KR101217867B1 - 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소동물의 내부 장기에 방사성분자체를 삽입하고, 양전자방출단층촬영기를 이용하여 방사성분자체에 대한 PET 영상을 획득하고, 이를 위상별로 분리한 분할 PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 상세하게 계측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 정밀하고 효과적으로 계측할 수 있다.
본 발명에 의하면, PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 정밀하고 효과적으로 계측할 수 있다.
Description
본 발명은 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소동물의 내부 장기에 방사성분자체를 삽입하고, 양전자방출단층촬영기를 이용하여 방사성분자체에 대한 PET 영상을 획득하고, 이를 위상별로 분리한 PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 상세하게 계측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 교육과학기술부, 한국연구재단, 한국원자력의학원의 방사선 기술개발 사업, 원자력 연구기반 확충사업, 일반 연구자 지원 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[과제관리번호: 20110002286, 연구과제명: 방사성 동위원소 이용 난치성 질환 진료 신기술 개발, 2011.03.01~2012.02.29]
[과제관리번호: 20110006293, 연구과제명: 통합된 PET/CT와 MRI 영상을 이용한 쥐 심근경색 모델의 평가기술개발, 2011.04.01~2012.03.01]
[과제관리번호: 20110012830, 연구과제명: 소동물 다중 심장영상 분석시스템 기반 기술 개발, 2011.05.01~2012.04.30]
양전자방출단층촬영기(Positron Emission Tomography : 이하에서는 'PET'라고 함)는 양전자를 방출하는 방사성동위원소를 사용하여 생체의 생물학적인 정보를 포함한 기능 영상을 제공하는 기기이다.
PET를 사용하여 실험용 백서와 같은 소동물을 영상화하는 연구가 여러 분야에서 진행되고 있다. 유전자 관련 연구분야에서 PET 영상을 사용하여 시간에 따른 유전자 변환수준, 발현 정도 등의 정량적인 정보를 비침습적으로 획득할 수 있으며, 종양 연구에서 종양의 발생, 확대 등의 다양한 연구 분야에서 PET가 사용되고 있다.
한편 종양의 PET 영상화시 사람이나 동물의 내부 장기의 움직임으로 인하여 종양의 번짐과 계수율 부족 현상이 발생한다. 내부 장기의 움직임으로 인하여 실제 종양의 크기보다 종양 병변의 크기가 왜곡될 수 있다. PET 영상으로 획득된 종양의 전체 계수는 동일하지만 움직임에 의하여 움직인 영역만큼 방사능 수치가 분산되어 평가되기 때문이다.
따라서 PET를 이용하여 사람이나 동물의 내부 장기에 위치하는 종양의 위치 및 크기를 계측할 때 내부 장기의 움직임으로 인한 악영향을 최소화하기 위하여 내부 장기의 움직임을 정확히 계측할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 방사성분자체를 사람이나 동물의 내부 장기에 부착하고, PET를 이용하여 획득한 PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 계측하는 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법으로서, (a) 양전자방출단층촬영기(Positron Emission Tomography, PET)를 이용하여 방사성분자체가 부착된 소동물의 내부 장기에 대한 PET 영상을 수집하는 단계; (b) 상기 소동물을 모니터링하여, 상기 소동물의 내부 장기의 박동주기를 획득하는 단계; (c) 상기 박동주기를 분할개수에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, 상기 PET 영상을 상기 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상을 생성하는 단계; (d) 상기 분할개수를 변환시켜 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 각각 수집하는 단계; 및 (e) 상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 단계; 및 (f) 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 내부 장기의 움직임 계측 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 방사성분자체가 부착된 소동물의 내부 장기에 대한 PET(Positron Emission Tomography) 영상을 수집하는 양전자방출단층촬영기; 상기 소동물을 모니터링하고, 상기 소동물의 내부 장기의 움직임 시간 주기인 박동주기를 획득하는 주기 모니터; 상기 박동주기를 분할개수에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, 상기 PET 영상을 상기 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상을 생성하되, 상기 분할개수를 변환시켜 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 각각 수집하는 위상 분리부; 상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 최적 선택부; 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 정보 획득부를 포함하는, 내부 장기의 움직임 계측 장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, PET 영상 데이터를 이용하여 내부 장기의 움직임을 정밀하고 효과적으로 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 방사성분자체가 부착된 부위의 움직임을 주기 모니터로 모니터링한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 폐 영역의 움직임 보정을 위해 심장과 호흡 움직임을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프.
도 4는 폐 영역의 움직임 보정을 위해 위상별로 분리된 PET 영상을 예시한 도면.
도 5는 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 계수값 및 신호대잡음비를 상호 비교한 그래프.
도 6은 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 수직방향 반치전폭과 수평방향 반치전폭을 나타낸 그래프.
도 7은 실제 기준 영상과 정적 영상 그리고 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상의 계수값을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 방사성분자체가 부착된 부위의 움직임을 주기 모니터로 모니터링한 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 폐 영역의 움직임 보정을 위해 심장과 호흡 움직임을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프.
도 4는 폐 영역의 움직임 보정을 위해 위상별로 분리된 PET 영상을 예시한 도면.
도 5는 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 계수값 및 신호대잡음비를 상호 비교한 그래프.
도 6은 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 수직방향 반치전폭과 수평방향 반치전폭을 나타낸 그래프.
도 7은 실제 기준 영상과 정적 영상 그리고 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상의 계수값을 비교한 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 장치는 주기 모니터(20), 위상 분리부(30), 최적 선택부(40), 및 정보 획득부(50)를 포함하며, 추가로 양전자방출단층촬영기(positron emission tomographt : PET, 10)를 포함할 수 있다.
PET(10)는 양전자를 방출하는 방사성동위원소를 사용하여 생체의 생물학적인 정보를 포함한 기능 영상을 제공하는 기기로서, 방사성분자체가 부착된 소동물의 내부 장기에 대한 PET 영상 데이터를 일정 시간 동안 수집한다.
PET는 생체내의 기능이나 대사 작용을 영상화하여 질병을 진단하는 장치이다. 양전자는 전자의 반입자로 전자와 만나면 쌍소멸하여 감마선을 내는 입자이다. 방사성 붕괴 시에 양전자를 방출하는 방사성 원소를 물질에 포함시켜 인체에 주입하면 방사성 원소가 붕괴할 때마다 양전자가 나와 주변의 전자와 쌍소멸하여 감마선을 발생시킨다. 양전자와 전자가 쌍소멸하여 감마선을 방출할 때는 항상 두 개의 감마선을 반대 방향으로 방출한다. 따라서 인체를 둘러싸고 있는 감마선 검출기 두 곳에서 감마선을 검출하면 양전자와 전자의 쌍소멸이 두 지점을 잇는 직선상에서 일어났다는 것을 알 수 있다. 서로 다른 감마선 검출기에서 여러 개의 감마선을 검출하여 선들을 연결하면 이 선들이 만나는 점에서 양전자가 발생하고 있다는 것을 알 수 있다.
PET는 양전자와 전자의 쌍소멸 시에 발생하는 감마선을 검출하는 수만 개의 광전관과 광전자 증폭 장치, 그리고 동시계수 회로, 데이터를 모아 공간 영상을 만들어내는 컴퓨터 시스템을 포함하여 이루어진다.
방사성분자체를 소동물의 내부 장기에 부착하는 과정은 다음과 같다.
소동물의 내부 장기 움직임 평가를 위하여 분자체에 방사성 의약품을 흡착시킨 방사성분자체를 플루로닉 F-127 하이드로젤로 코팅한 후 소동물 내부 장기의 첨부에 부착한다. 본 발명에서 방사성분자체는 움직임 평가의 대상이 되는 소동물 내부 장기의 다양한 부위에 부착될 수 있다.
주기 모니터(20)는 소동물의 움직임을 모니터링하여 방사성분자체가 부착된 부위 주변의 박동주기를 획득한다.
도 2는 방사성분자체가 부착된 부위의 움직임을 주기 모니터로 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
우선 주기 모니터(20)는 방사성분자체가 부착된 부위의 외부의 움직임을 모니터링함으로써 소동물 내부 장기의 대략적인 박동주기를 획득할 수 있다. 도 2의 그래프는 방사성분자체가 부착된 부위를 외부에서 모니터링한 결과로서 그래프를 분석하면 소동물 내부 장기의 박동주기를 획득할 수 있다.
한편 소동물은 그 내부에 여러 장기를 가지고 있기 때문에, 각 장기의 박동에 따라 다른 장기의 박동이 영향받을 수 있다. 이에 다음의 도 3처럼 여러 장기의 박동 상황을 고려하여 박동주기를 결정할 수도 있다.
도 3은 폐 영역의 움직임 보정을 위해 심장과 호흡 움직임을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
폐 영역 주변의 박동주기를 좀 더 정확히 계측하기 위해서는 폐의 움직임뿐 아니라 심장의 움직임도 고려해야 한다. 도 3(a)는 심장의 움직임에 대한 데이터이고, 도 3(b)는 호흡에 의한 폐의 움직임에 대한 데이터이다. 심장의 움직임과 호흡으로 인한 폐 움직임이 동기화된 영역, 즉 심장과 폐가 동시에 움직이는 시점을 박동주기로 하면 심장과 호흡의 움직임을 모두 고려할 수 있게 되며 이로써 PET 영상 데이터를 이용하여 폐 영역의 움직임을 분석할 때 정확성을 높일 수 있다.
이처럼 소동물 내부 장기의 움직임을 상세하게 분석하기 위해, 방사성분자체가 부착된 소동물 내부 장기의 외부뿐만 아니라 그 내부 장기의 움직임에 영향을 미치는 다른 내부 장기의 움직임도 고려해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우 서로 영향을 미치는 여러 부위의 움직임 주기를 동시에 측정한 후, 내부 장기들의 움직임이 일치하는 시간 간격을 박동주기로 결정할 수도 있다.
다시 도 1로 되돌아가 설명하도록 한다.
주기 모니터(20)를 통해 획득한 박동주기는 위상 분리부(30)로 제공된다.
위상 분리부(30)는 박동주기를 분할개수(N. 단, N은 2 이상의 정수)에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, PET 영상을 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상을 생성하되, 분할개수를 변환시켜 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 각각 수집한다.
이를 위해 위상 분리부(30)는 샘플링주기 결정부(31), 샘플링주기 변환부(32) 및 분할영상 생성부(33)를 포함한다.
샘플링주기 결정부(31)는 박동주기를 분할개수(N. 단, N은 2 이상의 정수)에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, 분할영상 생성부(33)는 PET 영상 데이터를 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상 데이터를 생성한다. 여기서, N은 박동주기를 분할하는 분할개수를 의미하며, 2 내지 16까지의 숫자가 되는 것이 바람직하다.
PET 영상 데이터는 일정 시간 동안 규칙적인 주기로 계측된 감마선 세기에 대한 데이터이다.
샘플링주기 결정부(31)는 우선 박동주기를 분할개수(N. 단, N은 2 이상의 정수)에 따라 복수 개의 위상 프레임으로 분할한다.
예를 들어, 분할개수 N이 2인 경우 샘플링주기 결정부(31)는 박동주기를 동일한 시간 간격을 가지는 2 개의 분할 구간으로 자르고, 분할개수 N이 4인 경우 위상 분리부(30)는 박동주기를 동일한 시간 간격을 가지는 4 개의 분할 구간으로 자르게 된다. 박동주기는 주기 모니터(20)를 통해 이미 획득된 값이므로, 위상 분리부(30)는 분할개수 N에 따른 각각의 시간 구간 간격인 샘플링주기를 알 수 있다.
그 후 샘플링주기 변환부(32)는 분할개수를 변환시키고, 분할영상 생성부(33)는 변환된 분할개수에 따른 분할 PET 영상 데이터를 각각 생성하여 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 수집한다.
만일 N이 2 내지 16까지의 숫자로 결정되면, 위상 분리부(30)의 분할영상 생성부(33)는 제2 분할 PET 영상 데이터, 제3 분할 PET 영상 데이터,....., 제15 분할 PET 영상 데이터, 제16 분할 PET 영상 데이터 등 총 15개의 분할 PET 영상 데이터를 생성한다.
제2 분할 PET 영상 데이터는 분할개수, 즉 위상 프레임 개수가 2이므로, 각 박동주기 내에서 2개의 위상에 대한 분리된 영상 데이터를 가지게 된다. 또한 제16 위상별 영상 데이터는 분할개수가 16이므로, 각 박동주기 내에서 16개의 위상에 대한 분리된 영상 데이터를 가지게 된다.
그리고 나서 최적 선택부(40)는 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정한다.
최적 분할개수를 선정하기 위해서는 카운트 계수, 신호대잡음비(signal to noise ratio : SNR), 및 반치전폭이 고려될 수 있다.
우선 최적 선택부(40)는 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터 중에서 카운트 계수 및 신호대잡음비를 상호 비교하여 카운트 계수 및 신호대잡음비가 가장 큰 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선택할 수 있다.
도 4는 폐 영역의 움직임 보정을 위해 위상별로 분리된 PET 영상을 예시한 도면이다.
도 4(a)는 붉은 화살표 영역에 대한 정적 영상을 나타내고, 도 4(b)는 붉은 화살표 영역에 대하여 위상별로 분리된 영상을 나타낸다.
도 5는 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 계수값 및 신호대잡음비를 상호비교한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 정적 영상은 충분한 계수값(count)으로 인해 높은 SNR을 보이지만, 제2 내지 제n 분할 PET 영상에 비하여 계수값(count)이 떨어짐을 알 수 있다. 위상별로 분리된 분할 PET 영상은 전체 계수값의 분산과 손실에 기인한 높은 노이즈와 SNR의 감소를 보이지만, 정적 영상에 비해 전체적으로 높은 계수값을 가짐을 알 수 있으며, 특히 분할개수가 8(bin) 이상에서 높은 계수값을 가짐을 알 수 있다. SNR과 계수값 모두를 비교하였을 때, 분할 PET 영상은 분할개수 8에서 높은 계수값과 높은 SNR을 유지하고 있다.
도 6은 정적 영상 및 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 수직방향 반치전폭과 수평방향 반치전폭을 나타낸 그래프이다.
실제 정적 영상과 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 차이를 확인하기 위하여 수직방향과 수평방향에 대하여 프로파일을 설정하고 각 화소 위치에서의 계수값을 획득하여 정적 영상의 움직임 정도와 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서의 움직임 정도를 반치전폭(full width at half maximum : FWHM)(mm)으로 분석하였다.
도 6을 참조하면, 정적 영상과 비교할 때 제2 내지 제n 분할 PET 영상에서 수직방향 및 수평방향으로 모두 반치전폭이 향상됨을 확인할 수 있다.
한편, 분할개수의 증가에 따라서 수평방향의 반치전폭은 지속적으로 향상됨을 확인할 수 있다. 그러나 움직임에 대한 영향으로 위상 프레임 개수를 증가시킴에도 불구하고 수직방향의 반치전폭은 향상되지 않음을 알 수 있다. 즉 수직방향의 움직임의 영향이 수평방향의 움직임의 영향보다 큼을 알 수 있다.
움직임의 영향을 많이 받는 수직방향의 반치전폭에서도 도 6에서와 같이 분할개수가 8인 곳에서 반치전폭이 가장 작은 값으로 국소화됨을 확인할 수 있다.
도 7은 실제 기준 영상과 정적 영상 그리고 분할개수에 따라 분할된 제2 내지 제n 분할 PET 영상의 계수값을 비교한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 기준 영상에 비해 정적 영상은 많은 부분에서 번짐이 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 제2 내지 제n 분할 PET 영상은 기준 영상으로 근접함을 확인할 수 있다. 따라서, 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 획득하는 것은 폐 영역의 종양 국소화를 향상시킬 수 있으며, 본 실험에서는 최적 분할개수가 8이 가장 적합함을 확인할 수 있다.
본 실험은 폐 영역에서의 실험 결과를 분석한 것으로서, 폐 영역이 아닌 다른 내부 장기에서 실험할 경우 박동주기의 상이함 및 움직임의 영향이 큰 방향에 따라서 최적 분할개수의 결과가 달리 나올 수 있다.
본 발명은 방사성분자체를 내부 장기의 어떠한 부위에 부착하더라도, 박동주기를 획득하고, 분할개수에 따른 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 생성하고, 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 상호 비교함으로써 최적 분할개수를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명은 각각의 내부 장기의 움직임 특성에 따른 최적 분할개수를 획득할 수 있으며, 획득한 최적 분할개수를 이용해 내부 장기의 움직임을 정밀하고 효과적으로 계측할 수 있다.
다시 도 1로 되돌아가 설명하도록 한다.
정보 획득부(50)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득한다.
정보 획득부(50)는 위치 계측부(51), 차이 계측부(52) 및 움직임 획득부(53)를 포함할 수 있다.
위치 계측부(51)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 방사성분자체의 위치를 계측한다.
그리고 차이 계측부(52)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 계측된 방사성분자체의 위치에서 전후 샘플링주기 간에서의 방사성분자체의 위치 차이를 계측한다.
마지막으로 움직임 획득부(53)는 계측된 전후 샘플링주기 간에서의 방사성분자체의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득한다.
상기 과정을 통하여 정보 획득부(50)는 각 시간별로 소동물의 내부 장기가 어떻게 운동하고 있는지를 나타내는 움직임 데이터를 상세하게 획득할 수 있다.
이하에서는 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 시스템과 본질적으로 동일하므로, 상세한 설명 및 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 방사성분자체 및 양전자방출단층촬영기를 이용한 내부 장기의 움직임 계측 방법을 나타낸 흐름도이다.
우선, 위상 분리부(30)는, 양전자방출단층촬영기(Positron Emission Tomography, PET, 10)로부터 방사성분자체가 부착된 소동물의 내부 장기에 대한 PET 영상 데이터를 수신하여 수집한다(S10).
그리고 주기 모니터(20)는 소동물을 모니터링하여, 상기 소동물의 내부 장기의 박동주기를 획득한다(S20). 획득된 박동주기는 위상 분리부(30)로 제공된다.
전술한 것처럼, 소동물 내부 장기의 움직임을 상세하게 분석하기 위해, 방사성분자체가 부착된 소동물 내부 장기의 외부뿐만 아니라 그 내부 장기의 움직임에 영향을 미치는 다른 내부 장기의 움직임도 고려해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 주기 모니터(20)는 서로 영향을 미치는 여러 부위의 움직임 주기를 동시에 측정한 후, 내부 장기들의 움직임이 일치하는 시간 간격을 박동주기로 결정할 수도 있다.
위상 분리부(30)는 박동주기를 분할개수(N. 단, N은 2 이상의 정수)에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고(S30), PET 영상 데이터를 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상 데이터를 생성한다(S40). 여기서, N은 박동주기를 분할하는 분할개수를 의미하며, 2 내지 16까지의 숫자가 되는 것이 바람직하다.
그리고 나서 위상 분리부(30)는 분할개수를 변환시키면서 분할 PET 영상 데이터를 각각 생성하여, 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 각각 생성한다(S50). 예를 들어, N이 2 내지 16까지의 숫자로 결정되면, 위상 분리부(30)는 제2 분할 PET 영상 데이터, 제3 분할 PET 영상 데이터,....., 제15 분할 PET 영상 데이터, 제16 분할 PET 영상 데이터 등 총 15개의 분할 PET 영상 데이터를 생성한다.
최적 선택부(40)는 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상 데이터의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정한다(S60). 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터와 선정된 최적 분할개수는 정보 획득부(50)로 제공된다.
한편, 최적 분할개수를 선정하기 위해서는 카운트 계수, 신호대잡음비(signal to noise ratio : SNR), 및 반치전폭이 고려될 수 있다.
S60 단계에서, 최적 선택부(40)는 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터 중에서 계수값 및 신호대잡음비를 상호 비교하여 계수값 및 신호대잡음비가 가장 큰 분할 PET 영상 데이터의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정할 수 있다.
한편, S60 단계에서, 최적 선택부(40)는 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터 중에서 수직방향의 반치전폭이 가장 작은 분할 PET 영상 데이터의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정할 수도 있다.
최적 분할개수가 선정되면, 정보 획득부(50)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상 데이터에서 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득한다(S70).
S70 단계를 상세히 설명하면 다음과 같다.
정보 획득부(50)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 방사성분자체의 위치를 계측한다. 그리고 나서, 정보 획득부(50)는 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 계측된 방사성분자체의 위치에서 전후 샘플링주기 간의 방사성분자체의 위치 차이를 계측한 후, 계측된 전후 샘플링주기 간의 방사성분자체의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득한다.
전술한 것처럼, 본 발명은 방사성분자체를 내부 장기의 어떠한 부위에 부착하더라도 생성한 제2 내지 제n 분할 PET 영상 데이터를 상호 비교함으로써 최적 분할개수를 획득할 수 있다. 즉, 본 발명은 각각의 내부 장기의 움직임 특성에 따른 최적 분할개수를 획득할 수 있으며, 그 최적 분할개수를 이용해 각 내부 장기의 움직임을 정밀하고 효과적으로 계측할 수 있다.
본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, PET 30, 위상 분리부
40, 최적 선택부 50, 정보 획득부
20, 주기 모니터 51, 위치 계측부
52, 차이 계측부 53, 움직임 획득부
40, 최적 선택부 50, 정보 획득부
20, 주기 모니터 51, 위치 계측부
52, 차이 계측부 53, 움직임 획득부
Claims (8)
- (a) 방사성분자체가 부착된 소동물의 내부 장기에 대한 PET 영상을 양전자방출단층촬영기(Positron Emission Tomography, PET)로부터 수집하는 단계;
(b) 상기 소동물을 모니터링하여, 상기 소동물의 내부 장기의 박동주기를 획득하는 단계;
(c) 상기 박동주기를 분할개수에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, 상기 PET 영상을 상기 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상을 생성하는 단계;
(d) 상기 분할개수를 변환시키면서 상기 분할 PET 영상을 생성하여, 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 각각 수집하는 단계;
(e) 상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 단계; 및
(f) 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 내부 장기의 움직임 계측 방법. - 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 중에서 계수값 및 신호대잡음비를 상호 비교하여 계수값 및 신호대잡음비가 가장 큰 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 것을 특징으로 하는, 내부 장기의 움직임 계측 방법. - 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 중에서 수직방향의 반치전폭이 가장 작은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 것을 특징으로 하는, 내부 장기의 움직임 계측 방법. - 제1항에 있어서, 상기 (f) 단계는,
(f1) 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 상기 방사성분자체의 위치를 계측하는 단계;
(f2) 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 계측된 상기 방사성분자체의 위치에서 전후 샘플링주기 간의 상기 방사성분자체의 위치 차이를 계측하는 단계; 및
(f3) 상기 계측된 전후 샘플링주기 간의 상기 방사성분자체의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내부 장치의 움직임 계측 방법. - 방사성분자체가 부착된 소동물을 모니터링하고, 상기 소동물의 내부 장기의 움직임 시간 주기인 박동주기를 획득하는 주기 모니터;
양전자방출단층촬영기로부터 상기 소동물의 내부 장기에 대한 PET(Positron Emission Tomography) 영상을 수집하고, 상기 박동주기를 분할개수에 따라 분할하여 샘플링주기를 결정하고, 상기 PET 영상을 상기 샘플링주기로 샘플링한 분할 PET 영상을 생성하되, 상기 분할개수를 변환시켜 서로 샘플링주기가 상이한 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 각각 수집하는 위상 분리부;
상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상을 상호 비교하여 민감도가 제일 높은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선정하는 최적 선택부; 및
상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 간의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 정보 획득부를 포함하는, 내부 장기의 움직임 계측 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 최적 선택부는,
상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 중에서 계수값 및 신호대잡음비를 상호 비교하여 계수값 및 신호대잡음비가 가장 큰 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선택하는 것을 특징으로 하는, 내부 장기의 움직임 계측 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 최적 선택부는,
상기 수집된 제2 내지 제n 분할 PET 영상 중에서 수직방향의 반치전폭이 가장 작은 분할 PET 영상의 샘플링주기에 대응하는 분할개수를 최적 분할개수로 선택하는 것을 특징으로 하는, 내부 장기의 움직임 계측 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 정보 획득부는,
상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기를 가지는 분할 PET 영상에서 상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 상기 방사성분자체의 위치를 계측하는 위치 계측부;
상기 최적 분할개수에 대응하는 샘플링주기 별로 계측된 상기 방사성분자체의 위치에서 전후 샘플링주기 간에서의 상기 방사성분자체의 위치 차이를 계측하는 차이 계측부; 및
(e3) 상기 계측된 전후 샘플링주기 간에서의 상기 방사성분자체의 위치 차이를 기초로 소동물의 내부 장기의 움직임 데이터를 획득하는 움직임 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내부 장치의 움직임 계측 시스템.
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