KR102382199B1 - Apparatus and method for processing magnetic resonance imaging using artificial standard index - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공 기준 지표를 활용한 자기 공명 영상의 처리 기술에 관한 것으로, 자기 공명 영상의 처리 방법은, 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하고, 미리 설정된 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받으며, 입력된 MRI 신호 내에 포함된 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정한다.The present invention relates to a magnetic resonance image processing technique using an artificial reference index, and the magnetic resonance image processing method is a quantitative unit that constitutes image particles with an MRI contrast agent having a preset concentration so as to express damage to an abnormal tissue. An artificial reference index of the T1 value is set, and an MRI signal simultaneously measured from the subject is set together with an artificial reference index prepared using an MRI contrast agent of a preset concentration, and the artificial reference index included in the input MRI signal is obtained. By referring to the signal intensity and comparing it with the MRI signal intensity of the subject, the location of the abnormal tissue and the degree of damage are specified.

Description

인공 기준 지표를 활용한 자기 공명 영상의 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing magnetic resonance imaging using artificial standard index}Apparatus and method for processing magnetic resonance imaging using artificial standard index

본 발명은 의료 영상을 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 심근 섬유화 진단의 기초가 되는 자기 공명 영상을 처리함에 있어서 인공 기준 지표를 활용하여 자기 공명 신호를 표준화하는 영상 처리 장치, 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for processing a medical image, and in particular, an image processing apparatus, method, and method for standardizing a magnetic resonance signal using an artificial reference index in processing a magnetic resonance image, which is the basis for diagnosis of myocardial fibrosis It relates to recording media.

자기 공명 영상(Magmetic Resonance Imaging, MRI) 기법은 피검체에 대하여 수소원자핵을 여기시키는 고주파 전자기파와 경사자계를 이용하여 수소원자핵으로부터 발생하는 신호를 측정하여 피검체에 대한 영상을 획득하는 기법이다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a technique for acquiring an image of a subject by measuring a signal generated from a hydrogen nucleus using a gradient magnetic field and a high-frequency electromagnetic wave that excites hydrogen nuclei with respect to the subject.

한편, 심방세동(atrial fibrillation, AF)은 세계적으로 가장 일반적인 부정맥으로서 뚜렷한 발병률 및 사망률에 연관되어 있다고 알려져 있다. 비록 심방세동을 유발하고 지속시키는 전기생리학적 메커니즘이 완전하게 파악되지는 않았으나, 심방세동은 국소적 유발 활성(focal firing activity) 및 좌심방(left atrial, LA) 섬유화에 의해 촉진되는 재진입(re-entry)의 조합이라는 가설이 있다.On the other hand, atrial fibrillation (AF) is known as the most common arrhythmia in the world and is associated with a distinct incidence and mortality. Although the electrophysiological mechanisms that induce and persist atrial fibrillation have not been fully understood, atrial fibrillation is characterized by focal firing activity and re-entry facilitated by left atrial (LA) fibrosis. ) is hypothesized to be a combination of

좌심방 섬유화는 염증, 스트레치(stretch), 또는 과부하에 대응하여 발생하는 좌심방 리모델링(remodeling)의 비가역적 형태로 여겨져 왔다. 또한, 전기생리학 연구들은 좌심방 섬유화가 심방세동의 발달 및 진행과 관련되어 있다는 사실을 보여주었다. 부정맥 유발성 기질로서 카테터 절제술에 의한 좌심방 섬유화의 전기적 격리는 약물 난치성 심방세동의 관리를 위한 효과적인 전략으로서 널리 수용되어 왔다. 일부 연구들은 좌심방 섬유화가 폐정맥구(pulmonary vein ostia) 근처의 후면 좌심방 벽에서 주로 관찰되고, 좌심방 섬유화의 분포가 심방세동의 만성에 따라 다르다는 사실을 보여주었다. 좌심방 섬유화의 분포 및 정도는 심방세동의 카테터 절제술 후의 예후 및 치료 성과와 관련되어 있을 수 있다.Left atrial fibrosis has been considered an irreversible form of left atrial remodeling that occurs in response to inflammation, stretch, or overload. In addition, electrophysiological studies have shown that left atrial fibrosis is associated with the development and progression of atrial fibrillation. Electrical isolation of left atrial fibrosis by catheter ablation as an arrhythmia-inducing matrix has been widely accepted as an effective strategy for the management of drug-refractory atrial fibrillation. Some studies have shown that left atrial fibrosis is mainly observed in the posterior left atrial wall near the pulmonary vein ostia, and that the distribution of left atrial fibrosis varies with the chronicity of atrial fibrillation. The distribution and extent of left atrial fibrosis may be related to the prognosis and therapeutic outcome of atrial fibrillation after catheter ablation.

(Reference 1.) Calkins H, Kuck KH, Cappato R, et al. 2012 HRS/EHRA/ECAS expert consensus statement on catheter and surgical ablation of atrial fibrillation: recommendations for patient selection, procedural techniques, patient management and follow-up, definitions, endpoints, and research trial design. Heart Rhythm 2012;9(4):632-696.e21.(Reference 1.) Calkins H, Kuck KH, Cappato R, et al. 2012 HRS/EHRA/ECAS expert consensus statement on catheter and surgical ablation of atrial fibrillation: recommendations for patient selection, procedural techniques, patient management and follow-up, definitions, endpoints, and research trial design. Heart Rhythm 2012;9(4):632-696.e21. (Reference 2.) January CT, Wann LS, Alpert JS, et al. 2014 AHA/ACC/HRS guideline for the management of patients with atrial fibrillation: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines and the Heart Rhythm Society. J Am Coll Cardiol 2014;64(21):e1-76.(Reference 2.) January CT, Wann LS, Alpert JS, et al. 2014 AHA/ACC/HRS guideline for the management of patients with atrial fibrillation: a report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines and the Heart Rhythm Society. J Am Coll Cardiol 2014;64(21):e1-76. (Reference 3.) Calkins H, Hindricks G, Cappato R, et al. 2017 HRS/EHRA/ECAS/APHRS/SOLAECE expert consensus statement on catheter and surgical ablation of atrial fibrillation. Heart Rhythm 2012;9(4):632-696.e21.(Reference 3.) Calkins H, Hindricks G, Cappato R, et al. 2017 HRS/EHRA/ECAS/APHRS/SOLAECE expert consensus statement on catheter and surgical ablation of atrial fibrillation. Heart Rhythm 2012;9(4):632-696.e21.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 MRI 해석에 있어서 정상 조직의 신호 강도 기준 및 비정상 조직의 신호 강도 증가 기준을 피검체의 신체 내 자기 공명 신호로부터 설정함으로써 영상 신호의 부정확한 기준(reference)이 선정될 우려를 방지하고, 부적절한 기준 선정으로 인해 자기 공명 신호의 상대적 차이에 대한 평가 오류와 함께 좌심방 섬유화에 대한 잘못된 MRI 해석이 나타나는 문제를 해소하고자 한다.The technical problem to be solved by the present invention is that, in the conventional MRI analysis, an inaccurate reference of an image signal is set by setting a signal intensity standard of a normal tissue and a signal intensity increase standard of an abnormal tissue from a magnetic resonance signal in the body of a subject. ) is selected, and to solve the problem of incorrect MRI interpretation of left atrial fibrosis along with an evaluation error of the relative difference of magnetic resonance signals due to improper selection of criteria.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법은, (a) MRI(magnetic resonance imaging) 처리 장치가 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하는 단계; (b) 상기 MRI 처리 장치가 상기 미리 설정된 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는 단계; 및 (c) 상기 MRI 처리 장치가 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 단계;를 포함한다.In order to solve the above technical problem, a magnetic resonance image processing method according to an embodiment of the present invention includes (a) MRI of a preset concentration so that a magnetic resonance imaging (MRI) processing apparatus can express damage to abnormal tissue. setting an artificial reference index of a T1 value, which is a quantitative unit constituting an image particle with a contrast medium; (b) receiving, by the MRI processing apparatus, an MRI signal simultaneously measured from the subject together with an artificial reference index manufactured using the MRI contrast medium of the preset concentration; and (c) specifying the position of the abnormal tissue and the degree of damage by comparing it with the MRI signal strength of the subject with reference to the signal strength of the artificial reference indicator included in the MRI signal input by the MRI processing device; includes

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법에서, 인공 기준 지표를 설정하는 상기 (a) 단계는, MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭할 수 있다. 또한, MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정할 수 있다. 나아가, 상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정할 수 있다.In the magnetic resonance image processing method according to an embodiment, the step (a) of setting the artificial reference index includes a plurality of physiological saline packs having different gadolinium concentrations using gadolinium selected as an MRI contrast agent through a pack. Individual artificial reference indicators corresponding to the T1 values of MRI may be matched for each concentration. In addition, since half of the maximum signal intensity of the MRI is allocated as a threshold value of the signal strength, it may be set so that late gadolinium enhancement (LGE) appears in a region having a signal strength exceeding the allocated threshold. Furthermore, by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological heart saline packs, it is possible to set the abnormal signal intensity standard step by step.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법에서, MRI 신호를 입력받는 상기 (b) 단계는, 미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받을 수 있다.In the magnetic resonance image processing method according to an embodiment, the step (b) of receiving an MRI signal may include positioning a plurality of artificial reference indicators prepared using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent adjacent to the subject. After performing the measurement, the MRI signal may be measured, and the measured MRI signal may be input.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법에서, 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 시각화하는 상기 (c) 단계는, (c1) 입력된 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하는 단계; 및 (c2) 산출된 상기 관계식을 이용하여 상기 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환하는 단계;를 포함할 수 있다.In the magnetic resonance image processing method according to an embodiment, the step (c) of visualizing the location of the abnormal tissue and the degree of damage may include: (c1) calculating the relation between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity from the input MRI signal. calculating; and (c2) converting the MRI signal into an image signal based on a T1 value using the calculated relational expression.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법에서, 상기 (c1) 단계는, MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 방법에서, 상기 (c2) 단계는, 미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시할 수 있다. 나아가, 상기 비정상 조직은 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화할 수 있다.In the magnetic resonance image processing method according to an embodiment, in the step (c1), a correlation in which the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and inversely proportional to the T1 value is used, but a preset concentration of the MRI contrast agent is used. A relational expression between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity may be calculated from the MRI signal with reference to . Also, in the magnetic resonance image processing method according to an embodiment, in step (c2), an area showing a signal intensity exceeding the threshold value may be marked as an abnormal tissue by using a pre-allocated threshold value of the signal strength. . Furthermore, the abnormal tissue is a tissue in which myocardial fibrosis occurs, and the location and damage degree of myocardial fibrosis can be visualized and quantified by referring to the concentration of the MRI contrast agent.

한편, 이하에서는 상기 기재된 자기 공명 영상의 처리 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.On the other hand, below, a computer-readable recording medium in which a program for executing the above-described magnetic resonance image processing method in a computer is recorded is provided.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 장치는, 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI(magnetic resonance imaging) 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는 입력부; 측정된 MRI 신호를 처리하는 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 프로그램을 구동하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하되, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, 상기 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하고, 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 명령어를 포함한다.In order to solve the above technical problem, an apparatus for processing a magnetic resonance image according to an embodiment of the present invention is an artificial manufactured using a magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent of a preset concentration to express damage to an abnormal tissue. an input unit receiving an MRI signal simultaneously measured from a subject together with a reference index; a memory storing a program for processing the measured MRI signal; and at least one processor for driving the program, wherein the program stored in the memory sets an artificial reference index of the T1 value, which is a quantitative unit constituting image particles with the MRI contrast medium of the preset concentration, and a command for specifying the position of the abnormal tissue and the degree of damage by comparing it with the MRI signal strength of the subject with reference to the signal strength of the artificial reference indicator included in the inputted MRI signal.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 장치에서, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭할 수 있다. 또한, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정하고, 상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정할 수 있다.In the magnetic resonance image processing apparatus according to an embodiment, the program stored in the memory uses gadolinium selected as an MRI contrast agent and uses a plurality of physiological saline packs having different gadolinium concentrations to obtain T1 values of MRI for each concentration. It is possible to match individual artificial reference indicators corresponding to . In addition, in the program stored in the memory, half of the maximum signal intensity of the MRI is allocated as a threshold value of the signal strength, so that late gadolinium enhancement (LGE) appears in a region having a signal strength exceeding the allocated threshold. It is possible to set the abnormal signal intensity standard step by step by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological heart saline packs.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 장치에서, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, 미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받을 수 있다.In the magnetic resonance image processing apparatus according to an embodiment, the program stored in the memory places a plurality of artificial reference indicators prepared using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent adjacent to the subject, and then receives the MRI signal. It may measure and receive the measured MRI signal.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상의 처리 장치에서, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, 입력된 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고, 산출된 상기 관계식을 이용하여 상기 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환할 수 있다. 또한, 상기 메모리에 저장된 프로그램은, MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고, 미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시하며, 상기 비정상 조직은 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화할 수 있다.In the magnetic resonance image processing apparatus according to an embodiment, the program stored in the memory calculates a relational expression between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity from the inputted MRI signal, and uses the calculated relational expression to calculate the MRI signal can be converted into an image signal based on the T1 value. In addition, the program stored in the memory uses a correlation in which the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and inversely proportional to the T1 value, and the T1 value and the T1 value from the MRI signal with reference to a preset concentration for the MRI contrast agent A relational expression of the magnetic resonance signal intensity is calculated, and an area showing a signal intensity exceeding the threshold value is marked as an abnormal tissue using a threshold value of a previously assigned signal intensity, wherein the abnormal tissue is a tissue in which myocardial fibrosis occurs, and an MRI contrast agent By referring to the concentration of , the location of myocardial fibrosis and the degree of damage can be visualized and quantified.

본 발명의 실시예들은, MRI 조영제의 농도별 인공 기준 지표를 통해 MRI의 자기 공명 신호를 T1 값으로 표준화함으로써, 영상 신호의 부적절한 기준(reference) 선정으로 인해 자기 공명 신호의 상대적 차이에 대한 평가 오류와 함께 좌심방 섬유화에 대한 잘못된 MRI 해석이 나타나는 문제를 원천적으로 방지하고, 신뢰도 높고 효율적인 심근 섬유화 진단을 유도하는 영상을 제공할 수 있다.In the embodiments of the present invention, by normalizing the magnetic resonance signal of the MRI to the T1 value through the artificial reference index for each concentration of the MRI contrast agent, the evaluation error of the relative difference of the magnetic resonance signal due to improper selection of the reference (reference) of the image signal Together with this, it is possible to fundamentally prevent the problem of erroneous MRI interpretation of left atrial fibrosis and provide images that lead to reliable and efficient diagnosis of myocardial fibrosis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 기준 지표를 활용한 자기 공명 영상의 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들이 제안하는 인공 기준 지표를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 자기 공명 영상의 처리 방법에서 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 과정을 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 4는 심장 MRI와 인공 기준 지표의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 기준 지표를 활용한 자기 공명 영상의 처리 장치를 도시한 블록도이다.
도 6은 종래의 심장 MRI와 본 발명의 실시예들이 제안하는 T1 값에 기반한 표준화 영상을 비교한 예시도이다.
도 7은 MRI 융합 영상 정보와 침습적인 전기생리학 검사를 비교한 예시도이다.
도 8은 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 및 3차원 좌심방 (3D-LA) 모델에 의해 좌심방 섬유화를 결정하는 과정을 예시한 도면이다.
도 9는 9개의 좌심방 분절에서 MRI 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도를 예시한 도면이다.
도 10은 PAF를 가진 45세 남성의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 예시한 도면이다.
도 11은 PeAF를 가진 65세 남성의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 예시한 도면이다.
1 is a flowchart illustrating a method of processing a magnetic resonance image using an artificial reference indicator according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams for explaining artificial reference indicators proposed by embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating in more detail a process of specifying the location of an abnormal tissue and a degree of damage in the magnetic resonance image processing method of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a relationship between cardiac MRI and an artificial reference index.
5 is a block diagram illustrating an apparatus for processing a magnetic resonance image using an artificial reference indicator according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary diagram comparing a standardized image based on a T1 value proposed by embodiments of the present invention with a conventional cardiac MRI.
7 is an exemplary diagram comparing MRI fusion image information with an invasive electrophysiology test.
8 is a diagram illustrating a process for determining left atrial fibrosis by delayed gadolinium-enhanced MRI and a three-dimensional left atrium (3D-LA) model.
9 is a diagram illustrating the frequency of occurrence of MRI delayed gadolinium enhancement in nine left atrium segments.
10 is a diagram illustrating delayed gadolinium-enhanced MRI of a 45-year-old male with PAF.
11 is a diagram illustrating delayed gadolinium-enhanced MRI of a 65-year-old male with PeAF.

본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 발명이 구현되는 환경에서 지적되는 기술적 한계와 문제점을 간략히 소개하도록 한다.Before describing the embodiments of the present invention in detail, the technical limitations and problems pointed out in the environment in which the present invention is implemented will be briefly introduced.

전기생리학 연구들을 통해 연구자들은 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 심방세동(atrial fibrillation, AF)의 만성(chronicity)과 관련되어 있다는 것을 밝혀내었다. 그런데, 종래의 심장 MRI(magnetic resonance imaging, 자기 공명 영상)는 좌심방에서 지연 가돌리늄 조영증강의 분포 패턴이 아닌 심방 지연 가돌리늄 조영증강의 정도를 평가하는데 사용되었다.Through electrophysiological studies, researchers have found that left atrial late gadolinium enhancement (LGE) is associated with the chronicity of atrial fibrillation (AF). However, conventional cardiac MRI (magnetic resonance imaging) was used to evaluate the degree of atrial delayed gadolinium enhancement, not a distribution pattern of delayed gadolinium enhancement in the left atrium.

기본적으로 MRI는 규정된 영상 신호의 단위(unit) 없이 신체조직 간 자기 공명 신호의 상대적 차이를 바탕으로 영상 정보를 구현하였다. 이때, 영상 신호의 부적절한 기준(reference) 선정은 자기 공명 신호의 상대적 차이에 대한 평가 오류와 함께 좌심방 섬유화에 대한 잘못된 MRI 해석을 초래할 수 있다는 점이 문제점으로 지적되었따. 이와 관련하여, 좌심방 섬유화의 자기 공명 영상 신호를 T1 이완 시간이라는 기준 단위로 전환한 T1 맵(map) MRI가 소개되었다. 그러나, 정량화를 위한 T1 맵 MRI를 통해 심장 전체를 영상화하기에는 영상획득 시간이 지나치게 길어 그로 인한 기술적 한계가 다음의 비교표와 같이 지목되었다.Basically, MRI implements image information based on the relative difference in magnetic resonance signals between body tissues without a prescribed unit of image signal. At this time, it was pointed out as a problem that improper selection of a reference for the image signal could lead to an erroneous MRI interpretation of left atrial fibrosis along with an error in the evaluation of the relative difference between the magnetic resonance signals. In this regard, T1 map MRI, which converts magnetic resonance imaging signals of left atrial fibrosis into a reference unit called T1 relaxation time, has been introduced. However, the image acquisition time was too long to image the entire heart through T1 map MRI for quantification, and technical limitations were pointed out as shown in the following comparison table.

Figure 112020066173111-pat00001
Figure 112020066173111-pat00001

따라서, T1 이완 시간을 기준으로 좌심방 섬유화 모델을 구현한다면 이는 기존 MRI에 있어 좌심방 섬유화 진단의 기준으로 활용 가능하다는 점에 주목하였다.Therefore, it was noted that if the left atrial fibrosis model was implemented based on the T1 relaxation time, it could be used as a standard for diagnosing left atrial fibrosis in the existing MRI.

한편, 심근 섬유화는 지연 가돌리늄 조영증강 MRI(LGE MRI)을 통해 시각화될 수 있다. 최근, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI가 심방세동이 있는 환자들에서 좌심방 섬유화를 평가하는데 사용되고 있다. 일반적으로, 심방세동은 좌심방 섬유화의 좌심방 비대, 노화, 및 발달과 더불어 더욱 치료하기 어려울 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예들을 안출하는 과정에서, 좌심방 비대뿐만 아니라 좌심방 섬유화의 지역적 분포가 심방세동의 만성과 관련되어 있고, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 통해 결정되는 바와 같이 좌심방 섬유화의 분포가 심방세동의 만성에 따라 달라지는지 여부를 평가할 수 있다는 가설을 세웠다.On the other hand, myocardial fibrosis can be visualized through delayed gadolinium-enhanced MRI (LGE MRI). Recently, delayed gadolinium-enhanced MRI has been used to evaluate left atrial fibrosis in patients with atrial fibrillation. In general, atrial fibrillation can be more difficult to treat with left atrial hypertrophy, aging, and development of left atrial fibrosis. Accordingly, in the process of devising the embodiments of the present invention, the regional distribution of left atrial fibrillation as well as left atrial hypertrophy is related to chronic atrial fibrillation, and as determined by delayed gadolinium-enhanced MRI, the distribution of left atrial fibrillation was determined by atrial fibrillation. We hypothesized that it could be assessed whether it depends on the chronicity of

이와 관련하여, MRI의 T1 값은 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)로서, 심장 MRI 촬영시 심근 조직 내 MRI 조영제의 농도는 심근 섬유화의 심각도에 비례하는 반면, MRI 조영제의 농도와 T1 값은 반비례하는 상관 관계를 갖는다. 그러나, 현재까지도 T1 값을 매개로 하는 종래의 MRI 기술에서는 검사 촬영에 소요되는 시간과 비용이 문제점으로 지적되었다.In this regard, the T1 value of MRI is a quantitative unit constituting imaging particles. During cardiac MRI, the concentration of the MRI contrast agent in the myocardial tissue is proportional to the severity of myocardial fibrosis, whereas the concentration and the T1 value of the MRI contrast agent are proportional to the severity of myocardial fibrosis. has an inversely proportional relationship. However, up to now, in the conventional MRI technique using the T1 value, the time and cost required for examination have been pointed out as problems.

이러한 문제점 인식으로부터 안출된 본 발명의 실시예들은 T1 이완 시간을 기준으로 MRI 신호를 해석할 수 있는 기술적 수단을 제안하고, 이에 수반된 실험을 소개하도록 한다. 이하에서 기술되는 본 발명의 실시예들은 심장 자기 공명 영상(MRI)를 통하여 심근 섬유화(fibrosis)를 진단하기 위한 영상 처리 기술에 관한 것으로, 특히 가돌리늄 MRI 조영제의 농도별 인공 기준 지표를 통해 심장 MRI의 자기 공명 신호를 T1 값으로 표준화함으로써 신뢰도 높고 효율적인 심근섬유화 진단을 도모하였다.The embodiments of the present invention devised from recognizing this problem suggest a technical means for interpreting an MRI signal based on the T1 relaxation time, and introduce the accompanying experiments. Embodiments of the present invention described below relate to image processing technology for diagnosing myocardial fibrosis through cardiac magnetic resonance imaging (MRI), and in particular, cardiac MRI through artificial reference indicators for each concentration of gadolinium MRI contrast agent. By standardizing the magnetic resonance signal to the T1 value, a reliable and efficient diagnosis of myocardial fibrosis was promoted.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention in the following description and accompanying drawings will be omitted. In addition, throughout the specification, 'including' a certain component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprises" or "comprises" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but is one or more other features or It should be understood that the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof does not preclude the possibility of addition.

특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless specifically defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted to have meanings consistent with the context of the related art, and are not to be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 기준 지표를 활용한 자기 공명 영상의 처리 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of processing a magnetic resonance image using an artificial reference indicator according to an embodiment of the present invention.

S110 단계에서, MRI(magnetic resonance imaging) 처리 장치는 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정한다. 이 과정에서는, 특정 MRI 조영제 농도(T1 값과 조영제의 농도가 반비례하는 점을 고려할 때, 고농도인 것이 바람직하다.)를 이용하여 다양한 MRI 구성 입자의 정량 단위인 T1 값들 중 손상된 조직(예를 들어, 심근 섬유화)의 T1 값을 발현할 수 있도록 설계된 인공 기준 지표가 마련된다. 여기서 설정되는 T1은 조영제 농도를 기준으로 조직 손상의 경중을 판단할 수 있는 잣대 내지 평가 지표가 된다.In step S110 , the magnetic resonance imaging (MRI) processing apparatus sets an artificial reference index of a T1 value, which is a quantitative unit constituting image particles with an MRI contrast agent having a preset concentration to express damage to an abnormal tissue. In this process, a specific MRI contrast agent concentration (a high concentration is preferable considering that the T1 value and the contrast agent concentration are inversely proportional) is used to select the damaged tissue (for example, , an artificial reference indicator designed to express the T1 value of myocardial fibrosis) is prepared. T1 set here serves as a criterion or evaluation index for judging the severity of tissue damage based on the concentration of the contrast medium.

특히, MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭할 수 있다. 또한, MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정할 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정하는 것이 바람직하다. 생리식염수 팩을 구성하는 과정은 이후 도 2a 및 도 2b를 통해 보다 구체적으로 기술하도록 한다.In particular, using gadolinium selected as the MRI contrast agent, individual artificial reference indicators corresponding to the T1 values of MRI may be matched for each concentration through a plurality of saline packs having different gadolinium concentrations. In addition, since half of the maximum signal intensity of the MRI is allocated as a threshold value of the signal strength, it may be set so that late gadolinium enhancement (LGE) appears in a region having a signal strength exceeding the allocated threshold. At this time, it is preferable to set the abnormal signal intensity standard step by step by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological heart saline packs. The process of configuring the physiological saline pack will be described in more detail later with reference to FIGS. 2A and 2B.

S120 단계에서, 상기 MRI 처리 장치는 S110 단계를 통해 미리 설정된 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는다. 이 과정에서, 심장 MRI에서의 인공 기준 지표의 자기 공명 신호를 측정하되, 피검체와 인공 기준 지표를 동시에 검사하게 된다. 보다 구체적으로, 미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받는다. 즉, S110 단계를 통해 설정된 기준에 따라 제작된 인공 기준 지표를 피검체(환자의 가슴)에 놓고 검사를 진행함으로써 이후 획득되는 MRI에서의 좌심방과 인공 기준 지표를 동시에 비교하도록 유도한다.In step S120 , the MRI processing apparatus receives the simultaneously measured MRI signal from the subject together with the artificial reference index manufactured using the MRI contrast medium of a preset concentration in step S110 . In this process, the magnetic resonance signal of the artificial reference index in cardiac MRI is measured, but the subject and the artificial reference index are simultaneously examined. More specifically, a plurality of artificial reference indicators prepared using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent are positioned adjacent to a subject, and then an MRI signal is measured, and the measured MRI signal is received. That is, the artificial reference index produced according to the standard set in step S110 is placed on the subject (the patient's chest) and the examination is performed, thereby inducing simultaneous comparison of the left atrium and the artificial reference index in the MRI obtained thereafter.

S130 단계에서, 상기 MRI 처리 장치는 S120 단계를 통해 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정한다. 이 과정에서는, 종래의 신체조직 간 자기 공명 신호의 상대적 차이를 바탕으로 영상 정보를 구현하는 것이 아니라, T1 이완 시간을 기준으로 좌심방 섬유화 모델을 구현하고자 하였다. 따라서, MRI 신호 내에 포함된 좌심방과 인공 기준 지표를 동시에 비교하여 섬유화를 평가하되, MRI는 심근 조직 내 조영제의 존재를 영상화하여 좌심방의 섬유화를 판단하도록 유도할 수 있다.In step S130, the MRI processing device compares the MRI signal strength of the subject with reference to the signal strength of the artificial reference indicator included in the MRI signal input through the step S120, thereby determining the position of the abnormal tissue and the degree of damage. specify In this process, the left atrial fibrosis model was implemented based on the T1 relaxation time, rather than image information based on the relative difference between the conventional magnetic resonance signals between body tissues. Therefore, the fibrosis is evaluated by simultaneously comparing the left atrium and the artificial reference index included in the MRI signal, but the MRI can be induced to determine the fibrosis of the left atrium by imaging the presence of a contrast agent in the myocardial tissue.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들이 제안하는 인공 기준 지표를 설명하기 위한 도면으로서, 인공 기준 지표(또는, 팬텀(phantom))을 제작하는 과정을 제안한다.2A and 2B are diagrams for explaining an artificial reference index proposed by embodiments of the present invention, and propose a process of manufacturing an artificial reference index (or phantom).

우선, 본 발명의 실시예들이 제안하는 가돌리늄 팬텀(Gadolinium phantom)을 소개하도록 한다. 지연 가돌리늄 조영증강 (LGE)의 높은 신호 임계치를 얻기 위해, 작은 생리식염수 팩에 고농도의 가돌리늄 조영제를 주입하여 가돌리늄 팬텀을 제작하였다. 그런 다음, 심장 자기 공명 (MR) T1 맵(map)을 이용하여 가돌리늄 팬텀의 T1 이완 시간을 평가한다. 0.1 mM의 가돌리늄을 갖는 팬텀은 MRI T1 맵 상에서 330 msec의 짧은 T1 이완 시간을 보여준다.First, to introduce the gadolinium phantom (Gadolinium phantom) proposed by the embodiments of the present invention. In order to obtain a high signal threshold of delayed gadolinium contrast enhancement (LGE), a gadolinium phantom was fabricated by injecting a high concentration of gadolinium contrast agent into a small saline pack. Then, the T1 relaxation time of the gadolinium phantom is evaluated using a cardiac magnetic resonance (MR) T1 map. The phantom with 0.1 mM gadolinium shows a short T1 relaxation time of 330 msec on the MRI T1 map.

T1 이완 시간은 수소 원자가 방출하는 자기 공명 신호를 정량화한 단위이며, MRI 조영제 가돌리늄(gadolinium)은 T1 이완 시간을 단축할 수 있다. 기본적으로 섬유화된 조직에는 가돌리늄이 잔류하여 T1 이완 시간을 단축시키게 된다. 본 발명의 실시예들이 제안하는 인공 기준 지표에서는, 생리식염수 팩(pack)에 0.1 ml 단위로 가돌리늄 조영제를 주입하여 섬유화된 조직의 짧은 T1 이완 시간 (<400 msec) 인공 팬텀 팩, 즉 좌심방 섬유화 모델을 구현하였다.The T1 relaxation time is a quantified unit of the magnetic resonance signal emitted by hydrogen atoms, and the MRI contrast agent gadolinium can shorten the T1 relaxation time. Basically, gadolinium remains in the fibrous tissue, shortening the T1 relaxation time. In the artificial reference index proposed by the embodiments of the present invention, a short T1 relaxation time (<400 msec) of the fibrous tissue by injecting a gadolinium contrast agent in 0.1 ml units into a physiological saline pack artificial phantom pack, that is, a left atrial fibrosis model has been implemented.

도 2a를 참조하면, 생리식염수 팩에 마이크로 피펫으로 MRI 조영제를 주입하여 심근 섬유화에 준하는 400 msec 이하의 평균 T1 이완 시간을 구현하는 팬텀 팩(화살표)을 제작하였다. 도시된 바와 같이, MRI T1 맵은 가돌리늄 팬텀 (흰 화살표)에서 T1 이완 시간 (330 msec)을 현저하게 단축시켰음을 보여준다. Referring to FIG. 2A , a phantom pack (arrow) that implements an average T1 relaxation time of 400 msec or less, equivalent to myocardial fibrosis, was manufactured by injecting an MRI contrast agent into a saline pack with a micropipette. As shown, the MRI T1 map shows that the T1 relaxation time (330 msec) was significantly shortened in the gadolinium phantom (white arrow).

도 2b를 참조하면, 5개의 단위를 포함하는 인공 기준 지표 팩(pack)(10)을 예시하였다. 하나의 기준 지표 단위(15)는 MRI 조영제와 생리식염수의 혼합물로 구성 되는데, 특정 T1 값에 대응하는 조영제 농도별 기준지표 단위들을 연결하여, 예를 들어 5개의 인공 기준 지표 단위들을 포함하는 인공 기준 지표 팩(10)을 구성할 수 있다. 인공 기준 지표의 1 단위는, 예를 들어 최소 20 ml 부피의 조영제와 생리식염수 수용할 수 있도록 제작된다. 따라서, 예시된 5 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정하는 것이 가능하다. 이를 위해, 구현의 관점에서는 유의미한 T1 값 별로 MRI의 조영제의 농도에 대한 실험자료를 확보할 필요가 있다.Referring to FIG. 2B , an artificial reference indicator pack 10 including five units is illustrated. One reference index unit 15 is composed of a mixture of MRI contrast medium and physiological saline, and by connecting reference index units for each contrast medium concentration corresponding to a specific T1 value, for example, an artificial reference including five artificial reference index units. The indicator pack 10 may be configured. One unit of the artificial reference indicator is manufactured to accommodate, for example, a contrast medium and physiological saline solution having a volume of at least 20 ml. Therefore, it is possible to set the abnormal signal intensity criterion step by step by adjusting the gadolinium concentration of the five exemplified physiological heart saline packs. To this end, from the point of view of implementation, it is necessary to secure experimental data on the concentration of the MRI contrast agent for each significant T1 value.

한편, 이러한 인공 기준 지표 팩(10)은 MRI 진행시 피검체(환자)가 불편을 느끼지 않을 정도로 충분히 그 크기가 작아야 하나, 이와 동시에 MRI 조영제를 통해 필요한 신호 강도를 얻을 수 있는 최소한의 크기를 확보하여야 한다. 따라서, 임상 현장에서의 경험과 실험을 토대로 적절한 크기의 소형 팬텀 팩을 제작할 수 있다.On the other hand, the artificial reference indicator pack 10 should be small enough so that the subject (patient) does not feel discomfort during the MRI process, but at the same time secure the minimum size to obtain the necessary signal strength through the MRI contrast medium. shall. Therefore, it is possible to manufacture a small phantom pack of an appropriate size based on experience and experiments in the clinical field.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 자기 공명 영상의 처리 방법에서 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 시각화하는 과정(S130 단계)을 보다 구체적으로 도시한 흐름도이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating in more detail a process (step S130 ) of visualizing the position and degree of damage of an abnormal tissue in the magnetic resonance image processing method of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.

S131 단계에서는 입력된 MRI 신호로부터 하기 수학식 1로 표현되는 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출할 수 있다. 이 과정에서는, MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Y=-11.259x+1494.396
(수학식 1에서, Y는 T1 값이고, X는 MRI 신호이다.)
In step S131 , a relational expression between the T1 value expressed by Equation 1 and the magnetic resonance signal intensity may be calculated from the input MRI signal. In this process, the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and inversely proportional to the T1 value, but the correlation between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity is obtained from the MRI signal with reference to a preset concentration for the MRI contrast agent. Relational expressions can be calculated.
[Equation 1]
Y=-11.259x+1494.396
(In Equation 1, Y is a T1 value, and X is an MRI signal.)

도 4는 심장 MRI와 인공 기준 지표의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 피검체가 인공 기준 지표 (화살표)를 가슴에 안은 상태에서 MRI를 진행하였다. 도 4를 참조하면, 5개의 인공 기준 지표가 각각 상이한 조영제 농도로 인해 MRI 영상 내에서 단계적으로 상이하게 표시되었음을 확인할 수 있다. 즉, 미리 설정된 MRI 조영제의 농도를 통해 심근 섬유화의 T1 값을 판단할 수 있다.FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between cardiac MRI and an artificial reference index, and MRI was performed while the subject held the artificial reference index (arrow) on her chest. Referring to FIG. 4 , it can be seen that the five artificial reference indicators are displayed in different stages in the MRI image due to different concentrations of the contrast medium, respectively. That is, the T1 value of myocardial fibrosis may be determined based on the preset concentration of the MRI contrast agent.

S132 단계에서는 상기 수학식 1로 표현되는 상기 관계식을 이용하여 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환하게 된다. 이 과정에서는, 미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시할 수 있다. 여기서, 상기 비정상 조직은, 예를 들어 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화할 수 있다.In step S132, the MRI signal is converted into an image signal based on the T1 value using the relation expressed by Equation 1 above. In this process, a region showing a signal strength exceeding the threshold may be marked as an abnormal tissue by using a threshold value of the signal strength allocated in advance. Here, the abnormal tissue is, for example, a tissue in which myocardial fibrosis appears, and the location of myocardial fibrosis and the degree of damage may be visualized and quantified by referring to the concentration of the MRI contrast agent.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 기준 지표(10)를 활용한 자기 공명 영상의 처리 장치(20)를 도시한 블록도로서, 앞서 기술한 도 1의 자기 공명 영상의 처리 방법을 하드웨어 구성의 관점에서 재구성한 것이다. 따라서, 여기서는 설명의 중복을 피하고자 기능을 중심으로 각 요소를 약술하도록 한다. 먼저, 피검체는 인공 기준 지표(10)와 함께 MRI를 진행하여 측정된 MRI 신호를 입력받는다고 가정하자.5 is a block diagram illustrating an apparatus 20 for processing a magnetic resonance image using the artificial reference indicator 10 according to an embodiment of the present invention. It is reconstructed from the point of view of composition. Therefore, in order to avoid duplication of description, each element will be outlined with a focus on its function. First, it is assumed that the subject receives an MRI signal measured by performing MRI together with the artificial reference indicator 10 .

입력부(21)는, 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI(magnetic resonance imaging) 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표(10)와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는 구성이다.The input unit 21 receives an MRI signal simultaneously measured from the subject together with the artificial reference indicator 10 manufactured using a magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent having a preset concentration to express damage to abnormal tissue. is the composition

메모리(23)는, 측정된 MRI 신호를 처리하는 프로그램을 저장하는 구성이며, 및 프로세서(25)는 상기 프로그램을 구동하는 수단으로서 적어도 하나 이상의 장치로 구성될 수 있다. 이때, 상기 메모리(23)에 저장된 프로그램은, 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 상기 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하고, 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 명령어를 포함한다.The memory 23 is a component that stores a program for processing the measured MRI signal, and the processor 25 is a means for driving the program and may be composed of at least one device. At this time, the program stored in the memory 23 sets an artificial reference index of the T1 value, which is a quantitative unit constituting image particles with the MRI contrast medium of the preset concentration, so as to express damage to the abnormal tissue, and a command for specifying the position of the abnormal tissue and the degree of damage by comparing it with the MRI signal strength of the subject with reference to the signal strength of the artificial reference indicator included in the inputted MRI signal.

메모리(23)에 저장된 프로그램은, MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭할 수 있다. 또한, 상기 메모리(23)에 저장된 프로그램은, MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정하고, 상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정할 수 있다.The program stored in the memory 23 uses gadolinium selected as the MRI contrast agent to match individual artificial reference indicators corresponding to the T1 values of MRI by concentration through a plurality of physiological saline packs having different gadolinium concentrations. there is. In addition, the program stored in the memory 23 is configured as a late gadolinium enhancement (LGE) in a region having a signal strength exceeding the allocated threshold by assigning half of the maximum signal strength of the MRI as a threshold value of the signal strength. ) to appear, and by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological heart saline packs, the abnormal signal intensity standard can be set step by step.

메모리(23)에 저장된 프로그램은, 미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받을 수 있다.The program stored in the memory 23 may measure an MRI signal and receive the measured MRI signal after positioning a plurality of artificial reference indicators prepared using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent to be adjacent to the subject. there is.

메모리(23)에 저장된 프로그램은, 입력된 상기 MRI 신호로부터 하기 수학식 1로 표현되는 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고, 산출된 상기 관계식을 이용하여 상기 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환할 수 있다. 특히, 상기 메모리(23)에 저장된 프로그램은, MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고, 미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시하며, 상기 비정상 조직은 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화할 수 있다.
[수학식 1]
Y=-11.259x+1494.396
(수학식 1에서, Y는 T1 값이고, X는 MRI 신호이다.)
The program stored in the memory 23 calculates a relational expression between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity expressed by Equation 1 below from the input MRI signal, and converts the MRI signal to the T1 value using the calculated relational expression. It can be converted into a video signal based on In particular, the program stored in the memory 23 uses a correlation in which the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and is inversely proportional to the T1 value, and the concentration of the MRI contrast agent is obtained from the MRI signal by referring to a preset concentration for the MRI contrast agent. A relational expression between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity is calculated, and an area showing a signal intensity exceeding the threshold is indicated as an abnormal tissue using a threshold of a previously assigned signal intensity, wherein the abnormal tissue is a tissue in which myocardial fibrosis occurs. , it is possible to visualize and quantify the location of myocardial fibrosis and the extent of damage by referring to the concentration of the MRI contrast agent.
[Equation 1]
Y=-11.259x+1494.396
(In Equation 1, Y is a T1 value, and X is an MRI signal.)

도 6은 종래의 심장 MRI와 본 발명의 실시예들이 제안하는 T1 값에 기반한 표준화 영상을 비교한 예시도로서, 도 6의 (A)는 종래의 심장 MRI이고, (B)는 T1 값에 기반한 표준화 영상이다.6 is an exemplary view comparing a conventional cardiac MRI and a standardized image based on a T1 value proposed by embodiments of the present invention. This is a standardized image.

도 6을 참조하면, 인공 기준 지표를 이용해 T1 값으로 심장 MRI를 표준화할 경우 다양한 형태의 심근 질환에 대해 추가 MRI 촬영 없이 정량적인 평가 영상을 제공하는 것이 가능하다. 나아가, T1 값을 기준으로 표준화된 심장 MRI는 3차원 영상으로 재구성되어 심장 시술을 지원하거나, T1 값을 기준으로 표준화된 심장 MRI의 정량적 수치 정보를 인공지능의 학습과 분석에 제공하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 6 , when cardiac MRI is standardized with a T1 value using an artificial reference index, it is possible to provide quantitative evaluation images for various types of myocardial disease without additional MRI imaging. Furthermore, cardiac MRI standardized based on the T1 value is reconstructed into a three-dimensional image to support cardiac surgery, or it is possible to provide quantitative numerical information of cardiac MRI standardized based on the T1 value for learning and analysis of artificial intelligence. .

한편, 좌심방 섬유화는 전기적 해리(electrical dissociation)와 국소적 전도(local conduction)를 유도해 심방세동(atrial fibrillation)의 발생 및 악화를 조장한다. 심장 내 부정맥 발생 원인인 좌심방 섬유화 부위를 전기적으로 분리하는 카테터 절제술(catheter ablation)이 최근 심방세동 환자의 치료를 위해 이용되고 있는데, 좌심방 섬유화는 심방세동 카테터 절제술의 치료 타깃이자, 치료 후 환자의 예후를 결정짓는 주요 요소가 된다. 그러나, 일반적으로 좌심방 섬유화는 카테터 절제술 과정의 침습적 전기생리학검사(electrophysiologic study)를 통해 진단되어 왔으며 이를 MRI 융합 영상 정보로 대체할 수 있다면 시술 시간의 단축 등을 통해 환자 예후 향상시킬 것으로 기대된다.On the other hand, left atrial fibrosis induces electrical dissociation and local conduction, thereby promoting the occurrence and worsening of atrial fibrillation. Catheter ablation, which electrically separates the region of left atrial fibrosis, the cause of cardiac arrhythmias, has recently been used for the treatment of patients with atrial fibrillation. become a major factor in determining However, in general, left atrial fibrosis has been diagnosed through an invasive electrophysiologic study of the catheter resection process, and if it can be replaced with MRI fusion image information, it is expected to improve the patient's prognosis by shortening the procedure time.

도 7은 MRI 융합 영상 정보와 침습적인 전기생리학 검사를 비교한 예시도로서, MRI 융합 영상 정보의 임상 사례를 보여준다. 도 7을 참조하면, MRI 융합 영상 정보로부터 재구성된 좌심방 3차원 모델 전면에서 섬유화(오렌지색, 화살표)가 의심되었으며, 이는 전기생리학 검사를 통해 동일한 위치의 좌심방 섬유화로 확인되었다.7 is an exemplary diagram comparing MRI fusion image information with an invasive electrophysiology test, and shows a clinical case of MRI fusion image information. Referring to FIG. 7 , fibrosis (orange, arrow) was suspected in the front of the left atrial three-dimensional model reconstructed from the MRI fusion image information, and this was confirmed as left atrial fibrosis in the same location through electrophysiological examination.

이하에서는 본 발명의 실시예들을 도출하는 과정에서 수행된 실험 및 연구 과정을 순차적으로 소개하도록 한다.Hereinafter, experiments and research procedures performed in the process of deriving the embodiments of the present invention will be sequentially introduced.

전기생리학 연구들을 통해 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 심방세동(atrial fibrillation, AF)의 만성(chronicity)과 관련되어 있다는 것을 보여주었다. 지금까지, 심장 MRI(magnetic resonance imaging, 자기 공명 영상)는 좌심방에서 지연 가돌리늄 조영증강의 분포 패턴이 아닌 심방 지연 가돌리늄 조영증강의 정도를 평가하는데 사용되었다. 따라서, 본 실험을 통해 좌심방 MRI 패턴이 심방세동의 만성과 관련되어 있는지 여부를 살펴보고자 하였다.Electrophysiological studies have shown that left atrial late gadolinium enhancement (LGE) is associated with the chronicity of atrial fibrillation (AF). So far, cardiac magnetic resonance imaging (MRI) has been used to evaluate the degree of atrial delayed gadolinium enhancement, not the distribution pattern of delayed gadolinium enhancement in the left atrium. Therefore, the purpose of this experiment was to investigate whether the left atrial MRI pattern is related to chronic atrial fibrillation.

본 연구는 2017년 6월부터 2018년 5월까지 심방세동이 있는 환자들에 대해 수행된 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 포함한다. 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 존재는 9개의 좌심방 분절(segment)에서 평가되었으며, 그 정도(extent)는 수반된 분절의 개수에 의해 결정될 수 있다. 심방세동의 만성에 따라, 환자들은 발작성 심방세동 (PAF) 및 지속성 심방세동 (PeAF)으로 분류될 수 있다. 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 위치 및 정도는 카이 제곱 검사(chi-square test) 및 로지스틱 회귀 분석(logistic regression analysis)를 이용하여 PAF 및 PeAF인지 비교할 수 있다.This study includes delayed gadolinium-enhanced MRI performed on patients with atrial fibrillation from June 2017 to May 2018. The presence of left atrial delayed gadolinium enhancement was assessed in nine left atrial segments, the extent of which can be determined by the number of segments involved. Depending on the chronicity of atrial fibrillation, patients can be classified into paroxysmal atrial fibrillation (PAF) and persistent atrial fibrillation (PeAF). The location and degree of left atrial delayed gadolinium enhancement can be compared to PAF and PeAF using chi-square test and logistic regression analysis.

앞서, 좌심방 비대뿐만 아니라 좌심방 섬유화의 지역적 분포가 심방세동의 만성과 관련되어 있고, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 통해 결정되는 바와 같이 좌심방 섬유화의 분포가 심방세동의 만성에 따라 달라지는지 여부를 평가할 수 있다는 가설을 세웠으며, 이하에서는 그 검증 과정을 소개하도록 한다.Previously, we found that the regional distribution of left atrial fibrillation as well as left atrial hypertrophy is related to the chronicity of atrial fibrillation, and it can be evaluated whether the distribution of left atrial fibrillation depends on the chronicity of atrial fibrillation as determined by delayed gadolinium-enhanced MRI. A hypothesis was established, and the verification process will be introduced below.

연구 재료 및 방법(Materials and Methods)Research Materials and Methods

연구 대상(Study population)Study population

고려대학교 안암 병원의 의료 기록 시스템을 통해, 2017년 6월부터 2018년 5월까지의 약물 난치성 심방세동의 관리를 위해 참고하고 있던 421명의 환자들 (평균 연령, 55 ± 11 세; 범위 21-86 세; 남성 343 명 [평균 연령, 55 ± 11 세; 범위, 21-83 세] 및 여성 78 명 [평균 연령, 58 ± 12 세; 범위, 22-86 세])을 특정하였다. 포함 기준은 다음과 같다: (a) 새로운 좌심방 섬유화 평가를 위한 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 이고; (b) 심장초음파검사에 의한 심근증이 아니고; (c) 심장초음파검사에 의한 심장 판막 질환이 아니며; (d) 심장초음파검사에서의 좌심실 박출률(left ventricular ejection fraction, LVEF)이 50% 초과인 경우이다. 상기된 포함 기준에 따라, 215명의 환자들이 소급하여 선택되었다. 그런 다음, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 상의 좌심방 벽의 불분명한 윤곽(contour)을 가진 사람 (n = 17), 및 중대한 흉부 수술을 받은 이력을 가진 사람 (n = 3)의 20명의 환자를 배제하였다. 결국, 195명의 환자들이 본 연구에 포함되었다.421 patients (mean age, 55 ± 11 years old; range 21-86) were referred for management of drug-refractory atrial fibrillation from June 2017 to May 2018 through the medical record system of Korea University Anam Hospital. age; 343 males [mean age, 55 ± 11 years; range, 21-83 years] and 78 females [mean age, 58 ± 12 years; range, 22-86 years]) were identified. The inclusion criteria were: (a) delayed gadolinium-enhanced MRI for evaluation of new left atrial fibrosis; (b) not cardiomyopathy by echocardiography; (c) not heart valve disease by echocardiography; (d) A case in which the left ventricular ejection fraction (LVEF) in echocardiography is greater than 50%. According to the inclusion criteria described above, 215 patients were retrospectively selected. Then, 20 patients with an indistinct contour of the left atrial wall on delayed gadolinium-enhanced MRI (n = 17) and those with a history of major chest surgery (n = 3) were excluded. Ultimately, 195 patients were included in the study.

환자들은 심방세동 유형에 따라 2개 그룹으로 분류되었다: (a) 만약 심방세동 에피소드가 7일 내에 자가-종료되었다면 발작성 심방세동 (PAF) (n = 121)에 해당하고, (b) 만약 심방세동 에피소드가 7일을 초과하여 지속된다면 지속성 심방세동 (PeAF)에 해당한다.Patients were divided into two groups according to atrial fibrillation type: (a) paroxysmal atrial fibrillation (PAF) (n = 121) if atrial fibrillation episode self-terminating within 7 days, and (b) atrial fibrillation episode If the episode lasts more than 7 days, it is in persistent atrial fibrillation (PeAF).

MRI 프로토콜(protocol)MRI protocol

LGE MRI는 위상 어레이 18-채널 바디(body) 매트릭스 코일(matrix coil) 및 12-채널 스파인(spine) 매트릭스 코일을 갖는 3T MRI 스캐너 (MAGNETOM Skyra, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany) 상에서 수행되었다.LGE MRI was performed on a 3T MRI scanner (MAGNETOM Skyra, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany) with a phased array 18-channel body matrix coil and a 12-channel spine matrix coil.

도 8은 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 및 3차원 좌심방 (3D-LA) 모델에 의해 좌심방 섬유화를 결정하는 과정을 예시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a process for determining left atrial fibrosis by delayed gadolinium-enhanced MRI and a three-dimensional left atrium (3D-LA) model.

지연 가돌리늄 조영증강 MRI 동안, 가돌리늄 팬텀 (화살표)이 전면 가슴 벽 상에 위치되었다. 지연 가돌리늄 조영증강 복셀을 정의하기 위해 사용되는 가돌리늄 팬텀 신호 강도 임계치를 결정하기 위해 FWHM (full width at half maximum) 기법이 채택되었다. 마지막으로, 군집화된 지연 가돌리늄 조영증강 복셀의 최대 길이가 1 cm 이상이기 때문에, 상기 군집화된 지연 가돌리늄 조영증강 복셀이 좌심방 섬유화 (LAF)로서 정의되었다. 지연 가돌리늄 조영증강 MRI에 의해 좌심방 섬유화의 위치를 특정하기 위해, 3차원 좌심방 모델로부터 9개의 모든 분절이 전면 및 후면 좌심방 변에서 미리 선택되었다.During delayed gadolinium-enhanced MRI, a gadolinium phantom (arrow) was placed on the anterior chest wall. A full width at half maximum (FWHM) technique was employed to determine the gadolinium phantom signal strength threshold used to define delayed gadolinium-enhanced voxels. Finally, because the maximum length of the clustered delayed gadolinium-enhanced voxels was greater than 1 cm, the clustered delayed gadolinium-enhanced voxels were defined as left atrial fibrosis (LAF). To localize left atrial fibrosis by delayed gadolinium-enhanced MRI, all nine segments from the three-dimensional left atrial model were preselected in the anterior and posterior left atrial margins.

도 8을 참조하면, 지연 가돌리늄 조영 증강 MRI를 위하여, 10 ml 부피의 생리식염수 팩들을 갖는 가돌리늄 팬텀(phantom)을 설계하였다. 각각의 팩들은 0.01 내지 0.1 mM 범위의 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는데, 이는 3T에서 서로 다른 T1 이완 시간들 (200 - 3,000 msec)을 보여준다. 환자들은 가슴 앞에 가돌리늄 팬텀을 위치시키고 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 진행한다. 가돌리늄의 심근 축적에 의한 T1 이완 시간의 단축이 심근 섬유화의 특징이기 때문에, 짧은 T1 이완 시간 (330 msec)을 갖는 가돌리늄 팬텀은 심근 섬유화를 정의하기 위한 지연 가돌리늄 조영증강 참조로서 사용된다.Referring to FIG. 8 , for delayed gadolinium contrast-enhanced MRI, a gadolinium phantom having 10 ml volume saline packs was designed. Each pack has a different gadolinium concentration ranging from 0.01 to 0.1 mM, which shows different T1 relaxation times at 3T (200 - 3,000 msec). Patients place a gadolinium phantom in front of the chest and perform delayed gadolinium-enhanced MRI. Because shortening of the T1 relaxation time due to myocardial accumulation of gadolinium is a hallmark of myocardial fibrosis, a gadolinium phantom with a short T1 relaxation time (330 msec) is used as a delayed gadolinium-enhanced reference to define myocardial fibrosis.

호흡 내비게이션(respiratory navigation) 및 심전도(ECG)-게이티드 펄스(gated pulse)를 갖는 3차원(3D) 역전 회복 그래디언트 에코 펄스 시퀀스(inversion recovery gradient echo pulse sequence)를 이용하여, 0.2 mmol/kg의 Gadoterate meglumine (Gd-DOTA marketed as Dotarem, Guerbet S.A., Paris, France)을 정맥 주사하고 15분 후, LGE MRI 데이터가 획득된다. 서로 다른 역전 시간을 갖는 룩-로커 시퀀스 (Look-Locker sequence)는 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 상의 정상 심근에 대한 최적의 무효 시간(nulling time)을 특정하는데 사용된다. 지연 가돌리늄 조영증강 MRI을 위한 일반적인 파라미터는 다음과 같다: 1.5 × 1.5 × 1.5 mm 크기의 복셀(voxel), 487.2 ms / 1.3 ms 의 반복 시간 (TR)/ 에코 시간 (TE), 300-330 ms 의 역전 시간, 15˚의 플립 각도(flip angle), 491 Hz/pixel의 대역폭, 및 병렬 획득 기술 (PAT) 팩터(factor) 2. 이미지 분석을 위해 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 데이터는 워크스테이션(Aquarius 3D Workstation, TeraRecon, San Mateo, CA, USA)으로 전달된다.Gadoterate at 0.2 mmol/kg using a three-dimensional (3D) inversion recovery gradient echo pulse sequence with respiratory navigation and electrocardiogram (ECG)-gated pulses. 15 min after intravenous injection of meglumine (Gd-DOTA marketed as Dotarem, Guerbet S.A., Paris, France), LGE MRI data are acquired. Look-Locker sequences with different reversal times are used to specify the optimal nulling time for normal myocardium on delayed gadolinium-enhanced MRI. Typical parameters for delayed gadolinium-enhanced MRI are: a voxel of size 1.5 × 1.5 × 1.5 mm, a repetition time (TR) of 487.2 ms / 1.3 ms / echo time (TE) of 300-330 ms Reversal time, flip angle of 15˚, bandwidth of 491 Hz/pixel, and parallel acquisition technique (PAT) factor 2. For image analysis, delayed gadolinium-enhanced MRI data were transferred to a workstation (Aquarius 3D Workstation). , TeraRecon, San Mateo, CA, USA).

MRI 스캔(scans)의 분석Analysis of MRI scans

모든 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 데이터는 상용 소프트웨어 (TerareconiNtuition; TeraRecon, San Mateo, CA, USA)를 이용하여 심장 영상 분야에서 각각 10년 및 23년의 경험을 가진 2명의 리뷰어에 의해 독립적으로 분석되었다. 지연 가돌리늄 조영증강 MRI의 분석은 적어도 1주일 후마다 반복되었다. 2명의 리뷰어들에게 환자의 의료 정보 및 심방세동 유형은 공개되지 않았다.All delayed gadolinium-enhanced MRI data were independently analyzed by two reviewers with 10 and 23 years of experience in cardiac imaging, respectively, using commercial software (TerareconiNtuition; TeraRecon, San Mateo, CA, USA). Analysis of delayed gadolinium-enhanced MRI was repeated after at least 1 week. The patient's medical information and atrial fibrillation type were not disclosed to the two reviewers.

먼저, 횡단(transverse) 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 영상 상의 좌심방 공동(cavity)을 수작업으로 추적함으로써 좌심방 심장 내막의 윤곽이 정의되었다. 좌심방 크기 (LAV)는 상기 좌심방 심장 내막의 윤곽에 기초하여 결정된다. 다음으로, 좌심방 심장 내막의 경계로부터 최대 거리 2 mm에서 좌심방 벽이 영역 성장 기법(region growing technique)으로 선택된다. 그런 다음, FWHM (full width at half maximum) 기술을 사용하여 좌심방 벽으로부터 하이퍼인핸스드 복셀(hyperenhanced voxel)이 식별된다. 이 기술에 관하여, 최대 신호 강도를 평가하기 위해 가돌리늄 팬텀 내에 관심 영역 (ROI)이 도시되는데, 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로서 할당되었다. 이러한 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 좌심방 벽 복셀은 지연 가돌리늄 조영증강이 나타내는 것으로 정의된다. 지연 가돌리늄 조영증강의 길이가 1 cm와 같거나 그 이상인 좌심방 영역은 좌심방 섬유화로서 정의된다. 마지막으로, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 데이터는 좌심방의 3D 모델에서 좌심방 섬유화의 더 나은 시각화를 위해 컬러 룩-업 테이블 마스크를 통해 형태를 재변환한다. 본 실험에서는 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 위치를 결정하기 위해 좌심방 벽의 미리 선택된 9개의 분절을 설계하였다. First, the contours of the left atrial endocardium were defined by manually tracking the left atrial cavity on transverse delayed gadolinium-enhanced MRI images. Left atrium size (LAV) is determined based on the contour of the left atrium endocardium. Next, the left atrial wall at a maximum distance of 2 mm from the border of the left atrial endocardium is selected as a region growing technique. Then, a hyperenhanced voxel is identified from the left atrium wall using a full width at half maximum (FWHM) technique. For this technique, a region of interest (ROI) is shown within the gadolinium phantom to evaluate the maximum signal intensity, with half of the maximum signal intensity assigned as a threshold of signal intensity. Left atrial wall voxels with signal intensities exceeding this threshold are defined as exhibiting delayed gadolinium enhancement. A left atrial region with a length of delayed gadolinium enhancement equal to or greater than 1 cm is defined as left atrial fibrosis. Finally, delayed gadolinium-enhanced MRI data are reconstructed through a color look-up table mask for better visualization of left atrial fibrosis in a 3D model of the left atrium. In this experiment, nine preselected segments of the left atrial wall were designed to determine the location of left atrial delayed gadolinium enhancement.

도 9는 9개의 좌심방 분절에서 MRI 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도를 예시한 도면이다.9 is a diagram illustrating the frequency of MRI delayed gadolinium enhancement in nine left atrium segments.

환자들은 다음과 같은 3개의 그룹으로 분류된다: a) 비-섬유화 (좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 총 개수 = 0), b) 국소 섬유화(focal fibrosis) (좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 총 개수 = 1), and c) 광범위한 섬유화 (좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 총 개수 ≥ 2).Patients are divided into three groups: a) non-fibrotic (total number of left atrial delayed gadolinium-enhanced segments = 0), b) focal fibrosis (total number of left atrial delayed gadolinium-enhanced segments = 1), and c) extensive fibrosis (total number of left atrial delayed gadolinium-enhanced segments ≥ 2).

도 9를 참조하면, 좌하폐정맥 (LIPV) 공동이 가장 일반적으로 19.5%의 발생빈도를 갖는 지연 가돌리늄 조영증강을 보여준다. 또한, 지속성 심방세동 (PeAF) 그룹은 발작성 심방세동 (PAF) 그룹에 비해 중격, 전면 분절, 및 좌하폐정맥 공동에서 더 높은 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도를 보여주었다.Referring to FIG. 9 , the left lower pulmonary vein (LIPV) cavity most commonly shows delayed gadolinium enhancement with an incidence of 19.5%. In addition, the persistent atrial fibrillation (PeAF) group showed a higher incidence of delayed gadolinium enhancement in the septum, anterior segment, and left lower pulmonary venous cavity than the paroxysmal atrial fibrillation (PAF) group.

통계적 분석statistical analysis

모든 연속형 데이터는 평균 ± 표준편차 (SD)로서 표시되었고, 모든 범주형 데이터는 절대값 및 퍼센트로서 표현되었다. 좌심방 크기는 사분위수 차단점 (quartile cutoff points)에 기반하였다. 양성(positive) 및 분절의 개수로서 분절을 수치화하는 인트라 및 인터 옵저버 일치(agreement)를 평가하기 위해 카파 통계치(Kappa statistics)가 사용되었다. 일치의 강도는 κ 값에 의해 해석된다. 0.81-1.00의 κ 값은 excellent 수준의 일치를 나타내고; 0.61-0.80는 good 수준의 일치이고; 0.41-0.60는 moderate 수준의 일치이고; 0.21-0.40는 fair 수준의 일치이며; 0.20 이하는 poor 수준의 일치를 나타낸다. 서로 다른 그룹들 간의 데이터를 비교하기 위해 학생들의 티-검사(t-test) 또는 카이-스퀘어 검사(chi-square test)를 적절하게 사용하였다. 다변량 분석은 PeAF를 위한 로지스틱 회귀 분석으로 구성되었다. 다중 로지스틱 회귀 분석에서, 검사 결과에 기반한 변수의 반복 입력을 통해 backward stepwise 선택 모드가 사용되었다 (P 값 <0.05). 변수의 제거는 0.1의 확률을 갖는 우도비(likelihood ratio) 통계에 기초하여 수행되었다.All continuous data were expressed as mean±standard deviation (SD) and all categorical data were expressed as absolute values and percentages. Left atrial size was based on quartile cutoff points. Kappa statistics were used to evaluate intra- and inter-observer agreements that quantify segments as positive and number of segments. The strength of the agreement is interpreted by the κ value. A κ value of 0.81-1.00 indicates an excellent level of agreement; 0.61-0.80 is a good match; 0.41-0.60 is a moderate level of agreement; 0.21-0.40 is fair level agreement; Below 0.20 indicates a poor level of agreement. To compare data between different groups, students' t-test or chi-square test was appropriately used. Multivariate analysis consisted of logistic regression analysis for PeAF. In multiple logistic regression analysis, a backward stepwise selection mode with repeated input of variables based on test results was used (P value <0.05). Removal of variables was performed based on likelihood ratio statistics with a probability of 0.1.

통계적 분석은 이용 가능한 상용 소프트웨어 MedCalc (version 15.8; MedCalc, Acacialaan, Ostend, Belgium)을 통해 수행되었다. 0.05 미만의 P 값은 통계적으로 중요하다고 고려된다.Statistical analyzes were performed via available commercial software MedCalc (version 15.8; MedCalc, Acacialaan, Ostend, Belgium). P values less than 0.05 are considered statistically significant.

결과result

결과를 요약하건대, 195명의 환자들 (55 ± 10 years, 161 남성) 중에서, 74명 (38%)이 PAF이고, 121명 (62%)이 PeAF이었다. 모든 환자들 중, 114명 (58.4%)의 환자들은 적어도 하나의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절을 가졌다. 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 평균 수는 PAF 그룹에서보다는 PeAF 그룹에서 더 높았다 (1.4 ± 1.1 vs. 0.6 ± 0.7, P < 0.01). 좌하폐정맥 (LIPV) 공동에서 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도는 PAF에서보다는 PeAF에서 더 높았다 (39.2% (29/74) vs. 7.4% (9/121), P < 0.001). 다변량 분석에서, 좌하폐정맥 공동에서의 지연 가돌리늄 조영증강은 PeAF과 독립적으로 관련이 있었다 (교차비 = 4.2; 95% 신뢰 구간, 1.7 - 10.5; P < 0.001). 즉, 좌하폐정맥 공동의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI로 평가되는 섬유화의 존재는 지속성 심방세동과 관련되어 있음을 확인하였다.To summarize the results, of 195 patients (55 ± 10 years, 161 males), 74 (38%) were PAF and 121 (62%) were PeAF. Of all patients, 114 (58.4%) patients had at least one left atrial delayed gadolinium-enhanced segment. The mean number of delayed gadolinium-enhanced segments was higher in the PeAF group than in the PAF group (1.4 ± 1.1 vs. 0.6 ± 0.7, P < 0.01). The incidence of delayed gadolinium enhancement in the left lower pulmonary vein (LIPV) cavity was higher in PeAF than in PAF (39.2% (29/74) vs. 7.4% (9/121), P < 0.001). In multivariate analysis, delayed gadolinium enhancement in the left lower pulmonary vein cavity was independently associated with PeAF (odds ratio = 4.2; 95% confidence interval, 1.7 - 10.5; P < 0.001). That is, the presence of fibrosis evaluated by delayed gadolinium-enhanced MRI of the left lower pulmonary vein cavity was confirmed to be associated with persistent atrial fibrillation.

보다 구체적으로, 모든 195명의 환자들의 임상적 특징은 표 2에 요약되었다. 평균 환자 나이는 55 ± 10 세이다. 195명의 환자들 중에서, 121명 (62.1%) 및 74명 (37.9%)이 각각 PAF 및 PeAF이다. PAF 및 PeAF 그룹 간의 임상적 특징 (예를 들어, 고혈압, 진성 당뇨병, prior stroke, 및 울혈성 심부전)은 유사하였다.More specifically, the clinical characteristics of all 195 patients are summarized in Table 2. The mean patient age is 55 ± 10 years. Of the 195 patients, 121 (62.1%) and 74 (37.9%) were PAF and PeAF, respectively. Clinical features (eg, hypertension, diabetes mellitus, prior stroke, and congestive heart failure) were similar between the PAF and PeAF groups.

Figure 112020066173111-pat00002
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195명의 환자들 중 114명 (58.5%)이 적어도 하나의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절을 가진다. 195 명의 환자들에서 1,755개의 좌심방 분절 중, 195개 (10.4%)가 지연 가돌리늄 조영증강으로서 정의되었다. 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강에 수반되는 가장 보편적인 분절은 후면 좌심방 벽에 위치한다 (도 9). 하위 분절들 각각 및 좌하폐정맥 (LIPV) 공동에서 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도는 15% 보다 높다. 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 총 개수에 기초하여, 195명의 환자들 중, 81명 (41.5%), 65명 (33.3%), 및 49명 (25.1%)이 각각 비-섬유화, 국소 섬유화 (1개의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절), 및 광범위한 섬유화 그룹 (2개 이상의 지연 가돌리늄 조영증강 분절)에 해당한다. 광범위한 섬유화 그룹은 국소 섬유화 그룹에 비해 중격(septum), 전면 분절, 후면 분절, RSPV (right superior pulmonary vein) 공동, 및 RIPV (right inferior pulmonary vein) 공동에서 더 많은 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절의 발생빈도를 갖는다 (P < 0.05, 표 4).Of the 195 patients, 114 (58.5%) had at least one left atrial delayed gadolinium-enhanced segment. Of the 1,755 left atrial segments in 195 patients, 195 (10.4%) were defined as delayed gadolinium enhancement. The most common segment involved in left atrial delayed gadolinium enhancement is located in the posterior left atrium wall (FIG. 9). The incidence of left atrial delayed gadolinium enhancement in each of the subsegments and in the left lower pulmonary vein (LIPV) cavity is greater than 15%. Based on the total number of left atrial delayed gadolinium-enhanced segments, of 195 patients, 81 (41.5%), 65 (33.3%), and 49 (25.1%) had non-fibrotic, focal fibrotic (1 canine left atrial delayed gadolinium-enhanced segments), and extensive fibrosis groups (two or more delayed gadolinium-enhanced segments). The prevalence of left atrial delayed gadolinium-enhanced segments in the septum, anterior segment, posterior segment, right superior pulmonary vein (RSPV) cavity, and right inferior pulmonary vein (RIPV) cavity was higher in the extensive fibrosis group than in the focal fibrosis group. (P < 0.05, Table 4).

표 3은 MRI 지연 가돌리늄 조영증강과 더불어 좌심방 분절의 식별을 위한 인터-옵저버 및 인트라-옵저버 일치를 나타내고, 표 4는 MRI 상에서의 지연 가돌리늄 조영증강의 존재를 보여주는 적어도 하나의 좌심방에서 114명의 환자들을 대상으로 한 국소 섬유화 그룹 및 광범위한 섬유화 간의 비교를 나타내었다.Table 3 shows the inter- and intra-observer agreements for the identification of left atrial segments with MRI delayed gadolinium enhancement, and Table 4 shows 114 patients in at least one left atrium showing the presence of delayed gadolinium enhancement on MRI. A comparison between one focal fibrosis group and extensive fibrosis is shown.

Figure 112020066173111-pat00003
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Figure 112020066173111-pat00004
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좌심방에서 지연 가돌리늄 조영증강의 양성 분절을 식별하기 위한 리더 일치는 표 3에 제시되었다. 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 κ 값은 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 통해 good 또는 excellent 일치로서 간주되는 0.56 내지 0.96 사이에서 결정된다. 좌심방 크기는 PAF보다 PeAF에서 상당히 더 크다 (106.1 ± 33.1 ml vs. 83.9 ± 30.7 ml, P <0.001). 좌심방 크기가 상위 사분위수를 갖는 환자들에 대해서는 (>112 mL), PeAF가 PAF보다 더 일반적이다 (41.9% (31/74) vs. 14.0% (17/121), P <0.001). PeAF 그룹은 PAF 그룹보다 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 양성 분절의 총 개수가 더 크다 (1.4 ± 1.1 vs. 0.6 ± 0.7, P = 0.002). 광범위한 (2 이상의 분절) 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도는 PAF 그룹 보다 PeAF 그룹에서 더 크다 (43.2% (32/74) vs. 14.0% (17/121), P <0.001). 9개의 분절 중에서, 오직 중격, 전면 분절, 및 좌하폐정맥 공동이 PAF 그룹보다 PeAF 그룹에서 더 높은 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 발생빈도를 보인다 (P < 0.05).Leader agreements for identifying positive segments of delayed gadolinium enhancement in the left atrium are presented in Table 3. Left atrial delayed gadolinium-enhanced κ values were determined between 0.56 and 0.96, considered good or excellent agreements by delayed gadolinium-enhanced MRI. Left atrial size was significantly greater in PeAF than in PAF (106.1 ± 33.1 ml vs. 83.9 ± 30.7 ml, P <0.001). For patients with left atrial size in the upper quartile (>112 mL), PeAF was more common than PAF (41.9% (31/74) vs. 14.0% (17/121), P <0.001). The total number of positive segments of left atrial delayed gadolinium enhancement was greater in the PeAF group than in the PAF group (1.4 ± 1.1 vs. 0.6 ± 0.7, P = 0.002). The incidence of extensive (2 or more segments) left atrial delayed gadolinium enhancement was greater in the PeAF group than in the PAF group (43.2% (32/74) vs. 14.0% (17/121), P <0.001). Of the nine segments, only the septum, anterior segment, and left lower pulmonary vein cavity showed a higher incidence of left atrial delayed gadolinium enhancement in the PeAF group than in the PAF group (P < 0.05).

도 10은 PAF를 가진 45세 남성의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 예시한 도면이다. 횡단(transverse) 지연 가돌리늄 조영증강 MRI는 전면 좌심방 벽의 전면 분절 및 중격에서 공백 신호 강도(nulled signal intensity)를 보여준다. 반면, 후면 좌심방 벽의 하위 분절은 높은 신호 강도 (화살표)의 좌심방 벽 복셀로 구성되며, 이는 좌심방 섬유화로서 정의된다. 지연 가돌리늄 조영증강 MRI로부터 3D 좌심방 모델은 후면 좌심방 벽의 하위 분절을 포함하는 지연 가돌리늄 조영증강을 보여준다. 10 is a diagram illustrating delayed gadolinium-enhanced MRI of a 45-year-old male with PAF. Transverse delayed gadolinium-enhanced MRI shows null signal intensity in the anterior segment and septum of the anterior left atrial wall. On the other hand, the subsegment of the posterior left atrial wall consists of left atrial wall voxels of high signal intensity (arrow), which is defined as left atrial fibrosis. A 3D left atrial model from delayed gadolinium-enhanced MRI shows delayed gadolinium-enhanced enhancement involving a subsegment of the posterior left atrial wall.

도 11은 PeAF를 가진 65세 남성의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 예시한 도면이다. 횡단 지연 가돌리늄 조영증강 MRI는 후면 좌심방 벽에서 높은 신호 강도 (화살표)의 현저한 영역을 보여준다. MRI로부터 3D 좌심방 모델은 좌하폐정맥 공동 (화살표)를 포함하는 지연 가돌리늄 조영증강을 보여준다.11 is a diagram illustrating delayed gadolinium-enhanced MRI of a 65-year-old male with PeAF. Transverse delayed gadolinium-enhanced MRI reveals a prominent area of high signal intensity (arrow) in the posterior left atrium wall. A 3D left atrium model from MRI shows delayed gadolinium enhancement involving the left lower pulmonary vein cavity (arrow).

성별, 나이, 좌심방 크기, 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 정도, 및 중격에서의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 존재, 전면 분절, 및 좌하폐정맥 공동이 다변량 로지스틱 회귀 분석을 위한 입력 변수로서 사용되었다. 이 분석에서, 112 ml를 초과하는 좌심방 크기, 광범위한 섬유화 (2 이상의 지연 가돌리늄 조영증강 분절) 및 좌하폐정맥 공동에서의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강은 PeAF의 독립 인자이다 (교차비, 3.8 [95% CI, 1.8 - 8.2]: P <0.001, 3.7 [1.5 - 9.5]: P = 0.004, 및 4.2 [1.7 - 10.5]: P <0.001).Gender, age, left atrial size, left atrial delayed gadolinium enhancement degree, and presence of left atrial delayed gadolinium enhancement in the septum, anterior segment, and left lower pulmonary vein cavity were used as input variables for multivariate logistic regression analysis. In this analysis, left atrial size >112 ml, extensive fibrosis (2 or more delayed gadolinium-enhanced segments), and left atrial delayed gadolinium-enhanced in the left lower pulmonary venous cavity were independent factors of PeAF (odds ratio, 3.8 [95% CI, 1.8). -8.2]: P <0.001, 3.7 [1.5 - 9.5]: P = 0.004, and 4.2 [1.7 - 10.5]: P <0.001).

다음의 표 5는 PAF 및 PeAF 그룹 간의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 발견을 비교한 것이다.Table 5 below compares the findings of delayed gadolinium-enhanced MRI between the PAF and PeAF groups.

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논의Argument

본 연구는 심방세동을 가진 환자들에서의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 (LGE) MRI의 위치 및 정도를 평가하였다. 그 결과, 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강이 후면 좌심방 벽에서 일반적으로 나타나는 것을 보여주었다. 특히, 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강에서 보여지는 일반적인 분절은 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강의 정도에도 불구하고 하위 분절 및 후면 좌심방 벽의 좌하폐정맥 공동이었다. 그러나, 두 가지 심방세동 유형 간의 지연 가돌리늄 조영증강 MRI의 비교는 좌하폐정맥 공동에서의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강이 발작성 심방세동 그룹보다는 지속성 심방세동 그룹에서 더 일반적이라는 사실을 나타내었다 (39.2% (29/72) vs. 7.4% (9/121), P < 0.01). 다변량 분석은 좌하폐정맥 공동에서의 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강, 좌심방의 2 이상의 분절 및 112 ml 이상의 좌심방 크기가 독립적으로 지속성 심방세동에 연관되어 있음을 보여주었다.This study evaluated the location and extent of left atrial delayed gadolinium-enhanced (LGE) MRI in patients with atrial fibrillation. The results showed that left atrial delayed gadolinium enhancement was common in the posterior left atrial wall. In particular, the most common segment seen in left atrial delayed gadolinium enhancement was the subsegment and left lower pulmonary vein cavity of the posterior left atrial wall despite the degree of left atrial delayed gadolinium enhancement. However, a comparison of delayed gadolinium-enhanced MRI between the two types of atrial fibrillation revealed that left atrial delayed gadolinium-enhanced in the left lower pulmonary vein cavity was more common in the persistent AF group than in the paroxysmal AF group (39.2% (29/29/ 72) vs. 7.4% (9/121), P < 0.01). Multivariate analysis showed that delayed left atrial gadolinium enhancement in the left lower pulmonary vein cavity, two or more segments of the left atrium, and a left atrial size greater than 112 ml were independently associated with persistent atrial fibrillation.

1-2 mm의 얇은 슬라이스 두께를 갖는 지연 가돌리늄 조영증강 MRI의 공간 해상도는 좌심방 벽 조직 특징의 비-침습적인 평가를 가능하게 한다. 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 사용하여 절제-유도된(ablation induced) 좌심방 벽 상처를 평가하는 것은 벽이 두꺼워짐(wall thickening) 뿐만 아니라 조영 증강에 기초하여 가능하다. Jadidi 등은 좌심방 벽 리모델링 동안, 좌심방 벽에서의 지연 가돌리늄 조영증강의 밀도가 높고 넓은 영역이 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강과 연관되어 있다고 보고하였다. 그럼에도 불구하고, 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강을 정의하기 위해 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 위한 재현 가능한 진단 기준이 필요하다. 왜냐하면, 좌심방 벽의 확산된 섬유화는 지연 가돌리늄 조영증강 MRI 상의 조영 증강의 정도에 의해 조직 구별을 방해할 수 있기 때문이다. 본 연구에서, 좌심방 섬유화를 정의하기 위한 다음의 기준을 이용하여 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 MRI의 재현 가능한 평가를 달성하고자 시도하였다: a) 가돌리늄 팬텀으로부터 지연 가돌리늄 조영증강의 높은 신호 임계치, 및 b) 지연 가돌리늄 조영증강의 최대 길이 (≥1 cm)을 사용하는 경우, 지연 가돌리늄 조영증강 MRI에 의한 모든 좌심방 섬유화 분절은 전기해부학적 맵 상에서 대응하는 분절 내에서 양극 저전압 (<0.1 mV)의 좌심방 벽 영역을 보여준다.The spatial resolution of delayed gadolinium-enhanced MRI with a thin slice thickness of 1-2 mm enables non-invasive evaluation of left atrial wall tissue features. Assessing ablation-induced left atrial wall wounds using delayed gadolinium-enhanced MRI is possible based on contrast enhancement as well as wall thickening. Jadidi et al. reported that a high density and large area of delayed gadolinium enhancement in the left atrial wall during left atrial wall remodeling was associated with left atrial delayed gadolinium enhancement. Nevertheless, reproducible diagnostic criteria for delayed gadolinium-enhanced MRI are needed to define left atrial delayed gadolinium-enhanced MRI. This is because diffuse fibrosis of the left atrial wall may interfere with tissue discrimination by the degree of contrast enhancement on delayed gadolinium-enhanced MRI. In this study, we attempted to achieve a reproducible evaluation of left atrial delayed gadolinium-enhanced MRI using the following criteria for defining left atrial fibrosis: a) a high signal threshold of delayed gadolinium-enhanced enhancement from a gadolinium phantom, and b) delayed gadolinium. When using the maximum length of enhancement (≥1 cm), all left atrial fibrotic segments by delayed gadolinium-enhanced MRI show a region of the left atrial wall of bipolar low voltage (<0.1 mV) within the corresponding segment on the electroanatomical map.

좌심방 섬유화는 노화, 혈류역학적 격변, 및 부정맥을 가진 좌심방의 부적절한 수축과 같은 다양한 생리적 메커니즘을 통해 발달할 수 있다. 일반적으로, 폐정맥구 근처의 후면 좌심방 벽은, 심지어 심방세동이 없는 개인에 있어서도, 전면 좌심방 벽보다 간질성 섬유화를 더 잘 보여준다. Tanaka 등은 심방세동 에피소드 동안의 좌심방 공동에서의 혈류역학적 격변이 후면 좌심방 벽에서의 좌심방 섬유화의 발달을 야기할 수 있음을 보여주었다. Platonov 등은 좌하폐정맥구에 인접한 후면 좌심방 벽에서 높은 비율의 섬유화를 보고하였다. 또한, 해부학적 위치로 인해 좌하폐정맥 공동 근처의 좌심방 섬유화가 발생할 수 있음이 시사되었다. 왜냐하면, 하행 대동맥의 맥박이 인접한 후면 좌심방 벽에 손상을 줄 수 있기 때문이다. 또한, 상기 결과는 좌하폐정맥 공동이 지연 가돌리늄 조영증강 MRI를 통해 결정될 수 있듯이 좌심방 섬유화가 발견될 수 있는 일반적인 분절임을 보여주었다.Left atrial fibrosis can develop through a variety of physiological mechanisms, such as aging, hemodynamic upheavals, and inappropriate contraction of the left atrium with arrhythmias. In general, the posterior left atrial wall near the pulmonary venous orifice exhibits more interstitial fibrosis than the anterior left atrial wall, even in individuals without atrial fibrillation. Tanaka et al. showed that hemodynamic disruption in the left atrial cavity during an atrial fibrillation episode can lead to the development of left atrial fibrosis in the posterior left atrial wall. Platonov et al. reported a high rate of fibrosis in the posterior left atrium wall adjacent to the left lower pulmonary vein. It was also suggested that the anatomical location could lead to left atrial fibrosis near the left lower pulmonary vein cavity. This is because the pulse of the descending aorta can damage the adjacent posterior left atrium wall. In addition, the above results showed that the left lower pulmonary venous cavity is a common segment in which left atrial fibrosis can be found, as can be determined by delayed gadolinium-enhanced MRI.

심방세동의 만성은 특정 위치뿐만 아니라 좌심방 섬유화의 정도와도 연관되어 있을 수 있다. 지속적인 심방세동을 통해, 압력 응력이 폐정맥구 근처에서 발생한다. Benito 등은 60세 이상의 심방세동 환자에서의 좌하폐정맥 근처의 후면 좌심방 벽 내에 좌심방 지연 가돌리늄 조영증강 분절이 우선적으로 위치한다고 보고하였다. Higuchi 등은 좌하폐정맥 공동 근처의 좌심방 벽 섬유화가 심방세동의 진행과 더불어 후면 및 전면 벽으로 확산된다고 보고하였다. 상기 결과는 지연 가돌리늄 조영증강 MRI의 패턴이 PeAF의 발달과 연관될 수 있는 좌심방 벽의 다른 영역으로 진행하기에 앞서 일반적으로 좌하폐정맥 공동에서 비롯될 수 있다고 시사한다. 흥미롭게도, 좌하폐정맥 공동에서의 지연 가돌리늄 조영증강이 심방 지연 가돌리늄 조영증강의 정도와 상관없이 그 자체로 PeAF와 연관되어 있음을 발견하였다. 이러한 발견은 좌하폐정맥 공동이 좌심방 섬유화 및 심방세동 모두의 진행 메커니즘에 있어서 중요할 수 있음을 시사한다.The chronicity of atrial fibrillation may be associated not only with a specific location, but also with the extent of left atrial fibrosis. With sustained atrial fibrillation, pressure stress develops near the pulmonary veins. Benito et al. reported that the left atrial delayed gadolinium-enhanced segment was preferentially located in the posterior left atrium wall near the left lower pulmonary vein in patients with atrial fibrillation aged 60 years or older. Higuchi et al. reported that left atrial wall fibrosis near the left lower pulmonary vein cavity spreads to the posterior and anterior walls with the progression of atrial fibrillation. These results suggest that the pattern of delayed gadolinium-enhanced MRI may originate in the left inferior pulmonary vein cavity, usually prior to progression to other regions of the left atrium wall, which may be associated with the development of PeAF. Interestingly, we found that delayed gadolinium enhancement in the left lower pulmonary vein cavity was itself associated with PeAF, regardless of the degree of atrial delayed gadolinium enhancement. These findings suggest that the left lower pulmonary vein cavity may be important in the mechanism of progression of both left atrial fibrosis and atrial fibrillation.

결론적으로, 후면 좌심방 벽 및 좌하폐정맥 근처의 공동은 심방세동을 가진 환자들에게 있어서 MRI에 의해 결정되는 바와 같이 좌심방 섬유화가 높은 발생빈도를 보인다. 좌하폐정맥 공동에 위치한 국소 지연 가돌리늄 조영증강, 지연 가돌리늄 조영증강의 광범위한 정도 또는 큰 좌심방 크기는 지속성 심방세동과 독립적으로 연관되어 있다. MRI를 이용한 좌심방 섬유화의 임상 애플리케이션을 구축하기 위해 카테터 절제술 이후의 환자 예후 및 결과를 결정하는 추가적인 임상 연구들이 필요하다 In conclusion, the cavity near the posterior left atrial wall and left lower pulmonary vein shows a high incidence of left atrial fibrosis as determined by MRI in patients with atrial fibrillation. Local delayed gadolinium enhancement located in the left lower pulmonary vein cavity, a widespread degree of delayed gadolinium enhancement, or large left atrial size are independently associated with persistent atrial fibrillation. Additional clinical studies are needed to determine the patient prognosis and outcome after catheter resection to establish a clinical application of left atrial fibrosis using MRI.

상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 심장 자기 공명 영상(MRI)를 통하여 심근 섬유화(fibrosis)를 진단하기 위한 영상 처리를 수행함에 있어서, MRI 조영제의 농도별 인공 기준 지표를 통해 심장 MRI의 자기 공명 신호를 T1 값으로 표준화함으로써 신뢰도 높고 효율적인 심근 섬유화 진단을 유도하는 영상을 제공할 수 있고, 표준화된 심장 MRI를 통해 다양한 종류의 심근 질환에 대해 심근 상태 평가 및 진단의 신뢰도 향상을 기대할 수 있으며, 나아가 영상 해석의 자동화를 통해 의료 서비스의 효율을 높일 수 있다.According to the above-described embodiments of the present invention, in performing image processing for diagnosing myocardial fibrosis through cardiac magnetic resonance imaging (MRI), magnetic resonance imaging of cardiac MRI is performed using artificial reference indicators for each concentration of MRI contrast agent. By standardizing the resonance signal to the T1 value, it is possible to provide an image that induces a reliable and efficient diagnosis of myocardial fibrosis, and through standardized cardiac MRI, it is expected to improve the reliability of myocardial condition evaluation and diagnosis for various types of myocardial disease. Furthermore, it is possible to increase the efficiency of medical services through automation of image analysis.

한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.Meanwhile, the embodiments of the present invention can be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner. And functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily inferred by programmers in the technical field to which the present invention pertains.

이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, various embodiments of the present invention have been mainly reviewed. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

10: 인공 기준 지표
20: 자기 공명 영상의 처리 장치
21: 입력부
23: 메모리
25: 프로세서
10: artificial reference indicators
20: Magnetic resonance image processing device
21: input unit
23: memory
25: processor

Claims (16)

(a) MRI(magnetic resonance imaging) 처리 장치가 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하는 단계;
(b) 상기 MRI 처리 장치가 상기 미리 설정된 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는 단계; 및
(c) 상기 MRI 처리 장치가 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 단계;를 포함하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
(a) setting an artificial reference index of the T1 value, which is a quantitative unit constituting image particles with an MRI contrast agent having a preset concentration so that the magnetic resonance imaging (MRI) processing apparatus can express damage to abnormal tissue;
(b) receiving, by the MRI processing apparatus, an MRI signal simultaneously measured from the subject together with an artificial reference indicator manufactured using the MRI contrast medium of the preset concentration; and
(c) specifying, by the MRI processing device, the location of the abnormal tissue and the degree of damage by comparing it with the MRI signal intensity of the subject with reference to the signal intensity of the artificial reference indicator included in the inputted MRI signal; Including, a method of processing a magnetic resonance image.
제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
The method of claim 1,
The step (a) is,
Using gadolinium selected as an MRI contrast agent and matching individual artificial reference indicators corresponding to T1 values of MRI by concentration through a plurality of physiological saline packs having different gadolinium concentrations, A method of processing a magnetic resonance image.
제 2 항에 있어서,
MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
3. The method of claim 2,
Processing of magnetic resonance imaging, in which half of the maximum signal intensity of MRI is assigned as a threshold value of signal intensity, so that late gadolinium enhancement (LGE) is set to appear in a region having a signal intensity exceeding the assigned threshold Way.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
3. The method of claim 2,
A method of processing a magnetic resonance image, which sets abnormal signal intensity standards step by step by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological cardiac saline packs.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
The method of claim 1,
The step (b) is,
A method of processing a magnetic resonance image, comprising positioning a plurality of artificial reference indicators prepared using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent to be adjacent to a subject, measuring an MRI signal, and receiving the measured MRI signal.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 입력된 상기 MRI 신호로부터 하기 수학식 1로 표현되는 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하는 단계; 및
(c2) 산출된 상기 관계식을 이용하여 상기 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환하는 단계;를 포함하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
[수학식 1]
Y=-11.259x+1494.396
(수학식 1에서, Y는 T1 값이고, X는 MRI 신호이다.)
The method of claim 1,
Step (c) is,
(c1) calculating a relational expression between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity expressed by Equation 1 below from the input MRI signal; and
(c2) converting the MRI signal into an image signal based on a T1 value using the calculated relational expression;
[Equation 1]
Y=-11.259x+1494.396
(In Equation 1, Y is a T1 value, and X is an MRI signal.)
제 6 항에 있어서,
상기 (c1) 단계는,
MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
7. The method of claim 6,
The step (c1) is,
Using a correlation in which the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and inversely proportional to the T1 value, the relationship between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity is calculated from the MRI signal with reference to a preset concentration for the MRI contrast agent , a method of processing magnetic resonance imaging.
제 6 항에 있어서,
상기 (c2) 단계는,
미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
7. The method of claim 6,
The step (c2) is,
A method of processing a magnetic resonance image, wherein an area showing a signal intensity exceeding the threshold is marked as an abnormal tissue by using a threshold value of a previously assigned signal intensity.
제 8 항에 있어서,
상기 비정상 조직은 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화하는, 자기 공명 영상의 처리 방법.
9. The method of claim 8,
The abnormal tissue is a tissue in which myocardial fibrosis occurs, and the location and damage degree of myocardial fibrosis are visualized and quantified by referring to the concentration of an MRI contrast agent.
제 1 항 내지 제 9 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.10. A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of any one of claims 1 to 9 on a computer. 비정상 조직의 손상을 발현할 수 있도록 미리 설정된 농도의 MRI(magnetic resonance imaging) 조영제를 이용하여 제조된 인공 기준 지표와 함께 피검체로부터 동시에 측정된 MRI 신호를 입력받는 입력부;
측정된 MRI 신호를 처리하는 프로그램을 저장하는 메모리; 및
상기 프로그램을 구동하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하되,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
상기 미리 설정된 농도의 MRI 조영제로 영상 입자를 구성하는 정량 단위(unit)인 T1 값의 인공 기준 지표를 설정하고, 입력된 상기 MRI 신호 내에 포함된 상기 인공 기준 지표의 신호 강도를 참조하여 상기 피검체의 MRI 신호 강도와 상호 비교함으로써 비정상 조직의 위치 및 손상 정도를 특정하는 명령어를 포함하는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
an input unit for receiving an MRI signal simultaneously measured from a subject together with an artificial reference indicator manufactured using a magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent having a preset concentration to express damage to abnormal tissue;
a memory storing a program for processing the measured MRI signal; and
At least one processor for running the program,
The program stored in the memory is
An artificial reference index of the T1 value, which is a quantitative unit constituting image particles, is set with the MRI contrast agent of the preset concentration, and the object under test is referred to by referring to the signal intensity of the artificial reference index included in the input MRI signal. A magnetic resonance image processing apparatus, comprising instructions for specifying a position of an abnormal tissue and a degree of damage by comparing the MRI signal strength of the MR image to the same.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
MRI 조영제로서 선택된 가돌리늄을 이용하여 서로 다른 가돌리늄 농도를 갖는 복수 개의 생리식염수 팩(pack)을 통해 농도별로 MRI의 T1 값에 대응하는 개별 인공 기준 지표를 매칭하는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
12. The method of claim 11,
The program stored in the memory is
A magnetic resonance image processing apparatus for matching individual artificial reference indicators corresponding to the T1 values of MRI by concentration through a plurality of physiological saline packs having different gadolinium concentrations using gadolinium selected as an MRI contrast agent.
제 12 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
MRI의 최대 신호 강도의 절반이 신호 강도의 임계치로 할당됨으로써 할당된 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 갖는 영역에서 지연 가돌리늄 조영증강(late gadolinium enhancement, LGE)이 나타나도록 설정하고,
상기 복수 개의 생리심염수 팩의 가돌리늄 농도를 조절하여 비정상적인 신호 강도 기준을 단계별로 설정하는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
13. The method of claim 12,
The program stored in the memory is
half of the maximum signal strength of the MRI is assigned as a threshold value of signal strength, so that late gadolinium enhancement (LGE) appears in a region having a signal strength exceeding the allocated threshold,
A magnetic resonance image processing apparatus for setting abnormal signal intensity standards step by step by adjusting the gadolinium concentration of the plurality of physiological cardiac saline packs.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
미리 설정된 복수 개의 농도의 MRI 조영제를 이용하여 제조된 복수 개의 인공 기준 지표를 피검체와 인접하게 위치시킨 후 MRI 신호를 측정하고, 측정된 MRI 신호를 입력받는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
12. The method of claim 11,
The program stored in the memory is
An apparatus for processing a magnetic resonance image, wherein a plurality of artificial reference indicators manufactured using a plurality of preset concentrations of an MRI contrast agent are positioned adjacent to a subject, the MRI signal is measured, and the measured MRI signal is received.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
입력된 상기 MRI 신호로부터 하기 수학식 1로 표현되는 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고, 산출된 상기 관계식을 이용하여 상기 MRI 신호를 T1 값에 기반한 영상 신호로 변환하는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
[수학식 1]
Y=-11.259x+1494.396
(수학식 1에서, Y는 T1 값이고, X는 MRI 신호이다.)
12. The method of claim 11,
The program stored in the memory is
Calculating a relation between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity expressed by Equation 1 below from the input MRI signal, and converting the MRI signal into an image signal based on the T1 value using the calculated relational equation. image processing unit.
[Equation 1]
Y=-11.259x+1494.396
(In Equation 1, Y is a T1 value, and X is an MRI signal.)
제 15 항에 있어서,
상기 메모리에 저장된 프로그램은,
MRI 조영제의 농도가 비정상 조직의 심각도와 비례하고 T1 값과 반비례하는 상관 관계를 이용하되, MRI 조영제에 대하여 미리 설정된 농도를 참조하여 상기 MRI 신호로부터 상기 T1 값과 자기 공명 신호 강도의 관계식을 산출하고,
미리 할당된 신호 강도의 임계치를 이용하여 상기 임계치를 초과하는 신호 강도를 나타내는 영역을 비정상 조직으로 표시하며,
상기 비정상 조직은 심근 섬유화가 나타나는 조직으로서, MRI 조영제의 농도를 참조하여 심근 섬유화의 위치 및 손상 정도를 시각화 및 정량화하는, 자기 공명 영상의 처리 장치.
16. The method of claim 15,
The program stored in the memory is
Using a correlation in which the concentration of the MRI contrast agent is proportional to the severity of the abnormal tissue and inversely proportional to the T1 value, the relationship between the T1 value and the magnetic resonance signal intensity is calculated from the MRI signal with reference to a preset concentration for the MRI contrast agent, ,
Marking an area showing a signal strength exceeding the threshold as an abnormal tissue by using a threshold of a pre-allocated signal strength,
The abnormal tissue is a tissue in which myocardial fibrosis appears, and the location and damage degree of myocardial fibrosis are visualized and quantified by referring to the concentration of an MRI contrast agent.
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