KR101885998B1 - 4차원 mra의 영상 정보 후처리를 통한 다중시기 곁순환 영상, 관류 영상 방법 및 의료 장치 시스템 - Google Patents

4차원 mra의 영상 정보 후처리를 통한 다중시기 곁순환 영상, 관류 영상 방법 및 의료 장치 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4차원 MRA(4-D Magnetic Resonance Angiography)에서 얻은 영상 정보를 처리하는 새로운 방법 및 의료 장치 시스템에 관한 것이다.
4차원 MRA에서 얻은 역동적(dynamic) 영상 정보의 후처리(postprocessing) 과정을 통하여 뇌의 다중시기 곁순환(측부혈류) 영상(MCI, Multiphase Collateral Imaging)과 역동적 조영증강 관류 영상(DCE-P, Dynamic Contrast-Enhanced Perfusion Imaging) 및 이들로부터 응용 및 파생된 영상들을 얻을 수 있다.

Description

4차원 MRA의 영상 정보 후처리를 통한 다중시기 곁순환 영상, 관류 영상 방법 및 의료 장치 시스템{MULTIPHASE COLLATERAL IMAGING AND PERFUSION IMAGING BY POSTPROCESSING OF 4-DIMENSIONAL MAGNETIC RESONANCE ANGIOGRAPHY IMAGING INFORMATION AND MEDICAL SYSTEMS THEREOF}
본 발명은 4차원 MRA(4-D Magnetic Resonance Angiography)에서 얻은 영상 정보를 처리하는 새로운 방법 및 의료 장치 시스템에 관한 것이다.
4차원 MRA에서 얻은 역동적(dynamic) 영상 정보의 후처리(postprocessing) 과정을 통하여 뇌의 다중시기 곁순환(측부혈류) 영상(MCI, Multiphase Collateral Imaging)과 역동적 조영증강 관류 영상(DCE-P, Dynamic Contrast-Enhanced Perfusion Imaging)을 얻을 수 있다.
뇌혈관 질환에 주로 사용되는 의료 영상 장치로는 자기공명영상 (MRI, Magnetic Resonance Imaging), 컴퓨터 단층촬영(CT, Computed Tomography), 단일광자 단층촬영(SPECT, Single Photon Emission Computed Tomography), 양전자 단층촬영(PET, Positron Emission Tomography) 및 초음파(Ultrasound) 등이 있다. 이 중에서 CT와 MRI가 많이 이용되고 있는데 뇌혈관 질환은 발생 원인이 다양하고 환자에 따라 치료방법과 예후가 달라질 수 있기 때문에 정확한 원인의 분석, 적절한 치료방법의 결정, 그리고 예후의 예측을 위한 다양한 영상화 기법들이 개발되고 있다.
CT를 이용한 방법은 뇌경색의 범위를 정확하게 알지 못하고 방사선 노출과 조영제를 사용해야 하는 단점이 있고, MRI는 더 정확한 뇌경색의 범위를 알 수 있지만 영상을 얻는데 비교적 많은 시간이 걸려 급성 뇌경색과 같이 응급을 요하는 상황에서 제한적일 수 있으며 환자의 움직임에 매우 민감하고 CT 보다는 상대적으로 안전하지만 역시 조영제가 필요할 수 있다는 단점이 있다.
도 1은 종래 기술로써 급성 뇌경색 환자 등의 치료결정을 위해 시행하는 일반적인 MRI 방법을 나타낸 것이다.
MRI의 경우 보통 확산강조영상, DSC-관류영상 (Dynamic Susceptibility Contrast Enhanced Perfusion-Weighted Imaging, DSC-PWI), TOF(Time of Flight) MRA, SWI(Susceptibility-Weighted Imaging), FLAIR(Fluid-Attenuated Inversion Recovery) 영상 등을 얻게 된다. 비교적 적절한 질의 영상을 얻으려면 15분 정도가 소요되며 시간을 단축하기 위해 낮은 질의 영상을 얻더라도 최소 8~9분의 비교적 많은 시간이 걸리는 것을 알 수 있다.
따라서 인체에 덜 침습적이고, 정확하고, 객관적이면서도 빠르게 영상 정보를 알 수 있는 새로운 기법의 개발이 필요하다.
이에 본 발명은 허혈성 뇌혈관 질환의 정보를 얻기 위한 종래의 다양한 영상검사기법 중 하나인 4차원 MRA 영상을 이용하는 것으로, 4차원 MRA에서 기본적으로 제공하는 뇌 및 경부혈관의 해부학적 정보와 함께 뇌의 곁순환과 관류 정보까지 한꺼번에 제공할 수 있는 후처리 방법 및 의료 장치 시스템을 제공하고자 한다. 추가적인 영상 방법 없이 4차원 MRA 만으로 허혈성 뇌혈관 질환의 중요한 예후인자가 되는 정보들을 동시에 얻으면서 전체적인 영상획득 시간을 단축시키는 효과를 얻을 수 있다.
<선행기술문헌>
<Feasibility and Value of MR Angiography with High Spatial and Temporal Resolution for Vessel Assessment and Perfusion Analysis in Patients with Wake-up Stroke>(Academic Radiology Vol. 22, No. 4, pp. 413-422, 2015. 4. 이하 ‘선행문헌 1’)
상기 선행문헌 1은 “급성 뇌졸중 환자의 혈관 평가 및 관류 분석을 위한 공간 및 시간 해상도가 높은 MR 혈관 조영술의 타당성 및 가치”로 본 발명과 같이 4차원 MRA를 이용하여 뇌 관류에 대한 정보를 제공하는 발명이다.
그러나 상기 선행문헌 1의 발명은 시간에 따라 연속적으로 얻은 4차원 MRA의 전체 영상을 후처리하는 전용 분석 소프트웨어 시스템을 새롭게 개발하거나 이용한 것이 아니고, 상용화 되어있던 범용 3D 워크스테이션에서 수동적인 방법으로 각 시기의 영상들을 일일이 축상면 영상으로 재구성한 후 구체적으로 밝히지 않은 불분명한 방법의 추가적인 후처리를 통해 조영증강의 시간지연을 표현하고 있다.
따라서 영상 후처리 시간이 매우 오래 걸릴 수밖에 없으며, 영상의 질도 떨어지고, 시간지연의 기준이 모호하여 정확한 관류정보를 제공하지 못하는 등, 급성기 환자에게 사용하기 적합한 시스템이 되지 못하였다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0142652호(2014. 12. 12. 이하 ‘선행문헌 2’)
상기 선행문헌 2는 “측부순환의 영상화 및 평가를 위한 새로운 자기공명영상기법”으로 DSC-관류영상의 원천영상 데이터를 영상 후처리하여 디지털 감산혈관 조영술(DSA, Digital Subtraction Angiography)의 영상과 대조하여 측부순환(곁순환)을 영상화하는 발명이다.
그러나 선행문헌 2의 발명은 본 발명과 같이 관류와 곁순환 정보를 동시에 제공한다는 장점이 있지만 혈관의 폐색이나 협착과 같은 해부학적 정보가 없어 추가적으로 MRA를 얻어야 한다.
또한, 상기 선행문헌 2의 발명은 혈류시기를 미리 정확하게 알 수 없고 치료를 시작한 후 얻은 DSA의 영상을 이용하거나 부정확하게 대략적인 혈류시기를 정해야 하는 문제점이 있다.
따라서 환자의 치료 전 영상으로서의 실용적 가치가 떨어지거나 서로 다른 개별 환자들의 혈류 역학적 특성을 정확하게 반영하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 4차원 MRA 영상과 그 안에 내재되어 있는 역동적 혈류 정보(HI, Hemodynamic Information)를 후처리하여 다중시기 곁순환(측부혈류) 영상(MCI, Multiphase Collateral Imaging)과 역동적 조영증강 관류 영상(DCE-P, Dynamic Contrast-Enhanced Perfusion imaging) 및 이들에서 응용 및 파생되는 영상들을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 4차원 MRA의 영상 정보 후처리 방법을 통해, 별도로 시행하던 기존의 DCS-관류영상 검사를 대체할 수 있는 관류 영상과 기존의 MRI 방법으로는 한계가 있는 MCI를 제공함으로써, 급성허혈성뇌질환 환자의 전체적인 영상획득 시간을 단축시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정확한 뇌의 혈류 역학적 정보와 시간정보를 얻기 위하여 주요 뇌동맥과 뇌정맥에서 각각 시간-신호강도 곡선(Time-Intensity Curve, TIC)을 얻으며 이를 통해 개별 환자들에서 정확한 혈류시기와 혈류지연시간을 얻을 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 후처리한 영상들을 회색조와 더불어 RGB 색조나 무지개 색조로도 동시에 표현되게 하여 뇌혈류 정보를 직관적으로 알 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 4차원 MRA 영상 정보의 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템의 제공을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
HI가 포함된 관상면 4차원 MRA 영상 데이터를 로딩(loading)하는 단계(S110);
필요한 뇌 영역을 추출하여 뇌 영역의 해부학적 정보와 HI를 가진 영상 파일을 저장하는 단계(S120);
시간에 따른 전체 뇌혈류 영상을 출력하는 단계(S130);
주요 뇌동맥과 뇌정맥의 시간-신호강도 곡선(TIC)을 추출하고, 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기와 혈류지연시간의 기준을 결정하는 단계(S140);
관상면 영상을 재구성하여 축상면 MCI 및 DCE-P 등으로 후처리하는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 제공함으로서 기술적 과제를 해결하고자 한다.
또한, 곁순환 영상의 시기와 혈류지연시간의 기준을 결정하는 단계에서 뇌동맥 (정상측 중대뇌동맥의 M1 분절, 전대뇌동맥의 A1 분절, 또는 내경동맥의 말단부)과 뇌정맥 (상시상 정맥동 또는 아주 큰 피질정맥의 원위부)에 관심영역(ROI, Region Of Interest)을 각각 지정하여 최적의 동맥과 정맥의 TIC를 추출할 수 있다.
또한, 본 발명은 위와 같은 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템을 포함하며, 뇌의 곁순환과 관류를 영상화하는 소프트웨어를 통해 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은 입력부(210), 추출부(220), 처리부(230), 변환부(240) 및 표시부(280)가 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 본래 역동적, 해부학적 혈관정보를 알기 위해 얻고 있는 4차원 MRA 영상의 시간에 따른 신호강도 변화를 이용하여 뇌혈류량에 대한 정보를 제공하는 새로운 영상 후처리 기술이다. 이는 따로 영상을 획득해야 알게 되었던 정보를 하나의 검사로 알게 됨으로서 허혈성 뇌혈관 질환 환자에서 영상정보 획득의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 4차원 MRA의 영상 정보 후처리 과정을 통하여 곁순환 및 관류 정보를 보여주는 MCI, DCE-P 및 다중시기 혈관강조 곁순환 영상(A-MCI, Angiography-weighted Multiphase Collateral Imaging) 등으로 구현할 수 있다.
나아가, 본 발명은 영상 후처리를 통해 비침습적인 영상으로 재구성되어 침습적인 카데터(catheter) 혈관조영술이나 비교적 많은 방사선 노출이 필요한 다중시기 CT 혈관조영술의 곁순환 평가를 대신할 수 있다.
또한, 본 발명은 짧은 시간과 적은 양의 조영제를 사용하는 4차원 MRA의 원천영상 데이터를 이용하기 때문에 영상시간 단축 및 조영제 부작용의 부담을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 영상 후처리를 통해 구현된 영상들을 회색조 및 RGB 색조나 무지개 색조 등으로 변환시킬 수 있다. 이는 사용자가 영상 정보를 빠르고 정확하게 평가할 수 있도록 한다.
도 1은 급성 뇌경색 환자에게 시행되는 종래 기술의 일반적인 자기공명영상 방법과 영상획득 시간을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 기초 자료가 되는 4차원 MRA 영상의 일반적인 사용을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법에 대한 순서도이다.
도 4에서 도 14까지는 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 구현한 프로그램을 사용하는 예시도이다.
도 15에서 도 22까지는 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 통하여 얻어진 영상을 재구성하여, 각 혈류시기별로 회색조, RGB 색조 또는 무지개 색조 영상으로 나타낸 것이다.
도 23은 본 발명에 따른 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템의 전체 예시도이다.
도 24는 본 발명에 따른 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템 중 입력부에서 DCE를 선택한 경우 영상이 후처리되는 예시도이다.
도 25는 본 발명에 따른 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템 중 입력부에서 DSC를 선택한 경우 영상이 후처리되는 예시도이다.
도 26은 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 통해 얻은 MCI와 DCS-PWI의 후처리를 통해 얻어진 곁순환 영상(DSC-MCI)을 비교한 것이다.
도 27은 4차원 MRA의 영상 정보 후처리를 통한 다중시기 곁순환 영상, 관류 영상 방법을 간단하게 나타낸 것이다.
자세한 도면 설명은 실시 예를 통하여 다시 한다.
<부호의 설명>
S110: 역동적 HI가 포함된 관상면 4차원 MRA 영상 데이터를 로딩하는 단계
S120: 필요한 뇌 영역을 추출하여 뇌 영역의 해부학적 정보와 HI를 가진 영상파일을 저장하는 단계
S130: 시간에 따른 전체 뇌혈류 영상을 출력하는 단계
S140: 뇌동맥과 뇌정맥의 TIC를 추출하고, 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기를 결정하는 단계
S150: 관상면 영상을 재구성하여 축상면 MCI 및 DCE-P 등으로 후처리하는 단계
210: 입력부, 211: DCE, 212: DSC
220: 추출부, 221: 시상면과 축상면 영상을 출력하여 뇌 영역 잘라내기, 222: 뇌 영역의 해부학적, 혈류학적 정보를 가진 파일을 저장
230: 처리부, 231: 시간별 최대강도투사 영상 출력, 232: 동맥과 정맥의 TIC를 만들고 혈류 시기 분류, 233: 가우스필터 적용
240: 변환부, 250: 곁순환 영상, 251: MCI, 252: 다중시기 컬러 곁순환 영상, 253: 다중시기 백분율 곁순환 영상(MPCI, Multiphase Percentage Collateral Imaging), 254: 다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상, 255: 동맥기-모세혈관기-정맥기 혼합 컬러 곁순환 영상(ACV-CCI, mixed Arterial-Capillary-Venous phase Color Collateral Imaging), 256: 모세혈관기-정맥기-지연기 혼합 컬러 곁순환 영상(CVD-CCI, mixed Capillary-Venous-Delayed phase Color Collateral Imaging), 257: 다중시기 혈관강조 곁순환 영상 (A-MCI, Angiography-weighted Multiphase Collateral Imaging), 258: 다중시기 반전 혈관강조 곁순환 영상(IA-MCI, Inverted Angiography -weighted Multiphase Collateral Imaging);
260: DCE-P 영상, 261: 관류 TTP 지도(DCE-TTP, Dynamic Contrast-Enhanced perfusion Time-To-Peak), 262: 관류 TTP 색지도(DCE-CTTP, Dynamic Contrast-Enhanced perfusion Color Time-To-Peak map), 263: 최고 동맥기 기준 관류지연 색지도(A-CDM, Arterial peak Color Delay Map), 264: 최고 정맥기 기준 관류지연 색지도(V-CDM, Venous peak Color Delay Map);
270: DSC-곁순환 영상, 271: DSC-MCI, 272: DSC-다중시기 컬러 곁순환 영상, 273: DSC-MPCI, 274: DSC-다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상
280: 표시부
이하, 실시 예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
<실시 예 1>
도 3은 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법에 대한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 MRI 장비에서 약 1.5~2초 간격의 HI가 포함된 원천영상 데이터를 로딩하고(S110), 축상면 영상을 바탕으로 하여 MCI와 DCE-P를 위해 필요한 뇌 영역을 추출한다(S120).
도 4에서 도 14까지는 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 구현한 프로그램을 사용하는 예시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 프로그램에서 역동적 혈류정보가 포함된 영상 데이터를 선택하여 로딩 할 수 있다.
또한, 로딩 되는 영상들은 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 헤더 정보를 바탕으로 획득된 시간의 순서에 따라 4차원 배열로 정렬함으로써 시간 흐름에 따른 변화의 분석에 용이한 형태로 저장된다.
도 6은 본 발명을 위하여 만들어진 4차원 MRA 영상 정보 후처리 프로그램에서 MCI와 DCE-P를 위해 필요한 뇌 영역을 추출하는 예시도이다. 먼저 중심부 시상면 영상(mid-sagittal image)과 내부의 박스가 자동으로 나타나면 추출하고자 하는 뇌 영역의 위/아래와 앞/뒤 경계를 결정한다. 이어서 자동으로 나타나는 축상면 영상에서 다시 좌/우, 앞/뒤 영역을 결정하여 뇌 영역 이외의 부분을 제외한다.
다음, S120단계를 통해 얻어진 영상은 시간에 따른 전체 뇌혈류 영상을 출력한다(S130).
도 7에서 도 9까지는 본 발명을 위하여 만들어진 4차원 MRA 영상 정보 후처리 프로그램에서 조영제가 들어간 후의 뇌 영역 영상으로부터 조영제가 들어가기 전 시기의 뇌 영역 영상을 감산(subtraction)한 후, MIP 기법으로 영상을 처리하고, 적절한 명암으로 시간 순서대로 정렬하여 출력하는 예시도이다.
도 7의 1번을 선택하였을 때 뇌 영역의 전체 시간별 영상이 도 8과 같은 감산 MIP 기법으로 출력된다.
나아가, 도 7의 2번을 선택하였을 때 도 9와 같이 새로운 창이 나타나는데 영상의 명암을 히스토그램으로 나타낸 후 윈도우 폭과 윈도우 레벨을 최적화하는 과정을 거친다.
다음, S130단계를 통해 출력된 영상은 뇌동맥과 뇌정맥의 TIC를 추출하고, 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기와 혈류지연시간의 기준을 결정한다(S140).
도 10에 도시된 바와 같이, 먼저 뇌동맥(정상측 중대뇌동맥의 M1 분절, 전대뇌동맥의 A1 분절, 또는 내경동맥의 말단부)과 뇌정맥(상시상 정맥동 또는 아주 큰 피질정맥의 원위부)에 각각 관심영역(ROI)을 지정하면, 시간에 따른 혈관의 신호강도 변화(TIC)가 도표로 나타난다. 이를 이용하면 뇌혈류의 정확한 시기를 구분하는 객관적인 기준이 된다.
도 11에 도시된 바와 같이, TIC를 이용하여 구분된 뇌혈류 시기가 후처리 프로그램에서 자동으로 적용된다.
도 12에 도시된 바와 같이, 영상을 출력하기 전에 영상을 부드럽게 만들기 위한 가우스 필터 크기를 선택한다.
다음, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 과정인 뇌혈류 시기가 적용된 후, ‘Generate Collateral Images’를 선택하였을 때, 구분된 각 혈류시기에 포함되는 영상의 신호강도를 평균화하여 각 혈류시기의 곁순환 영상을 추출한다.
상기 혈류시기는 TIC를 통하여 알게 된 동맥기의 시작(start of arterial phase), 최고 동맥기(maximum arterial phase), 최고 정맥기(maximum venous phase) 및 정맥기의 끝(end of venous phase) 시점을 기준으로, 동맥기(Arterial phase: 동맥의 조영증강이 시작되는 시점으로부터 최고 동맥기까지), 모세혈관기(Capillary phase: 최고 동맥기의 바로 다음시점에서부터 최고 정맥기 바로 전까지), 초기 및 후기 정맥기(Early and Late Venous phase: 최고 정맥기에서부터 정맥의 신호강도가 평행하게 되기 시작하는 시점 전까지, 그리고 그 중심시점을 기준으로 초기와 후기 정맥기로 구분함), 지연기(Delayed phase: 정맥의 신호강도가 평행해진 시점에서부터 끝까지)로 구분할 수 있다.
다음, S140단계를 통해 추출된 각 혈류시기의 곁순환 영상은 관상면 영상을 재구성하여 축상면 MCI 및 DCE-P 등으로 후처리 된다(S150).
도 14에 도시된 바와 같이, 먼저 ‘Display Preview‘를 선택하면 중심부 시상면 영상이 후처리 프로그램에서 자동으로 출력된다. 다른 뇌 MRI 영상들과 평행한 영상을 얻기 위하여 먼저 전교련-후교련 선(AC-PC line, Anterior Commissure-Posterior Commissure line)에 평행하도록 영상을 회전한다. 그 다음 영상들의 단면 두께, 단면 사이의 거리, 영상의 수 등을 입력하면 축상면 영상으로 재구성하기 위한 녹색의 선들이 표시된다. 이어서 ’Generate Reformat Dicoms‘를 선택하면 MCI 및 DCE-P가 DICOM 형식으로 만들어진다.
재구성된 영상에서 조영제가 빨리 차는 곳은 혈류 또는 곁순환이 좋은 부분이며, 느리게 차는 부분은 혈류 또는 곁순환이 나쁜 부분에 해당되어 각 시기에 따른 혈류분포를 알 수 있다.
도 15에서 도 22까지는 본 발명의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 통하여 얻어진 MCI 및 DCE-P 영상 및 이들로부터 파생된 영상들이며 각 혈류시기별 또는 혈류지연 시간에 따라 회색조, RGB 색조 또는 무지개 색조 영상으로 나타낸 것이다.
하기 <수학식 1>은 역동적 혈류 정보가 포함된 4차원 MRA 영상의 각 복셀(voxel) 당 신호강도변화를 MCI의 각 시기별 영상의 각 복셀 당 신호강도로 변환하는 수학식이며, 이를 기초로 계산된 MCI의 신호강도를 통해 각 시기별 혈류분포를 알 수 있다.
<수학식 1>
Figure 112017057526074-pat00001
도 15에 도시된 바와 같이, MCI는 각 혈류시기별로 회색조와 무지개 색조 영상으로 나타난다.
하기 <수학식 2>는 역동적 혈류 정보가 포함된 DSC-관류영상의 각 복셀(voxel) 당 신호강도변화를 DSC-MCI의 각 시기별 영상의 각 복셀 당 신호강도로 변환하는 수학식이며, 이를 기초로 계산된 MCI의 신호강도를 통해 각 시기별 혈류분포를 알 수 있다.
<수학식 2>
Figure 112017057526074-pat00002
하기 <수학식 3>은 각 시기별 MCI 영상의 신호강도 증가분을 백분율로 표현하여 MPCI로 변환하는 수학식이다.
<수학식 3>
Figure 112017057526074-pat00003
도 16에 도시된 바와 같이, MPCI는 각 혈류시기별로 회색조와 무지개 색조 영상으로 나타난다.
도 17에 도시된 바와 같이, MCI를 변환시켜 왼쪽의 ACV-CCI와 오른쪽의 CVD-CCI를 만들 수 있으며 이들은 RGB 색조 영상으로 나타난다.
ACV-CCI의 영상에서는 동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 혈류가 들어오는 부분을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타내고, CVD-CCI의 영상에서는 모세혈관기, 정맥기, 지연기에 혈류가 들어오는 부분을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타낸다. 이러한 영상을 통해 곁순환 정보를 한 번에 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, MIP 기법으로 MCI를 변환시키면 혈관이 강조되어 나타나는 A-MCI를 만들 수 있다. 도 18의 아랫줄 영상은 윗줄의 회색조 영상을 반전시켜 나타낸 것으로 IA-MCI에 해당된다. 이러한 IA-MCI는 비침습적이면서도 DSA처럼 혈관이 좀 더 도드라지는 효과가 있다. 따라서 A-MCI 와 IA-MCI를 이용하면 혈관 내에 조영제가 채워지는 영역을 측정하여 곁순환의 양상과 정도를 시기별로 확인할 수 있다.
나아가, MCI를 ACV-CCI와 CVD-CCI로 변환하는 것과 유사하게 A-MCI를 ACV-ACI와 CVD-ACI로 변환할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 왼쪽의 ACV-ACI와 오른쪽의 CVD-ACI는 RGB 색조 영상으로 나타난다.
ACV-ACI의 영상에서는 동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 조영제가 차는 혈관들을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타내고, CVD-ACI의 영상에서는 모세혈관기, 정맥기, 지연기에 조영제가 차는 혈관들을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타낸다. 이러한 영상들은 혈류시기에 따른 곁순환 정보를 한 번에 확인할 수 있는 장점이 있다.
도 20은 회색조로 나타나는 DCE-TTP와 무지개 색조 영상으로 나타나는 DCE-CTTP이다.
상기 회색조 영상은 조영증강에 의한 최대 관류(최대 조영증강)에 도달하는 시간(TTP, Time to Peak)을 나타내주어 실제 TTP를 측정할 수 있다. 또한, 상기 무지개 색조 영상에서는 전체 관류에 대한 정보를 직관적으로 알 수 있도록 표현해준다. 이러한 영상들을 통해 허혈부위의 상대적인 혈류지연 시간을 알 수 있다.
상기 DCE-CTTP는 주요 동맥과 정맥의 TIC를 통하여 알게 된 최고 동맥기와 최고 정맥기를 기준으로 적용하여 이로부터 지연된 혈류의 분포를 나타내는 A-CDM과 V-CDM로도 변환할 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, A-CDM의 영상에서는 최고 동맥기를 기준으로 그로부터 지연된 관류 시기(4차원 MRA 원천영상의 시간해상도에 따라 1.5~2초 정도가 됨)의 정도에 따라 빨강(red) 주황(orange), 노랑(yellow), 초록(green), 파랑(blue), 남색(indigo), 보라(violet)로 관류지연의 정도를 표현할 수 있으며 보라색에 가까울수록 혈류 지연 정도가 심한 것을 의미한다. 그 이후에 관류가 되거나 관류가 전혀 되지 않는 부분은 색이 채워지지 않는 부분으로 보이게 된다.
도 22에 도시된 바와 같이, V-CDM의 영상에서는 최고 정맥기를 기준으로 그로부터 지연된 관류 시기(4차원 MRA 원천영상의 시간해상도에 따라 1.5~2초 정도가 됨)의 정도에 따라 빨강(red)으로부터 주황(orange), 노랑(yellow), 초록(green), 파랑(blue), 남색(indigo), 보라(violet)로 관류지연의 정도를 표현할 수 있으며 보라색에 가까울수록 혈류 지연 정도가 심한 것을 의미한다. 지연기까지도 관류가 되지 않는 부분은 병변부 내에서 색이 채워지지 않는 부분으로 보이게 된다.
본 발명의 또 다른 실시 예로는 상기 과정인 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템이다.
도 23은 본 발명에 따른 4차원 MRA 영상 정보 후처리를 구현하는 의료 영상 시스템 예시도이다.
이러한 시스템은 입력부(210), 추출부(220), 처리부(230), 변환부(240), 표시부(280)가 포함된다.
상기 입력부(210)는 영상 획득 형태에 따라 DCE(211) 또는 DSC(212)를 선택하여 헤더정보 및 픽셀정보를 읽어 들인다.
도 24 및 도 25는 획득한 영상 형태에 따라 입력부(210)에서 영상 정보가 후처리되는 흐름을 보다 상세하게 나타낸 예시도이다.
DCE(211)를 선택할 경우 DCE 4차원 MRA의 원천영상을 로딩하며, DSC(212)를 선택할 경우 DSC-관류영상의 원천영상을 로딩 한다.
그 다음 읽어 들인 영상 정보를 이용하여, 추출부(220)에서 시상면과 축상면 영상을 출력하여 뇌 영역 잘라내기(221)와 뇌 영역의 해부학적, 혈류학적 정보를 가진 파일을 저장(222)을 선택하여 재구성에 필요한 뇌 영역만을 추출한다.
그러나 DSC(212)를 선택한 경우, 원천영상이 이미 뇌 영역에만 국한되어 있으므로 뇌 영역 잘라내기가 따로 필요 없으며 뇌 영역의 해부학적, 혈류학적 정보를 가진 파일을 추출하여 저장(222)한다.
추출된 영상은 처리부(230)에서 시간별 최대강도투사 영상출력(231), 동맥과 정맥의 TIC를 만들고 혈류 시기 분류(232), 가우스필터 적용(233)을 선택하여 영상 정보를 처리한다.
처리된 영상은 변환부(240)에서 의료 영상을 다양한 형태로 사용자에게 제공하기 위해서 재구성된다.
DCE(211)의 경우 곁순환 영상(250)과 DCE-P 영상(260)으로 변환할 수 있다. 곁순환 영상(250)에는 MCI(251), 다중시기 컬러 곁순환 영상(252), MPCI(253), 다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상(254), ACV-CCI(255), CVD-CCI(256), A-MCI(257), IA-MCI(258), ACV-ACI, CVD-ACI 등이 포함된다.
DCE-P 영상(260)에는 DCE-TTP(261), DCE-CTTP(262), A-CDM(263), V-CDM(264) 등이 포함된다.
DSC(212)의 경우 DSC-곁순환 영상(270)으로 변환할 수 있다. DSC-곁순환 영상(270)에는 DSC-MCI(271), DSC-다중시기 컬러 곁순환 영상(272), DSC-MPCI(253), DSC-다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상(274) 등이 포함된다.
도 26은 본 발명의 4차원 MRA를 이용한 MCI(윗줄)와 DSC-관류영상의 원천영상 데이터를 이용하여 얻은 DSC-MCI(아랫줄)를 비교한 것이다. 본 발명의 후처리 프로그램에는 DSC-관류영상의 영상정보를 이용하여 DSC-MCI를 얻는 부가기능이 있음을 알 수 있다.
재구성 된 영상들은 표시부(280)에서 사용자가 빠르게 인지할 수 있도록 회색조, RGB 색조, 무지개 색조로 표현되어 화면에 표시된다.
본 발명은 4차원 MRA의 영상 정보 후처리에 관한 것으로 산업상 이용가능한 발명이다.

Claims (14)

  1. 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법에 있어서,
    역동적 혈류 정보(HI, Hemodynamic Information)가 포함된 관상면 4차원 MRA 영상 데이터를 로딩(loading)하는 단계(S110);
    필요한 뇌 영역을 추출하여 뇌 영역의 해부학적 정보와 역동적 혈류 정보(HI)를 가진 영상파일을 저장하는 단계(S120);
    시간에 따른 전체 뇌혈류 영상을 출력하는 단계(S130);
    주요 뇌동맥과 뇌정맥의 시간-신호강도 곡선(TIC, Time-Intensity Curve)을 추출하고 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기와 혈류지연 시간의 기준을 결정하는 단계(S140);
    관상면 영상을 재구성하여 축상면 다중시기 곁순환 영상(MCI, Multiphase Collateral Imaging) 및 역동적 조영증강 관류 영상(DCE-P, Dynamic Contrast-Enhanced Perfusion imaging)으로 후처리하는 단계(S150)를 포함하며,
    후처리하는 단계(S150)는 아래 <수학식 1> 및 <수학식 3>을 기초로 하여 혈류시기별 및 혈류지연 시간에 따라 회색조(gray scale) 또는 3가지(RGB) 내지 7가지(무지개색조) 색으로 나타내며,
    다중시기 곁순환 영상(MCI)을 다중시기 컬러 곁순환 영상, 다중시기 백분율 곁순환 영상(MPCI, Multiphase Percentage Collateral Imaging), 다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상, 동맥기-모세혈관기-정맥기 혼합 컬러 곁순환 영상(ACV-CCI, mixed Arterial-Capillary-Venous phase Color Collateral Imaging), 모세혈관기-정맥기-지연기 혼합 컬러 곁순환 영상(CVD-CCI, mixed Capillary-Venous-Delayed phase Color Collateral Imaging), 다중시기 혈관강조 곁순환 영상(A-MCI, Angiography-weighted Multiphase Collateral Imaging), 다중시기 반전 혈관강조 곁순환 영상(IA-MCI, Inverted Angiography-weighted Multiphase Collateral Imaging), 동맥기-모세혈관기-정맥기 혼합 컬러 혈관강조 곁순환 영상(ACV-ACI, mixed Arterial-Capillary-Venous phase Color Angiography-weighted Collateral Imaging) 및 모세혈관기-정맥기-지연기 혼합 컬러 혈관강조 곁순환 영상(CVD-ACI, mixed Capillary-Venous-Delayed phase Color Angiography-weighted Collateral Imaging)으로 변환하며,
    역동적 조영증강 관류 영상(DCE-P)을 관류 TTP지도(DCE-TTP, Dynamic Contrast-Enhanced perfusion Time-To-Peak), 관류 TTP 색지도(DCE-CTTP, Dynamic Contrast-Enhanced perfusion Color Time-To-Peak map), 최고 동맥기 기준 관류 지연 색지도(A-CDM, Arterial peak Color Delay Map) 및 최고 정맥기 기준 관류 지연 색지도(V-CDM, Venous peak Color Delay Map)로 변환하는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
    <수학식 1>
    Figure 112018058552446-pat00031

    <수학식 3>
    Figure 112018058552446-pat00032
  2. 청구항 1에 있어서,
    역동적 혈류 정보(HI)가 포함된 관상면 4차원 MRA 영상 데이터를 로딩 하는 단계(S110)에서 로딩 된 영상들은 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 헤더 정보를 바탕으로 획득된 시간의 순서에 따라 4차원 배열로 정렬함으로써 시간 흐름에 따른 변화 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    뇌동맥과 뇌정맥의 시간-신호강도 곡선(TIC, Time-Intensity Curve)을 추출하고 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기와 혈류지연 시간의 기준을 결정하는 단계(S140)에서 전체 혈관의 평균신호강도를 계산하여 만들어진 해부학적 영상을 출력한 후, 이를 통해 동맥과 정맥 각각의 관심영역(ROI, Region Of Interest)을 정확하게 지정하여 최적의 시간-신호강도 곡선(TIC)이 추출되는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    4차원 정보를 가진 영상을 이용하여 뇌동맥과 뇌정맥의 시간-신호강도 곡선(TIC)을 추출하고 이를 바탕으로 곁순환 영상의 시기와 혈류지연 시간의 기준을 결정하는 단계(S140)에서 다중시기 곁순환 영상(MCI)이 동맥기(Arterial phase), 모세혈관기(Capillary phase), 초기정맥기(Early Venous phase), 후기정맥기(Late Venous phase), 지연기(Delayed phase)로 자동 분할되는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    다중시기 곁순환 영상(MCI)의 각 시기별 영상을 조영제 주입 후 증가된 신호강도의 정도를 백분율로 표시하여 다중시기 백분율 곁순환 영상(MPCI)으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    동맥기, 모세혈관기, 정맥기 또는 모세혈관기, 정맥기, 지연기에 혈류가 들어오는 부분을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타내어 곁순환 정보를 한 번에 확인할 수 있는 하나의 영상인 동맥기-모세혈관기-정맥기 혼합 컬러 곁순환 영상(ACV-CCI)과 이와 같은 방법으로 모세혈관기-정맥기-지연기 혼합 컬러 곁순환 영상(CVD-CCI)으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    다중시기 곁순환 영상(MCI)을 최대강도투사(MIP, Maximum Intensity Projection) 기법으로 변환시켜 혈관 중심으로 나타나는 다중시기 혈관강조 곁순환 영상(A-MCI) 및 다중시기 반전 혈관강조 곁순환 영상(IA-MCI)으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 조영제가 차는 혈관들을 각각 빨강색, 녹색, 파랑색으로 나타내어 곁순환 정보를 한 번에 확인할 수 있는 하나의 영상인 동맥기-모세혈관기-정맥기 혼합 컬러 혈관강조 영상(ACV-ACI)과 이와 같은 방법으로 모세혈관기-정맥기-지연기 혼합 컬러 혈관강조 영상(CVD-ACI)으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    최고 조영증강 시간(TTP, time to peak)에 따라 영상을 회색조(gray scale)로 나타내고, 뇌 조직의 실제 TTP를 측정하여 허혈부위의 상대적인 혈류지연 시간을 알 수 있는 관류 TTP 지도(DCE-TTP) 영상과 무지개 색조로 나타내어 전체적인 관류 정보를 직관적으로 알 수 있도록 표현해주는 관류 TTP 색지도(DCE-CTTP) 영상으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    TIC를 통해 추출된 최고 동맥기를 기준으로 혈류가 지연되는 시간을 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 7가지 색으로 나타내는 최고 동맥기 기준 관류 지연 색지도(A-CDM) 영상과 최고 정맥기를 기준으로 혈류가 지연되는 시간을 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 7가지 색으로 나타내는 최고 정맥기 기준 관류 지연 색지도(V-CDM) 영상으로 만드는 것을 특징으로 하는, 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법.
  13. 삭제
  14. 청구항 1 내지 4, 7 내지 12 중 어느 하나의 4차원 MRA 영상 정보 후처리 방법을 구현하는 의료 장치 시스템에 있어서,
    획득 영상의 헤더정보 및 픽셀정보를 읽어오는 입력부(210);
    재구성에 필요한 뇌 영역을 추출하거나, 뇌 영역의 해부학적, 혈류학적 정보를 추출하는 추출부(220);
    추출된 영상이 시간별 최대강도투사 영상출력(231); 동맥과 정맥의 TIC를 만들고 혈류 시기 분류(232); 영상을 부드럽게 만들기 위한 스무딩 필터 적용(233)을 통한 영상 정보를 이용하여 데이터를 처리하는 처리부(230);
    처리된 데이터를 이용하여 곁순환 영상(250) 및 DCE-P 영상(260)으로 재구성되는 변환부(240);
    재구성된 영상을 회색조 음영 또는 다양한 색으로 표현하여 화면에 표시하는 표시부(280)를 포함하며,
    변환부(240)에서 곁순환 영상(250)은 MCI(251), 다중시기 컬러 곁순환 영상(252), MPCI(253), 다중시기 컬러 백분율 곁순환 영상(254), ACV-CCI(255), CVD-CCI(256), A-MCI(257), IA-MCI(258), ACV-ACI, CVD-ACI로 변환되며, DCE-P 영상(260)은 DCE-TTP(261), DCE-CTTP(262), ACDM(263), V-CDM(264)로 변환되는 것을 특징으로 하는, 의료 장치 시스템.
KR1020170076291A 2017-06-16 2017-06-16 4차원 mra의 영상 정보 후처리를 통한 다중시기 곁순환 영상, 관류 영상 방법 및 의료 장치 시스템 KR101885998B1 (ko)

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