KR101485902B1 - 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영을 이용한 심근 생존능 분석 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

정밀하게 심근의 생존능을 분석할 수 있는 심근 생존능 분석 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 심근 생존능 분석 방법은 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여, 심근의 지연 증강 영상을 획득하는 단계; 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단계; 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출하는 단계; 및 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 심근의 생존능을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이중 에너지 컴퓨터 단층촬영을 이용한 심근 생존능 분석 방법 및 장치{Method and apparatus for analyzing myocardial viability using duel energy computed tomography}
본 발명은 심근 생존능 분석 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영을 이용하여 정밀하게 심근의 생존능을 분석할 수 있는 심근 생존능 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대인들의 식습관이 서구화 되면서 심혈관에 관련된 질병이 많이 증가하였고, 이에 따라 최근 심혈관 질병 치료에 대하여 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 심근(myocardium)은 심장의 수축과 이완에 관여하는 근육으로 몸 전체에의 혈액 공급을 위해 필수적인 요소라고 할 수 있으며, 이러한 심근의 생존능을 분석하는 것이 치료 방법을 결정하는 데 매우 중요한 요소로 작용되고 있다. 현재 지연 증강 영상이 심근의 생존능 평가에 가장 널리 쓰이고 있는 판단 기준이다. 이러한, 지연 증강 영상은 경색된 심근이 정상 심근에 비하여 혈류의 유입과 유출이 모두 느린 성질을 이용한 것이다.
최근 컴퓨터 단층 촬영(CT; Computed Tomography) 기술이 급속도로 발전함에 따라, 지속적으로 움직이는 심장을 짧은 시간 내에 영상화 하는 것이 가능해 졌고, 이러한 심장 CT(Cardiac CT)를 이용하여, 자기공명(MR; Magnetic Resonance) 촬영을 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 도 1을 참조하면, CT의 CT 튜브에서 나오는 x-선 광자의 에너지 분포도가 개시된다. CT에서 관전압 kVp(kilovoltage peak)는 튜브에서 방출되는 x선 광자의 에너지의 최대값을 의미한다. 즉, 관전압 80 kVp는 튜브에서 나오는 최대 광자 에너지가 80 keV라는 것이다. 도 1에서, 실선은 80 kVp에서, 점선은 100 kVp, 일점 쇄선은 120 kVp, 이점 쇄선은 140 kVp에서의 광자의 에너지 분포도의 일 예를 도시한 것이다.
하지만 CT의 기술적 한계로 인하여 대체할 수 있다는 가능성만 제시되고 임상에서는 거의 쓰이지 않고 있는 실정이다. CT가 MR보다 공간 분해능이 뛰어나다는 장점이 있지만 CT의 낮은 대조도 분해능으로 인하여 지연 증강된 미약한 조영제 신호를 구별하기 힘들다는 점이 단점으로 지적되었다.
또한, 경색된 심근은 정상 심근에 비해 혈류의 유입도 늦다는 점을 이용하여 지연 증강 영상과 초기 순환 관류영상을 사용한 생존능 분석 연구도 있었다. 하지만 초기 순환 관류 영상을 획득하는 데 있어서 CT의 선속 경화 현상(Beam hardening effect)때문에 정상 심근이지만 경색된 심근처럼 저음영으로 나오는 한계를 보였다. 도 2를 참조하면, 검은색 화살표로 표시된 부분은 경색된 심근으로 생긴 저음영 부분이지만, 하얀색 화살표로 표시된 부분은 선속 경화 현상으로 생긴 인공적인 저음영 부분에 해당한다. 그리고, 일반적으로 요오드(Iodine)를 CT 조영제로 사용하는데, 요오드는 전압이 낮을수록 투과력이 낮아 높은 증강을 보이며 전압이 높을수록 투과력이 높아 낮은 증강을 보인다. 반면, 전압이 낮을수록 양자 노이즈가 심해져 영상에서의 잡음이 심하며, 전압이 높을수록 양자 노이즈는 감소해 영상에서의 잡음이 덜하다. 도 3에는 CT 조영제로 요오드가 사용되었을 때, 전압에 따른 영상의 차이를 도시한 영상의 예가 도시되어 있다.
관련하여, 한국공개특허 제10-2011-0024600호는 "이중 에너지 원리를 이용한 유방조직 CT 영상 해석방법"을 개시한다.
본 발명의 목적은 보다 정밀하게 이중 에너지 CT를 이용하여 촬영된 영상을 분석하여 심근의 생존능을 분석하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 최적의 CNR(Contrast to Noise Ratio) 값을 갖는 단색 지연 증강 영상을 분석하여, 노이즈에 의한 오진단을 최소화할 수 있는 심근의 생존능 분석 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심근 생존능 분석 방법은 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여, 상기 심근의 지연 증강 영상을 획득하는 단계; 상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단계; 상기 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출하는 단계; 및 상기 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV일 수 있다.
또한, 상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단계는, 40 keV 내지 140 keV 범위 내에서, 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심근 생존능 분석 장치는 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여, 상기 심근의 지연 증강 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단색 영상 생성부; 상기 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출하는 영상 선택부; 및 상기 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석하는 생존능 평가부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV일 수 있다.
또한, 단색 영상 생성부는, 40 keV 내지 140 keV 범위 내에서, 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 보다 정밀하게 이중 에너지 CT를 이용하여 촬영된 영상을 분석하여 심근의 생존능을 분석할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면, 최적의 CNR(Contrast to Noise Ratio) 값을 갖는 단색 지연 증강 영상을 분석하여, 노이즈에 의한 오진단을 최소화할 수 있는 심근의 생존능 분석 기술을 제공한다.
이를 통해, 본 발명은 추가 중재 시술을 방지하면서도 꼭 필요한 시술은 시행할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 최소의 침습으로 최대의 치료 효과라는 관점에서도 의료 서비스의 질적 향상에 이바지하는 효과를 갖는다.
도 1은 CT에서 CT 튜브에서 나오는 x-선 광자의 에너지 분포도이다.
도 2는 선속 경화 현상 때문에 생기는 인공적인 저음영 부분을 설명하기 위한 영상이다.
도 3은 전압에 따라 투과력이 달라지는 CT 영상을 설명하기 위한 영상이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 5 및 도 6은 단일 에너지 영상과 이중 에너지 CT를 활용하여 획득한 가상의 단색 영상을 비교 설명하기 위한 영상이다.
도 7 및 도 8은 단일 에너지 영상과 이중 에너지 CT를 활용하여 획득한 가상의 단색 영상을 비교 설명하기 위한 다른 영상이다.
도 9는 최적의 CNR(Contrast to Noise Ratio)을 갖는 단색 영상을 선택하는 기술을 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 생존능 분석 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 방법은 먼저, 이중 에너지 CT(DECT; Duel Energy Computed Tomography)를 이용하여, 상기 심근의 지연 증강 영상을 획득한다(S110).
그리고, S110 단계에서 획득한 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성한다(S120). 이 때, 단색의 영상을 획득하기 위하여 고속 관전압 스위칭(rapid kV switching) 기법과 Gemstone이라는 디텍터를 사용하는 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영기인 GE Healthcare의 GSI(Gemstone Spectral Imaging) CT(computed tomography) 장비가 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 5는 단일 에너지로 촬영한 CT 영상을, 이중 에너지 CT를 활용하여 변환 생성한 가상의 단색 CT 영상이 개시된다. 도 5의 영상은 x-선 광자의 다색의 에너지 분포 때문에 화살표가 지칭하는 부분에 빔하드닝 문제가 발생하였다. 하지만, 도 6의 영상은 단색으로 형성되기 때문에 도 5의 영상에 비하여 빔하드닝 문제를 극복하고, 영상의 질이 향상된 것을 볼 수 있다.
그리고, 도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7에는 단일 에너지 80keV로 촬영한 CT 영상이, 도 8에는 이중 에너지 CT를 활용하여 변환 생성한 가상의 단색 CT 영상이 개시된다. 표시된 내측을 비교하면, 도 8의 영상은 단색으로 형성되기 때문에 도 7의 영상에 비하여 빔하드닝 문제가 극복된 것을 볼 수 있다. 즉, 도 7에 비하여 도 8의 영상의 음영이 보다 부드럽게 처리된 것을 볼 수 있다.
또한 S120 단계에서, 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV일 수 있으며, 특히 이의 범위에서 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성할 수 있다. 즉, 40 keV 내지 140 keV 범위에서 각 전압 수치마다 총 101개의 단색 지연 증강 영상을 생성할 수 있다.
이 후, S120 단계에서 생성한 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출한다(S130). 이를 통하여, 생존능 평가의 정밀도를 보다 높일 수 있다. 도 9를 참조하면, 40 keV 내지 140 keV 범위에서 단색 지연 증강 영상이 생성된 것을 그래프로 도시하였으며, 68 keV에서 가장 높은 CNR이 형성되므로, 68keV의 단색 지연 증강 영상을 대표 단색 지연 증강 영상으로 선정할 수 있다.
그리고, S120 단계에서 추출 및 선택된 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석한다(S140). 이 때, 대표 단색 지연 증강 영상의 영상의 HU(Hounsfield Unit) 값에 기초하여 심근의 경색을 판별할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 생존능 분석 장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 심근 생존능 분석 장치(10)는 영상 획득부(11), 단색 영상 생성부(12), 영상 선택부(13) 및 생존능 평가부(14)를 포함하여 구성된다.
영상 획득부(11)는 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여 심근의 지연 증강 영상을 획득한다.
단색 영상 생성부(12)는 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성한다. 이 때, 상기 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV일 수 있다. 또한, 단색 영상 생성부(12)는 40 keV 내지 140 keV 범위 내에서, 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성할 수 있다.
영상 선택부(13)는 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출한다.
생존능 평가부(14)는 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 심근 생존능 평가 방법 및 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10; 심근 생존능 분석 장치
11; 영상 획득부
12; 단색 영상 생성부
13; 영상 선택부
14; 생존능 평가부

Claims (6)

  1. 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여, 심근의 지연 증강 영상을 획득하는 단계;
    상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단계;
    상기 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출하는 단계; 및
    상기 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV인 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단계는,
    40 keV 내지 140 keV 범위 내에서, 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 방법.
  4. 이중 에너지 CT(Computed Tomography)를 이용하여, 심근의 지연 증강 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 지연 증강 영상을 기 설정된 범위 내의 전압 값들에 따른 복수개의 단색(Monochromatic) 지연 증강 영상으로 변환 생성하는 단색 영상 생성부;
    상기 복수개의 단색 지연 증강 영상 중, CNR(Contrast to Noise Ratio) 값이 가장 높은 대표 단색 지연 증강 영상을 추출하는 영상 선택부; 및
    상기 대표 단색 지연 증강 영상을 분석하여 상기 심근의 생존능을 분석하는 생존능 평가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기 설정된 범위는 40 keV 내지 140 keV인 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 단색 영상 생성부는,
    40 keV 내지 140 keV 범위 내에서, 1 keV 간격으로 상기 지연 증강 영상에 대한 복수개의 단색 지연 증강 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 심근 생존능 분석 장치.
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