KR102272741B1

KR102272741B1 - 4차원 자기공명 혈관조영술의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술과 3차원 감산 정맥조영술 및 4차원 컬러 혈관조영술의 동시 구현 방법과 의료영상 시스템

Info

Publication number: KR102272741B1
Application number: KR1020190083920A
Authority: KR
Inventors: 김현정; 노홍기
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단; 건국대학교 글로컬산학협력단
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2021-07-02
Also published as: CN114302671B; US20230186474A1; EP3998016A4; WO2021006460A1; EP3998016A1; CN114302671A; KR20210007442A

Abstract

본 발명은 4차원 자기공명 혈관조영술의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술, 3차원 감산 정맥조영술 및 4차원 컬러 혈관조영술의 동시 구현 방법 및 의료영상 시스템에 관한 것으로서, 그 방법은 각 phase별로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복적으로 촬영한 4D MR Angiography 영상을 로딩하고, 전체 또는 필요한 영역을 추출하여 시간, 공간 및 신호 강도 정보를 포함하는 전체 영상정보를 갖는 파일로 저장하는 단계; 저장된 파일을 열어 시간 순으로 배열된 감산 MIP 영상을 출력하여 4D MR Angiography 영상이 시간 순으로 정렬되었는지 확인하는 단계; MCA의 M1 분절과 상시상정맥동에 ROI을 지정하여 조영제의 농도와 흐름에 따라 변화하는 동맥 및 정맥의 시간-신호 강도 곡선을 생성하여 동맥기, 모세혈관기 및 정맥기를 결정하는 단계; 동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 따라 혈관영상 정보를 분리한 다음, 동맥기 영상정보와 정맥기 영상정보에서 동맥 신호 및 정맥 신호를 추출하여 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography를 만들고, 혈관이 보이는 시기에 따라 다른 색으로 컬러코딩하는 단계; 및 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography의 영상 정보를 Grayscale 과 Color scale 로 저장 및 출력하고, Color-coded 4D MR Angiography 및 Color-coded 3D MR Angiography 영상을 저장하고 출력하는 단계를 포함한다.

Description

4차원 자기공명 혈관조영술의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술과 3차원 감산 정맥조영술 및 4차원 컬러 혈관조영술의 동시 구현 방법과 의료영상 시스템 {Medical Imaging Method and System for Simultaneous Implementation of 3D Subtraction MR Arteriography, 3D Subtraction MR Venography and Color-coded 4D MR Angiography by the Post-processing of 4D MR Angiography}

본 발명은 자기공명 혈관조영술(MR Angiography) 영상의 후처리에 관한 것으로서, 특히 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술 (3D Subtraction MR Arteriography)과 3차원 감산 정맥조영술 (3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술 (Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법 및 의료 영상시스템에 관한 것이다.

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, 뇌혈관의 병변을 확인하기 위해 CT와 MRI가 많이 이용되고 있다. 뇌혈관 질환은 발생 원인이 다양하고 환자에 따라 치료방법과 예후가 달라질 수 있기 때문에 정확한 원인의 분석과 적절한 치료방법의 결정에 있어 영상검사가 매우 중요한 역할을 하며, 다양한 영상화 기법들이 개발되어 사용되고 있다. 현재 개발되어 사용되고 있는 영상화 기법들은 Time-of-Flight (TOF) MR Arteriography, Phase-contrast (PC) MR Arteriography, TOF MR Venography, PC MR Venography, Contrast-enhanced TOF MR Venography, Contrast-Enhanced 3D fast gradient-echo MR Arteriography, Contrast-Enhanced 3D fast gradient-echo MR Venography, 4D Dynamic contrast-enhanced MR Angiography, Contrast-Enhanced 3D or 4D CT Angiography, Contrast-Enhanced 3D CT Venography 등이 있다.

뇌혈관 질환은 동맥은 물론 정맥의 질병에 의해서도 나타날 수 있다. 특히 급성 뇌졸중은 대부분 동맥의 이상에 의하여 발생하지만, 약 1~3% 정도에서는 정맥의 이상에 의하여 유발되기 때문에 동맥과 정맥을 모두 평가해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 종래기술을 이용하여 MR Arteriography 와 MR Venography 를 모두 얻기 위해서는 상대적으로 많은 시간이 걸리는데, 통상적으로 7~10분 이상의 비교적 긴 시간이 소요된다. 이러한 긴 시간은 환자에게 불편함(discomfort)을 가져다 주며, 특히 의식이 좋지 않을 가능성이 높은 뇌혈관 질환 환자의 움직임으로 인하여 획득되는 영상에 모션 아티팩트(motion artifact)가 발생할 가능성이 더욱 많아진다.

동맥만을 보기 위한 기존의 영상방법들은 비교적 잘 발달하여 해부학적 구조는 물론 병변을 잘 보여주고 있으나 정맥을 보기 위한 영상방법들은 여전히 만족스럽지 않다. 특히 가장 많이 쓰이고 있는 Time-of-flight 나 phase contrast 기법을 이용한 통상의 MR Venography는 여러 종류의 아티팩트(artifact) 때문에 영상의 질이 만족스럽지 못한 경우가 매우 흔한데, 종종 동맥 신호의 오염을 수반하며, 피질정맥(cortical vein)과 같이 작은 정맥이나 느린 혈류 속도를 갖는 정맥을 시각화하는 데 한계가 있다. 이러한 한계를 부분적으로 극복하기 위하여 Contrast-enhanced 3D fast gradient-echo MR venography 가 사용되기도 하지만 적절한 timing 을 맞추지 못할 수도 있고 동맥 신호의 오염이 흔하게 발생한다.

결론적으로 빠른 진단 및 치료가 필요한 경우가 많은 뇌혈관 질환, 특히 급성뇌졸중이나 그와 유사한 상황에서는 긴 검사 시간과 만족스럽지 못한 영상 때문에 의사결정과 치료를 지연시킬 수 있다.

게다가 종래의 MR Arteriography와 MR Venography는 오랜 검사시간에도 불구하고 혈류역학(hemodynamic) 정보가 없는 정적 영상(static images)만 디스플레이 하는 경우가 대부분이지만, 본 발명에서 사용되는 4D MR Angiography 는 1분 내외의 짧은 검사만으로 혈관 해부학과 함께 혈류역학적인 정보를 제공하는 장점이 있다. 다만 동맥과 정맥을 따로 구분하여 보기 어려운 결점을 가지고 있어 이에 대한 해결책이 필요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술의 한계를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 4D MR Angiography 영상 데이터의 후처리를 통하여 기존에 따로 따로 얻어야 했던 MR Arteriogrpahy와 향상된 질의 MR Venography를 동시에 구현하면서, 다중시기(multiphase)를 특징으로 하는 4D MR Angiography의 역동성을 강조한 Color-coded 4D MR Angiography를 함께 만드는 방법과 의료영상 시스템을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법은, 4D MR Angiography 영상의 생성 및 처리를 위한 시간 단위를 페이즈(phase)라 할 때, 각 phase별로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 촬영한 4D MR Angiography 영상을 로딩(loading)하고, 전체 또는 필요한 영역을 추출하여 시간, 공간 및 신호 강도 정보를 포함하는 전체 영상정보를 갖는 파일로 저장하는 제1단계; 상기 저장된 파일을 열어 시간 순서에 따라 배열된 감산 최대강도 프로젝션(subtraction maximum intensity projection, subtraction MIP) 영상을 출력하여 4D MR Angiography 영상이 시간순서대로 정렬되었는지 확인하는 제2단계; 중대뇌동맥(middle cerebral artery, MCA)의 M1 분절과 상시상정맥동(superior sagittal sinus, SSS)에 관심 영역(Region of Interest, ROI)을 지정하여 조영제의 농도와 흐름에 따라 변화하는 동맥 및 정맥 ROI의 시간-신호 강도 곡선(time-intensity curve)을 생성한 후 동맥기(arterial phase), 모세혈관기(capillary phase) 및 정맥기(venous phase)를 결정하는 제3단계; 동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 따라 혈관영상 정보를 분리한 다음 동맥기 영상정보에서 정맥기 영상정보를 감산하여 동맥의 신호만 추출하고, 정맥기 영상정보에서 동맥기 영상정보를 감산하여 정맥의 신호만 추출하는 과정을 거친 후, 모든 혈관을 보이는 시기에 따라 서로 다른 색으로 컬러코딩하는 제4단계; 및 상기 제4단계로부터 생성된 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography의 영상 정보를 회색조(Grayscale)와 컬러(Color scale)로 저장 및 출력하고, 4D MR Angiography 영상의 전체 혈류역학적 정보가 강조된 Color-coded 4D MR Angiography와 전체 phase를 하나로 합친 3차원 컬러 혈관조영술 (Color-coded 3D MR Angiography) 영상을 저장하고 출력하는 제5단계를 포함한다.

상기 제1단계에서는 특정 영역의 혈관조영(Angiography) 영상을 얻고자 할 경우, 촬영된 영상에서 불필요한 부분을 제거하는 cropping 창을 열고 원하는 영역만을 지정하여 특정 영역의 혈관조영 영상 파일을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제4단계는 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 동맥의 신호 강도가 가장 큰 시점(Arterial peak phase)까지의 혈관은 적색(RED)으로 디스플레이되게 하고, 정맥의 신호강도가 가장 큰 시점(Venous peak phase)부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 혈관은 청색(BLUE)으로 디스플레이되게 하고, Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관은 녹색(GREEN)으로 디스플레이되게 하며, 원하는 시기의 혈관이 더 잘 보이도록 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 조절하여 Color MR Angiography를 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 4D MR Angiography 의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography 와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법에서는, 동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 동맥마스크(ArtMask)를 생성한 후, 동맥기의 최대강도 프로젝션(maximum intensity projection, MIP)에 상기 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 정맥이 감산된 자기공명 동맥조영술 (Subtraction MR Arteriography)을 생성하고, 정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크(VenMask)를 생성한 후, 정맥기의 MIP에 상기 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 동맥이 감산된 자기공명 정맥조영술 (Subtraction MR Venography)을 생성하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 병변 또는 특정 혈관이 잘 보이는 프로젝션(projection)을 얻기 위해, x, y, z 축을 중심으로 다양한 각도로 지정하여 영상을 회전하고, 업데이트된 디스플레이를 확인하고 저장할 수 있으며, x축 또는 z축을 중심으로 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 또한 본 발명에서 얻어지는 모든 영상을 표준의료영상포멧 (Dicom image format)으로 저장하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 의료영상 시스템은, 소정의 시간 간격으로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복적으로 촬영한 다중시기(multiphase) 4D MR Angiography 영상 데이터를 입력으로 받아들이는 입력부; 전체 또는 원하는 부분을 잘라내어 혈관의 모양과 위치정보 및 시간에 따른 혈류 변화와 신호 강도의 변화 정보를 포함하는 파일로 저장하는 추출부; 상기 4D MR Angiography 영상을 시간 순서에 따라 배열된 subtraction MIP 영상으로 출력하고, 이 subtraction MIP 영상을 기반으로 중대뇌동맥(MCA)의 M1 분절과 상시상정맥동(SSS)에 ROI를 지정하여 뇌동맥과 뇌정맥의 시간에 따른 시간-신호 강도 곡선을 생성하는 phase 설정부; 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 Arterial peak phase까지의 혈관과 Venous peak phase부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 혈관 영상 정보 및 Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관 영상 정보를 서로 구분하고 계산하여 정맥이 감산된 3D Subtraction MR Arteriography 영상과 동맥이 감산된 3D Subtraction MR Venography 영상을 생성하는 감산영상 처리부; 3D Subtraction MR Arteriography 및 3D Subtraction MR Venography 영상들과 4D MR Angiogrpahy의 전체 phase를 동맥기, 모세혈관기, 정맥기 등의 시기에 따라 서로 다른 색으로 나타나게 하는 컬러코딩부; 및 동맥만으로 이루어지는 3D Subtraction MR Arteriography 영상과 정맥만으로 이루어지는 3D Subtraction MR Venography 영상 및 Color-coded 4D MR Angiography 영상 등을 출력하고 저장하는 영상 출력부를 포함한다.

상기 감산영산처리부는 동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것으로 동맥마스크를 생성하고 동맥기의 MIP에 상기 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 Subtraction MR Arteriography를 구성하는 동맥조영술 감산부; 및 정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크를 생성하고 정맥기의 MIP에 상기 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 Subtraction MR Venography를 구성하는 정맥조영술 감산부를 포함한다.

상기 컬러코딩부는 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 Arterial peak phase까지의 동맥기 혈관은 적색(RED)으로 디스플레이되게 하고, Venous peak phase부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 정맥기 혈관은 청색(Blue)으로 디스플레이되게 하고, Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 모세혈관기 혈관은 녹색(GREEN)으로 디스플레이되게 하되, 원하는 Phase의 혈관이 더 잘 보이도록 하기 위하여 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 조절하여 MRI 기기나 영상 방법의 차이에 따라 달라질 수 있는 최적의 값을 설정할 수도 있는 색 강도 조절부를 포함한다.

상기 영상출력부는 회색조 및 컬러 3차원 감산 동맥조영술(Grayscale and Color 3D Subtraction MR Arteriography) 영상을 출력하고 저장하는 SUB동맥조영술 영상 출력부; 회색조 및 컬러 3차원 감산 정맥조영술(Grayscale and Color 3D Subtraction MR Venography) 영상을 출력하고 저장하는 SUB정맥조영술 영상 출력부; Color-coded 4D MR Angiography 영상 및 전체 phase를 합쳐서 만든 Color-coded 3D MRA Angiography 영상을 출력하고 저장하는 4차원 컬러 혈관조영술 영상 출력부; 및 병변이나 특정 혈관이 잘 보이는 projection을 얻기 위하여 x, y, z 축을 중심으로 자유롭게 혈관조영술 영상을 회전하거나, x축과 z 축을 중심으로 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻을 수 있는 영상회전부를 포함한다.

본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법 및 의료 영상 시스템에 의하면, 4D MR Angiography의 다중시기적 특성과 감산기법(subtraction technique)및 컬러코딩(color-coding) 기술을 이용함으로써, 정맥이나 동맥에 의한 영상의 오염을 제거하여, 동맥만을 나타내는 Subtraction MR Arteriography 영상, 정맥만을 나타내는 Subtraction MR Venography 영상을 얻을 뿐 아니라 시각적인 구별이 쉽도록 3차원적인 재구성과 컬러를 입혀 Color 3D Subtraction MR Arteriography 와 Color 3D Subtraction MR Venography영상, 그리고 전체적인 혈류역학적인 정보를 용이하게 볼 수 있는 Color-coded 4D MR Angiography와 Color-coded 3D MR Angiography영상까지 얻을 수 있다.

즉, 4D MR Angiography의 동맥기, 모세혈관기, 정맥기를 환자 개개인의 혈역학적 특성에 맞추어 정확하게 결정하고 감산기법을 사용하여 동맥과 정맥에 대한 정보를 정확하게 분리함으로써 동맥 또는 정맥만을 선택적으로 추출하여 표현할 수 있다. 이를 통해 동맥과 정맥이 서로 겹쳐서 복잡하게 보이는 현상을 방지하고 해부학적으로 쉬운 평가가 가능하다.

특히 종래의 MR Venography는 많은 아티팩트로 인하여 정맥 혈관의 연결성이 끊어지거나 작거나 느린 혈류의 정맥들이 보이지 않거나 동맥에 대한 정보가 섞여 있는 경우가 많으나, 본 발명에 의하면 조영증강(contrast enhancement) 효과 및 동맥의 제거를 통하여 피질 정맥 등의 작은 정맥과 느린 혈류가 있는 정맥의 혈관 정보 소실을 최소화하고 더욱 정확한 정맥의 해부학적 표현이 가능하여 MR Venography의 품질을 현저히 향상시키게 된다.

또한 종래의 4D MR Angiography는 복잡한 혈관의 구조를 grayscale만으로 표현하기 때문에 하나의 영상 안에서 동맥과 정맥을 시각적으로 분리하기 쉽지 않은 단점이 있으나, 본 발명에 의하면 혈관이 나타나는 시기에 따라 색을 차별화 하여 혈류역학적인 정보가 강조된 Color-coded 4D MR Angiography 와 Color-coded 3D MR Angiography를 구현함으로써 복잡한 혈관의 구조와 혈역학적인 특성도 시각적으로 쉽게 파악할 수 있다.

그리고 본 발명에 의하면, 여러 가지의 기존 방법들로MR Arteriography 영상과 MR Venography 영상을 각각 얻기 위해 소요되는 스캔 시간을 현저히 줄이면서도 동맥의 해부학적 정보는 물론 더욱 정확한 정맥의 해부학적 정보 및 좀 더 세밀한 혈류역학 정보까지 얻을 수 있다. 즉, 종래의 MR Arteriography와 MR Venography를 모두 얻을 때는 긴 시간 (각각 3~7분)이 소요되지만, 본 발명에서는 1~2분만에 얻은 4D MR Angiography로 3D MR Arteriography와 3D MR Venography를 동시에 구현함으로써 혈관조영술의 전체적인 영상 획득 시간을 크게 단축시키는 효과를 가진다. 특히, 시급을 요하는 급성 뇌혈관질환 환자의 치료에 필요한 골든 타임을 확보하는데 유리하며, 치료에 필요한 의사결정을 더욱 정확하고 신속하게 할 수 있고, 양질의 MR Venography 영상은 정맥성 뇌혈관 질환을 용이하게 발견하여 치료하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법 및 의료 영상 시스템의 실시 예를 블록도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법에 대한 실시 예를 흐름도로 나타낸 것이다.
도3내지 도7은 은 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리 방법을 구현한 프로그램을 사용하는 예시도로서, 4D MR Angiography 데이터를 입력한 후 전체 범위 또는 원하는 부분을 잘라내어 각 phase 에 따라 나열된 subtraction MIP 영상으로 디스플레이 하는 과정을 나타낸 것이다.
도 8 및 도9는 subtraction MIP 영상만을 보고 수동으로 phase 를 빈칸에 지정하거나, 뇌동맥과 뇌정맥에 ROI를 설정하여 시간-신호강도 곡선을 만든 후 자동으로 동맥기, 모세혈관기, 정맥기로 나눈 다음 세 개의 시기를 기반으로 하는 subtraction 과 컬러코딩(color coding)을 준비하는 과정을 나타낸 것이다.
도 10은 x, y, z 축을 중심으로 자유롭게 회전하여 원하는 projection 을 얻는 과정을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리 과정에서 phase 에 따른 컬러 코딩을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리 과정에서 color coding 을 위한 적절한 weighting 값의 설정 방법을 나타낸 것이다.
도 13은 color-coded 4D MR Angiography를 출력하여 미리보기를 하고 저장하는 과정을 나타낸 것이다.
도 14은 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리 방법을 구현한 프로그램에서 원하는 축과 일정한 각도로 영상을 회전시키는 회전부를 나타낸 것이다.
도 15a는 뇌 부위만을 선택하여 z 축을 중심으로 좌우로 회전한 Grayscale 3D subtraction MR Arteriography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다.
도 15b는 뇌 부위만을 선택하여 z 축을 중심으로 좌우로 회전한 Grayscale 3D subtraction MR Venography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다.
도 16a는 뇌 부위만을 선택하여 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Grayscale 3D subtraction MR Arteriography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다.
도 16b는 뇌 부위만을 선택하여 x 축을 중심으로 위아래로 회전한 Grayscale 3D subtraction MR Venography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다.
도 17a는 뇌 부위만을 선택하여 z축을 중심으로 좌우로 회전한 Color 3D Subtraction MR Arteriography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 17b는 뇌 부위만을 선택하여 z축을 중심으로 좌우로 회전한 Color 3D Subtraction MR Venography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 17c는 뇌 부위만을 선택하여 z축을 중심으로 좌우로 회전한 Color-coded 3D MR Angiography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 18a는 뇌 부위만을 선택하여 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Color 3D Subtraction MR Arteriography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 18b는 뇌 부위만을 선택하여 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Color 3D Subtraction MR Venography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 18c는 뇌 부위만을 선택하여 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Color-coded 3D MR Angiography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다.
도 19는 뇌 부위만을 선택하여 만든 Color-coded 4D MR Angiography 영상을 시간 순서대로 나열한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1는 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 의료 영상 시스템의 전체 실시 예를 블록도로 나타낸 것으로서, 입력부(110), 추출부(120), phase 설정부(130), 감산영상처리부(140), 컬러코딩부(150) 및 영상출력부(160)를 포함하여 이루어진다.

입력부(110)는 소정의 시간 간격으로, 예를 들어 2.5 초 이내의 짧은 시간 간격으로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복적으로 촬영한 4D MR Angiography 영상 데이터를 입력으로 받아들인다.

추출부(120)는 상기 입력으로 받아들인 4D MR Angiography 영상 데이터로부터 전체 또는 원하는 부분을 잘라내어 혈관의 모양과 위치정보 및 시간에 따른 혈류 변화와 신호 강도의 변화 정보를 모두 포함하는 파일로 저장한다.

Phase 설정부(130)는 상기 4D MR Angiography 영상을 시간 순서에 따라 배열된 subtraction MIP 영상으로 출력하고, 이 subtraction MIP 영상을 기반으로 MCA의 M1 분절과 상시상정맥동에 ROI를 지정하여 뇌동맥과 뇌정맥의 시간에 따른 시간-신호 강도 곡선을 생성한다. 이어서 이 시간-신호 강도 곡선을 바탕으로 동맥기, 모세혈관기, 정맥기를 설정한다.

감산영상처리부(140)는 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 Arterial peak phase까지의 혈관과 Venous peak phase 부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 혈관 및 Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관영상 정보를 서로 구분하고 계산하여 정맥감산 자기공명 동맥조영술 영상과 동맥감산 자기공명 정맥조영술 영상을 생성하며, 동맥조영술 감산부(142) 및 정맥조영술 감산부(144)를 구비한다.

동맥조영술 감산부(142)는 동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것으로 동맥마스크를 생성하고 동맥기의 MIP(Maximum Intensity Projection)에 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 3D Subtraction MR Arteriography를 구성한다. 정맥조영술 감산부(144)는 정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크를 생성하고 정맥기의 MIP에 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 3D Subtraction MR Venography를 구성한다.

컬러코딩부(150)는 감산된 동맥조영술 영상정보 및 정맥조영술 영상정보들과 4D MR Angiogrpahy의 전체 phase를 시기에 따라 서로 다른 색으로 구분하며, 색강도 조절부(152)를 구비할 수 있다. 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 Arterial peak phase까지의 동맥기 혈관은 적색(RED)으로 디스플레이되게 하고, Venous peak phase부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 정맥기 혈관은 청색(BLUE)으로 디스플레이되게 하고,, Arterial peak phase와 상기 Venous peak phase 사이의 모세혈관기 혈관은 녹색(GREEN)으로 디스플레이되게 하되, 색강도 조절부(152)에서는 원하는 Phase의 혈관이 더 잘 보이도록 하기 위하여 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 조절하여 MRI 기기나 영상방법의 차이에 따른 최적의 값을 설정할 수도 있다.

영상출력부(160)는 동맥만으로 이루어지는 3D Subtraction MR Arteriography 영상과 정맥만으로 이루어지는 3D Subtraction MR Venography 영상 및 Color-coded 4D MR Angiography 영상을 출력하고 저장하며, SUB 동맥조영술 영상출력부(162), SUB 정맥조영술 영상출력부(164), 4차원 컬러 혈관조영술 영상출력부(166) 및 영상회전부(168)를 구비한다. SUB 동맥조영술 영상출력부(162)는 grayscale 및 color 3D Subtraction MR Arteriography 영상을 출력하고 저장한다. SUB 정맥조영술 영상출력부(164)는 grayscale 및 color 3D Subtraction MR Venography 영상을 출력하고 저장한다. 4차원 컬러 혈관조영술 영상출력부(166)는 Color-coded 4D MR Angiography 영상과 Color-coded 3D MR Angiography 영상을 출력하고 저장한다. 영상회전부(168)는 병변이나 특정 혈관이 잘 보이는 projection을 얻기 위하여 x, y, z 축을 중심으로 자유롭게 각각의 혈관조영 영상들을 회전하거나, x축과 z축을 중심으로 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법에 대한 실시 예를 흐름도로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 3D Subtraction MR Arteriography와 3D Subtraction MR Venography 및 Color-coded 4D MR Angiography의 동시 구현 방법을 설명한다.

먼저, 4D MR Angiography 영상의 생성 및 처리를 위한 시간 단위를 페이즈(phase)라 할 때, 각 phase별로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복 촬영한 4D MR Angiography 영상을 스캔 시간 순으로 로딩(loading)하고, 전체 또는 필요한 영역을 추출하여 시간, 공간 및 신호 강도 정보를 포함하는 전체 영상정보를 갖는 하나의 파일인 ***.mat 파일로 저장한다.(S210단계) 이 단계에서는 로딩된 영상 중 조영 증강이 되기 전인 첫번째 phase 영상을 나머지 phase 영상들로부터 감산하여 백그라운드의 노이즈가 제거된 최대강도 프로젝션 형태로 영상정보를 변환하여 저장한다. 또한 이 과정에서 특정 영역의 혈관조영 영상을 얻고자 할 경우, 촬영된 영상에서 불필요한 부분을 제거하는 cropping 창을 열고 원하는 영역만을 지정하여 특정 영역의 혈관조영 영상 파일을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 저장된 파일을 열어 시간 순서에 따라 배열된 감산 최대강도 프로젝션 영상을 출력하여 4D MR Angiography 영상이 시간순서대로 정렬되었는지 확인한다.(S220단계)

MCA의 M1 분절과 상시상정맥동에 ROI를 지정하여 조영제의 농도에 따라 변화하는 동맥 및 정맥의 시간-신호 강도 곡선을 생성하고 동맥기, 모세혈관기 및 정맥기를 결정하여 구분한다.(S230단계)

동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 따라 혈관영상 정보를 분리한 후 동맥기 영상정보에서 정맥기 영상정보를 감산하여 동맥의 신호만 추출하고, 정맥기 영상정보에서 동맥기 영상정보를 감산하여 정맥의 신호만 추출하는 과정을 거쳐 Subtraction MR Arteriography 영상과 Subtraction MR Venography 영상을 구성한다.(S240단계)

4D MR Angiography 영상에서 나타나는 동맥, 모세혈관, 정맥이 구분되도록 혈관이 보이는 시기에 따라 서로 다른 색으로 컬러코딩 한다.(S250단계) 예를 들어, 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 Arterial peak phase까지의 혈관은 RGB (RED, GREEN, BLUE) 중 적색(RED)이 강조되어 디스플레이되게 하고, Venous peak phase부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 혈관은 청색(BLUE)이 강조되어 디스플레이되게 하며, Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관은 녹색(GREEN)이 강조되어 디스플레이되게 한다. 여기에 혈관의 wash-in / wash-out (혈류가 채워져 들어오고, 빠져 나가는) 현상을 표현하기 위하여 동맥과 정맥의 시간-신호강도 곡선 정보를 컬러 가중치의 변환 요소로 전환하고, 이를 동맥(적색)과 정맥(청색)의 컬러 변화에 추가적으로 적용하여 시간에 따른 혈류의 동적 변화가 반영된 Color 4D MR Angiography 영상이 구현되도록 한다. 또한 동맥이나 정맥 등 원하는 시기의 혈관이 더 잘 보이도록 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 수동으로 조절할 수 있다.

또한 상기 S240단계를 통하여 얻어진 Grayscale 3D Subtraction MR Arteriography 영상에 동맥에 해당하는 적색의 가중치를 상대적으로 높게 한 후 컬러 코딩을 하여 color 3D Subtraction MR Arteriography가 생성되도록 하며, grayscale 3D Subtraction MR Venography 영상에 정맥에 해당하는 청색의 가중치를 상대적으로 높게 한 후 컬러 코딩을 하여 color 3D Subtraction MR Venography가 생성되도록 한다.

마지막으로, 동맥, 모세혈관, 정맥이 모두 보이는 grayscale 3D MR Angiography에 동맥기(적색), 모세혈관기(녹색), 정맥기(청색)에 따라 컬러 가중치를 적용하여 color 3D MR Angiography를 생성한다.

상기 S250단계로부터 생성된 정맥감산 자기공명 동맥조영술(subtraction MR Arteriography)과 동맥감산 자기공명 정맥조영술(subtraction MR Venography)의 3D 영상을 grayscale과 color 영상으로 저장 및 출력하고, 4D MR Angiography 영상의 전체 혈류역학적 정보가 강조된 Color-coded 4D MR Angiography 영상 및 전체 phase의 혈류 정보를 하나로 합쳐서 볼 수 있는 Color-coded 3D MR Angiography를 저장하고 출력한다.(S260단계)

그리고 병변 또는 특정 혈관이 잘 보이는 projection을 얻기 위해, x, y, z 축을 중심으로 사용자가 지정한 각도로 영상을 회전하고 업데이트된 디스플레이를 확인할 수 있다.

또한 동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 동맥마스크를 생성하고, 동맥기의 MIP에 상기 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 Subtraction MR Arteriography를 생성하고, 정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크를 생성하고, 정맥기의 MIP에 상기 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 Subtraction MR Venography를 생성할 수 있다. x축 또는 z축을 중심으로 회전하는 영상을 저장할 수 있으며, 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻을 수 있다. 본 발명에서 얻어지는 모든 영상은 표준의료영상포멧 (Dicom image format)으로 저장될 수 있다.

도3내지 도7은 은 본 발명에 따른 4D MR Angiography 영상정보 후처리 방법을 구현한 프로그램을 사용하는 예시도로서, 4D MR Angiography 데이터를 입력한 후 전체 범위 또는 원하는 부분을 잘라내어 각 phase 에 따라 나열된 subtraction MIP 영상으로 디스플레이 하는 과정을 나타낸 것이다.

도 3과 도 4는 본 발명에 따른 의료영상시스템에서 Dicom source 영상(raw data)을 열어 전체 영역 또는 얻고자 하는 특정 영역에 대한 subtraction MIP 영상을 만들고 신호강도와 공간 및 시간정보를 가진 ***.mat file로 저장하는 것을 나타내고 있다. 특히 특정 영역의 혈관조영 영상을 얻고자 할 경우, 도 4와 같이 불필요한 부분을 제거하는 cropping 창을 열고 전체 영역에서 보고자 하는 특정 영역만을 지정하여 그 영역만의 정보를 가진 ***.mat 파일로 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, Brain 영역의 Angiography만 얻을 경우 “Image Cropping (1)”을 미리 check 하고 “Open Dicom Images (2)” 를 클릭한다. Sagittal (410) 및 axial (420) cropping 창이 순서대로 자동으로 열리게 되며 왼쪽 마우스 버튼으로 각각의 cropping 창의 box를 클릭하고 드래그(drag) 하여 Brain 영역만을 지정하면 Brain 영역의 정보만을 처리한 후 ***.mat file 이 저장된다.

도 5는 저장된 ***.mat 파일을 처리하기 위해 로딩(loading)하는 단계이다. 즉, ***.mat 파일을 오픈하여 저장된 변수들을 로딩 한다.

도 6는 ***.mat 파일을 처리하여 시간 순서(phase) 에 따라 배열된 subtraction MIP(그림의 SUB MIP) 영상이 디스플레이되는 과정이다. 이 과정에서 빠지거나 손상된 phase 가 있는지, 순서가 잘 배열 되었는지를 확인할 수 있다.

도 7은 Brain 영역을 cropping 한 경우의 subtraction MIP 영상이 디스플레이된 것을 나타내고 있다.

도 8은 subtraction MIP 영상을 보면서 수동으로 지정하여 동맥기, 모세혈관기, 정맥기 등의 시기를 결정하는 방법을 나타낸 것이다. 눈으로 보이는 동맥과 정맥의 신호강도를 바탕으로 왼쪽 빈 칸에 적절한 phase 의 번호를 적어 각 시기를 결정할 수 있다.

도 9는 ROI(artery)창과 ROI(Vein) 창을 클릭하여 새롭게 열린 관상면 (coronal) 혈관조영 영상 창에서 MCA의 M1 분절과 상시상정맥동에 ROI를 지정하고 동맥과 정맥의 time-intensity curve를 만들면 각 phase들이 자동으로 결정되는 것을 나타내고 있다. 좀 더 정확하고 객관적으로 phase를 결정하는 방법이다. 한쪽 동맥의 폐색이나 협착에 의하여 혈류에 이상이 있는 경우에는 되도록 정상 측의 혈관을 지정한다.

도 10은 x, y, z 축을 중심으로 자유롭게 회전하여 원하는 병변이나 특정 혈관이 잘 보이는 projection을 얻는 과정을 나타낸 것으로서, 먼저 천체 phase의 신호를 합산한 Grayscale MR Angiography를 MIP 영상 (그림의 Gray MIP 영상)으로 디스플레이하고(1), 원하는 projection을 얻기 위하여 x, y, z 축을 중심으로 회전각도를 직접 지정하여(2) MR Angiography 영상을 회전할 수 있다. Auto Update (Rotation)가 체크 되면 x, y, z 축을 중심으로 회전을 변경할 때마다 바로바로 디스플레이가 update된다. x, y, z 축 회전은 미세하게 1도씩 변화하므로, 큰 각도의 변화를 주고자 할 때는 Auto Update 체크를 빼고 원하는 각도를 입력한 후 Display Preview (Gray MIP) (1)를 클릭하면 한 번에 큰 각도의 회전이 가능하다.

도 11은 동맥과 정맥의 time-intensity curve를 기반으로 정해진 Grayscale 4D MR Angiography의 동맥기, 모세혈관기 및 정맥기 혈관들에 대해 적색, 녹색 및 청색으로 컬러 코딩하는 과정을 나타내고 있다.

추가적으로 Color-coded 4D MR Angiography에서 혈관의 wash-in / wash-out (혈류가 채워져 들어오고, 빠져 나가는) 현상을 표현하기 위하여 동맥과 정맥의 시간-신호강도 곡선 정보를 컬러 가중치의 변환 요소로 전환하고, 이를 동맥(적색)과 정맥(청색)의 컬러 변화에 추가적으로 적용하여 시간에 따른 혈류의 동적 변화가 반영된 Color 4D MR Angiography 영상이 구현되도록 할 수 있으며, 동맥이나 정맥 등 원하는 시기의 혈관이 더 잘 보이도록 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 수동으로 조절할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 4D MR Angiography의 영상정보 후처리를 통한 color 3D Subtraction MR Arteriography와 color 3D Subtraction MR Venography의 구현 방법에 대한 실시 예는 다음과 같다.

먼저, 컬러 코딩 이전에 grayscale 3D Subtraction MR Arteriography와 grayscale 3D Subtraction MR Venography를 재구성하기 위하여 Mask를 생성하며, Mask의 생성은 아래의 수식을 이용한다.

< Mask Generation >

동맥마스크는 동맥기의 3D Volume 에서 정맥기의 3D volume 을 화소별로(pixel-by-pixel) 감산하여, 그 값이 0보다 큰 화소는 1의 값을 가지고, 나머지 화소는 0의 값을 가지도록 만든다. 정맥마스크는 정맥기의 3D Volume 에서 동맥기의 3D Volume 을 화소별로 감산하여, 그 값이 0보다 큰 화소는 1의 값을 가지고, 나머지 화소는 0의 값을 가지도록 만든다.

Grayscale 3D Subtraction MR Arteriography는 생성된 상기 동맥마스크의 3D Volume에 동맥기의 3D Volume을 화소별로 곱하여 동맥의 정보 외에 불필요한 부분을 제거한 후, MIP 과정을 거쳐 생성되며 아래의 수식을 이용한다.

Grayscale 3D Subtraction MR Venography는 생성된 상기 정맥마스크의 3D Volume에 정맥기의 3D Volume을 화소별로 곱하여 정맥의 정보 외에 불필요한 부분을 제거한 후, MIP 과정을 거쳐 생성되며 아래의 수식을 이용한다.

< Generation of Subtraction-Arteriography and Subtraction-Venography >

위의 과정을 거쳐 만들어진 grayscale 3D Subtraction MR Arteriography와 grayscale Subtraction MR Venography 에 컬러 가중치(color weighting factor)를 곱하면 color 3D Subtraction MR Arteriography 와 color 3D Subtraction MR Venography를 생성할 수 있다.

도 12는 color 3D MR Angiography, color 3D Subtraction MR Arteriography 및 color 3D Subtraction MR Venography 를 display 하는 과정을 보여주는 것으로, 원하는 phase 의 혈관이나 동맥 및 정맥 영상이 더 잘 보이도록 적색, 청색, 녹색의 색 강도를 수동으로도 조절할 수 있음을 나타내고 있다.

도 13은 color-coded 4D MR Angiography를 출력하여 미리 보기를 하고 저장하는 과정을 나타낸 것이다. 이 때 color-coded 4D MR Angiography와 grayscale 4D MR Angiography를 동시에 dicom format 과 동영상(GIF)으로 저장하며, 전체 phase가 하나로 합쳐진 color-coded 3D MR Angiography도 함께 저장한다.

도 14는 위의 과정들을 거쳐 얻어진 grayscale 및 color 3D MR Angiography, grayscale 및 color 3D Subtraction MR Arteriography, 그리고 grayscale 및 color 3D Subtraction MR Venography 영상들을 원하는 일정 각도로 회전(rotation)하여 디스플레이하는 회전부를 나타낸 것이다. 이 때z축과 x축을 중심으로 회전한 각각의 영상들을 dicom format 과 동영상(GIF)으로 저장한다. 도 14를 참조하면, 얻어진 MR 혈관 영상들에 대해서 z 축 회전 및 x 축 회전을 선택적으로 적용할 수 있고, 회전 간격(일반적으로 10~30도 간격)을 필요에 따라 지정할 수 있다. 또한 z축 및 x축을 중심으로 회전하는 영상들을 GIF 애니메이션으로 생성할 수 있다.

도 15a는 뇌 부위만을 선택한 후 z 축을 중심으로 좌우로 회전한 grayscale 3D subtraction MR Arteriography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다. 도 15b는 뇌 부위만을 선택한 후 z 축을 중심으로 좌우로 회전한 grayscale 3D subtraction MR Venography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다. 도 16a는 뇌 부위만을 선택한 후 x축을 중심으로 위아래로 회전한 grayscale 3D subtraction MR Arteriography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다. 도 16b는 뇌 부위만을 선택한 후 x 축을 중심으로 위아래로 회전한 grayscale 3D subtraction MR Venography 를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 사진이다.

도 17a는 뇌 부위만을 선택한 후 z축을 중심으로 좌우로 회전한 Color 3D Subtraction MR Arteriography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 17b는 뇌 부위만을 선택한 후 z축을 중심으로 좌우로 회전한 Color 3D Subtraction MR Venography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 17c는 뇌 부위만을 선택한 후 z축을 중심으로 좌우로 회전한 3D color-coded MR Angiography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 18a는 뇌 부위만을 선택한 후 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Color 3D Subtraction MR Arteriography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 18b는 뇌 부위만을 선택한 후 x축을 중심으로 위아래로 회전한 Color 3D Subtraction MR Venography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 18c는 뇌 부위만을 선택한 후 x축을 중심으로 위아래로 회전한 3D color-coded MR Angiography를 회전하는 각도에 따라 순서대로 나열한 영상이다. 도 19는 뇌 부위만을 선택한 Color-coded 4D MR Angiography 영상을 시간 순서대로 나열한 것이다.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 본 명세서에서, “부”는 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110 : 입력부 120 : 추출부
130 : phase 설정부 140 : 감산영상처리부
142 : 동맥조영술 감산부 144 : 정맥조영술 감산부
150 : 컬러 코딩부 152 : 색강도 조절부
160 : 영상출력부 162 : SUB 동맥조영술 영상출력부
164 : SUB 정맥조영술 영상출력부 166 : 4차원 컬러 혈관조영술 영상출력부
168 : 영상회전부

Claims

4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography) 영상의 생성 및 처리를 위한 시간 단위를 페이즈(phase)라 할 때, 입력부를 통해 각 phase별로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복 촬영한 4차원 MR Angiography 영상 데이터를 로딩(loading)되면, 추출부가 전체 또는 필요한 영역을 추출하여 시간, 공간 및 신호 강도 정보를 포함하는 전체 영상정보를 갖는 파일로 저장하는 제1단계;
phase 설정부가 상기 저장된 파일을 열어 시간 순서에 따라 배열된 감산 최대강도 프로젝션 (subtraction maximum intensity projection, subtraction MIP) 영상을 출력하여 4D MR Angiography 영상이 시간순서대로 정렬되었는지 확인하는 제2단계;
상기 phase 설정부가 중대뇌동맥(middle cerebral artery)의 M1 분절과 상시상정맥동(superior sagittal sinus)에 관심영역(region of interest, ROI)을 지정하여 조영제의 농도와 흐름에 따라 변화하는 동맥 및 정맥의 시간-신호 강도 곡선(time-intensity curve)을 생성하여 동맥기(arterial phase), 모세혈관기(capillary phase) 및 정맥기(venous phase)를 결정하는 제3단계;
감산영상처리부가 동맥기, 모세혈관기, 정맥기에 따라 자기공명 혈관 조영술의 혈관영상 정보를 분리하여 추출한 후 동맥기 영상정보에서 정맥기 영상정보를 감산하여 동맥기에 남아있는 정맥신호들을 제거함으로써 동맥의 신호만 추출하여 3차원 감산 자기공명 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)을 위한 영상데이터를 생성하고, 정맥기 영상정보에서 동맥기 영상정보를 감산하여 정맥기에 남아있는 동맥신호들을 제거함으로써 정맥의 신호만 추출하여 3차원 감산 자기공명 정맥조영술(3D subtraction MR Venography)을 위한 영상 데이터를 생성하는 제4단계;
컬러코딩부가 상기 3차원 감산 자기공명 동맥조영술 영상 데이터와 상기 3차원 감산 자기공명 정맥조영술 영상 데이터 및 3차원과 4차원 컬러혈관조영술 영상 데이터의 혈관들을 보이는 시기에 따라 동맥, 모세혈관, 정맥으로 나누어 서로 다른 색으로 컬러코딩(color coding)하는 제5단계; 및
영상출력부가 상기 3차원 감산 자기공명 동맥조영술 영상정보와 상기 3차원 감산 자기공명 정맥조영술의 영상 정보를 회색조(Grayscale)와 컬러(Color scale)로 저장 및 출력하고, 4차원 MR Angiography 영상의 전체 혈류역학적 정보가 강조된 4차원 컬러 혈관조영술 (Color-coded 4D MR Angiography) 및 3차원 컬러 혈관조영술 (color-coded 3D MR Angiography) 영상을 저장하고 출력하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계는
특정 영역의 혈관조영(Angiography) 영상을 얻고자 할 경우, 촬영된 영상에서 불필요한 부분을 제거하는 cropping 창을 열고 원하는 영역만을 지정하여 특정 영역의 혈관조영 영상 파일을 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법.
제1항에 있어서, 상기 제5단계는
동맥과 정맥의 시간-신호 강도 곡선을 기반으로 동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 동맥의 신호 강도가 가장 큰 시점(Arterial peak phase)까지의 동맥기 혈관은 적색(RED)으로 디스플레이되게 하고, 정맥의 신호강도가 가장 큰 시점(Venous peak phase)부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 정맥기 혈관은 청색(BLUE)으로 디스플레이되게 하며, Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관은 녹색(GREEN)으로 디스플레이되게 하는 컬러 코딩 방법과, 원하는 시기의 혈관이 더 잘 보이도록 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 추가적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법.
제1항에 있어서,
동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 동맥마스크(ArtMask)를 생성한 후, 동맥기의 최대강도 프로젝션(maximum intensity projection, MIP)에 상기 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 감산 자기공명 동맥조영술(Subtraction MR Arteriography)을 생성하고,
정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크(VenMask)를 생성한 후, 정맥기의 MIP에 상기 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 감산 자기공명 정맥조영술(Subtraction MR Venography)을 생성하는 것을 특징으로 하는 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법.
제1항에 있어서,
병변 또는 특정 혈관이 잘 보이는 프로젝션(projection)을 얻기 위해 x, y, z 축을 중심으로 다양한 각도를 지정하여 영상을 회전하고, 업데이트된 디스플레이를 확인하고 처리하는 단계; 및
x축 또는 z축을 중심으로, 사용자가 지정한 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻어 저장하는 단계를 더 포함하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 방법.
소정의 시간 간격으로 대동맥궁에서 머리 끝까지를 반복적으로 촬영한 4차원 MR Angiography 영상 데이터를 입력으로 받아들이는 입력부;
전체 또는 원하는 부분을 잘라내어 혈관의 모양과 위치정보 및 시간에 따른 혈류 변화와 신호 강도의 변화 정보를 모두 포함하는 파일로 저장하는 추출부;
상기 4차원 MR Angiography영상을 시간 순서에 따라 배열된 subtraction MIP 영상으로 출력하고, 이 subtraction MIP 영상을 기반으로 MCA의 M1 분절과 상시상정맥동에 ROI를 지정하여 뇌동맥과 뇌정맥의 time-intensity curve를 생성한 후 동맥기, 모세혈관기, 및 정맥기를 구분하는 phase 설정부;
동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 동맥의 신호 강도가 가장 큰 시점(Arterial peak phase)까지의 혈관과, 정맥의 신호강도가 가장 큰 시점(Venous peak phase)부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 혈관 및 상기 Arterial peak phase와 Venous peak phase 사이의 혈관영상 정보를 서로 구분하고 정맥기 영상정보에서 동맥기 영상정보를 감산한 후에 정맥기에 남아있는 동맥신호들을 제거함으로써 정맥의 신호만 추출하여 정맥감산 3차원 자기공명 동맥조영술(Subtraction 3D MR Arteriography)을 위한 영상 데이터와, 동맥기 영상정보에서 정맥기 영상정보를 감산한 후에 동맥기에 남아있는 정맥신호들을 제거함으로써 동맥의 신호만 추출하여 동맥감산 3차원 자기공명 정맥조영술(Subtraction 3D MR Venography)을 위한 영상데이터를 생성하는 감산영상 처리부;
감산 기법을 통해 얻어진 3D Subtraction MR Arteriography 영상 데이터, 3D Subtraction MR Venography 영상 데이터 및 3D와 4D MR Angiography 영상 데이터의 혈관들을 나타나는 시기에 따라서 동맥, 모세혈관, 정맥으로 나누어 서로 다른 색으로 구분하는 컬러코딩부; 및
동맥만으로 이루어진 3D Subtraction MR Arteriography 영상과 정맥만으로 이루어지는 3D Subtraction MR Venography 영상 및 Color-coded 4D MR Angiography 영상을 출력하고 저장하는 영상 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 의료영상시스템.
제6항에 있어서, 상기 감산영상처리부는
동맥기의 신호에서 정맥기의 신호를 전체 3D volume 내의 화소별로 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것으로 동맥마스크(ArtMask)를 생성하고 동맥기의 MIP에 상기 동맥마스크를 곱한 값으로 동맥기 MIP를 갱신하여 3D Subtraction MR Arteriography를 구성하는 동맥조영술 감산부; 및 정맥기의 신호에서 동맥기의 신호를 전체 3D volume 내의 화소별로 감산하여 0 이상의 값을 가지는 것만으로 정맥마스크(VenMask)를 생성하고 정맥기의 MIP에 상기 정맥마스크를 곱한 값으로 정맥기 MIP를 갱신하여 3D Subtraction MR Venography를 구성하는 정맥조영술 감산부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 의료영상시스템.
제6항에 있어서, 상기 컬러코딩부는
동맥의 신호가 상승하기 시작하는 시점부터 동맥의 신호 강도가 가장 큰 시점(Arterial peak phase)까지의 동맥기 혈관은 적색(RED)으로 디스플레이되게 하고, 정맥의 신호강도가 가장 큰 시점(Venous peak phase)부터 정맥의 신호가 남아있는 시점까지의 정맥기 혈관은 청색(BLUE)으로 디스플레이되게 하고, Arterial peak phase와 상기 Venous peak phase 사이의 모세혈관기 혈관은 녹색(GREEN)으로 디스플레이되게 하되, 원하는 Phase의 혈관이 더 잘 보이도록 하기 위하여 적색, 청색, 녹색의 색 강도(weighting)를 조절하여 영상을 얻은 MRI 기기나 영상 방법의 차이 및 조영 증강 정도의 차이에 따른 변화에 맞추어 최적의 값을 설정할 수 있는 색 강도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 의료영상시스템.
제6항에 있어서, 상기 영상출력부는
Grayscale 및 color 3D Subtraction MR Arteriography 영상을 출력하고 저장하는 SUB 동맥조영술 영상 출력부;
Grayscale 및 color 3D Subtraction MR Venography 영상을 출력하고 저장하는 SUB 정맥조영술 영상 출력부;
Color-coded 4D MR Angiography 및 Color-coded 3D MR Angiography 영상을 출력하고 저장하는 4D 컬러 혈관조영술 출력부; 및
병변이나 특정 혈관이 잘 보이는 projection을 얻기 위하여 x, y, z 축을 중심으로 자유롭게 혈관조영술 영상을 회전하거나, x축과 z 축을 중심으로 일정한 각도로 회전된 연속적인 영상을 얻을 수 있는 영상회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 4차원 자기공명 혈관조영술(4D MR Angiography)의 영상정보 후처리를 통한 3차원 감산 동맥조영술(3D Subtraction MR Arteriography)와 3차원 감산 정맥조영술(3D Subtraction MR Venography) 및 4차원 컬러 혈관조영술(Color-coded 4D MR Angiography)의 동시 구현 의료영상시스템.