KR101789421B1 - 다중 인공물 보정 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 인공물 보정 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 성능평가용 팬텀에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상인 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT)의 성능을 동시에 평가할 수 있는 팬텀에 있어서, 반구 형태의 제 1 용기; 및 상기 제 1 용기와 동일한 구조 및 크기를 갖는 반구 형태의 제 2 용기;를 포함하되, 상기 제 1 용기와 제 2 용기는 서로 맞닿아 연결되어 상호 대칭(symmetry) 구조를 형성하고, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각은, 신체의 치아를 모사하는 복수의 치아 모사체가 삽입되는 치아고정틀; 및 적어도 하나의 뼈 모사체가 삽입되는 삽입홀;을 포함하며, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각의 내부는 뇌 대사물질을 모사한 적어도 하나의 용액으로 채워질 수 있다.
Description
본 발명은 다중 인공물 보정 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 성능평가용 팬텀에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 휴먼 자기공명영상 시스템(Human MRI system) 및 휴먼 컴퓨터단층촬영 시스템 (Human CT system)의 인공물(Artifact) 보정을 위해 시도되는 정도 관리(Quality assurance)의 효율성을 높이도록 하기 위한 팬텀을 제안하고 있다.
특히, 본 발명은 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 수행능력을 파악하고 일정한 허용 오차범위 또는 인공물의 유무를 파악하여, 품질평가 시행 통과범위 내에서의 두 영상시스템을 동시에 정도관리 할 수 있는 융합 팬텀에 관한 것이다.
자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)은 인체의 뇌기능을 측정할 수 있는 대표적인 영상기법이며, 다양한 영상대비를 주는 구조영상을 제공하여 뇌조직의 화학적 구성물을 탐지할 수 있는 자기공명분광영상(MRS, Magnetic Resonance Spectroscopy)이 다양하게 사용되고 있다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 영상 기술 중 하나로 핵자기공명 원리를 사용한다. 즉, 자기장을 발생하는 자기공명 촬영 장치에 인체를 넣고 고주파를 발생시키면 신체의 수소 원자핵이 공명하게 되고, 이때 발생되는 신호의 차이를 측정하여, 당해 측정된 결과를 컴퓨터를 통해 재구성하여 영상화시킴으로써, 자기공명영상이 만들어질 수 있다.
자기 공명 영상은 X선을 사용해 인체에 유해한 X선 컴퓨터 단층 촬영(CT)과 달리 신체에 무해하다는 게 특징이고, CT가 횡단면 영상이 주(main)가 되는 반면 MRI는 방향에 자유롭다는 장점이 있다.
자기공명영상 장비의 성능을 평가하기 위해, 일반적으로 휴먼용 장비 ACR 팬텀(American college of radiology-magnetic resonance imaging phantom)과 휴먼 장비용 AAPM 팬텀(American association of physicists in medicine)이 이용되어 왔다.
즉, 영상 판독과 임상 장비들의 정밀하고 정확한 분석평가를 위해 기준 프로토콜(standard protocol)을 기초로, 휴먼 자기공명영상의 성능 평가를 시행하고 있다.
휴먼 자기공명영상 장비의 성능을 평가하기 위해 이용되는 팬텀은, 휴먼 자기공명 시스템의 허용 오차의 범위 및 한계 오차 범위를 벗어나는 이벤트가 발생되는 경우, 이상(오류)이 있을 것으로 예상하고, 진단에 초점에 맞추어 오류가 있는 부분들을 제시하고 접근하여 해결하는데 이용되고 있다.
휴먼 자기공명영상 장비 내의 하드웨어와 관련 자기공명 시스템이 정상적으로 작동되는지를 확인하고 일간 (daily), 주간 (weekly), 월간 (monthly)의 정도관리를 통하여 발생되는 허용 오차 범위를 벗어나는 경우 관련된 요소들을 점검 및 검토하고 진단 오류의 문제점을 해결할 수 있도록 접근한다.
기존의 ACR-MRI 팬텀(American college of radiology-magnetic resonance imaging phantom)과 ACR-CT 팬텀, AAPM-CT 팬텀(The american association of physicists in medicine-computed tomography phantom)은 임상 장비들의 높은 품질을 포함한 영상 판독을 시행하기 위해 기존 프로토콜과 파라미터를 토대로 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 성능평가를 시행하고 있다.
성능평가를 위해 이용되는 이러한 팬텀들은 자기공명 시스템의 허용 오차의 범위를 벗어나는 경우 및 인공물이 발견될 경우에 이상이 있을 것으로 예상하며, 장비 관리자 및 운영자가 예상되는 범위 및 부분들을 제시하고 접근하여 해결하고 있다.
하드웨어 및 하드웨어 부속품들과 관련하여, 자기공명 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템이 정상 작동되는지 확인하고, 년, 월, 일의 정도관리를 통하여 발견되는 인공물과 관련된 요소들을 해결하고 있다.
자기공명영상은 화학적인 규명 및 정량화를 수행하며, 이를 통해 해부학적 영상 및 조직학적 영상을 획득함으로써, 각 세부 조직의 미세한 경계부분을 발견하는 가장 광범위하게 사용되는 영상장비이다.
자기공명영상은 생체 내 대사정보 또한, 제공하는 도구로서 사용되고 있으며, 자기공명분광법을 통한 스펙트럼의 분석 등이 함께 이용되고 있다.
또한, 스펙트럼의 분석을 기반으로 세포 내외의 변화와 함께 조기진단 및 여러 질병을 발견하고 있으며, 기존 방사선 장해의 우려를 없애기 위한 장점으로 라디오공명 주파수와 자기장을 이용하여 인체의 조직을 영상화할 수 있다.
X선 (X-ray)을 이용한 촬영 장치는 인체의 단면의 정보만을 획득가능하고 그 외의 단면에 대한 정보를 얻지 못하는 반면, 자기공명영상은 실질적으로 자기공명영상은 T1, T2, 관류, 확산, 혈류 등 영상의 기술을 토대로 확대된 진단영역 및 진단정보를 얻을 수 있다. 특히, 연부조직의 해상력이 지금 시점에 나온 영상장비 중 가장 우수하다고 할 수 있다.
또한, 인체의 다양한 대사물질의 농도차이의 분배 및 구별을 위한 방법으로 조기진단뿐만 아니라 질병 치료 시 치료영향을 평가하고, 질병의 발병 위치를 대사물질 변화로서 판독할 수도 있다.
한편, 기존 ACR - MR 팬텀과 AAPM - CT, ACR - CT 팬텀 등에서는 인공물 보정이 아닌 기준(Standard) 정도관리의 한계점을 갖는다.
예를 들어 자기공명영상 팬텀에서는 기하학적 정확도 평가, 공간 분해능, 절편위치 정확도, 영상강도 균일성, 대조도 분해능, 신호 백분율을 평가 진행할 수 있지만, 자기공명영상만을 국한적으로 평가할 수 있으며, 인공물 평가 및 내부 대사물질 정량평가를 할 수 없다는 단점으로 제한이 있다.
또한, 두 경부 환자가 치과 보철물(Metal)을 삽입 또는 보유한 채, 자기공명영상과 컴퓨터단층촬영을 하게 되면, 재구성(Reconstruction) 과정에서 영상 내 불필요한 정보가 획득되어 정확하지 않은 계획을 기초로 치료가 수행되는 문제점이 있었다.
따라서 이러한 문제점을 해소할 수 있는 팬텀이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 다중 인공물 보정 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 성능평가용 팬텀에 관한 것으로, 휴먼 자기공명영상 시스템(Human MRI system) 및 휴먼 컴퓨터단층촬영 시스템 (Human CT system)의 인공물(Artifact) 보정을 위해 시도되는 정도 관리(Quality assurance)의 효율성을 높이도록 하기 위한 팬텀을 사용자에게 제공하는 것에 목적이 있다.
특히, 본 발명은 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 수행능력을 파악하고 일정한 허용 오차범위 또는 인공물의 유무를 파악하여, 품질평가 시행 통과범위 내에서의 두 영상시스템을 동시에 정도관리 할 수 있는 융합 팬텀을 사용자에게 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상인 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT)의 성능을 동시에 평가할 수 있는 팬텀에 있어서, 반구 형태의 제 1 용기; 및 상기 제 1 용기와 동일한 구조 및 크기를 갖는 반구 형태의 제 2 용기;를 포함하되, 상기 제 1 용기와 제 2 용기는 서로 맞닿아 연결되어 상호 대칭(symmetry) 구조를 형성하고, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각은, 신체의 치아를 모사하는 복수의 치아 모사체가 삽입되는 치아고정틀; 및 적어도 하나의 뼈 모사체가 삽입되는 삽입홀;을 포함하며, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각의 내부는 뇌 대사물질을 모사한 적어도 하나의 용액으로 채워질 수 있다.
또한, 상기 제 1 용기의 가장 넓은 면적을 갖는 제 1-1 면과 상기 제 2 용기의 가장 넓은 면적을 갖는 제 2-1 면이 서로 맞닿아 연결되어 상호 대칭(symmetry) 구조를 형성하고, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각은, 상기 제 1-1 면 및 제 2-1 면의 맞은편 면에는 상기 뇌 대사물질을 모사한 적어도 하나의 용액을 주입하기 위한 투입구;를 더 포함하고, 상기 투입구는 마개를 통해 개폐될 수 있다.
또한, 상기 치아고정틀 및 삽입홀은 상기 제 1-1 면 및 제 2-1 면의 표면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부는 황산구리 (Copper sulfate; CuSO4; 0.7 g/L)로 먼저 채워질 수 있다.
또한, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부는 N-acetyl-Laspartic acid; Creatine hydrate; Cr; 10.0mM, Choline chloride; Cho; 3.0 mM, Myo-inositol; NAA; 12.5 mM, L-Glutamic acid; Glu; 12.5 mM, DL-lactic acid; Lac; 5.0 mM, 4-Aminobutyric acid; GABA; 10.0 mM, mI; 7.5 mM, L-Alanine; Al; 10.0 mM, L-Glutamine; Gln; 12.5 mM, Taurine; Tau; 6.0 mM 이 더 포함 될 수 있다.
또한, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부는 상긴 신체의 pH와 동일하게 형성되기 위해, 투입된 인산칼륨(Monopotassium phosphate; KH2PO4; 32 mM)과 제삼인산칼륨(Tripotassium phosphate; K3PO4; 18 mM)을 혼합비를 조절할 수 있다.
또한, 상기 복수의 치아 모사체는 티타늄(titanium) 물질 또는 치아를 포함할 수 있다.
또한, 상기 삽입된 복수의 치아 모사체의 위치를 고정시키기 위해, 상기 치아고정틀은 열가소성 플라스틱(thermoplastic) 재질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 열가소성 플라스틱의 가열하면 소성 변화를 일으키게 되고 냉각하면 가역적으로 경화하는 성질을 이용하여 상기 치아고정틀에 삽입된 복수의 치아 모사체의 위치는 변경 가능할 수 있다.
또한, 상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각에는 체결공이 형성되고, 상기 체결공을 관통하는 결합구를 통해 상기 상기 제 1 용기와 제 2 용기는 서로 맞닿아 연결될 수 있다.
본 발명은 다중 인공물 보정 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 성능평가용 팬텀에 관한 것으로, 휴먼 자기공명영상 시스템(Human MRI system) 및 휴먼 컴퓨터단층촬영 시스템 (Human CT system)의 인공물(Artifact) 보정을 위해 시도되는 정도 관리(Quality assurance)의 효율성을 높이도록 하기 위한 팬텀을 사용자에게 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 수행능력을 파악하고 일정한 허용 오차범위 또는 인공물의 유무를 파악하여, 품질평가 시행 통과범위 내에서의 두 영상시스템을 동시에 정도관리 할 수 있는 융합 팬텀을 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 융합 팬텀에 의하면, 두 개의 구의 용기 내 중간의 기하학적 단면 정확도 평가를 위한 평가 슬라이스를 기준으로 상단과 하단의 실제 인공물을 재현하기 위하여, 환자들로부터 발치한 치아 및 치과에서 현재 사용되고 있는 생체 친화성 합금인 티타늄 재질의 임플란트를 팬텀에 삽입할 수 있다.
또한, 이 물질은 대다수 개수로 보충될 수 있고, 소아 치아영상도 구현이 가능하며, 추가 삽입이 가능하다. 보통 일반인의 경우, 사랑니를 제외한 28개의 치아를 가지고 있으며, 윗니 14개, 아랫니 14개로 구현될 수 있도록 제한되지 않은 치아와 함께 구성된 물질이 삽입될 수도 있다.
또한, 치아 및 임플란트는 아크릴 중앙에 삽입되어, 고정되고 부착이 가능하면서도, 각각 다른 성분의 원하는 치아를 삽입할 수 있다.
또한, 다음의 치아는 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 열가소성수지 (Thermoplastic)을 사용하였고, 다음의 수지는 열에 의해 변형하여 사용하기 용이하고, 원하는 모양, 방향으로 변형이 가능하다는 장점을 이용하여, 치아 고정틀에 삽입됨으로써, 열에 의해 변형된 상태에서 치아와 임플란트, 다른 소재의 치아를 열가소성수지로 둘러 싼 후 고정틀에 밀착시켜, 지름 1.5 cm, 높이 2 cm의 고정틀과 모형치아를 완성할 수 있다.
본 발명의 치아 고정틀의 모양은 변형이 가능하며, 오픈(입을 열음, Open), 클로즈(입을 닫음, Close) 마우스를 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 진단 뿐만 아니라, 방사선 치료시 치과 보철물을 가지고 있는 환자, 가지고 있지 않은 환자, 또는 입을 연 상태의 환자, 입을 닫은 상태의 환자를 모사할 수 있다.
여기서 치아를 고정하기 위한 열가소성수지는 실제 인체 조직등가 물질의 특성을 가지므로, 자기공명영상 획득 시에서도 비자성 성분으로 영향을 미치지 않아 사용하기에 적합하다.
또한, 본 발명의 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 융합 팬텀에 의하면, 두 구의 용기 안의 내부에는 슬라이드 위치를 확인할 수 있는 테프론 재질의 기둥을 삽입하여, 치아 고정틀에서는 2cm 높이 및 테프론 기둥에서는 4cm 높이의 위치 평가를 시행할 수 있다.
또한, 용기 내부에서는 복셀위치를 자유롭게 하기 위해 반구 중심의 위치를 잡아 대사물질 정량 평가를 시행하고 상단, 하단의 복셀을 위치함으로써, 동시에 획득하고 시간적 효율성을 높일 수 있다.
또한, 휴먼 뇌 크기와 비슷하므로, 대사물질 평가에도 용이하며, 외부와 내부 사이의 얇은 아크릴 두께 5mm로 인해 화학적 이동(Chemical shift) 인공물을 줄일 수 있다.
또한, 단일용적 자기공명분광기법을 사용하여 정량평가가 가능하다. 즉, 반구의 중심 상단과 하단의 대사물질의 양의 조절이 가능하여, 자기공명분광법을 이용한 스펙트럼 획득 시 원하는 신호를 보이도록 할 수 있고, 관심용적(특히, 외부와 가장 가까운 위치의 복셀, 테프론과 가까운 위치의 복셀, 치아와 가까운 위치의 복셀, 임플란트와 가까운 위치의 복셀)의 위치 정확성을 정확하게 측정할 수 있는 효과도 있어, 인공물에 의한 화학적 이동의 변화도 평가할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 팬텀은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템의 성능평가에 있어서, 인공물 보정(특히, 금속 인공물)이 정확하고, 다양한 정량적 평가로 인해 분석을 할 수 있으며, 종래 팬텀보다 정확하고, 다양한 대사물질의 분석이 가능하며, 장비의 성능유지와 함께 분석기능을 동시에 영상화 할 수 있어, 단시간에 정보를 획득할 수 있는 장점과 장비 성능의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 제안하는 반구의 외부용기의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기의 구체적인 일례를 함께 도시한 것이다.
도 3은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템을 동시에 정도관리 하기 위해 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기가 결합된 융합 팬텀의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기의 구체적인 일례를 함께 도시한 것이다.
도 3은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템을 동시에 정도관리 하기 위해 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기가 결합된 융합 팬텀의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
기존 ACR - MR 팬텀과 AAPM - CT, ACR - CT 팬텀 등에서는 인공물 보정이 아닌 기준(Standard) 정도관리의 한계점을 갖는다. 예를 들어 자기공명영상 팬텀에서는 기하학적 정확도 평가, 공간 분해능, 절편위치 정확도, 영상강도 균일성, 대조도 분해능, 신호 백분율을 평가 진행할 수 있지만, 자기공명영상만을 국한적으로 평가할 수 있으며, 인공물 평가 및 내부 대사물질 정량평가를 할 수 없다는 단점으로 제한이 있다.
또한, 두 경부 환자가 이러한 치과 보철물(Metal)을 삽입 또는 보유한 채, 자기공명영상과 컴퓨터단층촬영을 하게 되면, 재구성(Reconstruction) 과정에서 영상 내 불필요한 정보가 획득되는데, 이로 인해 정확한 계획을 기반으로 치료가 수행될 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 다중 인공물 보정 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT) 성능평가용 팬텀에 관한 것으로, 휴먼 자기공명영상 시스템(Human MRI system) 및 휴먼 컴퓨터단층촬영 시스템 (Human CT system)의 인공물(Artifact) 보정을 위해 시도되는 정도 관리(Quality assurance)의 효율성을 높이도록 하기 위한 팬텀을 사용자에게 제공하는 것에 목적이 있다.
특히, 본 발명은 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 수행능력을 파악하고 일정한 허용 오차범위 또는 인공물의 유무를 파악하여, 품질평가 시행 통과범위 내에서의 두 영상시스템을 동시에 정도관리 할 수 있는 융합 팬텀을 사용자에게 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명에 따른 팬텀은 첫 번째, 정도관리의 효율성을 높여 다수의 인공물을 보정하고, 두 번째, 영상 조건과 영상 변수를 조절하여 최적화 시킨 영상의 품질을 보정하며, 세 번째, 정량 평가 및 정량 분석을 할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템에 대한 성능평가와 인공물 평가를 하나의 팬텀으로 동시에 획득하도록 두 개의 반구의 외부용기를 발명하였다. 본 발명에서는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 시스템에서의 인공물을 보정, 평가의 특징을 갖고 있다.
본 발명에서는 반구의 외부용기의 내부에 대사물질을 정량평가를 수행할 수 있는 물질(Metabolite)을 첨가하였다.
또한, 평균적인 휴먼 뇌(Human brain) 크기를 모사하여 가장 평균적이고 자기공명 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템의 적용시키기 적합한 크기로 제작하였다.
본 발명의 가장 큰 특징은 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영의 인공물 중 가장 빈번하게 발생되는 치과 보철물 사용에 따른 금속(Metal) 인공물 보정에 있다.
두 경부 환자가 이러한 치과 보철물(Metal)을 삽입 또는 보유한 채, 자기공명영상과 컴퓨터단층촬영을 하게 되면, 재구성(Reconstruction) 과정에서 영상 내 불필요한 정보가 획득되고, 이로 인해 암 환자의 경우 방사선 치료 시 부정확한 정보에 기초한 치료계획 수립 및 치료가 진행될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위해, 환자들로부터 발치한 치아 및 치과에서 현재 사용되고 있는 생체 친화성 합금인 티타늄 재질의 임플란트를 팬텀에 삽입할 수 있도록 하였다
즉, 치아 및 임플란트는 아크릴 중앙에 삽입되어, 고정되고 부착이 가능하면서도, 각각 다른 성분의 원하는 치아를 삽입할 수 있다. 다음의 치아는 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 열가소성수지 (Thermoplastic)을 사용하였고, 다음의 수지는 열에 의해 변형하여 사용하기 용이하고, 원하는 모양, 방향으로 변형이 가능하다는 장점을 이용하여, 치아 고정틀에 삽입됨으로써, 열에 의해 변형된 상태에서 치아와 임플란트, 다른 소재의 치아를 열가소성수지로 둘러 싼 후 고정틀에 밀착시켜, 지름 1.5 cm, 높이 2 cm의 고정틀과 모형치아를 완성할 수 있다.
본 발명의 치아 고정틀의 모양은 변형이 가능하며, 오픈(입을 열음, Open), 클로즈(입을 닫음, Close) 마우스를 구현할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 진단 뿐만 아니라, 방사선 치료시 치과 보철물을 가지고 있는 환자, 가지고 있지 않은 환자, 또는 입을 연 상태의 환자, 입을 닫은 상태의 환자를 모사할 수 있다. 여기서 치아를 고정하기 위한 열가소성수지는 실제 인체 조직등가 물질의 특성을 가지므로, 자기공명영상 획득 시에서도 비자성 성분으로 영향을 미치지 않아 사용하기에 적합하다.
이후, 본 발명의 융합 팬텀에 의한 테스트를 종래 팬텀에 의한 자기공명 시스템 및 컴퓨터단층촬영의 정도관리 및 인공물 테스트와 비교해 보았을 때, 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 팬텀의 인공물 평가는 상당히 짧은 시간에 획득될 수 있으며, 부정확한 위치 정확성을 교정하고, 인공물에 대한 영상의 질을 개선하여 정확하게 획득 할 수 있었다.
또한, 본 발명에서는 반구 형태의 넓은 복셀 (Voxel) 위치를 제공함으로써, 다수의 뇌 대사물질의 정량 평가를 수행하며, 각각의 정량화된 화학적 분석이 가능한 융합 팬텀으로써, 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 진단영역에서의 시간적 효율과 인공물 보정에 대한 영상 판독 신뢰도를 높일 수 있도록 하고 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명이 제안하는 다중 인공물 보정 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀에 대해 구체적으로 설명한다.
단, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현이 가능하다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 인공물보정 성능평가용 융합 팬텀(10)은 상부면과 하부면의 같은 크기, 모양의 반 구 형태의 2개의 팬텀(10a, 10b)을 포함한다.
도 1은 본 발명이 제안하는 반구의 외부용기의 구체적인 일례를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기의 구체적인 일례를 함께 도시한 것이며, 도 3은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템을 동시에 정도관리 하기 위해 본 발명이 제안하는 2개의 반구 형태 외부용기가 결합된 융합 팬텀의 구체적인 일례를 도시한 것이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상부면의 중심부에 마개로 개폐되는 주입구(17a)가 형성되고, 제 1 마개(18a)로 개폐되는 한개의 투입구가 주입구(17a)에 형성되는 반구형태의 제 1 용기(10a)가 도시되어 있다.
도 1에 도시되지는 않았지만 제 1 용기(10a)에 대응되는 제 2 용기(10b)도 이에 대응하여 상부면의 중심부에 마개로 개폐되는 주입구(17b)가 형성되고, 제 2 마개(18b)로 개폐되는 한개의 투입구가 주입구(17b)에 형성되고, 반구 형태를 취하게 된다.
또한, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 용기(10a)와 제 2 용기(10b)를 마주보도록 위치시키고, 양쪽의 고무링을 삽입한 일정한 크기의 너트 두 개(15a-15b, 16a-16b)를 형성하고, 두 개의 볼트(19)를 상기 서로 마주보고 있는 너트(15a-15b, 16a-16b)에 삽입함으로써, 제 1 용기(10a)와 제 2 용기(10b)의 두 평탄 부분 및 일치부분을 고정시킬 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3을 참조하면, 제 1 용기(10a)는 치아 고정틀(11a), 용기 내의 중간에 설치되는 기하학적 정확도를 평가하기 위한 슬라이드 또는 척추 뼈를 형상화한 테프론(21)을 삽입하기 위한 제 1 슬라이드 홈(12a), 뼈(Bone)를 형상화한 테프론(20)을 삽입하기 위한 제 1 테프론 삽입 고정틀(13a, 14a)이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 제 2 용기(10b)도 제 1 용기(10a)에 대응하여, 치아 고정틀(11b), 용기 내의 중간에 설치되는 기하학적 정확도를 평가하기 위한 슬라이드(21)를 삽입하기 위한 제 2 슬라이드 홈(12b), 뼈(Bone)를 형상화한 테프론(20)을 삽입하기 위한 제 2 테프론 삽입 고정틀(13b, 14b)이 도시되어 있다.
또한, 본 발명에서는 치아의 둘레부분의 열가소성수지가 삽입된 치아 고정틀(11a, 11b)을 상하로 배치하되, 서로 위치가 같고, 각 단일 중앙 위치에 형성하여 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영을 시행했을 때, 같은 위치의 영상을 얻을 수 있도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 제 1 마개(18a)로 개폐되는 한개의 투입구가 주입구(17a)에 형성된 반구형태의 제 1 용기(10a) 내부는 뇌 모사 대사물질을 정량적으로 평가하기 위해 각 대사물질이 포함될 수 있다.
즉, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)는 같은 모양, 같은 층 위치가 되게끔 발명하되 뇌 대사물질을 모사한 수용액이 주입되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 뇌 대사물질을 모사한 수용액을 주입하기 위해, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)의 주입구(17a, 17b)는 지름 10mm의 투입구로 형성될 수 있다.
또한, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)의 내부는 먼저, 황산구리(Copper sulfate; CuSO4; 0.7 g/L)가 주입구(17a, 17b)를 통해 주입되어 내부를 채우고, 희석된 황산구리 수용액은 물의 T1 이완시간(Relaxation time)을 짧게 하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 이와 같은 용액을 투입함으로써, 자기공명영상 획득 시 높은 신호를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 짧은 시간효율의 결과를 볼 수도 있다.
또한, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)의 내부는 자기공명영상 및 분광을 시행할 때, 복셀의 위치를 지정하기에 쉽고 정확하며, 아크릴과 뼈를 모사한 테프론의 영향에 대한 인공물을 최소로 줄일 수 있다.
즉, 관심 용적 선정의 위치 정확성도 쉽게 얻을 수 있으며, 부분용적 효과도 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)의 내부는 반구 내의 뇌 대사물질을 모사한 용액들로 채워져 있으며, 온도 및 pH를 인체 성분과 비슷하게 맞출 수 있다.
인체의 성분과 비슷한 pH를 맞추기 위해 인산칼륨 (Monopotassium phosphate; KH2PO4; 32 mM)과 제삼인산칼륨 (Tripotassium phosphate; K3PO4; 18 mM)을 혼합하여 pH7을 맞출 수 있다.
또한, 뇌 대사물질을 모사하기 위해 다음의 시약 (대사물질)을 첨가할 수 있다.
N-acetyl-Laspartic acid; Creatine hydrate; Cr; 10.0mM, Choline chloride; Cho; 3.0 mM, Myo-inositol; NAA; 12.5 mM, L-Glutamic acid; Glu; 12.5 mM, DL-lactic acid; Lac; 5.0 mM, 4-Aminobutyric acid; GABA; 10.0 mM, mI; 7.5 mM, L-Alanine; Al; 10.0 mM, L-Glutamine; Gln; 12.5 mM, Taurine; Tau; 6.0 mM
또한, 제 1 용기(10a) 및 제 2 용기(10b)의 상단과 하단의 인공물의 유무로 인한 정도관리 평가를 위하여, 복셀 사이즈 인공물 테스트, 신호 대 잡음비, 선폭 평가, 수분억제 평가, 수분신호의 대칭서 평가 등을 하여 정량적 정확도 분석을 시행할 수 있다.
또한, 본 발명 제안하는 팬텀(10)을 사용하여, 자화율 인공물 보정을 위해 영상획득을 시행할 경우, 조직이 자기장내에서 얼마나 빨리 자화하는지의 정도와 발생되는 인공물의 특징적인 부분을 분석하여 자화율을 특성화 할 수 있다.
또한, 공기와 물 경계, 공기와 테프론 경계, 물과 테프론 경계 등 신호의 소실과 기하학적 왜곡을 구분 및 정보를 분석할 수도 있다.
또한, 본 발명 제안하는 팬텀(10)을 사용하여 강자성체에 부착에 의한 인공물 보정을 시행할 수 있다.
자석에 의해 강하게 이끌리는 보철물, 임플란트와 같은 금속은 자기공명영상에서 주파수 방향으로 비 정상적인 신호획득 및 변화된 신호 강도 등 기하학적 왜곡을 얻을 수 있으며, 이로 인해 영상정보가 달라질 수 있어 문제되어 왔다.
그러나 본 발명에 따른 팬텀(10)에서는 금속에 대한 인공물 보정 및 보정을 위한 영상 프로토콜을 조정하여 상기 내용을 보정할 수 있다.
본 발명 제안하는 팬텀(10)을 사용하는 경우, 컴퓨터단층촬영의 영상획득 정보를 정확하게 획득할 수 있는 성능평가 정보를 제시해줄 수 있다.
즉, 컴퓨터단층촬영의 영상정보는 금속과 같은 고밀도 물질이 포함되는 경우 강한 신호를 나타내며, 이로 인해 실체 치료 부위가 가지고 있는 고유 컴퓨터단층촬영 value (CT number, HU)와 전혀 다른 value가 형성되어 방사선치료시 선량 계산 오류를 초래하는 문제점이 있다.
이러한 인공물은 진단 영역 뿐만아니라, 치료 영역까지도 영향이 있으며, 금속 및 보철물에 대한 정보 획득 및 영상획득시 인공물 유무 정보를 파악할 필요가 있다.
이후의 오류는 컴퓨터단층촬영 후 재구성 시 모든 value들이 바뀌므로 영상의 재구성이 이루어지면 다시 되돌릴 수 있는 방법이 없어, 실제 True value를 찾기 어려워 진다.
따라서 본 발명 제안하는 팬텀(10)을 사용함으로써, 컴퓨터단층촬영 시 진단 전 정도관리를 통해 인공물을 줄일 수 있는 대안 및 평가를 시행하고, 프로토콜 및 파라미터를 보정하여 촬영을 진행할 수 있게 된다.
본 발명의 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 융합 팬텀(10)에 의하면, 두 개의 구의 용기(10a, 10b) 내 중간의 기하학적 단면 정확도 평가를 위한 평가 슬라이스(21)를 기준으로 상단과 하단의 실제 인공물을 재현하기 위하여, 환자들로부터 발치한 치아 및 치과에서 현재 사용되고 있는 생체 친화성 합금인 티타늄 재질의 임플란트를 팬텀에 삽입할 수 있도록 하였다.
또한, 이 물질은 대다수 개수로 보충될 수 있고, 소아 치아영상도 구현이 가능하며, 추가 삽입이 가능하도록 하였다.
보통 일반인의 경우, 사랑니를 제외한 28개의 치아를 가지고 있으며, 윗니 14개, 아랫니 14개로 구현될 수 있도록 제한되지 않은 치아와 함께 구성된 물질이 삽입되도록 하였다.
치아 및 임플란트는 아크릴 중앙에 삽입되어, 고정되고 부착이 가능하면서도, 각각 다른 성분의 원하는 치아를 삽입할 수 있다.
다음의 치아는 원하는 위치에 고정시킬 수 있도록 열가소성수지 (Thermoplastic)을 사용하였다.
다음의 수지는 열에 의해 변형하여 사용하기 용이하고, 원하는 모양, 방향으로 변형이 가능하다는 장점을 이용하여, 치아 고정틀(11a, 11b)에 삽입하였다.
이로써 열에 의해 변형된 상태에서 치아와 임플란트, 다른 소재의 치아를 열가소성수지로 둘러 싼 후 고정틀에 밀착시켜, 지름 1.5 cm, 높이 2 cm의 고정틀과 모형치아를 완성할 수 있다.
본 발명의 치아 고정틀의 모양은 변형이 가능하며, 오픈(입을 열음, Open), 클로즈(입을 닫음, Close) 마우스를 구현할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 진단뿐만 아니라, 방사선 치료 시 치과 보철물을 가지고 있는 환자, 가지고 있지 않은 환자, 또는 입을 연 상태의 환자, 입을 닫은 상태의 환자를 모사할 수 있도록 하였다.
이 또한 실험 결과의 따라 치아를 고정하기 위한 열가소성수지는 실제 인체 조직등가 물질의 특성을 가지므로, 자기공명영상 획득 시에서도 비자성 성분으로 영향을 미치지 않아 사용하기에 적합하다고 판단하였다.
또한, 본 발명의 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 융합 팬텀(10)에 의하면, 두 구의 용기(10a, 10b) 안의 내부에는 슬라이드 위치를 확인할 수 있는 테프론 재질의 기둥(20)을 삽입하여, 치아고정틀(11a, 11b)에서는 2cm 높이 및 테프론 기둥(20)에서는 4cm 높이의 위치 평가를 시행할 수 있다.
용기(10a, 10b) 내부에서는 복셀 위치를 자유롭게 하기 위해, 반구 중심의 위치를 잡아 대사물질 정량 평가를 시행하고 상단, 하단의 복셀을 위치함으로써, 동시에 획득하고 시간적 효율성을 높일 수 있다.
또한, 휴먼 뇌 크기와 비슷하므로, 대사물질 평가에도 용이하며, 외부와 내부 사이의 얇은 아크릴 두께 5mm로 인해 화학적 이동(Chemical shift) 인공물을 줄일 수 있는 특징을 갖는다.
또한, 단일용적 자기공명분광기법을 사용하여 정량평가가 가능하다.
즉, 반구(10a, 10b)의 중심 상단과 하단의 대사물질의 양의 조절이 가능하여, 자기공명분광법을 이용한 스펙트럼 획득 시 원하는 신호를 보이도록 할 수 있고, 관심용적(특히, 외부와 가장 가까운 위치의 복셀, 테프론과 가까운 위치의 복셀, 치아와 가까운 위치의 복셀, 임플란트와 가까운 위치의 복셀)의 위치 정확성을 정확하게 측정할 수 있는 효과도 있으며, 이로 인해 인공물에 의한 화학적 이동의 변화도 평가할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 팬텀(10)은 자기공명영상 시스템과 컴퓨터단층촬영 시스템의 성능평가에 있어서, 인공물 보정(특히, 금속 인공물)이 정확하고, 다양한 정량적 평가로 인해 분석을 할 수 있다.
종래 팬텀과 비교하여, 보다 정확하고 다양한 대사물질의 분석이 가능하도록 하였으며, 장비의 성능유지와 함께 분석기능을 동시에 영상화 할 수 있음으로써, 단시간에 획득할 수 있는 장점과 장비 성능의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
Claims (10)
- 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI) 및 컴퓨터단층촬영(Computed tomography, CT)의 성능을 동시에 평가할 수 있는 팬텀에 있어서,
반구 형태의 제 1 용기; 및
상기 제 1 용기와 동일한 구조 및 크기를 갖는 반구 형태의 제 2 용기;를 포함하되,
상기 제 1 용기와 제 2 용기는 서로 맞닿아 연결되어 상호 대칭(symmetry) 구조를 형성하고,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각은,
신체의 치아를 모사하는 복수의 치아 모사체가 삽입되는 치아고정틀; 및
적어도 하나의 뼈 모사체가 삽입되는 삽입홀;을 포함하며,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각의 내부는 뇌 대사물질을 모사한 적어도 하나의 용액으로 채워지고,
상기 제 1 용기의 가장 넓은 면적을 갖는 제 1-1 면과 상기 제 2 용기의 가장 넓은 면적을 갖는 제 2-1 면이 서로 맞닿아 연결되어 상호 대칭(symmetry) 구조를 형성하고,
상기 치아고정틀 및 삽입홀은 상기 제 1-1 면 및 제 2-1 면의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각은,
상기 제 1-1 면 및 제 2-1 면의 맞은편 면에는 상기 뇌 대사물질을 모사한 적어도 하나의 용액을 주입하기 위한 투입구;를 더 포함하고,
상기 투입구는 마개를 통해 개폐되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부는 황산구리(Copper sulfate; CuSO4; 0.7 g/L) 로 먼저 채워지는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 4항에 있어서,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부는 N-acetyl-Laspartic acid; Creatine hydrate; Cr; 10.0mM, Choline chloride; Cho; 3.0 mM, Myo-inositol; NAA; 12.5 mM, L-Glutamic acid; Glu; 12.5 mM, DL-lactic acid; Lac; 5.0 mM, 4-Aminobutyric acid; GABA; 10.0 mM, mI; 7.5 mM, L-Alanine; Al; 10.0 mM, L-Glutamine; Gln; 12.5 mM, Taurine; Tau; 6.0 mM 이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 내부의 pH를 상기 신체의 pH와 동일하게 형성하기 위해, 투입된 인산칼륨(Monopotassium phosphate; KH2PO4; 32 mM)과 제삼인산칼륨(Tripotassium phosphate; K3PO4; 18 mM)의 혼합비를 조절하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 치아 모사체는 티타늄(titanium) 물질 및 치아 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 7항에 있어서,
상기 삽입된 복수의 치아 모사체의 위치를 고정시키기 위해, 상기 치아고정틀은 열가소성 플라스틱(thermoplastic) 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제 8항에 있어서,
상기 열가소성 플라스틱의 가열하면 소성 변화를 일으키게 되고 냉각하면 가역적으로 경화하는 성질을 이용하여, 상기 치아고정틀에 삽입된 복수의 치아 모사체의 위치는 변경 가능한 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 용기 및 제 2 용기 각각에는 체결공이 형성되고,
상기 체결공을 관통하는 결합구를 통해 상기 상기 제 1 용기와 제 2 용기는 서로 맞닿아 연결되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 및 컴퓨터단층촬영 성능평가용 팬텀.
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