KR101397813B1 - Analyzing method for moving organs and imaging apparatus for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐를 구성하는 폐포와 같이 움직이는 장기를 절개하지 않은 상태에서 장기를 구성하는 미세조직에 대한 정확한 동태 데이터를 제공할 수 있는 분석방법과 이를 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은, (a) 생체 내에 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계 후에 상기 생체를 회전, 틸팅 또는 이송시켜 상기 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선이 조사될 수 있도록 트래킹한 후, 상기 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고, 취득한 화상을 비교하여 상기 장기의 특정 미세 조직의 움직임을 추출하고 상기 특정 미세 조직의 동태 데이터를 구하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an analytical method and apparatus for providing accurate kinetic data on a microstructure constituting an organ in a state where a moving organ such as a lung constituting a lung is not cut.
A method according to the present invention includes the steps of: (a) irradiating a predetermined portion of a moving organ in a living body with X-rays to acquire an X-ray image transmitted through the predetermined portion; (b) Ray is irradiated on a predetermined portion of the moving organ by rotating, tilting, or transporting the living body, and then X-rays are irradiated on a predetermined portion of the organ to irradiate the X-ray image transmitted through the predetermined portion And extracting the movement of the specific microstructure of the organ by comparing the acquired images and obtaining the dynamic data of the specific microstructure.
Description
본 발명은 움직이는 장기를 분석하는 방법과 이를 위한 화상취득장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐를 구성하는 폐포와 같이 움직이는 장기를 절개하지 않은 상태에서 장기를 구성하는 미세 조직에 대한 정확한 동태 데이터를 제공할 수 있는 분석방법과 이를 위한 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for analyzing moving organs and an image capturing apparatus therefor, and more particularly to a method for analyzing moving organs, And to an apparatus therefor.
인공 호흡기는 환자가 회복될 때까지의 생명 유지를 위해 인위적으로 환자에게 산소 가스를 공급하는 수단으로 특히 급성호흡곤란증후군 환자와 같은 환자에게는 매우 중요한 장치이다.A ventilator is a very important device for patients, especially those with acute respiratory distress syndrome, as a means of artificially delivering oxygen gas to the patient to maintain life until the patient is recovered.
이러한 인공 호흡기와 관련하여, 과거에는 가스 교환 방식에 관한 연구와 환기 공급 방식에 관한 연구가 주목을 받아 왔으며, 최근에는 폐의 기계적인 동작 원리에 따라 폐의 손상을 줄이고 효율적인 자발 호흡을 유도해 낼 수 있는 연구에 관심이 모아지고 있다.In the past, studies on gas exchange systems and ventilation supply methods have been attracting attention in recent years. In recent years, according to the mechanical working principle of the lungs, the damage of the lungs is reduced and efficient spontaneous breathing is induced There is interest in research that can be done.
한편, 폐의 가스교환장소인 폐포에 대한 실시간 동태 데이터는 효율적인 자발 호흡을 유도할 수 있는 인공호흡을 유지하는데 필수적인데, 최근까지 이루어진 폐의 동작원리에 대한 연구에 상당한 진전이 있었음에도 불구하고, 폐를 구성하는 단위 폐포에 대한 데이터 부족, 특히 호흡 시 폐포의 크기 및 형상 변화와 같은 폐포의 동태 데이터 부족이 문제가 되고 있다.On the other hand, real-time dynamic data on alveoli, the gas exchange area of the lungs, is essential to maintain artificial respiration that can induce efficient spontaneous breathing. Despite considerable progress in studying the principles of lung functioning until recently, Lack of data on the alveoli constituting the lungs, especially the alveolar dynamics data such as alveolar size and shape changes during breathing, is a problem.
폐포에 대한 현재까지의 연구는 생체현미경(Intravital Microscopy) 또는 광간섭성단층촬영(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용한 흉곽절개 쥐의 폐엽면에 위치한 폐포 클러스터에 한정되어 왔는데, 흉곽이 절개되면 흉강 내압에 변화가 발생하며 이것이 폐포 운동에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 폐포 동태에 대한 정확한 연구결과를 도출하는 제약 요소가 되어왔다.Up to now, studies on alveoli have been limited to clonal clusters located on the lobar surface of a thoracic incision rat using intravital microscopy or optical coherence tomography (OCT). When the chest wall is incised, And this can have a great influence on the alveolar motion, it has become a limiting factor to derive accurate results of alveolar dynamics.
또한, 위상차와 집속 싱크로트론 X-선에 기초하여 획득한 X-선 화상은 특히 살아있는 생물 시료에 대한 상당히 높은 수준의 화상을 만들 수 있게 하고, 또한 싱크로트론 하드 X-선은 생체 내부로 깊숙하게 관통하여 폐포 연구에 요구되는 높은 공간 및 시간 해상도의 이미지를 제공할 수 있으며, 이러한 방법은 호흡 시 쥐의 폐 전체 또는 작은 기도의 생체 조직을 시각화하는데 적용되어 왔다.In addition, X-ray images acquired on the basis of the phase difference and focused synchrotron X-rays can produce a fairly high-quality image especially for live biological samples, and synchrotron hard X-rays penetrate deeply into the living body It is possible to provide images of high spatial and temporal resolution required for alveolar studies and this method has been applied to visualize the entire lung or small airway tissue during respiration.
그러나 여전히 폐포 동태의 연구에 필수적인 흉곽을 절개하지 않은 생쥐의 호흡 중 폐포낭 및 폐포관의 실시간 데이터를 얻지는 못하고 있는 실정이다.
However, it is still not possible to obtain real-time data of respiratory alveolar sacs and alveolar cannulas of mice without thoracic incision, which are essential for the study of alveolar dynamics.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는, 흉곽을 절개하지 않은 생쥐의 호흡중 폐포낭이나 폐포관과 같은 장기의 미세조직에 대한 정확한 동태 데이터를 제공할 수 있는 장기의 분석방법을 제공하는데 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide accurate kinetic data on the microstructure of organs such as alveoli or alveoli in respiration of a rat without a thoracic incision And to provide a long-term analysis method that can be performed.
또한, 본 발명의 다른 과제는 상기한 분석방법을 구현할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an apparatus capable of implementing the above-described analysis method.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, (a) 생체 내에 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계 후에 상기 생체를 회전, 틸팅 또는 이송시켜 상기 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선이 조사될 수 있도록 트래킹한 후, 상기 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고, 취득한 화상을 비교하여 상기 장기의 특정 미세 조직의 움직임을 추출하고 상기 특정 미세 조직의 동태 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법을 제공한다.(A) irradiating a predetermined portion of a moving organ in a living body with an X-ray to acquire an X-ray image transmitted through the predetermined portion; (b) After the step a), the living body is rotated, tilted or transferred so that a predetermined portion of the moving organ is tracked so that the X-ray can be irradiated, and then X-rays are irradiated on a predetermined portion of the organ to transmit the X- And a step of acquiring an X-ray image at least once, and comparing the acquired images to extract movement of a specific microstructure of the organ and obtaining the dynamic data of the specific microstructure. And the like.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (b) 단계를 복수 회 반복 수행할 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, the step (b) may be repeated a plurality of times.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 장기가 주기성을 가지고 움직이는 경우, 상기 장기의 주기적 움직임에 맞추어 소정 시점에 X-선 화상을 취득할 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, when the organ moves with periodicity, it is possible to acquire an X-ray image at a predetermined time in accordance with the periodic movement of the organ.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 (a) 및 (b) 단계는, X-선을 생성하는 X-선 광원과, 상기 X-선 광원으로부터 방출되는 X-선을 제어하기 위한 셔터와, 상기 생체를 거치하고 트래킹할 수 있는 스테이지와, 상기 생체를 투과한 X-선 화상을 취득하는 화상취득수단과, 상기 셔터, 스테이지 및 화상취득수단을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어수단을 포함하는 장치에 의해 수행될 수 있다.In addition, in one embodiment of the present invention, the steps (a) and (b) may include: an X-ray source for generating X-rays; a shutter for controlling the X-rays emitted from the X- An image acquisition means for acquiring an X-ray image transmitted through the living body; and a control means for generating a control signal for controlling the shutter, the stage, and the image acquisition means And the like.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 X-선 화상은 신틸레이터를 통해 가시광으로 변환된 후에 화상취득수단에 의해 취득될 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the X-ray image can be acquired by the image acquisition means after being converted into visible light through the scintillator.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 셔터와, 스테이지 및 화상취득수단은 상기 장기의 움직임에 연동하여 동작할 수 있도록 동기화될 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the shutter, the stage, and the image acquiring means may be synchronized so as to operate in conjunction with the movement of the organ.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 장기는 폐일 수 있다.Further, in one embodiment of the present invention, the organs may be closed.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 장기가 폐인 경우, 상기 (a) 및 (b) 단계의 X-선 조사는 상기 폐의 호기 또는 흡기의 종료 시점에 수행될 수 있다.Further, in an embodiment of the present invention, when the organs are lungs, the X-ray irradiation in steps (a) and (b) may be performed at the expiration of the lung or at the end of the inspiration.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 장기가 폐인 경우, 상기 장기의 소정 부분은 상기 폐를 구성하는 폐엽의 정점부일 수 있다.Further, in an embodiment of the present invention, when the organ is lung, a predetermined portion of the organ may be the apex of the lungs constituting the lung.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 장기가 폐인 경우, 상기 폐의 호흡 주기는 인공호흡기로 조절될 수 있다.Further, in an embodiment of the present invention, when the organ is lung, the respiratory cycle of the lung may be controlled by a respirator.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 인공호흡기에서 생성되는 호흡주기에 관련된 전기적 신호를 이용하여 상기 제어수단이 동기화 신호를 생성할 수 있다.Also, in one embodiment of the present invention, the control means may generate a synchronization signal using an electrical signal related to a breathing cycle generated in the ventilator.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은, X-선을 생성하는 X-선 광원과, 상기 X-선 광원으로부터 방출되는 X-선을 제어하기 위한 셔터와, 생체를 거치하고 트래킹하는 스테이지와, 상기 생체를 투과한 X-선 화상을 취득하는 화상취득수단과, 상기 셔터, 스테이지 및 화상취득수단을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어수단을 포함하는 움직이는 장기의 화상취득장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an X-ray imaging apparatus including an X-ray source for generating X-rays, a shutter for controlling X-rays emitted from the X-ray source, An image acquiring means for acquiring an X-ray image transmitted through the living body; and a control means for generating a control signal for controlling the shutter, the stage, and the image acquiring means.
또한, 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화상취득장치에 추가로 상기 생체에 기계적 호흡을 제공하는 인공호흡기를 포함하고, 상기 인공호흡기의 전기적 신호에 기초하여 상기 제어수단이 제어신호를 생성할 수 있다.
Further, in one embodiment of the present invention, the image capturing apparatus further includes a ventilator that provides mechanical breathing to the living body, and based on the electrical signal of the ventilator, the control means generates a control signal .
본 발명에 따른 방법 및 장치에 의하면, 흉곽절개 없이 살아있는 생물의 폐를 구성하는 폐포낭이나 폐포관과 같은 미세한 조직에 대한 정확한 동태 데이터를 구할 수 있다.According to the method and apparatus according to the present invention, it is possible to obtain accurate dynamic data on fine tissues such as the alveolar sac or the alveolar canal constituting the lung of a living organism without a thoracic incision.
또한, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 폐에 한정되지 않고, 움직이는 장기의 미세한 단위 조직의 동태적 거동을 연구하는데 이용될 수 있다.
Further, the method and apparatus according to the present invention are not limited to lungs, but can be used to study the dynamic behavior of minute unit tissues of moving organs.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상취득장치의 개략도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따라 폐의 폐포 조직을 촬영한 위치와 이 위치의 움직임 정도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 1회 호흡용적이 160μL인 일반적인 흡기(0~200ms)/호기(200~600ms) 사이클 시 쥐의 우측 상부 폐엽의 정점부에 대해 좌표 조절을 하지 않은 상태에서 촬영한 실시간 X-선 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 촬영된 폐의 폐포 조직을 시계열적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 측정된 호흡기의 압력과 폐포의 크기 간의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 생쥐의 폐포 압력과 정규화된 부피를 나타낸 곡선이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 폐의 폐포 조직을 촬영함에 있어서, X-선 조사 시점을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 및 8b는 각각 흡기 및 호기 시 생쥐의 우측 상부 폐엽의 X-선 사진이고, 도 8c는 도 8a에 대응하는 세그멘트화된 3D 데이터를 나타낸 것이며, 도 8d는 8b의 화상에 대응하는 세그멘트화된 3D 데이터를 나타낸 것이다.1 is a schematic view of an image capturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are views schematically showing the position of the alveolar tissue of the lung and the degree of movement of the lung according to the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph showing real-time X-ray photographs taken at the apexes of the right upper lobe of a rat in a normal inspiratory (0 to 200 ms) / expiratory (200 to 600 ms) cycle with a single respiratory volume of 160 μL to be.
4 is a time-wise representation of the alveolar tissue of the lung taken according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the correlation between the pressure of the respirator and the size of alveoli measured according to an embodiment of the present invention. FIG.
6 is a curve showing the alveolar pressure and the normalized volume of a mouse.
FIG. 7 is a view for explaining an X-ray irradiation time point in photographing an alveolar tissue of a lung according to an embodiment of the present invention. FIG.
8A and 8B are X-ray photographs of the right upper lobe of the mouse at the time of inspiration and expiration, Fig. 8C shows the segmented 3D data corresponding to Fig. 8A, Fig. 8D shows the segmentation corresponding to the image of 8B, FIG.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, "트래킹"이란 움직이는 장기 조직에 대한 고배율 화상을 취득함에 있어서, 장기의 움직임에 맞추어 X-선 조사 위치가 전회의 X-선 조사 위치와 동일하거나 거의 유사한 범위에 위치하도록 생체를 위치를 조절하는 것을 의미한다.Unless otherwise stated in the present specification, "tracking" Means that the position of the living body is adjusted so that the X-ray irradiation position is in the same or substantially similar range as the previous X-ray irradiation position in accordance with the movement of the organ in acquiring the high magnification image.
이하에서는 먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 살아있는 생체(본 발명의 실시예에서는 생쥐)의 폐 조직의 동태 데이터(dynamic data)를 구하기 위한 실시간 화상취득장치(1)에 대해 설명한다.First, a real-time
본 발명의 실시예에 따른 실시간 화상 취득 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, X-선을 생성하는 X-선 광원(10)과, 상기 X-선 광원으로부터 방출되는 X-선을 제어하는 셔트(20)와, 생쥐의 호흡을 기계적으로 유지시키기 위한 인공호흡기(30)와, 생쥐를 거치하고 생쥐의 위치를 회전, 틸팅 또는 이송시키기 위한 스테이지(40)와, 생쥐에 폐 조직에 투사된 X-선을 가시광으로 변환시키는 신틸레이터(50)와, 상기 신틸레이터(50)로 변환된 가시광의 경로를 변환시키는 미러(60)와, 상기 미러를 통해 경로가 변환된 가시광을 취득하는 화상취득수단인 CCD(70)와, 상기 셔트(20), 인공호흡기(30), 스테이지(40) 및 CCD(70)를 제어하는 제어장치(80)를 포함하여 이루어진다.1, the real-time
상기 X-선 광원(10)은 촬영할 대상의 장기에 맞추어 다양한 종류의 광원이 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 일본 효고현에 위치한 Spring-8 3세대 싱크로트론 방사광원을 사용하였다. 본 발명의 실시예에서는 살아있는 생쥐의 폐포 경계를 관찰할 수 있을 정도의 높은 시도를 얻기 위하여 싱크로트론 방사광원을 사용하였으나, 요구되는 장기 조직에 맞추어 다양한 X-선 광원이 사용될 수 있다.The
상기 셔트(20)는 원격 조작을 통해 X－선 빔의 방출과 차단을 제어하여 타 장치와 동기화된 특정한 시점에 X-선 빔이 방출될 수 있도록 하는 장치이다.The
상기 인공호흡기(30)는 마취를 한 생쥐의 호흡이 멎거나 억제되는 것을 방지하고 인공호흡기(30)에서 제공하는 전기적 신호를 동기화 신호로 이용하기 위한 것으로, 공지된 다양한 인공호흡기가 사용될 수 있다. 인공호흡기는 간헐적 양압 호흡을 하는 것과 지속적 양압호흡을 하는 것이 있는데, 본 발명의 실시예에서는 일정한 호흡을 위하여 지속적 양압호흡을 할 수 있도록 하는 것을 사용하였으며, 흡기에서 호기로 이행하는 기구도 일정량의 공기를 들여보내면 전환하는 이른바 종량식을 사용하였다.The
상기 스테이지(40)는 회전, 틸팅(tilting) 및 이송이 가능하도록 각각 회전용 모터, 틸팅용 모터 및 이송용 모터(도면상 y 및 z축)와 상기 모터들의 구동에 의해 상기 스테이지를 동작하게 하는 회전축 또는 기어부를 구비한 것이며(미도시), 상기 스테이지(40)의 상부에는 투명한 아크릴 수지로 이루어지며 생쥐를 거치하고 고정할 수 있는 튜브가 배치된다. 상기 스테이지(40)는 상기 제어장치(80)로부터 전해진 제어신호(동기화 신호)에 의해 상기 모터들이 구동하여 트래킹이 이루어진다.The
상기 신틸레이터(50)는 생쥐의 폐를 투과한 X-선을 가시광으로 변환시키기 위한 것으로서, 공지된 다양한 형태의 신틸레이터 패널이 사용될 수 있다.The scintillator 50 converts the X-rays transmitted through the lungs of the mouse into visible light, and various known scintillator panels can be used.
상기 미러(60)는 신틸레이터(50)를 통해 변환된 가시광의 경로를 화상취득수단(70)으로 유도하기 위한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 수평으로 방출된 신틸레이터(50)의 가시광을 상부에 위치한 화상취득수단(70)으로 향하도록 경로를 변경하기 위해 사용되고 있으나, 화상취득수단(70)의 위치에 따라 복수 개 사용되거나 또는 사용되지 않을 수도 있다.The mirror 60 is for guiding the path of the visible light converted through the scintillator 50 to the image acquisition means 70. As shown in FIG. 1, in the embodiment of the present invention, the visible light of the horizontally emitted scintillator 50 is used to change the path so as to be directed to the image acquisition means 70 located at the upper portion, 70 may be used in plural or may not be used.
상기 화상취득수단(70)은 가시광을 취득할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 신틸레이터를 통해 가시광으로 변환된 화상을 광학렌즈를 사용하여 일차 확대한 후, 도 1에 도시된 바와 같이 설치된 2개의 CCD 중 하나에 의해 취득할 수 있도록 하였다.In the embodiment of the present invention, the image obtained by converting the visible light into visible light through the scintillator is firstly magnified using an optical lens, And can be acquired by one of the two CCDs installed as shown in FIG.
상기 제어장치(80)는 상기 셔트(20), 인공호흡기(30), 스테이지(40), 화상취득수단(70)과 연결되어, 상기 장치들을 상호 연동하여 동작할 수 있도록 하는 제어신호를 발생하기 위한 것이며, 본 발명의 실시예에서는 PC가 사용되었으나, 그외 제어 신호를 생성할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있다.
The
또한, 본 발명은 생체 내에 움직이는 장기를 구성하는 미세조직의 동태 데이터를 정확하게 구하는 분석 방법을 제공한다.The present invention also provides an analysis method for accurately obtaining the dynamic data of the microstructure constituting the moving organ in the living body.
본 발명자들은 살아있는 생체의 움직이는 장기의 미세조직을 구분할 수 있을 정도의 고배율로 장기 조직에 대한 X-선 화상을 연속적으로 취득할 경우, 세부 장기 조직의 움직임을 추적하기 어려워, 장기의 미세조직에 대한 정확한 분석이 어렵다는 점을 고려하여, 생체를 구성하는 움직이는 장기의 미세조직을 구분할 수 있을 정도의 시도를 제공하는 고배율 화상을 취득함에 있어서 전회의 촬영 부분과 동일 내지는 거의 유사한 부분이 촬영될 수 있도록 생체의 위치를 조절한 후 시계열적으로 촬영을 하고 촬영된 화상을 대비하게 되면 장기를 구성하는 미세 단위 조직의 움직임을 분리해낼 수 있어, 이를 통해 장기를 구성하는 미세 단위 조직에 대한 정확한 동태 데이터를 얻을 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.The present inventors have found that it is difficult to track the movement of the detailed organ tissues when continuously acquiring X-ray images of the organ tissues at a high magnification so as to be able to distinguish the microstructures of living organs of living organisms, Considering that it is difficult to perform accurate analysis, in acquiring a high magnification image providing an attempt to distinguish the microstructure of a moving organ constituting a living body, And then the images are taken thermally, and the captured images are compared with each other. Thus, the movement of the micro-unit tissues constituting the organ can be separated, thereby obtaining accurate movement data on the micro-unit tissues constituting the organ And the present invention.
본 발명에 따른 분석 방법은, (a) 생체 내에 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계 후에 상기 생체를 회전, 틸팅 또는 이송시켜 상기 움직이는 장기의 소정 부분에 X-선이 조사될 수 있도록 트래킹한 후, 상기 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 소정 부분을 투과한 X-선 화상을 취득하는 단계를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고, 취득한 화상을 비교하여, 상기 장기의 특정 미세 조직의 움직임을 추출하고 상기 특정 미세 조직의 동태 데이터를 구하는 것을 특징으로 한다.An analysis method according to the present invention comprises the steps of: (a) irradiating a predetermined portion of a moving organ in a living body with X-rays to acquire an X-ray image transmitted through the predetermined portion; (b) Ray is irradiated on a predetermined part of the moving organ by rotating, biasing or transporting the living body, and then X-ray is irradiated on a predetermined part of the organ to irradiate the X- And extracting the movement of the specific microstructure of the organ and obtaining the dynamic data of the specific microstructure by comparing the acquired images with each other.
상기 (b) 단계는 복수 회 반복 수행하는 것이 바람직한데, 이는 충분한 화상을 확보하는 것이 정확한 동태 데이터를 추출하는데 유리하기 때문이다.The step (b) is preferably repeated a plurality of times because securing a sufficient image is advantageous in extracting accurate dynamic data.
또한, 장기가 폐와 같이 일정한 주기성을 가지고 움직이는 경우, 상기 장기의 주기적 움직임에 맞추어, 예를 들어 폐의 흡기(또는 호기) 시의 소정 시점과 같이 장기의 주기성을 이용하여 X-선 화상을 취득하는 것이 바람직한데, 이 경우 상기 (b) 단계의 트래킹이 용이해져 보다 정확한 동태 데이터를 구할 수 있기 때문이다.When an organ moves with a constant periodicity such as a lung, it acquires an X-ray image using the periodicity of the organ, for example, at a predetermined time at the time of intake (or expiration) of the lung, In this case, the tracking in the step (b) is facilitated, and more accurate dynamic data can be obtained.
또한, 상기 (a) 및 (b) 단계는, X-선을 생성하는 X-선 광원과, 상기 X-선 광원으로부터 방출되는 X-선을 제어하기 위한 셔터와, 상기 생체를 거치하고 트래킹할 수 있는 스테이지와, 상기 생체를 투과한 X-선 화상을 가시광으로 변환하는 신틸레이터와, 상기 신틸레이터에 의해 변환된 가시광 화상을 취득하는 CCD에 의해 수행되고, 상기 셔터와, 스테이지 및 화상취득수단은 상기 장기의 움직임에 연동하여 동작할 수 있도록 동기화된다. 예를 들어, 생쥐의 폐의 폐포를 관찰하는 경우, 생쥐의 폐에 기계적 호흡을 제공하는 인공호흡기에서 생성되는 호흡주기에 관련된 디지털 신호를 기초로 하여 상기 제어수단이 상기 셔터, 스테이지 및 CCD를 동기화한 제어신호를 생성할 수 있다. 폐 이외의 다른 장기인 경우, 해당 장기의 움직임에 대한 전기적 신호를 제공할 수 있는 장치와 연동하여 제어수단이 동기화한 제어신호를 생성할 수 있다. The steps (a) and (b) may include: an X-ray source for generating X-rays; a shutter for controlling X-rays emitted from the X-ray source; And a CCD which acquires a visible light image converted by the scintillator, and the shutter, the stage, and the image acquiring means Are synchronized to operate in conjunction with the movement of the organ. For example, when observing the alveoli of a lung of a mouse, the control means synchronizes the shutter, the stage and the CCD based on a digital signal related to a breathing cycle generated in a respirator that provides mechanical respiration to the lungs of a mouse. A control signal can be generated. In the case of other organs other than the lungs, the control means may generate a synchronized control signal in conjunction with a device capable of providing an electrical signal for the movement of the organ.
또한, 폐의 폐포를 관찰하는 경우, 상기 (a) 및 (b) 단계의 X-선 조사는 상기 폐의 호기 또는 흡기의 종료 시점에 수행되는 것이 바람직한데, 이는 폐의 호기 또는 흡기의 종료 시점에서 폐의 위치 변화의 차이가 가장 작아 트래킹이 용이하기 때문이다.In the case of observing the alveoli of the lung, it is preferable that the X-ray irradiation in the above steps (a) and (b) is performed at the expiration of the lung or at the end of the inspiration, The difference in the position of the lungs is the smallest so that tracking is easy.
또한, 폐의 폐포를 관찰하는 경우, X-선 조사는 폐를 구성하는 폐엽의 정점부가 가장 바람직한데, 폐의 호흡 시 폐엽의 정점부가 위치 변화가 가장 작기 때문이다.
In addition, when observing the alveoli of the lungs, the apical portion of the lobes constituting the lung is most preferable for the X-ray irradiation because the positional change of the lobes of the lung is least when the lung is breathing.
다음으로 전술한 본 발명의 실시예에 따른 화상취득장치(1)를 사용하여, 흉곽을 절개하지 않은 생쥐의 움직이는 폐의 폐포에 대한 동태 데이터를 구하는 방법에 대해 설명한다.
Next, a method for obtaining dynamic data of alveolar lungs of a moving lung of a rat without a thoracic incision using the
생물 시료의 준비Preparation of biological sample
본 발명의 실시예에서 사용한 생쥐는 일본의 SLC 재팬사로부터 구입한 8주령 SPF 누드 마우스로 몸무게 20 ~ 25g의 수컷을 사용하였으며, 이 생쥐를 펜토바비탈나트륨 50mg kg-1 을 복강주사하여 마취하였다.The mice used in the examples of the present invention were 8-week-old SPF nude mice purchased from SLC Japan Co. of Japan and male mice weighing 20-25 g were anesthetized by intraperitoneal injection of 50 mg kg -1 of pentobarbital sodium .
마취한 생쥐는 22G 젤코 I.V 카테터로 기관절재술을 실시한 후, 봉합선으로 봉합하였으며, 상기 카테터는 인공호흡기(Inspira-Advanced Safety Ventilator-Pressure Controlled (ASVP), 하바드 애퍼래터스, 미국)와 연결하였다.Anesthetized mice were subjected to tracheal resection with a 22G gelco I. V catheter, and then sutured with a suture. The catheter was connected to a ventilator (Inspira-Advanced Safety Ventilator-Pressure Controlled (ASVP), Harvard Aerospace, USA).
그리고 인공호흡기를 연결한 생쥐를 회전 정밀도가 0.002°, 틸팅(tilting) 정밀도가 0.0009°, 이송 정밀도가 250nm인 고정밀 모터 제어 스테이지 상에 구비된 아크릴 튜브에 위치시킨 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 도면상 수직방향으로 고정하였다. Then, the mouse connected to the artificial respirator was placed in an acrylic tube provided on a high-precision motor control stage with a rotation accuracy of 0.002 °, a tilting precision of 0.0009 °, and a transfer precision of 250 nm, , And fixed in the vertical direction on the drawing.
또한, 상기 인공호흡기의 호흡조건은 일반적인 호흡조건인 흡기/호기 1:2의 비율로 하였으며, 일호흡량은 호흡당 160 마이크로리터로 하였고, 호흡속도는 분당 호흡수는 100 호흡/분으로 하였다.
In addition, the respiratory condition of the respirator was a ratio of inspiratory / expiratory ratio 1: 2, which is a general respiratory condition, and respiration rate was 160 microliters per breath. Respiration rate per minute was 100 breaths / minute.
실시간 화상취득Real-time image acquisition
X-선 광원은 살아있는 생쥐의 폐포 경계를 관찰할 수 있을 정도의 높은 시도를 제공하는 Spring-8 3세대 싱크로트론 방사광원을 사용하였고, 생쥐의 호흡 중 폐포의 빠른 움직임에 의해 야기될 수 있는 모션 블러를 고려하여 X-선의 노출시간은 8ms로 짧게 유지하였다.The X-ray source used a Spring-8 third-generation synchrotron radiation source to provide a high degree of visualization of the alveolar boundary of living mice, and the motion blur, which can be caused by rapid movement of the alveoli during respiration of the mice The exposure time of the X-ray was shortened to 8 ms.
생쥐의 폐를 투과한 X-선 빔은 신틸레이터(CdWO4, 니혼 케소 쿠가쿠사)를 통해 가시광으로 변환되고 미러를 통해 반사되어 광학렌즈를 통해 확대된 후, 2개의 CCD 검출기 중 하나로 취득되도록 하였다. 상기 2개의 CCD 중 하나는 X-선 화상을 트래킹하기 위한 것으로 PCO사에서 제작한 모델명 PCO.1600으로 192만화소(1600×1200픽셀)의 고해상도로 이미지를 취득할 수 있는 것이며, 다른 하나는 X-선 단층촬영을 트래킹하기 위한 것으로 모델명 패스트캠 SA 1.1인 고속디지털카메라이다.The X-ray beam transmitted through the lungs of a mouse is converted into visible light through a scintillator (CdWO 4 , Nippon Kayaku Kakusa), reflected through a mirror, magnified through an optical lens, and then acquired into one of two CCD detectors Respectively. One of the two CCDs is for tracking an X-ray image and is capable of acquiring an image at a high resolution of 192 pixels (1600 x 1200 pixels) with a model name PCO.1600 manufactured by PCO Inc., and the other is an X - High-speed digital camera with model name FastCam SA 1.1 for tracking tomography.
도 2a는 본 발명의 실시예에서 생쥐 폐 중 X-선 촬영이 수행된 부분을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2b는 생쥐 폐의 움직임에 따른 부피 차이를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2b에서 확인되는 바와 같이, 폐는 호흡 중에 상당한 움직임을 보이며, 이러한 폐의 심한 움직임은 고배율 미세촬영을 어렵게 하므로, 본 발명의 실시예에서는 도 2b에 도시된 바와 같이, 움직임이 가장 작은 폐엽의 정점(apex) 부를 미세촬영 영역으로 정하였다.FIG. 2A schematically shows a portion of a mouse lung in which X-rays are taken in the embodiment of the present invention, and FIG. 2B schematically shows a volume difference according to movement of a mouse lung. As can be seen in Figure 2b, the lungs exhibit significant movement during respiration, and such severe movement of the lungs makes it difficult to take high-magnification micrographs, and thus, in the embodiment of the present invention, The apex portion was defined as a microscopic photographing region.
또한, 폐엽의 정점부를 구성하는 각각의 폐포의 움직임을 추적하기 위하여, 도 1에서 y 및/또는 Z 방향으로 모터화된 샘플 스테이지를 사용하여 매 화상취득 시 폐엽의 정점부가 시야에서 동일한 좌표를 유지하도록 조절하였다.Further, in order to track the movement of each alveoli constituting the apex of the closed lobe, the sample stage motorized in the y and / or Z directions in Fig. 1 is used to maintain the same coordinates in the field of view Respectively.
도 3은 1회 호흡용적이 160마이크로리터인 일반적인 흡기(0~200ms)/호기(200~600ms) 사이클 시 쥐의 우측 상부 폐엽의 정점부에 대해 좌표 조절을 하지 않은 상태에서 촬영한 실시간 X-선 사진을 나타낸 것이며, 사진에서 스케일 바의 크기는 100㎛이다. 도 3에서 화살표는 생쥐의 우측 상부 폐엽의 정점부의 폐포를 나타낸 것인데, 호흡시의 폐에서 움직임이 가장 작은 부분인 우측 상부 폐엽에서도 움직임이 300㎛ 전후로 상당함을 알 수 있다. 따라서, 도 3에 비해 폐포를 자세히 관찰할 수 있을 정도의 고배율로 화상을 취득할 경우, 단위 폐포의 움직임에 대한 정확한 분석은 불가능하게 된다.FIG. 3 is a graph showing changes in real-time X-ray fluorescence (X-ray) photographed without coordinate adjustment with respect to the apex of the right upper lobe of a rat at a normal inspiratory (0 to 200 ms) / expiration (200 to 600 ms) The size of the scale bar in the photograph is 100 mu m. In FIG. 3, the arrow indicates the alveoli of the apical portion of the right upper lobe of the mouse. The movement of the right upper lobe, which is the smallest part in the lung during respiration, is equivalent to about 300 탆. Therefore, when an image is acquired at a high magnification so that the alveoli can be observed more clearly than in Fig. 3, accurate analysis of the motion of the unit alveoli becomes impossible.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 트래킹을 수행하면서 생쥐 우측 상부 폐엽의 정점 부분을 촬영한 사진으로 호기 종료시점에서 흡기 종료시점까지 촬영한 것으로 스케일 바의 크기는 50㎛이다. 도 4에서 확인되는 바와 같이, 촬영된 화상으로부터 호흡 시 각 폐포의 일관된 움직임을 인지할 수 있으며, 이는 수많은 폐포의 겹쳐진 영상으로부터 각각의 단위 폐포를 특정하고 단위 폐포의 움직임을 추적할 수 있도록 한다. 도 4에서 청색, 녹색, 적색 또는 황색의 점선 원은 본 발명의 실시예에 따라 추적된 동일한 단위 폐포를 나타낸 것이며, 이를 통해 도 4d에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 확인하기 어려웠던, 단위 폐포의 움직임과, 크기의 변화를 정확하게 관찰할 수 있게 된다.FIG. 4 is a photograph of the apex of the right upper lung of the mouse while performing tracking according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a photograph taken up to the end of inspiration from the end of the expiration time. As can be seen in FIG. 4, consistent movement of each alveolar during respiration can be perceived from the photographed image, which enables to identify each unit alveoli from the superimposed images of numerous alveoli and to track the movement of unit alveoli. In FIG. 4, the dotted circles of blue, green, red, or yellow represent the same unit alveoli traced according to the embodiment of the present invention. As can be seen from FIG. 4D, And a change in size can be accurately observed.
도 5는 시간에 따른 인공호흡기의 압력의 변화와 이에 따른 폐포 크기(직경)의 변화를 나타낸 그래프로, 폐포 크기의 변화는 8ms 간격을 두고 촬영된 화상으로부터 단위 폐포의 움직임을 추적하여 각각의 폐포의 크기를 측정한 것이다. 도 5에서 보이는 바와 같이, 인공호흡기의 시간에 따른 압력의 변화량과 이에 따라 측정된 폐포 크기의 변화량이 거의 일치하는 것을 보인다. FIG. 5 is a graph showing the change in the pressure of the ventilator with time and the change in the alveolar size (diameter) with time. The change in the alveolar size tracks the movement of the unit alveoli from the image taken at intervals of 8 ms, The size of the test piece was measured. As shown in FIG. 5, the amount of change in the pressure according to the time of the ventilator and the amount of change in the measured alveolar volume substantially agree with each other.
또한, 도 6은 생쥐의 폐포 압력과 정규화된 부피를 나타낸 곡선으로, 본 발명의 실시예에 따라 측정된 폐포 데이터는 폐 전체에 대한 곡선과 유사하게 폐이력곡선을 나타내는 것을 알 수 있다. 이에 비해 흉곽절개 생쥐에 대해 측정한 결과(도 6에서 회색 원)는 본 발명의 실시예와 상이한 결과를 나타냄을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing the alveolar pressure and the normalized volume of a mouse. It can be seen that the alveolar data measured according to the embodiment of the present invention shows a lung hysteresis curve similar to the curve for the whole lung. On the other hand, the results of the measurement on the thoracic incision mice (gray circle in FIG. 6) show different results from those of the present invention.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따라 측정된 폐포 크기의 변화가 폐의 미세 조직에서 일어나는 실제 동태를 정확하게 나타낸다고 할 수 있다.
In other words, it can be said that the change in the alveolar size measured according to the embodiment of the present invention accurately represents the actual behavior occurring in the microstructure of the lung.
X-선 단층촬영X-ray tomography
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 통해, X-선 미세 단층촬영을 수행하고 3차원 화상을 얻는 과정에 대해 설명한다.Next, a process of performing X-ray micro-tomography and obtaining a three-dimensional image through a method according to an embodiment of the present invention will be described.
미세 단층촬영은 샘플 스테이지(40)를 180°회전시키는 동안, 생쥐가 호흡하는 특정 시점을 정하여 X-선 빔을 조사하여 투과 화상을 취득하는 방식으로 수행되었으며, 투과 화상의 취득은 흡기 시와 호기 시로 구분되어 취득하였다.The micro tomography was performed in such a manner that a specific time point at which the mouse breathed was determined during the rotation of the
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 폐의 폐포 조직을 촬영함에 있어서, 선택된 X-선 조사 시점을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에 보인 바와 같이, X-선 빔의 조사는 흡기의 종료시점과 호기의 종료시점을 택하였다.7 is a view for explaining a selected X-ray irradiation time point in photographing the alveolar tissue of the lung according to the embodiment of the present invention. As shown in Fig. 7, the irradiation of the X-ray beam selected the end point of inspiration and the end point of expiration.
먼저 흡기 시의 화상취득에 대해 설명한다.First, image acquisition at the time of intake will be described.
흡기 시의 셔터(20) 및 화상취득장치인 CCD(70)에 대한 동기신호는 상용프로그램인 캠웨어를 사용하여 도 7에서 붉은 선으로 표시된 바와 같이, 매 호흡 주기의 시작시점으로부터 190ms 지난 시점에 생성되도록 하였고, 20ms 동안의 화상 취득 후에는 셔터(20)와 화상취득장치인 CCD(70)가 닫히도록 하였다.The synchronizing signal for the
이와 같은 과정을 통해 1회의 화상취득이 완료되면, 주문제작된 비주얼 베이직 프로그램을 사용하여 흡기의 시작시점으로부터 300ms 지난 시점에 샘플 스테이지(40)를 0.36°회전시키기 위한 회전용 동기신호를 생성하여 샘플 스테이지(40)의 회전용 모터를 제어하여, 샘플 스테이지(40)가 0.36°회전되도록 하였다.When the acquisition of one image is completed through such a process, a customized synchronous signal for rotating the
이때 생쥐의 각 호흡 주기의 시작시점은 인공호흡기의 디지털 펄스를 통해 동기화가 필요한 관련 장치(셔터(20), 스테이지(40), CCD(70) 등)와 동기화되도록 하였고, 흡기 동기신호를 생성하는 동안에는 샘플 스테이지(40)는 동일한 위치에 머물고 있다가 흡기의 종료시점까지 적절하게 이송되도록 하였다.At this time, the start point of each respiratory cycle of the mouse was synchronized with the relevant device (shutter 20,
이상과 같은 과정은 샘플 스테이지가 180°회전되는 동안, 500 사이클이 반복되어 수행되었다.The above procedure was repeated 500 cycles while the sample stage was rotated 180 DEG.
다음으로, 호기 시의 화상취득에 대해 설명한다. Next, an image acquisition at the time of aerial photographing will be described.
흡기 시와 유사하게 호기 시의 화상취득을 위한 동기신호는, 상용프로그램인 캠웨어를 사용하여 도 7의 붉은 선으로 표시된 바와 같이, 배기의 종료시점인 매 호흡 주기의 시작시점으로부터 450ms 지난 시점에 생성되도록 하였고, 20ms 동안의 화상 취득 후에는 셔터(20)와 화상취득장치인 CCD(70)가 닫히도록 하였다. Similar to the case of inspiration, the synchronizing signal for image acquisition at the time of exhalation is obtained at 450 ms after the start of the respiratory cycle, which is the ending point of the ventilation, as indicated by the red line in Fig. 7, After the image is captured for 20 ms, the
또한, 이와 같은 과정을 통해 1회의 배기 시 화상취득이 완료되면, 주문제작된 비주얼 베이직 프로그램을 사용하여 흡기의 시작시점으로부터 150ms 지난 시점에 샘플 스테이지(40)를 0.36°회전시키기 위한 회전용 동기신호를 생성하여 샘플 스테이지(40)의 회전용 모터를 제어하여, 샘플 스테이지(40)가 0.36°회전되도록 하였으며, 이와 같은 과정이 호기 시와 동일하게 이샘플 스테이지가 180°회전되는 동안, 500 사이클이 반복되어 수행되었다.When the image acquisition at one time of exhaust is completed through the above process, a customized synchronous signal for rotating the
이와 같은 방법으로 취득한 화상 세트는 표준필터-백프로젝션 재구성 알고리즘을 사용하여 재구성되었다.The set of images acquired in this manner was reconstructed using a standard filter-back projection reconstruction algorithm.
재구성된 슬라이스는 600×1600 픽셀로 이루어지며, 수직으로 스택된 2-D 슬라이스는 아미라 5.2 소프트웨어(Visage Imaging, 미국)를 사용하여 용적연출 3차원 화상으로 재구성되었다. The reconstructed slice consists of 600 x 1600 pixels and vertically stacked 2-D slices were reconstructed into volumetric three-dimensional images using Amira 5.2 software (Visage Imaging, USA).
3차원 형상 정량분석을 위하여, 재구성된 폐포의 화상 스텍은 아미라 5.2 소프트웨어를 사용하여 수작업으로 폐포낭과 폐포관에 대해 분할하였다.For 3D shape quantitative analysis, reconstructed alveolar image sticks were manually segmented into alveolar sacs and alveolar canal using Amira 5.2 software.
도 8a는 흡기 시 생쥐의 우측 상부 폐엽의 X-선 사진이고, 8b는 호기 시 생쥐의 우측 상부 폐엽의 X-선 사진이다. 또한 8c는 8a의 화상에 대응하는 세그멘트화된 3D 데이터를 나타낸 것이며, 8d는 8b의 화상에 대응하는 세그멘트화된 3D 데이터를 나타낸 것이다. 각각의 컬러는 폐포관 및 폐포낭을 갖는 브랜치드 덕트의 단위를 나타내는 것이다. FIG. 8A is an X-ray photograph of the right upper lobe of the rat at the time of inspiration and 8b is an X-ray photograph of the right upper lobe of the mouse at the expiration time. Reference numeral 8c denotes segmented 3D data corresponding to the image 8a, and 8d denotes segmented 3D data corresponding to the image 8b. Each color represents a unit of branched duct having alveolar duct and alveolar sac.
이와 같은 3D 데이터를 통해, 호흡 시 개별 폐포관에 대한 중요한 동태 데이터는 다음과 같이 추정하여 구할 수 있다.Through such 3D data, important kinetic data for individual alveolar tubes during respiration can be obtained by estimating as follows.
먼저, 흡기 또는 배기 시 폐포의 최대 직경 d1(d2)으로 정의되는 각 폐포의 크기는 미세 X-선 사진으로부터 실시간 측정하는 방식으로 구해진다.First, the size of each alveoli defined by the maximum diameter d1 (d2) of the alveoli during intake or evacuation is obtained from a micro-X-ray photograph in real time.
본 발명자들은, 폐포 형상이 구가 아니라 폐포 각을 갖는 구면 캡에 가까운 점에 주목하여, 단위 폐포의 부피 추정을 수행하였는데, 가장 가능성 높은 폐포 각을 90°로 취하면, 단위 폐포의 부피(호흡시의 부피변화)는 하기 [식 1]로 추정된다.The inventors of the present invention performed volume estimation of unit alveoli by paying attention to a point close to a spherical cap having an alveolar angle, not an alveolar shape. When the alveolar angle with the highest possibility is taken as 90 °, The volume change of the hour) is estimated by the following expression (1).
[식 1][Formula 1]
Va /v = (π8)d3(△Va /v=(π8)[d2 3-d1 3])V a / v = (? 8) d 3 (? V a / v = (? 8) [d 2 3 -d 1 3 ]
(여기서, Va/v는 폐포 부피, △Va/v는 폐포 부피변화량, d는 폐포직경, d1은 흡기 시 폐포 최대직경, d2는 호기 시 폐포 최대직경임)(Where, Va / v is the alveolar volume, △ Va / v is the alveolar volume change, d is the alveolar diameter, d 1 is the maximum inspiratory alveolar diameter, d 2 being the maximum diameter of the alveoli during exhalation)
또한, 폐포의 평균 부피변화는 하기 [식 2]로 계산된다.Further, the average volume change of the alveoli is calculated by the following equation (2).
[식 2][Formula 2]
△Vave=Σ(△Va /v)/nΔV ave = Σ (ΔV a / v ) / n
(여기서, n은 폐 전체의 폐포 총수)(Where n is the total number of alveoli of the lung)
또한, 폐 전체의 모든 폐포 대신에 21마리의 쥐의 다양한 크기를 갖는 우상측 폐엽의 100개의 폐포를 취하면, 평균 부피변화를 하기 [식 3]으로 추정할 수 있다. Also, if we take 100 alveoli of right upper lobes with various sizes of 21 rats instead of all alveoli of the lung as a whole, we can estimate the average volume change as [Equation 3].
[식 3][Formula 3]
△Vave=1.8 ×10-5μLΔV ave = 1.8 × 10 -5 μL
또한, 단위 폐포의 평균 부피 증감은 하기 [식 4]로 추정할 수 있다.The average volume change of the unit alveoli can be estimated by the following equation (4).
[식 4][Formula 4]
Σ(△Va /v/Va /v)/n'? (? V a / v / V a / v ) / n '
(여기서, n'은 100인데, 21마리 쥐의 다양한 크기를 갖는 100개의 폐포이다)(Where n 'is 100, which is 100 alveoli with various sizes of 21 rats)
이상과 같은 과정을 통해 추정된 단위 폐포의 평균 부피증가는 15.9±1.2 (mean ±s.e.m.) % 였다.The mean volume increase of the alveoli estimated by the above procedure was 15.9 ± 1.2 (mean ± s.e.m.)%.
즉, 본 발명에 따른 화상취득방법 및 장치에 의하면, 호흡 시 폐포의 크기 및 형상 변화와 같은 폐포의 동태 데이터를 정확하게 제공할 수 있어, 폐포의 연구에 크게 기여할 수 있다.That is, according to the image acquisition method and apparatus of the present invention, it is possible to accurately provide the motion data of the alveoli such as the size and shape change of the alveoli during respiration, thereby contributing greatly to the study of the alveoli.
또한, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 폐에 한정되지 않고, 다양한 움직이는 장기의 미세한 조직 및 동태적 거동을 연구하는데 적용될 수 있다.
Further, the method and apparatus according to the present invention are not limited to lungs, but can be applied to study the microstructure and dynamic behavior of various moving organs.
10: X-선 광원 20: 셔터
30: 인공호흡기 40: 스테이지
50: 신틸레이터 60: 미러
70: CCD 80: 제어장치(PC)10: X-ray light source 20: shutter
30: ventilator 40: stage
50: scintillator 60: mirror
70: CCD 80: Control device (PC)
Claims (13)
(b) 상기 (a) 단계 후에 상기 생체를 회전, 틸팅 또는 이송시켜 상기 (a) 단계와 동일 내지 유사한 장기의 소정 부분에 X-선이 조사될 수 있도록 트래킹한 후, 상기 장기의 소정 부분에 X-선을 조사하여 상기 (a) 단계와 동일 내지 유사한 부분을 투과한 고배율 X-선 화상을 취득하는 단계를 1회 이상 수행하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계 및 (b) 단계에서 취득한 화상을 비교하여 상기 장기의 특정 미세 조직의 움직임을 추출하고 추출된 상기 특정 미세 조직의 화상을 시계열적으로 합성하여 동태 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.(a) acquiring a high-magnification X-ray image to such an extent that a specific microstructure of the organ can be observed by irradiating X-rays to a predetermined portion of a moving organ in a living body,
(b) after the step (a), the living body is rotated, tilted or transferred so that a predetermined portion of the same or similar organ as the step (a) is tracked so that X-rays can be irradiated, Irradiating the X-ray and acquiring a high magnification X-ray image transmitted through the same or similar part as in the step (a), at least once,
And comparing the images acquired in the steps (a) and (b) to extract movement of the specific microstructure of the organ and to synthesize the extracted microstructure images in a time-series manner to obtain dynamic data Long - term analysis method.
상기 (b) 단계를 복수 회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step (b) is repeated a plurality of times.
상기 장기가 주기성을 가지고 움직이는 경우, 상기 장기의 주기적 움직임에 맞추어 소정 시점에 X-선 화상을 취득하는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.The method according to claim 1,
Wherein when the organ moves with periodicity, an X-ray image is acquired at a predetermined time in accordance with the periodic movement of the organ.
상기 (a) 및 (b) 단계는, X-선을 생성하는 X-선 광원과, 상기 X-선 광원으로부터 방출되는 X-선을 제어하기 위한 셔터와, 상기 생체를 거치하고 트래킹할 수 있는 스테이지와, 상기 생체를 투과한 X-선 화상을 취득하는 화상취득수단과, 상기 셔터, 스테이지 및 화상취득수단을 제어하는 제어신호를 생성하는 제어수단을 포함하는 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.The method according to claim 1,
The steps (a) and (b) may include: an X-ray source for generating X-rays; a shutter for controlling X-rays emitted from the X-ray source; An image acquisition means for acquiring an X-ray image transmitted through the living body, and a control means for generating a control signal for controlling the shutter, the stage, and the image acquisition means. Analysis of moving organs.
상기 X-선 화상은 신틸레이터를 통해 가시광으로 변환된 후에 화상취득수단에 의해 취득되는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.5. The method of claim 4,
And the X-ray image is converted into visible light through the scintillator and then acquired by the image acquiring means.
상기 셔터와, 스테이지 및 화상취득수단은 상기 장기의 움직임에 연동하여 동작할 수 있도록 동기화되어 있는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the shutter, the stage and the image acquiring means are synchronized so as to be able to operate in conjunction with the movement of the organs.
상기 장기는 폐인 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the organs are lungs.
상기 (a) 및 (b) 단계의 X-선 조사는 상기 폐의 호기 또는 흡기의 종료 시점에 수행되는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the X-ray irradiation in the steps (a) and (b) is performed at the expiration of the lung or the inspiration of the lung.
상기 장기의 소정 부분은 상기 폐를 구성하는 폐엽의 정점부인 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.8. The method of claim 7,
Wherein a predetermined portion of the organ is a vertex of a lobe constituting the lung.
상기 폐는 인공호흡기에 의해 그 호흡주기가 조절되는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.8. The method of claim 7,
Wherein said lung is regulated in its respiratory cycle by an artificial respirator.
상기 인공호흡기에서 생성되는 호흡주기에 관련된 전기적 신호를 이용하여 상기 제어수단이 동기화 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 움직이는 장기의 분석 방법.11. The method of claim 10,
Wherein said control means generates a synchronization signal using an electrical signal related to a respiratory cycle generated in said ventilator.
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| KR20110045319A (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-04 | 울산대학교 산학협력단 | Reconstruction method for 4D Digital Tomosynthesis |
| KR20110085054A (en) * | 2010-01-19 | 2011-07-27 | 주식회사 나노포커스레이 | Method of generating respiration gating signals for x-ray micro computed tomography scanner |
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