KR19990064928A - 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속 영상처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 함수적 핵자기공명 영상시스템(fMRI:functional MRI)을 위한 고속영상 처리 방법에 관한 것이다. 최근 급속히 발전하고 있는 핵자기공명 영상시스템을 통하여 인체내의 구조를 영상화하여 질환을 진단하는 시스템이 많이 사용되고 있다. 그러나 만약 수술등를 하면서 수술부위 영상의 변화를 보아야 할 경우에는 지금의 핵자기공명 영상시스템은 영상처리 속도가 느리기 때문에 어렵게 된다. 이같은 이유는 기본적으로 아날로그적으로 변화하는 인체정보 신호를 이진논리에 기반한 디지털 데이터로 바꾸어 영상데이터를 처리하기 때문에 아무리 고속으로 프로세싱 한다해도 그 한계가 있을 것이다. 본 발명은 핵자기공명 영상시스템에서 영상처리 대상인 입력되는 신호(FID: Free induction decay)를 여러 처리과정으로 나눈 단계에서 디지털 프로세싱을 하지 않고, 도 1과 같이 이산신호 프로세싱를 하자는 것이다. 이렇게 하게되면 디지털 프로세싱를 했을때의 장점과 아날로그 프로세싱를 했을 때의 장점을 살리게 된다. 결과적으로 영상처리 시간이 아주적게 소요되어 촬영부위를 곧바로 모니터를 통해서 볼 수 있다. 따라서 본 발명은 이산신호 처리의 개념을 도입한 함수적 핵자기공명 영상시스템 장치를 위한 고속영상처리 방법에 관한 것이다.

Description

함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속 영상처리 방법{Real time image processing method for functional MRI}

본 발명은 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속영상처리 방법에 관한 것이다.

좀더 상세하게 설명하면 함수적 핵자기공명 영상시스템에서 가장 요구되는 시스템의 요구 조건은 촬영 후 곧바로 모니터에서 촬영된 영상신호를 볼 수 있어야 한다는 것인데, 이것을 가능하게 하기위해 시간이 많이 소요되는 디지털 프로세싱 부분을 이산신호 프로세싱으로 바꾸어, 영상처리 신호를 빨리 얻고자 한다. 핵자기공명 영상시스템의 기본 원리는 우리 몸속의 대부분을 구성하는 물의 수소원자와 관련이 있다. 수소원자가 정자계 안에 놓이게 되면 일부는 정자계와 같은 방향으로 다른 일부는 반대방향으로 정렬을 한다. 만약 이 다른 두 정렬된 에너지 준위차에 해당하는 전자파를 가하게 되면 에너지 레벨이 낮은 곳에서 높은 곳으로 에너지의 천이가 일어 난다. 이 때 전자파 에너지의 인가를 중단하면 열적평형을 이루기 위해 높은 에너지 준위의 원자핵이 낮은 에너지 준위로 이동하는데, 이때 외부로 전자파를 방사한다. 이 전자파를 고주파 코일로 얻은 전기적 신호를 자유유도신호(FID:free induction decay)라 한다. 이 전기적 신호를 이용하여 영상으로 변환 구성하는데, 종래의 경우 디지털 프로세씽을 하기 때문에 시간이 많이 소요되어 개방형 영상시스템으로의 사용에는 문제가 된다.

따라서 본 발명의 목적은 촬영후 영상데이터의 신호처리 완료까지의 시간을 크게 줄여 함수적 핵자기공명 영상시스템의 기능을 제공하고자 하는 것이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에 있어서 고주파코일로부터 얻어진 영상처리대상 전기신호인 FID가 입력되면 필터를 거쳐 노이즈를 감쇠시키고 난후, 증폭기(AMP)를 거처 신호를 크게한 다음 신호를 신호분배기에 공급한다. 하나는 신호분배기로 입력시키고, 다른 하나는 종래의 방법대로 디지털 처리도 할 수 있게 하여 주컴퓨터로 데이터를 보내어 이미지데이터를 분석하는데 참고하게 한다. 신호분배기로 입력된 아날로그 신호는 도 2에서와 같이 파라메터별 여러 가지 데이터로 분류하게 된다. 첫 번째 처리대상 신호로서 신호의 크기 결정에는 기준전압 선택신호입력에 의하여 기준전압이 결정되고 이 기준전압에 의하여 신호크기가 결정되어 이산신호로 변화되어 이산신호 메모리로 공급된다.

두 번째 신호인 신호의 감쇠시간 결정에 있어서 신호가 입력되면 신호시작기준전압 선택신호입력에 의하여 시작기준전압이 결정되고, 신호종료기준전압 선택신호 입력에 의하여 종료기준전압이 결정되며, 이 시작기준전압과 종료기준전압에 의하여 카운터에 의하여 시간이 측정되고 측정된 시간값은 이산신호로 변화되어 이산신호 메모리로 공급된다. 또한 추가 다른 파라메터들의 신호도 처리되어 이산신호 메모리에 공급된다.

도 3은 도 1에서의 이산신호 메모리의 구조를 나타내었다. 이산신호 입력신호가 들어오면 제어신호에 의하여 할당된 만큼의 비트수가 적용되어 디지털 데이터로 변화되고, 변화된 디지털 데이터는 디지털 메모리에 저장된다. 또한 디지털 메모리에 저장된 데이터는 제어신호의 읽기(read cycle) 동작시 디지털 데이터로 읽게 되고 읽은 디지털 데이터는 도 4에 나타낸 바와 같이 멀티플렉스(MUX)에 의해 이산신호 선택신호가 만들어지고, 이산신호선택 신호에 의하여 해당되는 레벨의 이산신호가 출력되게 된다.

신호분배기로부터의 출력과, 이산신호 메모리에의 저장과, 이산신호 메모리로부터의 출력과, 파형합성기로의 데이터 이동에 대한 인계순간은 시퀀스에서 주는 타이밍 신호에 맞춰서 동작이 이루어 지며, 시퀀서는 영상제어 중앙처리장치(ICPU)로부터 타이밍을 인가 받아 타이밍에 따른 데이터를 처리하게 된다.

각 이산신호 메모리의 출력은 영상제어 중앙처리장치로부터 타이밍제어 신호를 받은 시퀀스의 타이밍에 맞취 파형합성기로 입력되게 되며 파형합성기에서는 도 5에 표시한 바와 같이 각 채널별(Channel 0-N)로 입력되는 이산신호들은 파형디코더를 지나게 되는데, 파형디코더는 디코딩테이블에 따라 해당되는 신호의 디지털데이터를 출력하게 되고 출력된 데이터는 메인컴퓨터로 보내기 위해 버퍼에 보관하게 된다.

본 발명은 기존의 핵자기공명 영상시스템에서 함수적 핵자기공명 영상시스템으로 발전되는 과정에서 가장 문제가 되고 있는 영상처리 시간을 크게 단축시키는데 그 목적이 있다. 현재의 핵자기공명 영상시스템의 경우 영상데이터의 신호처리를 하는 기본 개념이 디지털프로세싱이다. 디지털데이터로 신호를 처리하는 데에는 많은 시간이 걸린다.

핵자기공명 영상시스템의 영상신호처리에 있어서 종래의 경우 도 6과 같은데, 먼저 고주파 코일를 통하여 얻은 신호가 필터를 거치고, 증폭기를 거처 신호를 증폭시킨 다음, 디지털필터를 거쳐 메인컴퓨터로 데이터를 보낸다. 메인컴퓨터로 보내진 영상디지털 데이터는 컴퓨터상에서 많은 연산을 해야 한다. 이로 인해 빠른 영상처리 데이터를 보여 주어야 할 경우에는 시간이 많이 필요하여 문제가 된다.

즉 디지털 연산을 많이 해야 하기 때문에 실시간 영상처리가 필요한 함수적 핵자기공명 영상시스템의 신호처리에는 큰 문제가 된다. 따라서 디지털 연산이 아닌 빠른 다른 연산이 고려되었는데, 그것은 이산신호처리를 통하여 영상신호를 처리 하자는 것이다.

고주파 코일로부터 얻은 전기신호(FID)를 바탕으로 영상을 선명하게 하기 위해 여러 신호로 나누고, 나누어진 이산신호들을 시퀀스가 주는 타이밍에 맞게 이산신호 메모리에 기억시키고, 각 이산신호들을 파형합성기에서 받아 디지털 영상을 고속으로 구현하는데 있다.

도 1 - 본 발명에 따른 고속영상처리블럭도 : 신호(FID)을 입력받아 신호를 여러 파라메터별 신호로 추출하여 이산신호로 기억시키고 파형을 합성하는 것을 도면으로 표시하고 결과신호를 메인컴퓨터로 출력하는 블럭도면

도 2 - 본 발명에 따른 신호 분배기 : 입력된 신호(FID)를 여러 파라메터별 신호로 분리하여 이산신호를 만드는 부분의 도면

도 3 - 본 발명에 따른 이산신호 메모리 : 이산신호에 대한 기억과 입출력를 표시한 도면

도 4 - 메모리 데이터의 이산신호 변환기 : 디지털로 기억되는 데이터를 이산신호 데이터로 변환하는 과정의 블록도면

도 5 - 파형합성기 : 입력된 이산신호에 대한 파형의 해석

도 6 - 종래의 영상처리 블록도

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상데이터의 고속처리는, 고주파 코일로부터 얻어진 신호를 필터와 증폭기를 거쳐 영상처리를 위한 각 파라메터별 신호검출를 위한 신호분배기수단과, 분배된 신호를 이진메모리에 기억시키는 저장수단과, 저장된 이산신호데이터를 영상중앙처리장치에 의한 타이밍을 제어하는 시퀀스의 제어에 의하여 파형합성기로부터 이산신호영상을 받아 합성하는 수단과, 합성되어 해석된 영상디지털 데이터를 버퍼를 거쳐 메인컴퓨터로 보내 촬영한 핵자기공명 영상을 의사가 촬영과 동시에 보도록 한 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 핵자기공명 영상시스템에서 처음얻어진 영상데이터를 이진화 데이터로 바꾸어 각종 프로세싱을 하지 않고, 이산신호로 처리함으로써 많이 걸리는 현재의 영상데이터 처리 시간을 크게 줄일 수 있다. 따라서 의사가 환자의 핵자기공명 영상신호를 보면서 의료활동을 할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 자계하의 고주파코일을 통하여 얻은 전기신호(YID)를 필터를 거치고 증폭기를 거쳐 신호 종류별 메모리에 저장시키기 위한 신호분배기 수단과, 분배된 신호별로 이산신호 메모리에 저장시키는 수단과, 이산신호 메모리에 저장된 각 신호를 파형합성기에서 받아 필요한 디지털 영상데이터를 해독해 내는 수단과, 이 수단들을 영상중앙처리장치가 부여한 기준에 따라 시퀀스가 각 수단별로 할당한 타이밍에 따라 데이터를 처리하게 한 수단과, 해독된 영상데이터를 메인컴퓨터에 보내기 위해 데이터를 보관하는 버퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속 영상처리 방법.
2. 제 1항에 있어서 신호분배기는 도 2와 같이 기준전압 선택신호입력에 의해서 기준전압이 결정되고 이 기준전압에 의해서 신호의 크기값이 결정되는 수단과, 도 2에서 신호의 감쇠시간을 결정함에 있어서 신호시작 기준전압 선택신호의 입력에 의해 시작기준 전압이 결정되고, 이 전압에 의하여 시간을 측정하기 위한 카운터가 동작되며, 신호종료 기준전압 선택신호의 입력에 의하여 시간종료전압이 결정되며 이 전압에 의하여 시간을 측정하기위한 카운터의 종료가 결정되고, 이 측정된 시간은 이산신호로 바꾸어 이산신호 메모리로 전송하는 것을 특징으로 한 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속영상처리방법.
3. 제 1항의 이산신호 메모리에 있어서 기억동작을 할 경우 도 3과 같이 이산신호를 디지털 신호로 바꾸어 디지털 메모리에 기억시키고, 읽기 동작을 할 경우 도 4에 표시한 바와 같이 읽은 디지털메모리 데이터를 멀티플렉스해서, 공급되는 다층신호공급회로 출력중 해당하는 이산신호를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 한 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속영상처리방법.
4. 제 1항의 파형합성기에 있어서는 도 5와 같이 이산신호 메모리로부터의 채널별 출력을 입력받아 파형디코드에서 디코딩테이블에 따라 해당하는 영상데이터에 대한 디지털 데이터를 출력하는 것을 특징으로 한 함수적 핵자기공명 영상시스템을 위한 고속영상처리방법.