KR101081411B1

KR101081411B1 - 이중 에너지 원리를 이용한 간조직 ｃｔ영상 해석방법

Info

Publication number: KR101081411B1
Application number: KR1020090066964A
Authority: KR
Inventors: 성원
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2011-11-08
Also published as: KR20110009522A

Abstract

본 발명은 CT촬영방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 조영제와 이중에너지 원리를 이용하여 간을 타겟으로 촬영된 간조직 CT 영상을 정확하게 해석할 수 있는 이중에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법에 관한 것이다.

조영제, 이중에너지, CT, 간조직

Description

이중 에너지 원리를 이용한 간조직 ＣＴ영상 해석방법{ An analytical method on CT image of liver tissue using dual-energy CT}

X선 조영제(contrast media)는 X선 검사 때 어떤 특정의 장기(臟器)나 조직이 주위와 뚜렷한 대조를 이루어 관찰하기 쉽도록 하기 위해 쓰이는 물질로서 조영제 중에 포함되는 주요 원소와 인체조직과의 X선 흡수차를 이용하여 X선 사진 상에 목적으로 하는 부위의 현저한 차이를 나타내기 위해 사용되는 물질이며 일반적으로 음성조영제와 양성조영제로 나누어진다.

양성조영제로는 아이오딘 함유 조영제, 황산바륨 등이 있고, 음성조영제는 주위의 조직보다 X선을 더 많이 흡수해서 영상을 나타내는데 공기, 가스ㅇㅇ탄산가스 등이 있다.

혈관조영술에 주로 사용되는 조영제는 아이오딘제로서 대부분 수용성이다. 조영효과와 인체에 대한 안전성이 절대조건이며, 최근에는 보다 안전성이 높은 조 영제에 초점을 맞추어 개발을 진행하고 있다. X선조영제의 구비조건은 주위 조직과의 적절한 대조도를 형성해야 하고, 인체에 무해ㅇㅇ무자극이며 불쾌한 맛ㅇㅇ냄새ㅇㅇ빛깔이 없는 생화학적으로 안정된 물질이어야 한다. 또한 되도록 소량으로 조영에 필요한 농도를 얻을 수 있고 적절한 지속성을 가져야 하고, 목적장기에 신속하고 쉽게 주입될 수 있어야 하고, 목적장기의 조영에 적절한 점조도를 가져야 하며, 검사 후 신속히 체외로 배설 또는 제거되기 쉬운 물질이어야 한다.

X선조영제는 입으로 투여하는 경구조영제와 정맥으로 투여하는 혈관조영제가있다. 경구조영제는 위장관을 사진상에 밝게 나타나도록 하여 장기 및 주위 조직의 구분을 확실하게 해 준다. 경구조영제로는 물, 황산바륨 현탁액, 가스트로그라핀 등이 검사 부위에 따라 선택적으로 이용되고 있다. 혈관조영제는 정맥주입용의 경우 대혈관,혈관이 밀집된 조직 등을 사진상 밝게 나타나도록 하여, 그렇지 않은 주위 조직과의 구분을 뚜렷하게 해 준다. 결과적으로 병의 발견 및 파급의 범위를 쉽게 파악할 수 있도록 도와준다.

X선조영제의 평가 방법에는 여러 가지가 있지만 일반적으로 세 가지로 요약하여 말할 수 있다. 첫째, 아이오딘(iodine)이다. 모든 X선 조영제(황산바륨 조영제는 제외)는 아이오딘이 함유되어야만 영상을 나타낸다. 아이오딘이 방사선을 흡수하는 물질이기 때문이다. 따라서 아이오딘의 농도가 표시되어 있어 사용하고자 하는 조영술에 따라 사용할 수 있게 되어 있다. 둘째, 점도이다. 조영제에 있어 점도는 중요하다. 점도에 상관되는 요인은 아이오딘 농도 염의 비율 및 분자의 크기에 따라 다르다. 셋째, 삼투압이다. 삼투압은 조영제에 부작용을 유발하므로 낮을 수록 좋다.

이와 같이, X선 조영제는 주로 진단목적으로 쓰인다. 특히 간암의 경우 혈액 검사와 영상진단법을 통해 하는데, 어느 쪽 하나만으로는 불충분하다. 혈액검사와 영상진단법을 사용해도 간암을 진단하지 못하는 경우도 있으며 그런 경우에는 침생검이라고 해서 간장의 종양 부분에바늘을 찔러 넣어 소량의 조직을 채취하여 현미경으로 조사하는 방법을 쓰기도 한다.

영상진단은 간장의 구조를 눈으로 보아 알 수 있는 영상으로 보여주어 그 구조의 이상으로부터 병을 진단하는 방법으로서, X선 사진이 대표적인 영상진단법이다. 최근에는 신기술을 응용한 정밀 기계가 많이 이용되고 있으며 간암을 진단하는 데 막대한 공헌을 한 것이 바로 CT와 초음파 검사이다. 모두 통증이나 고통이 없고 외래 통원으로 행할 수 있는 검사이다. 그러나, 각각 장점과 단점이 있기 때문에 어느 검사가 더 우월하다고 할 수는 없으며, 상황에 따라 의사가 판단하여 한 가지 검사만 할 것인지 양쪽 검사 모두를 할 것인지 결정한다.

혈액검사는 간암이 만들어내는 특수한 물질이 혈액 중에 있는 지를 조사하는 것인데, 이 때, 암의 존재를 나타내는 물질을 "종양표지자"라고 한다. 간암의 종양표지자는 알파태아단백(AFP)이라는 물질이다. 이것은 본래 태아의 신체 내에 만들어져 있는 단백질의 일종으로서 출산과 동시에 급속히 소실되며 성인이 되면 사라지는 것이다. 일반적으로 알파태아단백 등의 종양표지자는 암이 생기면 검출되며 암의 기세가 왕성하여 크게 자라게 되면 종양표지자의 수치도 그에 따라 상승하게 된다. 치료를 행하여 암이 작아지거나 모에서 완전히 사라지게 되면 종양표지자의 수치도 하강하거나 소실된다. 그러나, 사람마다 종양표지자의 양이 모두 다르고 간암이 있는데도 종양표지자가 음성이 있는 경우 등 여러 가지 문제점이 존재하여 단순히 종양표지자만으로는 간암을 진단할 수 없는 실정이다. 또한, 혈액검사는 영상진단과 달리 암의 위치와 크기 등을 눈으로 볼 수 없는 단점이 크다.

침생검은 초음파검사로 간장 내부를 보면서 가느다란 바늘을 종양 부분에 찔러 넣어 소량의 종양조직을 채취한 다음 현미경으로 관찰하는 진단법이다. 바늘을 찌른 구멍에서 출혈이 발생하거나, 담즙이 복부로 새어나와 복막염을 일으키거나, 바늘이 지나간 경로를 통해 암세포가 퍼질 가능성이 있는 등 부작용이 있기 때문에 신중한 시술이 요구되는 방법이기도 하다.

한편, 간종양의 조영 특성(contrast behavior of hepatic tumors)을 살펴보면, 간장으로 혈액을 보내는 경로에는 심장에서 분배되는 혈액의 유통로인 "간동맥(hepatic artery)"과 여러 장기들로부터 오는 혈액의 유통로인 "문맥(portal vein)" 두 가지가 있다. 정상적인 간세포는 이 둘 모두로부터 혈액과 산소를 공급받을 수 있는 반면, 간암세포는 간동맥이라는 통로를 통해서만 혈액과 산소를 공급받을 수 있다.

간동맥(hepatic artery)의 지혈관들(branches)로부터 혈류가 공급되어지므로 간종양(tumor)은 동맥기(arterial phase)에 조영 증강된다. 문맥 조영기(portovenous phase)에는 주위의 간실질 조직에서만 제한적으로 조영 증강된다. 종양의 진단은 조영제(constrast medium) 주입 후의 시간과 종양의 혈관성(vascularity)에 달려 있다.

그 결과 조영제를 이용한 CT 촬영을 통하여 과혈관성 종양의 경우 동맥조영기와 문맥조영기의 영상 차이를 가지고 종양의 위치와 유무를 파악할 수 있지만, 반드시 동맥조영기 뿐만 아니라 문맥조영기에서도 촬영을 해야하는 문제점이 존재한다.

본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 이중에너지 원리를 이용하여 동맥조영기에서만 촬영하여도 간조직 CT영상을 정확하게 해석할 수 있는 간조직 CT영상 해석방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 간조직에서 발생하는 암을 혈액검사 없이 영상진단만으로 정확하게 진단할 수 있는 간조직 CT영상 해석방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 조영제를 체내에 주입한 후 간을 타겟으로 1차 스캔하는 단계; 상기 1차 스캔과 동일한 조건에서 상기 1차 스캔시 사용된 에너지 수준만 달리하여 상기 간을 2차 스캔하는 단계; 및 상기 1차 스캔으로 얻어진 제1촬영영상과 상기 2차 스캔으로 얻어진 제2촬영영상에 나타나는 상기 사용된 에너지 수준에 따른 물질의 감쇄정도에 따른 차이를 비교하는 단계를 포함하는 이중 에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 1차 스캔 및 상기 2차 스캔이 동시에 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 1차 스캔 및 2차 스캔은 동맥기에 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 원리를 이용한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1촬영영상에서 일정값 이상으로 추출된 그레이값을 통해 추출된 간조직들과 조영제분포부를 상기 제2촬영영상에 나타난 감쇄값을 통해 구별한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 조영제분포부가 구별되어 확인되면 과혈관성 간세포암으로 진단된다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

본 발명의 간조직 CT영상 해석방법은 이중에너지 원리를 이용하여 동맥조영기에서만 촬영하여도 간조직 CT영상을 정확하게 해석할 수 있다.

본 발명의 간조직 CT영상 해석방법은 간조직에서 발생하는 암을 혈액검사 없이 영상진단만으로 정확하게 유무 및 위치까지 진단할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

먼저, 본 발명이 이용하는 이중-에너지의 원리는 X선의 에너지 종속적 특성과 물질 종속적 특성에 의한 것이다.

에너지 종속적 특성이란 X-선 튜브의 에너지(kV)가 X-선 빔의 평균 에너지 수준을 결정하는데, kV 설정의 변경은 포톤(photon) 에너지를 변경하는 결과를 가져오고 이것이 스캔되어지는 물질들의 감쇄 정도를 변경하게 된다는 것을 의미한다.

그 결과, 80 kV를 사용하는 물체의 스캔은 140 kV를 사용하는 것과는 다른 감쇄(attenuation)를 갖는 것과 같이 X-선 흡수는 에너지 종속적이라고 할 수 있는 것이다.

물질 종속적 특성이란 이러한 X-선의 감쇄가 스캔되어지는 물질의 종류에 따라 달라진다는 것을 의미한다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 연조직(soft tissue), 뼈(bone), 아이오딘(Iodine) 등이 서로 다른 덩어리감쇄계수(mass attenuation coefficient)들을 보이므로 아이오딘(iodine)은 낮은 에너지에서도 그것의 최대 감쇄를 보이면서 높은 에너지에서는 낮은 에너지에서의 최대 감쇄 CT-값의 약 반의 값을 보인다. 반면, 뼈(bone)의 경우는 낮은 에너지 스캔의 감쇄를 높은 에너지 스캔의 감쇄와 비교했을 때, 감쇄 값이 아이오딘의 경우보다는 더 적게 변한다. 이와 같이 여러 조직을 포함하여 모든 물질들이 다른 에너지의 변화에 따라 다른 감쇄 정도를 보인다. 이러한 감쇄에서의 특정 물질간의 차이는 스캔되어지는 조직의 기본 화학 성분 분리를 쉽게 만들어준다.

그 결과, 본 발명과 같이 이중 에너지 원리를 이용하게 되면 서로 다른 에너지(kV) 수준들에서의 x선 감쇄(attenuation) 값들을 통해 복셀(voxel) 데이터의 분리(decomposition)를 가능하게 하므로, 물질 분리 알고리즘을 사용하여 각 복셀들을 연조직(soft tissue)과 조영제 부분으로 쉽게 분리시킬 수 있게 해 준다.

이와 같은 이중 에너지 원리를 이용하여 본 발명은 특히 간조직 CT영상을 정확하게 해석할 수 있다.

따라서, 본 발명의 이중에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법은 1차 스캔하는 단계, 2차 스캔하는 단계 및 차이를 비교하는 단계를 포함한다.

1차 스캔하는 단계는 조영제를 체내에 주입한 후 간을 타겟으로 일정 에너지 수준에서 제1촬영영상을 얻는 것이다.

조영제는 아이오딘(iodine)계열을 사용하는데 일단 조영제를 체내에 주사하여 조영제가 간조직에 퍼지기까지 기다린다. 조영제가 퍼진 십수초 후 동맥기에 간조직을 타겟으로 1차 스캔을 행한다.

이 때, 타겟이 된 간조직에 과혈관성 간세포암이 존재한다면 이 시점에 그 부분에 조영제가 모여 있게 된다. 이와 같이 조영제가 모여 있는 부분은 간세포암이 존재하는 부분이고 큰 감쇄계수를 보이므로 도 2에 도시된 바와 같이 하얀색으로 보인다. 이 때, 간조직 중 일부 조직 등도 하얀색을 동시에 보인다. 그 결과 1차 스캔에서 얻어진 제1촬영 영상에는 일정값 이상으로 추출된 그레이값을 통해 추출된 간조직들과 조영제분포부를 구별할 수 없게 되므로 제1촬영영상만으로는 간조직의 CT영상을 정확하게 해석할 수 없다.

다음으로, 2차 스캔은 1차 스캔과 동일한 조건에서 1차 스캔시 사용된 에너지 수준만 달리하여 간을 타겟으로 제2촬영영상을 얻는 것이다.

여기서, 2차 스캔은 1차 스캔 때와 다른 에너지(kV)를 사용하여야 하는데, 예를 들면 1차 스캔 때에 80kV 에너지를 사용하였다면 2차 스캔에서는 140 kV 등을 사용할 수 있다.

2차 스캔의 목적은 1차 스캔 후의 재구성 결과와 비교하기 위해서다. 1차 스캔 때에 조영제가 조직에 퍼진 상태를 스캔 하였는데, 2차 스캔에서도 1차 스캔에서와 같이 조영제를 주입하고 동맥기에 그것이 조직에 퍼진 상태를 스캔하여 제2촬영영상을 얻는다. 2차 스캔에서 스캔조건은 상술된 바와 같이 에너지 수준만 제외하면 1차 스캔에서의 상태와 거의 동일하여야 한다. 따라서, 간을 타겟으로 한 1차 스캔 및 2차 스캔이 동시에 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 차이를 비교하는 단계는 1차 스캔으로 얻어진 제1촬영영상과 상기 2차 스캔으로 얻어진 제2촬영영상에 나타나는 사용된 에너지 수준에 따른 물질의 감쇄 정도를 비교하는 것이다.

즉, 1차 스캔에서 얻어진 제1촬영영상과 2차 스캔에서 얻어진 제2촬영영상은 물질 종속적인(material dependent) X선 특성에 의해 조영제가 분포한 곳이 여타 구조들과 다른 대조도를 보이기 때문이다. 다시 말해 감쇄 정도가 큰 물질이 존재하는 일부 간조직은 조영제분포부와 마찬가지로 하얗게 보이지만, 1차 스캔과 2차 스캔시의 에너지 차에 따른 스캔 결과들인 제1촬영영상과 제2촬영영상을 비교하면 일부 간조직과 조영제분포부의 구별이 가능하다. 즉 간조직은 낮은 에너지 스캔의 감쇄를 높은 에너지 스캔의 감쇄와 비교했을 때, 감쇄 값이 조영제인 아이오딘의 경우보다는더 적게 변하기 때문이다. 따라서, 1차 스캔에서 일정값 이상으로 추출된 그레이값을 가지고 일부 간조직과 조영제분포부가 동시에 추출될 것이나, 2차 스캔 결과를 이용하면 조영제분포부를 구별해 낼 수 있는데, 조영제인 아이오딘은 2차의 고에너지 감쇄값을 1차의 저에너지 감쇄값과 비교할 때 절반 가까운 값을 보이기 때문이다.

이 점은 80kV 에너지 수준으로 스캔된 결과로서 얻어진 제1촬영영상의 모식도인 도 2 및 140 kV 에너지 수준으로 스캔된 결과로서 얻어진 제2촬영영상의 모식도인 도 3으로부터 더욱 분명한데, 보다 구체적으로 살펴본다.

먼저, 도2 및 도 3에 도시된 바와 같이 조영제인 아이오딘을 포함하여 큰 감쇄 계수 물질들이 존재하는 경우 CT 값이 수백대 이상의 값을 보이므로 80kV 에너지 수준(670HU, 296HU)뿐만 아니라 140 kV 에너지 수준(450HU, 144HU)에서도 모두 하얗게 보이는 부분이 2개 존재하는 것을 알 수 있다.

이 때, 80kV 에너지 수준에서 얻어진 제1촬영영상에서 일정 CT 값을 기준으로 삼아 먼저 일부 간조직과 아이오딘 분포부를 모두 선별해 낼 수 있다. 예를 들어 일정 기준 CT 값을 250으로 삼아 일부 간조직과 아이오딘을 먼저 선별해 내는 것이다. 그 후 이미 구별된 일부 간조직과 조영제인 아이오딘의 위치가 구별되어 확인되어 있는 상태이므로 고에너지 140kV 수준에서 얻어진 제2촬영영상에서는 CT 기준 값이 절반 가까이 보이는 곳(즉 144HU)이 아이오딘이 다수 존재하는 조영제분포부로 규정지을 수 있게 된다.

이와 같이 1차 스캔 및 2차 스캔 결과인 제1촬영영상과 제2촬영영상을 비교하면 물질의 감쇄 정도의 차이를 이용하여 조영제분포부가 일부 간조직과 구별되어 확인되므로 간조직 CT영상을 정확하게 해석할 수 있다. 그리고 이와 같이 조영제분포부가 구별되어 확인되면 타겟인 간조직에 과혈관성 간세포암이 발병했음을 극히 용이하게 진단할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 이중에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법은 1차스캔과 2차스캔이 동시에 이루어지는 것이 가장 바람직한데, 최근 개발된 DSCT(dual source CT)를 이용하게 되면 동시에 1차스캔과 2차스캔이 가능하다.

즉 DSCT는 두 개의 x-ray 튜브(tube)들과 두 개의 디텍터(detector) 장치들이 결합으로 구성된 CT로서 한 번 스캔으로 동시에 두 에너지 수준의 데이터 세트를 얻을 수 있도록 개발된 장치이기 때문이다.

이와 같이 DSCT를 통해 한 번의 스캔으로 얻은 저에너지와 고에너지의 두 에너지 데이터 세트로 스캔된 간조직의 각 결과영상을 상술된 바와 동일한 방법으로 해석하여 물질의 감쇄 정도의 차이를 이용하여 과혈관성 간세포암을 용이하게 진단할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 물질의 종류에 따른 감쇄율을 도시한 그래프,

도 2는 80kV 에너지 수준으로 스캔된 결과로서 얻어진 제1촬영영상의 모식도,

도 3은 140 kV 에너지 수준으로 스캔된 결과로서 얻어진 제2촬영영상의 모식도.

Claims

조영제를 체내에 주입한 후 간을 타겟으로 1차 스캔하는 단계;

상기 1차 스캔과 동일한 조건에서 X-선 튜브의 에너지(kV)만 상기 1차 스캔시 사용된 에너지(kV)를 기준으로 저에너지 수준 또는 고에너지 수준으로 설정하여 상기 간을 2차 스캔하는 단계; 및

상기 1차 스캔으로 얻어진 제1촬영영상과 상기 2차 스캔으로 얻어진 제2촬영영상에 나타나는 상기 사용된 에너지 수준에 따른 물질의 감쇄정도에 의한 차이를 비교하는 단계를 포함하는데,

상기 제1촬영영상에서 일정값 이상으로 추출된 그레이값을 통해 추출된 간조직들과 조영제분포부를 상기 제2촬영영상에 나타난 감쇄값을 통해 구별하고,

상기 조영제분포부가 구별되어 확인되면 과혈관성 간세포암으로 진단되는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법.
제 1 항에 있어서,

두 개의 X-선 튜브와 두 개의 디텍터장치가 결합되어 구성된 CT를 이용하여 상기 1차 스캔 및 상기 2차 스캔이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 1차 스캔 및 2차 스캔은 동맥기에 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 에너지 원리를 이용한 간조직 CT영상 해석방법.
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