 그리고, 자장의 강도에 따라 확산성의 정도가 좌우된다. 이러한 원리를 이용하여, 수소 원자의 확산을 자기공명 영상에서 정량화한 것이 상기 확산강조영상이다. 확산강조영상에서 그 확산정도는 현성확산계수(Apparent Diffusion Coefficient Value, ADC라 약칭)로 표현된다.Hydrogen atoms in tissues undergo irregular brown movements, and in strong magnetic fields, the movements of atoms are transformed into diffusions in which the irregular movements are constant. The strength of the magnetic field is determined by the b-value (hereinafter 'b'). The degree of diffusivity depends on the strength of the magnetic field. Using this principle, the diffusion emphasis image quantifies the diffusion of hydrogen atoms in a magnetic resonance image. In diffusion-enhanced images, the degree of diffusion is expressed as an Apparent Diffusion Coefficient Value (abbreviated as ADC).
종양조직은 정상조직에 비해 부종과 섬유화가 심해 수소원자의 확산이 감소된다. 또한, 종양조직에서의 ADC 값은 정상조직에서보다 낮다. 그리고, 종양의 치료시 ADC 값의 변화가 치료효과의 판정에 이용될 수 있다. 이상 열거한 사항들은 상기 확산강조영상을 임파절 전이 진단에 이용하는 주요한 근거로 작용될 수 있다.Tumor tissue is more edema and fibrosis than normal tissue, reducing the diffusion of hydrogen atoms. In addition, ADC values in tumor tissues are lower than in normal tissues. In addition, changes in ADC values in the treatment of tumors can be used to determine the therapeutic effect. The above-listed items can serve as the main basis for the use of the diffusion-enhanced images in the diagnosis of lymph node metastasis.
상기 확산강조영상의 장점을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 전신을 촬영하는데 10분 정도의 시간만 요구되므로 검사시간이 짧은 이점이 있다. 그리고, 영상정보의 정량적 측정이 가능하여 객관성 및 재현성이 보장됨에 따라, 측정 결과가 객관적이다. 또한, 기존의 자기공명영상 검사에 추가시켜 시행 가능하다. 더욱이, 최근 보급되어 있는 자기공명영상기기로 영상을 쉽게 얻을 수 있어 검사가 편리하다.The advantages of the diffusion-enhanced image are as follows. First, since only 10 minutes of time is required to take the whole body, there is a short test time advantage. In addition, as the quantitative measurement of the image information is possible and the objectivity and reproducibility are guaranteed, the measurement result is objective. In addition, it can be implemented in addition to the existing magnetic resonance imaging test. In addition, it is convenient to inspect the image with a magnetic resonance imaging device that has been widely available recently.
이러한 확산강조영상에 기반한 임파절 추출 시스템(100)을 도 2를 참조하여 간단히 설명하면 다음과 같다. 상기 임파절 추출 시스템(100)은 임파절 체절부(110), 임파절 분류부(120), 영상표시부(130) 및 설정입력부(140)를 포함한다. The lymph
상기 임파절 체절부(110)는 암환자로부터 취득된 확산강조영상으로부터, 주변조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여, 해당 임파절 영역을 추출하는 부분이다. 상기 임파절 분류부(120)는 상기 임파절 체절부(110)에서 추출된 임파절 영역의 영상정보와 기존의 임상정보를 이용하여 임파절 전이 가능성을 예측하는 부분이다. The
상기 영상표시부(130)는 상기 임파절 체절부(110)의 임파절 영역 추출 결과와, 상기 임파절 분류부(120)의 임파절 전이 가능성 예측 결과를 가시화하여 표현 가능하다. 물론, 이러한 영상표시부(130)는 상기 가시화된 정보를 외부의 PC, 노트북, PDF 등의 단말기(10)로 제공할 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 설정입력부(140)는 임파절 체절 및 임파절 전이 가능성의 예측을 위한 다양한 기준값 및 기준데이터, 기존의 임상정보 등을 설정받는 부분이다.The
이하에서는, 상기 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법에 관하여 도 1 내지 도 10을 참조로 하여, 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the lymph node extraction method based on the diffusion emphasis image will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 10.
먼저, 암환자를 대상으로 확산강조영상을 취득한다(S110). 이러한 확산강조영상은 상기 시스템(100)의 촬영수단(미도시)에 의해 직접 촬영된 영상이거나, 외부 촬영장치(미도시)로부터 기 획득되어 상기 설정입력부(140)로 입력받은 영상에 해당될 수 있다.First, a diffusion emphasis image is acquired for cancer patients (S110). The diffusion-enhanced image may be an image directly photographed by a photographing means (not shown) of the
이후, 상기 임파절 체절부(110)는 상기 취득된 확산강조영상으로부터, 주변조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여, 상기 임파절에 대해 기 지정된 신호강도 정보, 현성확산계수 정보, 상기 임파절의 해부학적 위치 정보, 상기 임파절의 형상 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 이용하여, 해당 임파절 영역을 최종 추출한다(S120). 여기서, 상기 현성확산계수 정보는 해당 영역에서 현성확산계수의 평균값, 최대값, 최소값, 분포(%) 등이 이용될 수 있다.Thereafter, the
이상과 같이, 상기 임파절 영역 추출 단계(S120)는, 주변 장기 등의 조직과 구분되는 임파절의 특성을 이용하여, 확산강조영상에서 해당 임파절 부분만을 추출하게 된다. 물론, 상기 임파절 영역 추출 단계(S120) 이전에, 상기 설정입력부(140)를 통해, 상기 임파절에 대해 기 지정된 신호강도 정보, 현성확산계수 정보, 임파절의 해부학적 위치 정보, 임파절의 형상 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보를 미리 입력받아, 상기 임파절 영역 추출을 위한 기준을 사전에 설정받을 수 있다. 여기서, 상기 임파절의 형상 정보는, 상기 임파절의 장경, 단경, 외연 형상 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보일 수 있다.As described above, the lymph node region extraction step S120 extracts only the corresponding lymph node portion from the diffusion-enhanced image by using characteristics of the lymph node that is distinguished from tissues such as surrounding organs. Of course, before the lymph node region extracting step (S120), through the setting
이러한 임파절 영역 추출 단계(S120)를 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 4는 상기 설정입력부(140)를 이용하여, 상기 확산강조영상에서 상기 b값의 설정과, 상기 확산강조영상의 시각화 조건을 입력받는 화면 예시도이다. 여기서, 상기 b값은 본 분야에서 널리 쓰이고 있는 요소로서, 이에 관한 보다 상세한 설명은 생략하고자 한다. 그리고, 상기 영상 시각화 조건은, 회색조 영상, 역상 회색조 영상 등이 해당된다. 도 5는 상기 설정입력부(140)의 설정에 따라, 도 4의 영상이 회색조 영상으로 변환된 결과를 나타낸다.The lymph node extraction step S120 will be described in more detail as follows. 4 illustrates an example of a screen for receiving the setting of the b-value and the visualization condition of the diffusion-weighted image using the setting
도 6은 도 5에서 신호강도 정보를 이용하여 임파절 영역을 1차 추출한 화면 예시도이다. 도 6을 참조하면, 상기 설정입력부(140)를 통해 상기 확산강조영상에 대한 각종 세팅이 완료된 이후, 상기 임파절 체절부(110)는 상기 취득된 확산강조영상에 대한 신호강도와 상기 임파절에 대해 기 지정된 상기 신호강도 정보를 비교하여, 상기 신호강도의 역치값(threshold value)을 기준으로 상기 확산강조영상에서 상기 임파절 영역을 1차 추출한다(S121). FIG. 6 is an exemplary view illustrating a first extraction of a lymph node region using signal strength information of FIG. 5. Referring to FIG. 6, after the various settings for the diffusion-highlighted image are completed through the setting
일반적으로, 확산강조영상에서 임파절 영역(도 5의 화살표 부분)은 주변 조직과 구별되는 신호강도를 가지고 있다. 상기 1차 추출 단계(S121)는 이러한 점을 이용하여, 상기 확산강조영상에서 신호강도 역치값을 기반으로 상기 임파절 영역에 대한 1차적인 체절을 시도한 것이다.In general, the lymph node region (arrow portion in FIG. 5) has a signal intensity that is distinguished from surrounding tissues. In the first extraction step (S121), using this point, the primary segmentation for the lymph node region is attempted based on the signal intensity threshold value in the DAC.
도 7은 도 6에서 현성확산계수 정보를 이용하여 임파절 영역을 2차 추출한 화면 예시도이다. 도 7을 참조하면, 상기 1차 추출 이후, 상기 임파절 체절부(110)는 상기 확산강조영상에 대한 현성확산계수와 상기 임파절에 대해 기 지정된 상기 현성확산계수 정보를 비교하여, 상기 현성확산계수의 역치값(threshold value)을 기준으로 상기 1차 추출된 영역 내에서 상기 임파절 영역을 2차 추출한다(S122). FIG. 7 is an exemplary view illustrating a second extraction of a lymph node region using the manifest diffusion coefficient information of FIG. 6. Referring to FIG. 7, after the first extraction, the
일반적으로, 확산강조영상에서 임파절 영역은 주변조직과 구분되는 일정 범위의 현성확산계수를 나타낸다. 상기 2차 추출 단계(S122)는 이러한 점을 이용하여, 상기 1차적으로 체절된 영역에서 상기 현성확산계수의 역치값을 기반으로 상기 임파절 영역에 대한 2차적인 체절을 시도한 것이다.In general, the lymph node region in Diffusion-Enhanced Image shows a range of overt diffusion coefficients distinguished from surrounding tissues. The second extraction step (S122) uses this point to attempt a secondary segmentation for the lymph node region based on the threshold value of the overt spread coefficient in the first segmented region.
도 8은 도 7에서 임파절의 해부학적 위치 정보를 이용하여 임파절 영역을 3차 추출한 화면 예시도이다. 도 8을 참조하면, 상기 2차 추출 이후, 상기 임파절 체절부(110)는 상기 기 지정된 임파절의 해부학적 위치 정보를 기반으로 하여, 상기 2차 추출된 영역 내에서 상기 임파절 영역을 3차 추출한다(S123).FIG. 8 is an exemplary view illustrating a third extraction of a lymph node region using anatomical position information of the lymph node in FIG. 7. Referring to FIG. 8, after the second extraction, the
임파절이 존재하는 위치는 환자에 상관없이 일반적으로 정해져 있다. 상기 3차 추출 단계(S123)는 이러한 점을 이용하여, 2차적으로 체절된 영역에서 상기 임파절 영역의 기 정해진 해부학적 위치를 기준으로 임파절의 3차적인 체절을 시도한 것이다. The location of lymph nodes is generally determined regardless of the patient. The tertiary extraction step (S123) is to attempt the third segment of the lymph node based on the predetermined anatomical position of the lymph node region in the secondary segmented region using this point.
도 9는 도 8에서 임파절의 형상 정보를 이용하여 임파절 영역을 최종 추출한 화면 예시도이다. 즉, 도 9를 참조하면, 상기 3차 추출 이후, 상기 임파절 체절부(110)는 상기 임파절이 갖는 형태학적 특징인 상기 형상 정보를 이용하여 인접 혈관을 제거하여, 상기 임파절 영역을 최종 추출한다(S124). 예를 들면, 상기 최종 추출 단계(S124)는 상기 3차 체절된 영역에서 임파절이 가지는 형태학적 특징, 즉 구형이거나, 구형에 가까운 타원체를 갖는 임파절의 특성을 이용하여 인접 혈관을 제거하고, 최종적으로 임파절 부위만을 체절하는 것이다.FIG. 9 is an exemplary view illustrating a final extraction of a lymph node region using the shape information of the lymph node in FIG. 8. That is, referring to FIG. 9, after the third extraction, the
물론, 상기 영상표시부(130)는, 도 4 내지 도 9 등의 일련의 과정, 즉 상기 임파절 영역의 추출 과정을 화면으로 시각화하여 표시 가능하다(S130). 이러한 영상표시부(130)는 상기 임파절 영역의 추출 과정에 관한 각 단계별 진행 과정을 실시간으로 표시하거나, 최종 추출이 완료된 이후 각 단계별 결과를 한꺼번에 표시하는 것도 가능하다. 한편, 상기 설정입력부(140)는 이러한 과정 중에 상기 영상표시부(130)에 표시되는 화면의 컨트롤 신호, 각종 조작신호 등을 사용자로부터 입력받을 수 있다.Of course, the
한편, 도 10은 도 9에서 추출된 임파절 영역의 영상정보를, 임상정보를 이용하여 분석하여 임파절 전이 가능성을 예측한 결과의 화면 예시도이다. 도 3 또는 도 10을 참조하면, 상기 임파절 체절부(110)에서 상기 임파절 영역을 최종 추출(S124)한 이후, 상기 임파절 분류부(120)는 상기 최종 추출된 임파절 영역에 대한 영상정보와 기 입력된 임상정보를 이용하여 임파절 전이 가능성을 예측한다(S140). 여기서, 상기 임파절 분류부(120)는 상기 임파절 전이 가능성을 예측하여, 해당 임파절 영역을 임파절 전이 또는 비전이로 분류하게 된다.FIG. 10 is an exemplary view illustrating a result of predicting lymph node metastasis by analyzing image information of a lymph node region extracted in FIG. 9 using clinical information. Referring to FIG. 3 or FIG. 10, after finally extracting the lymph node region from the lymph node segment 110 (S124), the
도 3을 참조하면, 임파절 전이 가능성 예측에 이용되는 상기 영상정보는, 상기 임파절 영역에 대한 현성확산계수, 장경, 단경, 신호강도, 임파절 외연 형상에 관한 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보일 수 있다. 또한, 임파절 전이 가능성 예측에 이용되는 상기 임상정보는, 전이 여부가 이미 확진된 임파절에 대한 임상정보로서, 원발성 종양의 부피, 원발성 종양의 확장 방향, 상기 암환자의 나이, 성별, 원발성 종양과 연관된 혈청 종양표식인자, 원발성 종양의 수술 전 조직검사에서 나타난 악성정도에 관한 정보 중 선택된 하나 또는 복수 개의 정보일 수 있다. Referring to FIG. 3, the image information used for predicting lymph node metastasis may be selected one or a plurality of pieces of information about a manifestation diffusion coefficient, a long diameter, a short diameter, a signal strength, and a lymph node outer shape of the lymph node region. . In addition, the clinical information used for predicting the possibility of lymph node metastasis is clinical information about the lymph node in which metastasis is already confirmed, and is related to the volume of the primary tumor, the direction of expansion of the primary tumor, the age, sex, and primary tumor of the cancer patient. It may be one or a plurality of information selected from serum tumor markers, information on the degree of malignancy shown in the preoperative biopsy of the primary tumor.
이러한 임상정보는 상기 임파절 전이 예측을 위해 상기 임파절 분류부(120)에 미리 입력된 DB(데이터베이스)로서, 상기 원발성 종양에 따라 수 개 혹은 십여 개의 정보로 입력될 수 있다. 이상과 같이 상기 임상정보에 포함된 각각의 정보들은, 종양의 종류별로 서로 상이한 기준을 갖는다. 그리고, 상기 임상정보뿐만 아니라, 상기 추출된 임파절 영역의 영상정보 또한 상기 임파절 분류부(120)의 새로운 DB가 될 수 있다. 상기 임파절 분류부(120)는 이렇게 축적되는 영상정보 및 임상정보의 각 데이터베이스를 바탕으로, 임파절 전이 여부의 판정에 대한 자동화된 학습 을 하게 된다. 임파절 분류부(120)는 이러한 학습 과정을 통해, 추후 임파절 전이 판정의 정확도 및 신뢰성을 더욱더 향상시킨다.Such clinical information is a DB (database) previously input to the lymph
임파절의 전이 및 비전이의 자동 분류를 위해 각 원발성 종양에 특성화된 자동 분류 학습이 필요한데, 발명한 영상처리 장치에서는 각 원발성 종양의 영상 정보와 임상정보에 근거한 임파절 분류의 DB를 구축하고 새로운 데이터를 자동적으로 축적시킨다. 이를 바탕으로 개별 종양 특성에 따른 맞춤형 임파절 분류(전이 vs 비전이)를 시행한다. 즉, 도 3을 참조하여 요약하면, 상기 임파절 분류부(120)는 다양한 원발성 종양에 따른 영상정보와 임상정보가 내부에 축적되어, 임파절 전이 여부를 판정하는데 필요한 DB를 지속적으로 구축한다. 그리고 상기 영상정보와 임상정보는 원발성 종양에 따라 다양하며, 이를 바탕으로 한 임파절 전이 여부의 판정 기준도 다르므로, 다양한 원발성 종양에 따른 맞춤형 영상처리가 가능하게 된다. In order to automatically classify metastasis and metastasis of lymph nodes, automatic classification learning is required for each primary tumor. Invented image processing apparatus establishes DB of lymph node classification based on the imaging information and clinical information of each primary tumor and generates new data. Accumulate automatically. Based on this, customized lymph node classification (metastasis vs. metastasis) according to individual tumor characteristics is performed. That is, referring to FIG. 3, the lymph
상기 임파절 분류부(120)는 최종적으로 체절된 각각의 임파절 영역의 영상정보와 원발성 종양 관련 임상정보를 기반으로, 전이성 임파절과 비전이성 임파절을 정량적으로 분류하고, 이를 바탕으로 임파절 전이의 가능성을 정량적으로 시각화하여 제시한다. 즉, 도 10을 참조하면, 상기 임파절 분류부(120)는 임파절 전이 예측 결과를 바탕으로 하여, 상기 최종 추출된 임파절 영역에 대한 영상과, 최종 추출된 임파절 영역의 전이 가능성에 관한 정량화 데이터를 영상표시부(130)를 통해 각각 시각화하여 표시한다. The
화면 좌측의 임파절(큰 화살표)은 전이 확률이 100%이고, 우측의 임파절 (작은 화살표)은 전이의 확률이 20%로 나타난 것이다. 이러한 예측 결과는, 확률의 시 각적 구분을 위한 색상적 표현(무지개 칼라테이블), 수치적 표현(퍼센티지, 등) 등이 가능하다. 또한, 해당 임파절 영역별로, 현성확산계수, 장경, 단경, 외연의 불규칙 정도, 원발성 종양의 부피, 원발성 종양의 침범방향, 나이, 성별, 혈청 종양인자 등의 정보가 함께 표시 가능하다.The lymph node (large arrow) on the left side of the screen has a 100% chance of metastasis and the lymph node on the right (small arrow) has a 20% chance of metastasis. The prediction result may be a color representation (rainbow color table), a numerical representation (percentage, etc.), for visual division of probability. In addition, for each lymph node region, information such as the manifestation of diffusion coefficient, long diameter, short diameter, irregularity of the outer margin, volume of the primary tumor, invasion direction of the primary tumor, age, sex, and serum tumor factors may be displayed together.
이상과 같이, 상기 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법은, 확산강조영상에서 다른 장기(주변 조직)과 대별되는 특성을 보이는 임파절의 특성을 이용하여 임파절을 추출한다. 즉, 상기 임파절은 다른 장기와 다른 신호강도를 가지며, 일정 범위의 현성확산계수를 가지며, 해부학적으로 지정된 위치에 존재하며, 구형 또는 타원형의 모양을 가지며 최대 장경이 일반적으로 3cm 이하 크기를 갖는 특징을 바탕으로하여, 확산강조영상에서 임파절을 자동으로 추출한다. 이후, 암환자에 대해 추출된 각 임파절의 영상정보와, 원발성 종양과 관련된 임상정보를 이용하여, 각 임파절의 전이 여부와 전이 확률을 정량적으로 예측하고 제시한다. 이에 따라, 피검자에 대한 임파절 전이 판단의 정확도를 향상시키고, 피검자의 정확한 상태 파악이 가능함은 물론이며, 추후 이와 관련된 다양한 연구에 활용 가능하다.As described above, the lymph node extraction method based on the diffusion-enhanced image extracts the lymph node using the characteristics of the lymph node that is distinguished from other organs (peripheral tissue) in the diffusion-enhanced image. That is, the lymph nodes have different signal strengths from other organs, have a range of overt diffusion coefficients, exist at anatomically designated locations, have a spherical or oval shape, and have a maximum long diameter of generally 3 cm or less. Based on this, lymph nodes are automatically extracted from DIF. Then, by using the image information of each lymph node extracted for cancer patients, and clinical information related to the primary tumor, the metastasis of each lymph node and the probability of metastasis are predicted and presented. Accordingly, it is possible to improve the accuracy of lymph node metastasis determination for the subject, and to determine the exact state of the subject, as well as to use it in various studies in the future.
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.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 확산강조영상 기반의 임파절 추출 방법의 흐름도,1 is a flow chart of a lymph node extraction method based on Diffuse Highlights according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 방법을 위한 시스템 구성도,2 is a system configuration diagram for the method of FIG. 1;
도 3은 도 1의 방법에서 임파절 전이 가능성 예측을 위한 설명도,3 is an explanatory diagram for predicting lymph node metastasis possibility in the method of FIG. 1;
도 4는 확산강조영상에서 b값 및 영상 시각화 조건의 입력을 위한 화면 예시도,4 is an exemplary diagram for inputting a b value and an image visualization condition in a diffusion-enhanced image;
도 5는 도 4의 회색조 영상을 나타내는 화면 예시도,5 is an exemplary view illustrating a grayscale image of FIG. 4;
도 6은 도 5에서 신호강도 정보를 이용하여 임파절 영역을 1차 추출한 화면 예시도,FIG. 6 is an exemplary view illustrating a first extraction of a lymph node region using signal strength information of FIG. 5;
도 7은 도 6에서 현성확산계수 정보를 이용하여 임파절 영역을 2차 추출한 화면 예시도,FIG. 7 is an exemplary view illustrating a second extraction of a lymph node region using the tangible diffusion coefficient information of FIG. 6;
도 8은 도 7에서 임파절의 해부학적 위치 정보를 이용하여 임파절 영역을 3차 추출한 화면 예시도,FIG. 8 is an exemplary view illustrating a third extraction of a lymph node region using anatomical position information of the lymph node in FIG. 7;
도 9는 도 8에서 임파절의 형상 정보를 이용하여 임파절 영역을 최종 추출한 화면 예시도,FIG. 9 is an exemplary view of finally extracting a lymph node region using the lymph node shape information of FIG. 8; FIG.
도 10은 도 9에서 추출된 임파절 영역의 영상정보를, 임상정보를 이용하여 분석하여 임파절 전이 가능성을 예측한 결과의 화면 예시도이다.FIG. 10 is an exemplary view illustrating a result of predicting lymph node metastasis by analyzing image information of a lymph node region extracted in FIG. 9 using clinical information.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 ><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
100: 임파절 추출 시스템 110: 임파절 체절부100: lymph node extraction system 110: lymph node segment
120: 임파절 분류부 130: 영상표시부120: lymph node classification unit 130: image display unit
140: 설정입력부140: setting input unit
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