KR101392132B1 - Ｍｒｉ-ｐｅｔ-ｃｔ 하이브리드 이미징 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
생체 조직에 대한 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 모두 포함하는 영상을 제공하기 위한 이미징 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 이미징 시스템은, 제1 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 획득하기 위한 제1 스캐너, 제1 해부학적 정보와는 상이한 해상도를 갖는 제2 해부학적 정보를 획득하기 위한 제2 스캐너 및 상기 제1 스캐너 및 제2 스캐너 사이에서 이동가능하고 상기 피검사체를 지지하기 위한 이동 테이블을 포함한다. 상기 제1 스캐너는, 제1 해부학적 정보를 획득하기 위한 수단과 분자적 및 기능적 정보를 획득하기 위한 수단이 일체형으로 형성되어 이루어진다.
양전자방출단층촬영기술(PET), 컴퓨터단층촬영기술(CT), 자기공명영상촬영기술(MRI), 자기장 쉴드, 영상 융합, 해부학적 정보, 기능적 정보, 분자적 정보
Description
본 발명은 생체 조직에 대한 정보를 포함하는 영상을 비침습적으로 획득하기 위한 이미징(imaging) 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 양전자방출단층촬영기술(Positron Emission Tomography: PET), 컴퓨터단층촬영기술(Computed Tomography: CT) 및 자기공명영상촬영기술(Magnetic Resonance Imaging: MRI)을 통합하여, 인체 조직 내부의 기능적, 분자적 정보뿐만 아니라 해부학적 정보도 포함하는 고해상도 영상을 제공할 수 있는 통합 이미징 시스템 및 방법에 관한 것이다.
환자의 진단을 위해 사용되는 의료 영상은 일반적으로 크게 구조적인 영상과 기능적인 영상으로 분류된다. 구조적인 영상은 인체의 구조 및 해부학적 영상을 의미하고, 기능적인 영상은 인체의 인지, 감각기능 등에 대한 기능 정보를 직접 또는 간접적인 방법으로 영상화하는 것이다. 구조 영상 기술에는 CT, MRI 등이 있고, 인체의 생리적/생화학적 작용을 관찰하여 기능 정보를 영상화하는 기술로서는 PET가 널리 사용되고 있다.
PET는 비침습적으로 인체 기능을 계량화하는 강력한 생물학적 영상 도구로 서, 방사성 활성을 갖는 양전자 방출 동위원소로 표지된 생물학적 탐지자(probe) 분자를 체내에 주입한 후, 방사능의 분포를 단층촬영으로 재구성하여 영상화하여 인체의 각 장기 내의 생리적, 생화학적인 반응을 정량화할 수 있다. PET에 의해 제공되는 뇌, 장기 등의 인체 구조에 대한 기능적/분자학적 정보는 질병의 병인 연구, 진단 예후 판정 및 항암 치료 후 경과 관찰 등에 유용하게 이용할 수 있다. 그러나, PET에 의해 획득된 영상은 MRI나 CT 등에 의해 얻어진 영상에 비해 해부학적인 해상도가 떨어지기 때문에 병변 부위에 대한 정확한 해부학적 위치나 주위 장기와의 관계 등을 규명하는데 어려운 단점이 있다. 또한, PET에서 정확한 정량적 결과를 얻기 위해서는 무엇보다도 정확한 감마선 감쇄보정이 필요하고 이를 위해선 정확한 감쇄 정수의 계산이 요구되지만, 핵종을 이용하여 투과(transmission) 촬영한 영상의 해상도와 감도가 낮은 경우에는 정확한 감쇄정수를 추출할 수 없기 때문에 PET 영상의 정확도가 떨어질 수 밖에 없다.
CT는 X-선과 컴퓨터를 이용하여 인체의 구조를 단면으로 재구성해 내는 진단용 검사장비의 일종으로, 인체 장기의 해부학적 변화를 비교적 쉽고 정확하게 반영하기 때문에 병소의 위치와 형태를 관찰하는데 좋은 검사방법이지만, 병소의 특성 평가와 조기 진단이 어렵고, 치료 후 병소 변화에 대한 평가도 어려운 단점이 제기되어 왔다. 또한, 환자가 방사선에 노출된다는 점과, 혈관을 촬영하거나 조직의 특성을 파악하기 위해 종종 사용되는 조영제라는 약물이 신부전 환자나 약물 과민반응 환자에게 위험할 수 있다는 점도 CT의 단점으로 지적되고 있다.
현재 해부학적 영상으로 임상 및 연구에서 가장 많이 활용되고 있는 MRI는, CT와는 달리 핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 원리를 이용하여 인체의 해부학적 변화를 감지하기 때문에, 방사선에 노출되지 않아 인체에 무해하며 다른 영상 장비에 비해 고해상도의 해부학적인 정보를 얻을 수 있다. 이 때문에, MRI는 근육과 인대, 뇌 신경계, 종양 등 연부조직을 촬영하는데 상당히 유용하며 최근에는 유방암, 간암, 난소암, 자궁경부암 등 연부조직 암의 범위를 파악하는 데에도 널리 활용되고 있으나, 앞서 언급한 바와 같이, MRI는 해부학적 영상을 제공하는 영상 기기이기 때문에, PET을 통해 얻을 수 있는 것과 같은 직접적인 분자학적/기능적 정보는 제공하지 않는다.
이상 살펴본 바와 같은 PET, CT, MRI의 특성을 감안하여, 본 기술분야에서는 이들 PET, CT 및 MRI의 장점을 결합하기 위한 시도가 있어 왔다. 예컨대, 신체의 대사활동 이상 여부를 검사하는 기존의 PET와 몸의 구조적 이상 유무를 검사하는 CT를 접목시켜 PET의 기능적/분자학적 정보와 CT의 해부학적 정보를 동시에 얻음으로써 기존의 PET보다 진단의 정확성을 증가시킨 PET-CT 시스템이 개발되었으며, 보다 고해상도의 해부학적 정보를 얻으면서 CT가 가지고 있는 인체의 유해성을 극복하기 위해 PET-CT에서 CT를 MRI로 대체한 PET 및 MRI 시스템도 개발되고 있다.
특히, 발명이 명칭이 "PET-MRI 하이브리드 시스템"인 특허출원 제2006-0051013호(출원일: 2005년 9월 5일, 우선일: 2004년 9월 6일)에는 PET, CT, MRI를 결합한 PET/CT-MRI 영상 하이브리드 시스템이 개시되어 있다. 종래의 PET/CT-MRI 시스템은, 기존의 PET 및 MRI 시스템에 CT를 추가한 형태로서, PET와 MRI로부터 기능적 및 해부학적 정보를 동시에 획득하는 것이 가능하다. 이 PET/CT-MRI 영상 시스템은, MRI 스캐너, RF 쉴드(RF shield), PET/CT 스캐너, 환자 받침대, 이송 레일 및 영상 프로세서를 포함한다. 이 영상 시스템에서는, 자장에 손상되기 쉬운 PET를 MRI 스캐너로부터의 자기장으로부터 보호하기 위하여, MRI 스캐너와 PET/CT 스캐너를 상당 거리를 두고 배치하고 그 사이에 RF 쉴드를 형성하고 있다. 환자를 지지하는 받침대는, MRI 스캐너와 PET/CT 사이에 놓인 이송 레일을 따라 MRI 스캐너 및 PET/CT 스캐너 방향으로 순차적으로 이송되며, 이에 따라 각 스캐너로부터의 영상이 차례로 획득된다.
그러나, 종래의 PET/CT-MRI 시스템에서는, 차폐를 위해 공간적으로 분리된 MRI 스캐너와 PET/CT 스캐너 사이에서 이동 테이블이 이송 레일을 따라 빈번하게 이송되어야 하며, 이로 인해 MRI 스캐너와 PET/CT 스캐너를 통해 얻은 정보가 시공간적으로 정확하게 일치되지 않음으로써 영상 융합 결합이 어렵게 될 수 있다고 하는 단점이 있다. 즉, 종래의 시스템에서는, 이송 레일을 따라 환자를 MRI 스캐너와 PET/CT 스캐너 사이에서 이송시킬 때 각 스캐너에서 피검사체에 대해 정확히 동일한 좌표를 유지하기 어려울 뿐만 아니라, MRI 및 PET/CT에서의 영상이 서로 다른 장소(상이한 환경/조건) 및 시간(그 시간 동안 대사 변화가 가능함)에서 얻어짐으로써, 검사 조건들이 변하고 그에 따라 두 영상 사이에 불일치가 발생할 여지가 상존한다. 따라서, 매우 정확한 기능적/분자적 영상 정보와 고해상도의 해부학적 영상을 제공할 뿐만 아니라, 이들 영상이 동일한 환경에서 시간적/공간적으로 최적으로 동기화되도록 하여 영상 융합을 보다 향상시킬 수 있는 영상 시스템이 요구된다.
본 발명의 목적은, 인체 조직의 해부학적 정보 및 분자적 정보가 단일 영상 내에서 시간적/공간적으로 최적으로 동기화되도록 하는 PET-CT-MRI 하이브리드 이미징 시스템 및 그것을 구현하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, CT로부터의 정보를 이용하여 PET 영상에 대한 정확한 감쇄 보정을 수행하여 융합되는 PET 영상의 정량적인 면에서의 정확도를 향상시킬 수 있고, MRI 영상의 공간적 왜곡 현상을 교정할 수 있도록 하는 PET-CT-MRI 하이브리드 이미징 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피검사체에 대한 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 영상을 제공하기 위한 이미징 시스템이 제공되는데, 이 시스템은, 제1 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 제1 정보를 획득하기 위한 제1 스캐너, 상기 제1 해부학적 정보와는 상이한 해상도를 갖는 제2 해부학적 정보를 포함하는 제2 정보를 획득하기 위한 제2 스캐너 및 상기 제1 스캐너 및 제2 스캐너 사이에서 이동가능하고 상기 피검사체를 지지하기 위한 이동 테이블을 포함하고, 상기 제1 스캐너는, 상기 제1 해부학적 정보를 획득하기 위한 수단과 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하기 위한 수단이 일체형으로 형성되어 이루어진다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 피검사체에 대한 해부학적 정보, 분 자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 영상을 제공하기 위한 방법이 제공되는데, 이 방법은, 상기 피검사체를 제1 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 획득하는 제1 스캐너로 이동시키는 단계, 상기 제1 스캐너를 외부 RF 필드로부터 보호하는 단계, 상기 제1 스캐너에서 상기 제1 해부학적 정보, 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하는 단계, 상기 피검사체를 상기 제1 해부학적 정보와는 상이한 해상도를 갖는 제2 해부학적 정보를 획득하는 제2 스캐너로 이동시키는 단계 및 상기 제2 스캐너에서 상기 제2 해부학적 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템은 다음과 같은 다양한 효과를 갖는다.
(1) 해부학적 정보와 분자적 기능 정보가 보다 완벽히 동기화된 융합 영상의 제공
본 발명의 시스템은 MRI와 PET을 일체형으로 구성하고 있기 때문에, 고해상도의 MRI 영상과 분자적 기능 정보를 제공하는 PET 영상이 시공간적으로 최적으로 동기화된 융합 영상을 제공할 수 있다.
(2) PET 영상의 정량적 정확도 증가
앞서 설명된 바와 같이, 뼈와 같은 단단한 물질에 대한 컨트라스트(contrast)가 의료 영상 기기 중에 가장 우수한 CT 영상으로부터 정확한 감쇄정수를 추출하고 이 감쇄정수를 이용하여 PET 영상에 대한 정확한 감쇄 보정을 수행할 수 있게 됨으로써, 융합되는 PET 영상의 정량적인 면에서의 정확도를 향상시킬 수 있다.
(3) MRI 영상의 공간적 왜곡 현상 교정
MRI는 공간적인 정보를 MRI 내의 경사자장에 의해서 구분하도록 설계되어 있다. 그러나, 이 공간적인 정보는 MRI 내의 자기장의 균일도에 의존하여 왜곡되기 쉽다. 더욱이, 이 왜곡의 정도는 고자장으로 갈수록 더욱 심각해지며, MRI에 사용되는 펄스 시퀀스나 파라미터에 따라서도 크게 좌우되기 때문에, 아무리 물리적으로 MRI와 PET 시스템을 잘 일치시키더라도 MRI 정보의 왜곡이 발생하면 두 영상은 공간적인 위치가 어긋날 수 있다. 이를 보정하기 위해서는 정확한 기준 영상이 필요한데 PET 영상은 그 해상도가 MRI 영상과는 크게 다르기 때문에, 두 영상 간에는 이미 해상도의 차이에 따른 커다란 오차가 존재하게 된다. 따라서, 이러한 오차가 거의 없는 CT 영상을 기준 영상으로 이용하면 왜곡이 없는 고해상도의 정확한 공간적인 정보를 얻을 수 있다.
(4) CT에서 얻는 추가적인 정보
그 밖에도, 임상적인 측면에서 볼 때 CT가 일체형 PET 및 MRI 시스템에 결합되면 영상의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 동일한 시스템으로 결합된다는 것은 결국 PET, MRI 및 CT 각각의 영상들이 모두 동일한 좌표계를 공유하게 됨을 의미한다. 일반적으로, MRI는 연조직(soft tissue) 간의 구분을 하는데 매우 적합한 반면, CT는 뼈 등의 경조직(hard tissue)과 연조직과 같은 밀도 차이가 있는 조직의 구별에 매우 적합하다. 예컨대, 종양에 의해서 발생되는 석회화(calcification) 같은 경우, CT 에 의한 정보가 매우 중요한 역할을 한다. 따라서, PET이나 MRI에서는 얻지 못하는 추가적인 정보를 CT에 의해 얻을 수 있게 됨으로써, 우수한 임상 성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 상술한 목적 및 그 밖의 목적, 장점 및 특징들은 본 발명의 특정 실시예들을 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 개시되는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 1b은 본 발명의 실시예에 따른 MRI-PET-CT 하이브리드 이미징 시스템을 나타낸다. 도 1a는 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템의 일 실시예의 측면도이고, 도 1b은 일 실시예의 정면도를 나타낸다. 본 실시예에서, 시스템(100)은 PET 및 MRI 스캐너(110), CT 스캐너(120) 및 이동 테이블(130)을 포함한다. PET 및 MRI 스캐너(110)는 PET과 MRI가 일체형으로 구성되어 이루어지며, CT 스캐너(120)는 PET 및 MRI 스캐너(110)에 근접하여 배치된다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 이동 테이블(130)은 CT 스캐너(120)를 거쳐 PET 및 MRI 스캐너(110)에 연결되도록 구성될 수 있으나, 이와는 달리 PET 및 MRI 스캐너(110)를 거쳐 CT 스캐너(120)에 연결될 수도 있다. 도 1b는 후자의 경우로서 이동 테이블(130)이 PET 및 MRI 스캐너(110)를 통과하여 CT 스캐너(120)에 연결되는 구성을 나타낸다.
PET 및 MRI 스캐너(110)는, 인체조직에 대한 기능적 영상뿐만 고해상도의 다양한 해부학적 정보를 제공하기 위하여 양전자를 방출하는 방사선 핵종을 이용하는 PET와 고주파 자기장을 이용하는 MRI를 일체형으로 결합한 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, PET 및 MRI 스캐너(110)는 MRI용 자기 경사 코일(magnet and gradient coil: 140), RF 코일(150) 및 PET용 비자성 검출기(non-magnetic detector: 160)을 포함한다. MRI는 자기 경사 코일을 이용하여 생성되는 자기장을 이용하여 인체 내부의 수소 원자핵을 공명시키고, 이를 통해 그 원자핵의 분포와 원자핵을 함유하는 조직의 고유한 물리적/화학적 변화를 영상화하기 때문에, 자장에 영향을 받기 쉬운 PET를 MRI와 일체형으로 결합한 경우에는 PET의 정상 동작을 보장하기 어렵게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 PET 및 MRI 스캐너(110)에서는, PET의 검출기에서 자장에 영향을 많이 받는 소자인 PMT(Photo-Multiplier Tube) 부분을 APD(Avalanche Photo-Diode)와 같이 자장에 영향을 받지 않는 소자로 대체시킨 비자성 PET 검출기(160)를 이용한다.
CT 스캐너(120)는, X-레이를 이용하여 이동 테이블(130) 상에 놓인 환자의 신체를 중심으로 다양한 각도에서 X선 흡수량의 미세한 변화를 기록하고 이들을 조합하여 영상을 재구성한다.
이동 테이블(130)은 환자를 지지하며 PET 및 MRI 스캐너(110)와 CT 스캐너(120) 사이에서 이동 가능하다. 이동 테이블(130)은, 예컨대 로울러 등을 포함하는 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 구동되어 양 스캐너 사이에서 환자에 대해 동일 좌표가 유지되는 방식으로 이동될 수 있다.
PET와 MRI가 PET 및 MRI 스캐너(110) 내에서 일체형으로 결합되어 있기 때문에, PET 및 MRI 스캐너(110)에 의하면 시간적/공간적으로 정확히 일치하는 PET 및 MRI 영상을 얻을 수 있으며, 또한 PET 및 MRI 스캐너(110)와 CT 스캐너(120)가 근접하여 배치되기 때문에, 이동 테이블(130)이 양 스캐너 사이에서 이동되는 경우 양 스캐너의 영상 획득 원점도 상당히 정확하게 유지될 수 있다.
PET 및 MRI 스캐너(110) 내의 MRI가 능동 차폐(active shielding) 기능을 가지고 있어 자기장이 누설되는 것을 방지할 수 있는 경우에는, 도 1a에 도시된 바와 같이 CT(120)와 PET 및 MRI 스캐너(110)를 소정 거리(?d)를 두고 배치한다. 소정 거리(?d)는 능동 차폐의 성능과 자장의 세기에 따라 결정될 수 있다. 이와 달리, PET 및 MRI 스캐너(110)의 MRI가 능동 차폐 기능이 없어 소정의 이격 거리만으로는 자장 차폐가 어려운 경우에는, MRI 자장으로부터 CT 스캐너(120)를 보호하기 위하여 CT 스캐너(120)와 PET 및 MRI 스캐너(110) 사이에 별도의 자장 쉴드를 설치할 수도 있다.
도 2는, PET 및 MRI(210)와 CT 스캐너(220) 사이에 자기장 쉴드(240)를 설치한 시스템(200)을 도시한다. PET 및 MRI 스캐너(210) 내의 MRI 블록이 외부 또는 CT 스캐너로부터의 RF 필드에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위해 PET 및 MRI 스캐너(210)와 CT 스캐너(220) 사이에 추가적인 RF 쉴드(도시되지 않음)를 배치할 수도 있다. 자기장 쉴드(240) 및 RF 쉴드는, 이동 테이블(230)이 통과하는 경우에만 열리도록 구성된 개폐 가능한 셔터(250)를 포함할 수 있다. 대안적으로, RF 쉴드를 배치하는 대신, CT 스캐너(220) 또는 PET 및 MRI 스캐너(210)의 전원 공급을 제어함으로써 RF 차폐를 구현할 수도 있다. 예를 들면, PET 및 MRI 스캐너(210)에서 MRI 촬영이 이루어지는 동안에는 CT 스캐너(220)의 전원을 차단시켜 CT 내부의 전자회로로부터의 RF 신호 방출을 원천적으로 봉쇄하고, MRI 촬영이 완료된 직후 CT 촬영을 행하는 경우에만 CT 스캐너(220)의 전원을 인가하고 PET 및 MRI 스캐너(210)의 전원을 차단함으로써, CT 스캐너(220)로부터 방출된 RF 신호가 MRI 동작에 방해를 주거나 또는 PET 및 MRI 스캐너(210)로부터의 자장이 CT 스캐너(220)에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 이미징 시스템(100, 200)은 푸리에 변환(Fourier Transformation) 및 3차원 재구성과 같은, PET 영상, MRI 영상 및 CT 영상을 융합하는데 필요한 알고리즘을 수행하는 영상 처리 수단을 포함한다. 상기 알고리즘은 또한, MRI 및 PET 영상을 결합하는데 필요한 기하학적 에러 조정(error calibration) 및 정정(correction)과 같은 다양한 수학적 변환을 포함한다. 영상 처리 수단은, CT 스캐너(120, 220)로부터 얻어진 영상으로부터 PET의 감마선에 대한 정확한 감쇄정수를 추출하고, 이를 이용하여 PET 영상에 대한 정확한 감쇄 보정을 수행할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, PET에서의 정확한 정량적 결과물을 얻기 위해서는 무엇보다 정확한 감쇄보정이 필요하고 이를 위해선 정확한 감쇄정수의 계산이 요구된다. 그러나, 기존 PET 시스템은 Ge-68이나 Cs-137등과 같은 핵종을 이용하여 촬영된 투과 촬영 영상을 통해서 감쇄정수를 구하지만, 그와 같은 영상은 그 해상도뿐만 아니라 감도가 매우 낮기 때문에 정확한 감쇄정수를 추출할 수가 없다. 최근에는 PET의 산란보정을 감쇄정보를 근거로 하여 수행하고 있다는 점에서 감쇄정수의 추출의 정확성이 더욱 중요시 되고 있다. CT 스캐너(120, 220)는, 뼈에 대한 컨트라스트(contrast)가 의료 영상 기기 중에 가장 우수하고, 영상을 높은 해상도로 얻을 수가 있기 때문에, 분자학적 영상의 해부학적 위치를 얻기 위해 사용되는 것뿐만 아니라, 뼈와 같은 단단한 물질의 감쇄정수를 정확하게 추출하는데 이용될 수 있다. 따라서, 영상 처리 수단은, CT 영상으로부터 정확한 감쇄정수를 추출하고 이를 이용하여 PET 영상에 대한 정확한 감쇄 보정을 수행함으로써, 융합되는 PET 영상의 정량적 정확도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 3은, 본 발명에 따른 RF 쉴드를 구비한 예시적인 MRI-PET-CT 하이브리드 이미징 시스템에서 융합 영상을 제공하는 방법의 흐름도이다. 먼저, 상기 방법은 단계(310)에서 PET 및 MRI 영상을 획득하기에 앞서 PET 및 MRI 스캐너(110, 210)을 RF 차폐하는 것으로 시작한다. 이 단계에서, 환자는 이동 테이블(130, 230) 위에 고정되어 있으며, 상기 이동 테이블(130, 230)이 PET 및 MRI 스캐너(110, 210) 방향으로 이동한다. 이동 테이블(130, 230)이 소정의 거리만큼 RF 쉴드에 접근하면, 그곳에 설치된 셔터가 열리기 시작한다. 환자의 발이 상기 셔터를 완전히 지나치면, 셔터는 그때 닫히게 된다. 이동 테이블(130, 230)은 환자의 머리가 RF 코일 내부에 위치하게 될 때까지 계속해서 PET 및 MRI 스캐너(110, 210) 방향으로 이동한다.
단계(320)에서, PET 및 MRI 스캐너(110, 210)는 PET 및 MRI 영상을 촬영한다. 먼저 해부학적 정보를 얻고자 하는 환자의 부위에 RF 필드와 경사자계(gradient)를 적용하고, RF 펄스 신호를 방출한다. 일반적으로, 신체 조직을 구성하는 각각의 핵종은, 일정한 자기장 내에 위치할 때 그 자신만의 라모어(Lamor) 주파수를 갖는다. 따라서, RF 펄스 신호가 가해지는 신체 조직은 위 라모어 주파수와 상응하는 자기 공명(MR: magnetic resonance) 신호들을 방출한다. 이들 MR 신호는 PET 및 MRI 스캐너(110, 210)의 RF 코일(150)에 의해 수집되어 영상 처리수단으로 전송된다. 영상 처리수단에서는 푸리에 변환과 같은 신호처리를 수신된 정보에 대하여 수행함으로써 MRI 영상을 생성한다. 이후, PET 및 MRI 스캐너(110, 210)는, PET 영상을 생성하기 위해, 환자의 동일 부위를 검사하여 감마선(소멸(annihilation) 양전자)을 검출하기 시작한다. 생물학적 탐지자 분자에 표지되어 인체에 주입된 양전자 방출 동위원소의 원자들의 일부는 일정 시간 동안 양전자와 중성 미자(neutrino)를 방출하면서 자연붕괴되는데, 중성 미자는 별 작용 없이 인체 밖으로 통과되어 나오기 때문에 검출할 수 없지만, 양전자는 조직에서 전자들과 충돌하여 에너지를 잃고 2mm 이하의 아주 짧은 거리 내에서 이들 전자와 함께 소멸(annihailation)되면서 감마선 형태로 유리된다. 이러한 소멸 과정에 있어서, 운동량이 보존되어야 하기 때문에 한 쌍의 감마선(소멸 광자)이 180도 서로 반대 방향으로 생성된다. 이와 같은 소멸 특성으로 인하여, PET 및 MRI 스캐너(110, 210)에는 검출기(150)가 원형으로 배열되어, 서로 반대 방향에 있는 한 쌍의 검출기가 동시에 한 쌍의 감마선을 검출한다. 이러한 검출은, 2개의 수신 검출기 사이를 연결하는 선 상의 어딘가에서 양전자와 전자의 충돌이 있었다는 것을 의미하고, 이러한 선을 반응선이라고 일컫는다. 따라서, 다수의 일치하는 반응선이 PET 및 MRI 스캐너(110, 210) 내에서 획득되고 영상 처리 수단의 수학적 재구성을 거쳐 단면 영상을 생성한다. 위에 언급된 PET 및 MRI 촬영은, MRI 촬영이 완료된 후 PET 촬영을 수행할 수도 있으며, 또는 이들 촬영을 동시에 수행할 수도 있다.
단계(330)에서는, CT 영상을 얻기 위해 이동 테이블(130, 230)이 CT 스캐너(120, 220) 방향으로 이동한다. 앞서 설명한 바와 같이, 이동 테이블(230)이 소 정의 거리만큼 자기장 쉴드(240)(또는 RF 쉴드)에 접근하면, 그것에 설치된 셔터(250)가 열리기 시작한다. 이동 테이블(230)이 셔터(250)를 완전히 통과하면 셔터(250)는 다시 닫힌다.
단계(340)에서는, 이동 테이블(130, 230)이 CT 스캐너(120, 220) 내부에 도착하면, CT 스캐너(120, 220)가 X-레이를 이용하여 영상을 촬영한다.
단계(350)에서, 영상 처리 수단은 세 개의 영상(즉, MRI 영상, PET 영상 및 CT 영상)을 융합하여, 시간적, 공간적 측면에서 최적으로 동기화된 융합 영상을 획득한다. 상기 PET 및 MRI, 그리고 CT 영상을 최대한 정확하게 융합하기 위해, 이동 테이블(130, 230)은 필요한 기하학적 기계적 정확도를 충족시킬 수 있도록 고정되고 정밀하게 유지된다.
도 4는, 본 발명에 따른 RF 쉴드를 구비하지 않는 예시적인 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템에서 융합 영상을 제공하는 방법의 흐름도이다.
먼저, 단계(410)에서, PET 및 MRI 스캐너(110, 210)에서 MRI 영상을 획득하기에 앞서, CT 스캐너(120, 220)의 전원이 차단된다.
단계(420)에서는, PET 및 MRI 스캐너(110, 210)는, 해부학적 정보를 얻고자 하는 환자의 부위에 RF 필드와 경사자계(gradient)를 적용한 후, RF 코일(150)에 의해 수집되는 자기 공명 신호들을 영상 처리수단으로 전송한다. 또한, 환자의 동일 부위를 검사하여 PET 영상을 생성한다. MRI와 PET 영상은 동시에 수행될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
단계(430)에서는, 이동 테이블(130, 230)이 CT 스캐너(120, 220) 방향으로 이동되고, 단계 (440)에서 CT 스캐너(120, 220)에 전원이 인가된다.
이동 테이블(130, 230)이 CT 스캐너(120, 220) 내부에 도착하면, 단계(450)에서 CT 스캐너(120, 220)가 X-레이를 이용하여 CT 영상을 촬영한다.
단계(460)에서, 영상 처리 수단은 세 개의 영상(즉, MRI 영상, PET 영상 및 CT 영상)을 융합하여, 시간적, 공간적 측면에서 최적으로 동기화된 융합 영상을 획득한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 상기 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니고, 단지 본 발명을 보다 이해하기 쉽도록 하기 위한 예에 불과하다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형, 변경, 및 수정 등을 본 발명에 가할 수 있음은 자명하다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템의 측면도.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템의 정면도.
도 2는 CT 스캐너와 PET 및 MRI 스캐너 사이에 자장 쉴드를 설치한 시스템 구성을 도시한 도면.
도 3은, 본 발명에 따른 RF 쉴드를 구비한 예시적인 MRI-PET-CT 하이브리드 이미징 시스템에서 융합 영상을 제공하는 방법의 흐름도.
도 4는, 본 발명에 따른 RF 쉴드를 구비하지 않는 예시적인 MRI-PET-CT 하이브리드 시스템에서 융합 영상을 제공하는 방법의 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: PET 및 MRI 스캐너
120: CT 스캐너
130: 이동 테이블
140: MRI용 자기 경사 코일
150: RF 코일
160: PET용 비자성 검출기
Claims (18)
- 피검사체에 대한 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 영상을 제공하기 위한 이미징 시스템으로서,제1 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 제1 정보를 획득하기 위한 제1 스캐너;상기 제1 해부학적 정보와는 상이한 해상도를 갖는 제2 해부학적 정보를 포함하는 제2 정보를 획득하기 위한 제2 스캐너;상기 제1 스캐너 및 제2 스캐너 사이에서 이동가능하고 상기 피검사체를 지지하기 위한 이동 테이블; 및상기 제1 스캐너에 의해 획득된 상기 제1 정보와 상기 제2 스캐너에 의해 획득된 상기 제2 정보를 처리하여 융합된 영상을 구성하는 영상 처리기를 포함하고,상기 제1 스캐너는, 상기 제1 해부학적 정보를 획득하기 위한 수단과 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하기 위한 수단이 일체형으로 형성되어 이루어지고,상기 영상 처리기는, 상기 제2 스캐너에 의해 획득된 제2 해부학적 정보를 이용하여 감쇄정수를 추출하고, 상기 감쇄정수를 이용하여 상기 제1 스캐너에 의해 획득된 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보의 감쇄 보정을 수행하는, 이미징 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1 스캐너와 상기 제2 스캐너는 소정거리 이격된, 이미징 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1 스캐너를 외부 RF 필드로부터 보호하기 위한 RF 쉴드(shield)를 더 포함하는, 이미징 시스템.
- 제1항에 있어서,상기 제1 스캐너로부터 나온 자기장으로부터 상기 제2 스캐너를 보호하기 위한 자기장 쉴드를 더 포함하는, 이미징 시스템.
- 삭제
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 스캐너는 PET 및 MRI 스캐너이고, 상기 제1 스캐너 내의 상기 제1 해부학적 정보를 획득하기 위한 수단 및 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하기 위한 수단은 각각 MRI 및 PET에 대응하며, 상기 제2 스캐너는 CT인, 이미징 시스템.
- 제6항에 있어서,상기 PET는 자장에 영향을 받지 않는 비자성 검출기를 포함하는, 이미징 시스템.
- 제7항에 있어서,상기 비자성 검출기는 애벌란시 포토다이어드(Avalanche Photo-Diode: APD)를 포함하는, 이미징 시스템.
- 제3항에 있어서,상기 RF 쉴드는 셔터를 포함하고, 상기 셔터는 상기 이동 테이블이 통과하는 경우에만 열리도록 구성된 이미징 시스템.
- 제4항에 있어서,상기 자기장 쉴드는 셔터를 포함하고, 상기 셔터는 상기 이동 테이블이 통과하는 경우에만 열리도록 구성된 이미징 시스템.
- 피검사체에 대한 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 포함하는 영상을 제공하기 위한 방법으로서,상기 피검사체를 제1 해부학적 정보, 분자적 정보 및 기능적 정보를 획득하는 제1 스캐너로 이동시키는 단계;상기 제1 스캐너를 외부 RF 필드로부터 보호하는 단계;상기 제1 스캐너에서 상기 제1 해부학적 정보, 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하는 단계;상기 피검사체를 상기 제1 해부학적 정보와는 상이한 해상도를 갖는 제2 해부학적 정보를 획득하는 제2 스캐너로 이동시키는 단계;상기 제2 스캐너에서 상기 제2 해부학적 정보를 획득하는 단계; 및제2 해부학적 정보를 이용하여 감쇄정수를 추출하고, 상기 감쇄정수를 이용하여 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보의 감쇄 보정을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제2 스캐너에서 상기 제2 해부학적 정보를 획득하는 단계의 수행 전에 상기 제2 스캐너를 외부 자기장으로부터 보호하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1 스캐너에서 제1 해부학적 정보, 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보는 획득하는 단계는, 상기 제1 해부학적 정보와 상기 분자적 정보 및 기능적 정보를 순차적으로 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1 스캐너에서 제1 해부학적 정보, 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보는 획득하는 단계는, 상기 제1 해부학적 정보와 상기 분자적 정보 및 기능적 정보를 동시에 병렬적으로 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
- 삭제
- 제11항에 있어서,상기 제1 스캐너를 외부 RF 필드로부터 보호하는 단계는 RF 쉴드를 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서,상기 제1 스캐너를 외부 RF 필드로부터 보호하는 단계는 상기 제2 스캐너의 전원을 차단하는 단계를 포함하고,상기 제2 스캐너에서 상기 제2 해부학적 정보를 획득하는 단계의 수행 전에 상기 제2 스캐너의 전원을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제11항 내지 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 스캐너는 상기 제1 해부학적 정보를 획득하는 MRI와 상기 분자적 정보 및 상기 기능적 정보를 획득하는 PET이 일체형으로 이루어진 PET 및 MRI 스캐너이고, 상기 제2 스캐너는 CT 스캐너인, 방법.
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