KR20140118539A - 이중에너지 컴퓨터 단층촬영 영상을 이용한 요오드계 조영제의 정량적 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 에너지(dual energy) 컴퓨터 단층 촬영 기법을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 검출방법은 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분, 예컨대 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 방법을 제공한다. 본 발명의 검출방법에서 활용하는 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상의 이차원 에너지 맵은 가변적인 조영제의 농도 범위 및 노이즈(noise) 범위가 반영되므로 CT 측정의 오류 및 노이즈의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 검출방법은 조영제의 물질축을 포함하는 이차원 에너지 맵을 구축한 뒤, 이를 바탕으로 CT 측정 부위의 HU 값을 에너지 맵에 적용하여, 대상 부위에 존재하는 조영제의 양을 역으로 산출함으로써 조영제의 분포를 정량적으로 확인할 수 있다. 본 발명의 검출방법은 소량의 조영제와 선량으로 여러 형태의 영상을 계산하도록 함으로써, 최소의 침습(조영제 투여 및 X-선 피폭)으로, 최고 성능의 진단영상 획득이라는 관점에서도 의료서비스의 질적 향상에 이바지하는 효과를 가져올 것이다.
Description
본 발명은 이중에너지 컴퓨터 단층촬영 영상을 이용한 요오드계 조영제의 정량적 검출 방법에 관한 것이다.
최근 단일 에너지 (단일 관전압, kVp)의 CT 영상에서 구분하기 힘든 물질간의 구별을 목적으로 이중에너지 CT (dual energy CT, DECT) 영상에 대한 연구가 활발히 시도되고 있다. DECT는 두 값의 관전압과 관전류를 이용하여 CT를 촬영하는 것으로서, 저전압 영상과 고전압 영상 2 개의 CT 영상을 이용하여, 단일 에너지 CT 영상의 한계를 극복하려는 방법이다. DECT의 활용 예는 저전압 영상과 고전압 영상을 적절히 섞는 블랜디드 이미징(blended imaging), 두 전압 사이의 임의의 전압의 영상을 생성하는 에너지-선택적 이미징(energy-selective imaging), 인체 내의 특정 성분 (뼈, 조영제 등)만의 분포를 나타내는 물질-선택적 이미징(material-selective imaging) 등이 있다. 물질-선택적 이미징 영상에서 조영제 성분인 요오드만을 추출하는 기법을 요오드 매핑(iodine mapping)이라 한다.
현재 요오드 매핑을 생성하는 가장 일반적인 방법은 디지털감산혈관조영술(Digital Subtraction Angiography)이다. 이는 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map) 위에서 A와 B를 잇는 직선에 존재하며, 요오드에 의하여 조영되면 요오드의 물질축의 기울기를 따라 HU값이 커지는 현상을 이용한다(도 1 참조). 따라서, 저전압과 고전압 영상 모두에서 에너지맵에서의 직선 AB에 닿을 때까지 HU 값을 빼는 방법으로서 가상적 무조영 영상(non-contrast image)을 생성하며, 이 때 저전압 영상과 고전압 영상에서의 조영은 감(減)하는 벡터의 가로축과 세로축으로의 정사영의 크기에 해당한다. 그러나, 신체 모든 부위의 HU 값이 선분 AB상에 존재한다는 가정은 사실과 부합하지 않고, 모든 경우 무조영 연산을 수행한다는 점을 단점으로 볼 수 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허 문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 종래 단일에너지 컴퓨터 단층촬영 영상으로는 검출하기 힘들었던 소량의 조영제를 효과적으로 검출하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 이차원 에너지 맵(energy map)을 이용하여 조영제(예컨대, 요오드)의 농도를 정량적으로 검출할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 발명의 검출 방법은 저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU (Houndsfield unit) 값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여 이차원의 에너지 맵을 생성한 후, 미리 알고 있는 일정 기울기를 가지는 조영제의 물질축을 이용하여 조직 등에 포함된 조영제의 농도를 예측하는 방법으로서, 본 발명의 검출 방법을 이용하는 경우 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류 및 CT 영상 획득 시의 노이즈(noise)를 고려하여 보다 정확한 요오드 농도를 분석할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 다음의 단계를 포함하는 이중 에너지컴퓨터 단층 촬영 기법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법을 제공한다:
(a) 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계로서, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시되며, 상기 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 나타내고;
(b) 상기 단계 (b)의 에너지 맵에 조영제의 물질축(material axis)을 도입하는 단계;
(c) 상기 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타내며; 및
(d) 상기 대상 환자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
본 발명자들은 종래 단일에너지 컴퓨터 단층촬영 영상으로는 검출하기 힘들었던 소량의 조영제를 효과적으로 검출하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 이차원 에너지 맵(energy map)을 이용하여 조영제(예컨대, 요오드)의 농도를 정량적으로 검출할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 발명의 검출 방법은 저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU (Houndsfield unit) 값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여 이차원의 에너지 맵을 생성한 후, 미리 알고 있는 일정 기울기를 가지는 조영제의 물질축을 이용하여 조직 등에 포함된 조영제의 농도를 예측하는 방법으로서, 본 발명의 검출 방법을 이용하는 경우 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류 및 CT 영상 획득 시의 노이즈(noise)를 고려하여 보다 정확한 요오드 농도를 분석할 수 있음을 확인하였다.
본 발명은 중요한 기술적 특징은 이중 에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분인 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 영상을 제공함에 있다.
종래의 요오드 매핑 방법인 디지털감산혈관조영술(digital subtraction angiography:DSA)은 원뿔형 빔(cone beam)을 사용하여 인체를 투과한 X선을 영상증배관(image intensifier)에서 빛으로 변환시킨 후 빛을 광검출기(TV 카메라의 촬상관 또는 CCD 카메라)로 보내고, 이곳에서 발생한 영상정보를 디지털로 처리한 후 모니터를 통해 시각화된 2차원 영상으로 만드는 방법이다. X-선관 고전압 발생장치로부터 방사된 원뿔형 빔의 X-선이 인체에 조사되어 투과된 뒤 영상증배관에서 빛 신호로 변환되고 광학계를 통하여 광검출기에서 전기적 신호로 변환된다.
그러나, 상기 디지털 혈관조영법에서 얻은 영상에는 ① 장비 자체에 존재하는 영상 왜곡 및 오차 및 ② 작업자에 의해 발생하는 영상 왜곡 및 오차가 존재할 수 있다. 상기 혈관조영술 장치에 존재하는 영상왜곡 요소들은 X-선관과 영상증배관의 거리, 광학계에 의한 렌즈 수차, 영상증배관과 광검출기의 곡률 수차, 그리고 자기장의 불균일 등에 의해 발생된다. 통상의 혈관조영장치에는 부가적으로 촬영 후 영상의 왜곡을 복원하는 기능이 갖추어져 있고, 이러한 기능이 없는 경우에는 영상을 처리하여 수학적인 알고리즘을 이용하여 보정하는 영상처리 보정기능을 수작업으로 사용하게 된다.
그러나, 상기 보정기능을 수행하게 되더라도 디지털감산혈관조영술에는 근본적으로 ① 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map)의 A와 B를 잇는 직선 상에 존재한다는 가정하에 보정이 이루어진다는 점, 및 ② 모든 경우 무조영 감쇠연산을 수행한다는 점에 있어서 문제점이 있으며, 본 발명자들은 상술한 디지털감산혈관조영술을 이용한 요오드 매핑 방법의 문제점에 착안하여 본 발명의 방법을 설계하였다.
아래에서 이와 같은 본 발명의 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 대하여 구체적으로 설명한다:
단계 (a): 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 이미지를 이용한 2차원 에너지
맵(energy map)의
생성
우선, 본 발명의 방법은 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계를 포함한다.
상기 영상 정보는 대상자(subject)에 대하여 조영제를 투여한 후 측정가능하다. 본 명세서에서 용어 “조영제”란, 개체에게 투여했을 때 관심 부위가 주위 조직과 구별될 수 있도록, 루멘 또는 조직에 영향을 줄 수 있는(예컨대, 충전, 팽창, 라벨 및/또는 마크) 물질로 이루어진 임의의 조성물을 의미하며, 예컨대, 황산바륨과 같은 바륨계 화합물; 비이온성과 이온성 형태의 유기 결합 요오드계 화합물; 가돌리늄계 화합물; 철(Fe), 디스프로슘(Dy) 또는 망가니즈(Mn)을 포함하는 MR 영상법에 사용되는 임의의 다른 금속 원소 화합물; 벤토나이트계 화합물; 및 마그네시아 화합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 1 내지 2개의 X-선 튜브(X-ray tube)와 상응하는 탐지기로 구성된 장치를 이용하여 동시에 서로 다른 에너지 준위에서 영상을 얻을 수 있고 2개의 서로 다른 정보 묶음을 후처리 소프트웨어에 넣어 바로 처리할 수 있다. 따라서 서로 다른 에너지 준위에서 2번 촬영하였을 때 환자 움직임 또는 실수로 등록된 자료에 의해 생길 수 있는 오류를 차단할 수 있다. 단일-에너지 기반 기술(Single-energy threshold-based technique)과 비교하여 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 전환된 컴퓨터 단층촬영 값이 조직의 밀도나 농도에 영향을 받지 않아 각각의 조직을 색으로 영상화하여 특이적으로 나타낼 수 있다는 장점이 있다.
상기 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 저전압인 10 kVp - 80 kVp의 관전압(tube voltage) 및 고전압인 80 kVp - 150 kVp의 관전압에서 각각 초기 순환 관류 영상 정보 및 지연 증강 영상 정보를 수득한다.
일 예에 따르면, 요오드의 K-edge(감약계수의 불연속 지점)에 가장 근접한 수치인 80 kVp를 저전압으로 사용할 수 있으며, 따라서 상기 관전압은 저전압으로서 80 kVp 및 고전압으로서 140 kVp를 사용할 수 있다. 상기 관전압은 환자의 두께 및 촬영 목적에 의해 결정될 수 있으며, 또는 고정된 관전압 80kVp/140kVp을 사용하되 환자의 체질량지수에 따라 관전류를 조정하여 이중 에너지 컴퓨터단층 촬영을 실시할 수도 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 이중 에너지 컴퓨터단층 촬영 시, 조영제로서 요오드-기반(based) 조영제를 사용할 수 있으며, 요오드-기반 조영제의 경우 밀도가 높아 X-선에 대한 흡수정도가 커, 컴퓨터단층 촬영에서 우수한 조영증강 효과를 나타낼 수 있다.
일 예에 따르면, 본 발명의 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영은 빠른 kVp-스위칭(fast kVp-switching), 느린 kVp-스위칭(slow kVp-switching), 이중 소스(dual sources) 및 샌드위치 디텍터(sandwich detector)의 구성을 포함하는 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 장비를 이용하여 측정될 수 있다.
이어, 상기 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영의 영상 정보를, x 축 및 y 축을 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시한 2차원 에너지 맵(energy map)에 나타낸다.
본 명세서에서 용어 “2차원 에너지 맵(energy map)”은 벡터 플롯(vector plot)을 의미하며, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 의미한다.
이중 에너지 컴퓨터 단층촬영의 최소 단위는 픽쳐 포인트(picture point) 또는 픽셀(pixel)로서, 각 픽셀의 감약계수를 CT 계수(CT number) 또는 하운스필드 넘버(Hounsfield number)라 한다. 또한, 어떠한 부위를 통과한 X-선의 강도가 약해지는 정도를 감약계수(attenuation coefficient)라 하며, 상기 감약계수는 HU (Houndsfield unit) 단위로 측정된다. 다양한 형태의 체조직은 서로 상대적인 HU 값을 가지며, CT 넘버(CT Number)는 감쇠의 원칙을 따르는 임의적, 상대적인 값이다.
단계 (b):
물질축(material axis)의
도입
상기 단계 (a)의 에너지 맵에 미리 결정된(predetermined) 조영제의 물질축(material axis)을 도입한다.
상기 조영제의 물질축(material axis)은 사전 정보나 팬텀(phantom) 실험을 이용한 실측 정보로서 계산할 수 있다.
단계 (c):
윈도우
(
window
) 영역의 설정
상기 단계 (b)의 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타낸다.
상기 조영제의 농도 범위는 투여한 조영제의 성분에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 사용할 요오드 조영제의 농도가 400 mL Iodine/mL인 경우, 이러한 사전 정보를 이용하여 (ⅰ) 조직의 HU 값을 초과하고 (ⅱ) 투여된 조영제의 농도 이하인 범위로 농도 범위를 한정할 수 있다. 한편, 상기 조영제의 농도 범위는 조영제의 종류, 주입(투여) 속도 및 촬영 부위를 고려하여 결정될 수 있다.
본 명세서에서 용어 “노이즈(noise)”란, 물과 같은 균일한 성분을 갖는 물질을 스캔하더라도 모든 픽셀의 CT 넘버(Number)는 동일하지 않고 분산된 형태로 나타나는데, 이 분산된 값을 표준편차로 표시한 값을 의미한다. 또한, 노이즈는 측정하고자 하는 관심부위의 크기에 따라 차이가 발생하므로 통계적인 정확성을 유지하기 위해서 적어도 25개 이상의 충분한 픽셀내의 표준편차로 나타낸다. 노이즈에 영향을 미치는 인자로는 양자 노이즈, 전자적인 노이즈, 픽셀의 크기, 슬라이스 두께, 재구성 알고리즘, 피사체의 크기와 산란선, 그리고 관전압(kVp)과 필터 등이 있다. 상기 노이즈(noise)의 범위는 촬영 장비의 종류, 관전압 및 관전류의 범위, 환자의 체질량 지수(body mass index) 및 촬영 부위에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 연조직(soft tissue)에 대한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 시, 상기 윈도우 영역에서의 노이즈 범위는 촬영 부위인 연조직 부위에서 R.O.I (Region of Interest)를 설정한 후, 상기 R.O.I 부위의 평균 HU 값과 표준 편차를 이용하여 SNR (Signal to noise ratio)를 산출할 수 있으며, 상기 SNR 값을 기준으로 노이즈의 범위를 조절한다. 즉, SNR은 신호의 크기와 노이즈 크기의 비를 의미하며, 이 값이 크면 신호 해석에 유리하므로 이 신호 대 잡음비를 높이는 방법으로 탐상한다.
본 명세서에서 용어“체질량 지수”란, 체중 (kg)÷키²(㎡)으로 산출되는 비만 지표를 의미한다.
단계 (d): 조영제의 농도 분석
상기 대상 환자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
본 발명의 방법은 상기 단계 (e) 이후에, 각 윈도우 영역에 포함된 HU 값의 스팟(spot)을 클러스터링(clustering)함으로써, 상기 조영제의 정량적 맵(quantitative map)을 생성하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 각 스팟은 에너지(kVp)에 따른 촬영 부위의 HU 값을 나타낸다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 이중 에너지(dual energy) 컴퓨터 단층 촬영 기법을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 관한 것이다.
(b) 본 발명의 검출방법은 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분, 예컨대 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 방법을 제공한다.
(c) 본 발명의 검출방법에서 활용하는 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상의 이차원 에너지 맵은 가변적인 조영제의 농도 범위 및 노이즈(noise) 범위가 반영되므로 CT 측정의 오류 및 노이즈의 영향을 최소화할 수 있다.
(d) 또한, 본 발명의 검출방법은 조영제의 물질축을 포함하는 이차원 에너지 맵을 구축한 뒤, 이를 바탕으로 CT 측정 부위의 HU 값을 에너지 맵에 적용하여, 대상 부위에 존재하는 조영제의 양을 역으로 산출함으로써 조영제의 분포를 정량적으로 확인할 수 있다.
(e) 본 발명의 검출방법은 소량의 조영제와 선량으로 여러 형태의 영상을 계산하도록 함으로써, 최소의 침습(조영제 투여 및 X-선 피폭)으로, 최고 성능의 진단영상 획득이라는 관점에서도 의료서비스의 질적 향상에 이바지하는 효과를 가져올 것이다.
도 1은 종래의 요오드 매핑을 생성 방법인 디지털감산혈관조영술(Digital Subtraction Angiography)을 이용하는 경우의 에너지 맵을 나타낸 것이다. 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map) 위에서 A(파란색)와 B(노란색)를 잇는 직선에 존재하며, 요오드에 의하여 조영되면 요오드의 물질축(연갈색)의 기울기를 따라 HU 값이 증가된다(녹색 ⇒ 주황색). 따라서, 저전압(80kVp)과 고전압(140kVp) 영상의 HU 값에 따른 에너지 맵에서의 표시점(주황색)이 직선 AB에 닿을 때까지 HU 값을 빼는 방법으로서 가상적 무조영 영상(non-contrast image)을 생성하며(주황색 ⇒ 녹색), 이 때 저전압 영상과 고전압 영상에서의 조영은 감(減)하는 벡터의 가로축과 세로축으로의 정사영의 크기에 해당한다.
도 2는 단일 에너지 영상(a) 및 본 발명의 방법을 사용하여 이중 에너지 맵에서 요오드(하늘색) 및 칼슘(노란색)의 물질축을 생성한 예(b)를 나타낸다. 녹색 영역의 3, 4, 5, 6, 7번은 도 2(a)의 단일 에너지 영상)에서 모두 비슷한 밝기 값을 가지고 있어 구별하기 어렵지만, 도 2(b)의 에너지 맵 공간에서는 물질 축에 의해 구별될 수 있다.
도 3은 상기 도 2(b)의 물질축을 이용한 요오드 매핑 시 윈도우(window) 영역(파란색) 설정의 예시를 나타낸 것이다. 도 3의 그래프에서 가로축(x 축)은 저전압, 세로축(y 축)은 고전압을 나타내며 두 직선의 교차점은 원점을 나타낸다. 파란색 직선은 요오드의 물질 축이며, 흰색과 빨간색이 겹쳐 보이는 직선은 x = y 직선을 나타낸다. 회색으로 분산된 부분은 에너지 맵 공간에서 ‘저전압 HU 및 고전압 HU의 좌표로 표시되는 픽셀(pixel)’이 존재하는 부분이며, 흰색에 가까울 수록 상기 픽셀이 많이 존재함을 의미한다. 공기와 물의 감쇠값(HU)은 각각 -1000 및 0으로 표시하였다. -1034/1610은 HU 값의 범위를 나타내며, 100 및 135는 관전압(kVp)을 나타낸다.
도 2는 단일 에너지 영상(a) 및 본 발명의 방법을 사용하여 이중 에너지 맵에서 요오드(하늘색) 및 칼슘(노란색)의 물질축을 생성한 예(b)를 나타낸다. 녹색 영역의 3, 4, 5, 6, 7번은 도 2(a)의 단일 에너지 영상)에서 모두 비슷한 밝기 값을 가지고 있어 구별하기 어렵지만, 도 2(b)의 에너지 맵 공간에서는 물질 축에 의해 구별될 수 있다.
도 3은 상기 도 2(b)의 물질축을 이용한 요오드 매핑 시 윈도우(window) 영역(파란색) 설정의 예시를 나타낸 것이다. 도 3의 그래프에서 가로축(x 축)은 저전압, 세로축(y 축)은 고전압을 나타내며 두 직선의 교차점은 원점을 나타낸다. 파란색 직선은 요오드의 물질 축이며, 흰색과 빨간색이 겹쳐 보이는 직선은 x = y 직선을 나타낸다. 회색으로 분산된 부분은 에너지 맵 공간에서 ‘저전압 HU 및 고전압 HU의 좌표로 표시되는 픽셀(pixel)’이 존재하는 부분이며, 흰색에 가까울 수록 상기 픽셀이 많이 존재함을 의미한다. 공기와 물의 감쇠값(HU)은 각각 -1000 및 0으로 표시하였다. -1034/1610은 HU 값의 범위를 나타내며, 100 및 135는 관전압(kVp)을 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예
1: 이중전압 컴퓨터 단층촬영 영상에서의 요오드 및 칼슘 성분의 분리-
물질축(material axis)의
설정
본 발명의 방법을 이용하여 요오드와 칼슘의 혼합물을 분리하였다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 요오드와 칼슘의 혼합물(3번 내지 7번)은 단일 전압 영상에서는 구별하기 힘드나, 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 에너지맵 (energy map)에서는 요오드와 칼슘 혼합물이 분리되어 나타남을 볼 수 있었으며, 특히 4번과 6번 혼합물이 서로 확연히 분리됨을 확인하였다.
요오드의 수용액은 농도가 100%일 때 4번, 50%일 때가 2번이므로, 도 2(b)의 에너지맵에서 하늘색 직선 위에 위치하였고, 칼슘은 농도에 따라 노란색 직선 위에 위치하였으며, 요오드와 칼슘의 혼합물은 그 성분비에 따라 두 직선 사이에 위치하였다. 하늘색 직선과 노란색 직선을 각각 요오드와 칼슘의 물질축(material axis)으로 설정하였으며, 각 물질축의 기울기는 해당 물질의 특성을 나타낸다.
실시예
2:
물질축을
이용한 요오드 매핑(
mapping
)
도 2(b)의 물질축을 이용하여 요오드 매핑을 계산하였다. 요오드와 칼슘의 특성을 나타내는 물질축의 기울기는 사전 정보나 팬텀(phantom)을 이용한 실측 정보로서 계산하였다. 논문으로 기재된 실험의 값을 사용하거나(David N. Tran et al., Dual-energy CT discrimination of Iodine and Calcium, Academic Radiology, Volume 16(2), 160171(2009)), 팬텀에 요오드를 넣고 이중 에너지 단층 촬영을 하여 요오드의 물질축을 구하였다. 요오드 조영제는 Iomeron400 (일성신약, 대한민국)을 사용하였으며, 주입속도 5mL/s로서, 정맥 주입하였다.
저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여, 이차원의 에너지 맵 (energy map)을 생성한 후, 미리 구한 요오드의 물질축을 에너지 맵에 도입하였다.
조영제를 특정 농도로 주입하는 경우 혈류와 섞여 그 농도가 일정 범위 변하게 되므로, 그 가변 범위를 도 3의 확대 패널처럼 파란색 윈도우(window) 영역의 가로로서 나타내었다.
연조직(Soft Tissue)의 HU 값은 150±50 HU (저전압 기준)이며(도 3), x 축(저전압)의 x = 200 직선과 요오드 물질축의 교점을 구한 후, 상기 교점 이상부터 투여된 조영제의 농도의 HU 값(x = 500(저전압 기준))까지를 조영제 농도 범위로 한정하였다. 요오드 물질축의 기울기는 HU 값이 (200, 130)인 스팟(spot)과 (500, 325)인 스팟의 기울기로서 0.65이이며, 두 스팟의 직선 거리는 조영제 농도 범위를 나타낸다.
한편, CT 영상은 필연적으로 노이즈(noise)의 영향을 받게 되므로, 요오드 성분의 물질이라도 물질축 선 상에서 벗어날 수 있으며, 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류가 발생하면 역시 요오드 성분의 물질이 그 물질축을 벗어나게 된다. 따라서, 노이즈와 정합 오류에 대응하도록 윈도우 영역의 높이를 설정하여야 한다.
노이즈(noise) 범위는 촬영 장비의 종류(이중에너지 컴퓨터 촬영장치), 관전압 및 관전류의 범위(관전압 80 kVp 및 140 kVp), 및 촬영 부위(심장 또는 심근)에 의해 결정하였으며, 물질축으로부터 ±30의 범위(물질축으로부터의 직선거리 ±30)를 노이즈 범위로 설정하였다.
도 3의 에너지맵의 파란색 윈도우 영역에 해당하는 부분이 원래 CT 영상에서 요오드 성분, 즉, 조영제가 위치한 곳이며, 이로써 단일에너지 CT 영상으로 검출하기 힘든 소량의 요오드를 효과적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (6)
- 다음의 단계를 포함하는 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적(quantitative) 검출 방법:
(a) 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계로서, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시되며, 상기 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 나타내고;
(b) 상기 단계 (b)의 에너지 맵에 조영제의 물질축(material axis)을 도입하는 단계;
(c) 상기 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타내며; 및
(d) 상기 대상 환자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조영제는 바륨계 화합물; 요오드계 화합물; 가돌리늄계 화합물; 철(Fe), 디스프로슘(Dy) 또는 망가니즈(Mn)를 포함하는 금속 원소 화합물; 벤토나이트계 화합물; 마그네시아 화합물; 또는 상기 화합물에서 선택된 2 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저전압 및 고전압은 각각 10 kVp - 80 kVp 및 80 kVp - 140 kVp인 것을 특징으로 하는 검출방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우(window) 영역의 조영제의 농도 범위는 투여된 조영제의 종류 및 투여 속도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 검출방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우 영역의 노이즈(noise) 범위는 상기 대상 환자의 영상 촬영 부위의 평균 HU 값 및 표준 편차를 이용하여 산출한 SNR (Signal to noise ratio)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 검출방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 검출방법은 상기 단계 (d) 이후에, 각 윈도우 영역에 포함된 HU 값의 스팟(spot)을 클러스터링(clustering)함으로써, 상기 조영제의 정량적 맵(quantitative map)을 생성하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 검출방법.
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