KR20240051085A - 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법 및 이를 통한 질병의 정량적 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법 및 정량적 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 생체 물리량의 표준화 방법은 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 방법은 오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정하는 단계, 피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득하는 단계, 측정된 팬텀의 T1을 기초로 보정 함수를 산출하는 단계 및 산출된 보정 함수를 기초로 T1 맵의 오차를 보정하는 단계; 및 상기 보정된 T1 맵을 통해 측정된 생체 물리량을 기초로 정량적 평가를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법 및 이를 통한 질병의 정량적 평가 방법{Method for standardizing biophysical quantities using a stand-alone phantom and methods for quantitative assessment of disease using the same method}
본 발명은 심박수를 이용한 자기공명영상 오차 보정 방법에 관한 것이다. 본 발명은 중소벤처기업부 창업사업화 지원사업[10448495, 종합적 심장 자기공명영상(MRI) 분석을 통한 심장 질병 진단 자동화 모델 개발]의 지원을 받아 수행된 결과물을 포함한다.
다양한 분자영상기술(molecular imaging techniques) 중에서 자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI)은 조직 주변(lattice)을 둘러싸고 있는 분자들과 수소원자(proton) 간의 상호작용(interaction)에 기반하여 매우 우수한 해부학적 영상을 제공해 줄 수 있기 때문에 가장 강력하고 비-침습적인 진단 수단중의 하나로 여겨지고 있다.
최근의 자기공명영상은 기존의 해부학적 단층 영상 뿐 아니라 생체 물리량을 정량적으로 측정할 수 있도록 영상기술들이 개발되고 있다. MRI에서 측정할 수 있는 생체 물리량은 인체 조직에서의 고주파 펄스에 따른 수소 원자의 자기회복 시간, 혈류속도, 확산, 관류 등이 대표적이며 비침습적으로 안전하고 정확하게 측정이 가능하다.
이 중 자기회복의 성분 별 특징 통해 조직간의 대조도를 만들 수 있는데 이러한 회복 시간의 차이는 분자수준에서 조직의 질병을 정량적으로 평가할 수 있는 생체 물리량으로서 적극 활용되고 있다.
하지만, 자기공명영상장치의 설치 환경 및 자기공명영상 촬영 조건 등에 따라서 결과의 오차가 발생할 수 있다.
종래에는 이러한 오차를 보정하기 위해 부착형 팬텀(phantom)을 환자에 부착한 후, 환자와 함께 MRI안에서 동시에 촬영하고, 팬텀에서 측정된 T1값을 이용하여 심근에서 측정된 T1값의 측정 오차를 보정하는 방법(특허출원번호: 10-2018-0077181, 10-2019-0025102)이 이용되었다.
종래의 오차 보정 방법은 환자와 팬텀을 함께 촬영하기 위해 환자의 심장의 위치를 정확하게 알아야 하며, 환자의 심장 위치가 부착형 팬텀과 동일한 촬영 평면상에 위치하여야 정확한 오차 보정이 가능하다는 취약점이 있다.
이로 인하여 종래의 부착형 팬텀을 이용한 심근의 T1 보정 방법은 실제 임상환경에 적용하였을 경우 성공률이 기대치보다 낮게 나오다는 문제점이 있다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본원 발명은 부착형 팬텀을 이용한 심근의 T1 보정 방법 대신 일반적인 형태의 독립형 팬텀을 이용해서 MRI 시스템의 T1측정 오차를 보정하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 방법을 제안하는 먹을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 방법은 상기 오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정하는 단계, 피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득하는 단계, 측정된 팬텀의 T1을 기초로 보정 함수를 산출하는 단계, 산출된 보정 함수를 기초로 상기 T1 맵의 오차를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정하는 단계는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 상기 팬텀의 제1 T1을 측정하고, 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 상기 팬텀의 제2 T1를 측정할 수 있다,
또한, 상기 보정 함수를 산출하는 단계는 상기 팬텀의 기준 T1와 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제1 보정 함수를 산출하고, 상기 기준 T1은 기 측정된 상기 팬텀의 T1의 기준이 되는 실제값(ground-truth)일 수 있다.
또한, 상기 보정 함수를 산출하는 단계는 상기 팬텀의 기준 T1 및 제1 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 보정 함수를 산출하는 단계는 상기 제1 T1 및 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 보정 함수를 산출하는 단계는 심박 간격(RRI)에 따라 보정 계수를 구분하여 상기 제2 보정 함수 및 상기 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 보정하는 단계는 상기 보정 함수를 기초로 상기 T1 맵을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 보정할 수 있다.
또한, 상기 보정하는 단계는 상기 제1 보정함수, 상기 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수 중 적어도 하나를 이용하여 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
한편, 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 장치는 상기 오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정하는 T1 측정부, 피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득하는 T1 맵 획득부, 측정된 팬텀의 T1을 기초로 보정 함수를 산출하는 보정 함수 산출부, 산출된 보정 함수를 기초로 상기 T1 맵의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 T1 측정부는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 상기 팬텀의 제1 T1을 측정하고, 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 상기 팬텀의 제2 T1를 측정할 수 있다.
또한, 상기 보정 함수 산출부는 상기 팬텀의 기준 T1와 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제1 보정 함수를 산출하고, 상기 기준 T1은 기 측정된 상기 팬텀의 T1의 기준이 되는 실제값(ground-truth)일 수 있다.
또한, 상기 보정 함수 산출부는 상기 팬텀의 기준 T1 및 제1 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 보정 함수 산출부는 상기 제1 T1 및 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 보정 함수 산출부는 심박 간격(RRI)에 따라 보정 계수를 구분하여 상기 제2 보정 함수 및 상기 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 오차 보정부는 상기 보정 함수를 기초로 상기 T1 맵을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 보정할 수 있다.
또한, 상기 오차 보정부는 상기 제1 보정함수, 상기 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수 중 하나를 이용하여 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
본 발명에 따르면 부착형 팬텀 대신 독립형 팬텀을 이용함으로써 정확한 오차 보정이 가능하다.
또한, 본 발명은 심박 간격을 고려하여 보정 함수를 세분화함으로써, 실제 임상환경에서 높은 보정 성공률을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 장치를 개략적으로 도시하는 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 오차 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MOLLI 시퀀스를 이용하여 팬텀의 제1 T1을 측정하는 방법을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 오차 보정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시 되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이외같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
또한, 발명을 설명함에 있어서 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.
자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI), 즉 MRI는 자기장에 의해 종축자화된 원자를 반전회복 RF 펄스를 사용하여 반전시킨 이후 지수곡선 형태로 회복되는 회복 과정상의 성분을 구분하여 성분에 따른 회복 시간을 산출할 수 있다. 피검체로부터 발생되는 신호를 k 공간(k-space)에서 스캔하여 MRI 신호를 획득하고, 위 획득한 MRI 신호를 변환하여 MRI 영상을 획득한다.
구체적으로 자기회복의 성분 별 특징을, 가해지는 RF(Radio Frequency) 펄스에 대한 변수로 예를 들어 TR(Time to repetition), TE(Time to echo))를 조절하는 것을 통해 강조할 수 있다.
이때, TR은 RF 펄스의 반복 시간을 말한다. TR은 공명 신호를 얻기 위해 사용되는 RF 펄스를 생성하는 시간 간격을 말하고, 주로 종축 완화(longitudinal relaxation, 스핀-격자 상호작용(Spin-Lattice Interaction))량을 결정한다.
TE는 신호 발생 시간으로 RF 펄스를 출력한 뒤 에코 신호를 얻기까지의 시간을 말한다. TE는 횡축 평면 상으로 회복되는 스핀의 분산(탈위상)의 정도(스핀-스핀 상호작용(Spin-Spin Interaction))를 결정한다.
이때, T1은 RF 펄스가 주입된 후 반전된 이후 처음 상태의 63%의 평균자화가 종축 방향으로 회복될 때까지의 시간을 T1이완 시간으로 정의된다.
T2는 횡축 평면의 평균자화가 탈위상(Dephasing)에 의해 처음의 37%까지 감소하는데 걸리는 시간으로 정의된다.
즉, 이상의 시간을 RF 펄스의 TR과 TE를 다양하게 하여 측정함으로써 T1 강조(Weighted) 이미지 또는 T2 강조 이미지를 생성할 수 있다.
구체적으로 본 발명에서는 T1 강조 이미지로 생성된 T1 맵의 오차를 심박수를 이용하여 보정하는 방법에 대하여 설명한다.
이하, 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 심박 간격을 이용한 자기공명영상 오차 보정 시스템을 개략적으로 도시하는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 심박수를 이용하여 자기공명영상 오차 보정 방법을 수행하는 오차 보정 장치(100)는 MRI 장치(1000)와 연동되어 구성되거나 MRI 장치(1000)의 일부분으로 구성될 수 있다.
MRI 장치(1000)는 상술한 바와 같이 자기장과 RF 펄스를 피검체(또는 촬영자)(10)에 가하게 되며 수소 원자의 특정 축방향의 자화 및 반전 후의 회복 과정 상 특징을 추출한다. 회복 과정에서 수신되는 신호를 이용하여 MRI 영상을 생성함으로 써 비침습 영상 획득 및 진단이 가능하도록 한다.
구체적으로, MRI 장치(1000)는 자기장의 방향에 따라 종축자화된 원자를 반전회복 RF 펄스를 사용하여 반전시킨 이후 지수곡선 형태로 회복되는 스핀-격자 회복 과정상의 회복률에 따른 T1 회복 시간을 산출할 수 있다. 또한, 피검체(10)의 심장으로부터 발생되는 T1 값을 k 공간에서 스캔하여 MRI 신호로 획득하고, 획득한 MRI 신호를 픽셀 단위로 매핑하여 T1 맵을 생성할 수 있다.
오차 보정 장치(100)는 T1 맵의 오차를 보정하는 장치로써, MRI 장치(1000)를 통해 일반적인 형태의 독립형 팬텀(phantom)의 T1을 측정하고, 팬텀의 T1을 기초로 보정 함수를 산출할 수 있다. 여기서, 독립형 팬텀은 심근에서의 T1과 T2값 범위가 나오도록, 다양한 농도로 NiCl2와 Agarose를 배합한 조성물로써, 종래의 부착형 팬텀이 피검체(10)에 부착되어 MRI 장치(1000)에 함께 들어가는 것과 달리, 팬텀만 MRI 장치(1000)에 위치되어 T1을 측정하도록 설계된 팬텀이다. 이하의 본 발명에서는 2016년에 JCMR 저널에 게재된 'T1 mapping performance and measurement repeatability: results from the multi-national T1 mapping standardization phantom program (T1MES))' 의 T1MES팬텀을 이용한다.
또한, 오차 보정 장치(100)는 산출된 보정 함수를 기초로 피검체(10)의 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 심박수를 이용한 자기공명영상 오차 보정 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
오차 보정 장치(100)는 MRI 장치(1000)를 통해 오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정할 수 있다(S100).
구체적으로, 오차 보정 장치(100)는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 팬텀의 제1 T1을 심박 간격에 따라 측정할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 MOLLI 시퀀스를 이용하여 팬텀의 제1 T1을 측정하는 방법에 대해 설명한다.
도 3을 참조하면, 오차 보정 장치(100)는 심박 간격과 RF 펄스 동기화에 따른 복수의 이미지를 획득할 수 있다. 이때, 심장의 경우 심전도(ECG, electrocardiogram)라는 심장에서 발생하는 전기적 신호를 측정하여 심박 간격을 측정할 수 있는데, 예를 들어 ECG 신호 중 특정 파형을 중심으로 박동 주기를 판단할 수 있다. 구체적으로는 QRS 군 중에서 최고점을 나타내는 R파를 이용하여 R파와 다음 신호의 R파의 간격으로 정의되는 RR 간격(R-R interval)을 단위로 중간 맵을 획득함으로써, 심박의 영향을 최소화하여 영상을 획득할 수 있다.
구체적으로 도 3과 같이 RF 펄스가 가해진 후 RR 간격의 특정 시점의 신호를 복수로 측정할 수 있다.
첫 번째 RF 펄스가 가해진 후 제1 반전이 발생하면, RR 간격에 따라 반복하여 심장 조직 내 원자들의 종축 방향의 회복 신호를 측정함으로써 복수의 부분 이미지를 획득할 수 있다.
이때, 획득되는 이미지의 개수(5개)는 미리 결정될 수 있으며, 이미지 획득 후 회복 구간을 통해 원자들이 회복되었음을 전제로 2차 RF 펄스를 가하고 제2 반전이 발생하면 RR 간격에 따라 복수의 부분 이미지(3개)들을 T1 생성을 위한 중간 맵으로 획득할 수 있다.
그리고, 오차 보정 장치(100)는 도 4와 같이 복수로 획득된 8장의 부분 이미지(A~E)(42)들 내의 심장 조직들의 회복 시간을 픽셀 단위로 매핑하고, 회복 시간을 정규화된 곡선(44)으로 피팅할 수 있다.
반전회복(IR) 펄스를 사용하여 수소 원자들이 평형 상태인 +M0에서 180도 회전하여 -M0로 반전된다. 이 후 촬영 후 영상 획득을 시작하는 시간 간격으로 TI(inversion time)를 조절하는데 TI시간에 따라서 반전 수소 원자들이 +M0로 회복하는 정도가 달라지며 MRI 영상들의 대조도가 달라진다.
즉, 심장 조직 내 수소 원자들의 반전 후의 종축 회복량을 복수의 부분 이미지 내 픽셀 단위로 측정하고, 이를 지수함수의 형태로 피팅할 수 있다.
커브 피팅을 위한 곡선은 3개의 파라미터(A,B,T1) 모델로 정의될 수 있다. 곡선은 T1*에 따른 시간 값 t를 지수 함수의 입력으로 갖고, 시간 t에 따른 신호 강도(signal intensity) y(t)는 아래의 수학식 1로 정의된다.
[수학식 1]
또한, T1은 아래의 수학식 2를 적용하여 계산될 수 있다.
[수학식 2]
이상의 수학식으로 오차 보정 장치(100)는 팬텀의 제1 T1을 심박 간격에 따라 측정할 수 있다.
또한, 측정하는 단계(S100)에서 오차 보정 장치(100)는 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo, IR-TSE)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 팬텀의 제2 T1를 심박 간격에 따라 측정할 수 있다. 여기서, 반전 회복 터보 스핀 에코는 한번의 TR 동안 복수의 서로 다른 위상부호를 갖는 에코를 얻어 다른 k-space를 채우는 방식이다.
즉, 측정하는 단계(S100)는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 팬텀의 제1 T1을 측정하고, 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 팬텀의 제2 T1을 심박 간격에 따라 측정할 수 있다.
다음, 오차 보정 장치(100)는 피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 MRI 장치(1000)로부터 획득할 수 있다. 또한, 오차 보정 장치(100)는 MRI 장치(1000)를 통해 T1 맵을 직접 생성할 수도 있다.
다음, 오차 보정 장치(100)는 측정된 팬텀의 T1을 기초로 세가지의 보정 함수를 산출할 수 있다(S300).
구체적으로, 오차 보정 장치(100)는 팬텀의 기준 T1와 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석(multiple polynomial regression)을 통해 제1 보정 함수를 산출하고, 팬텀의 기준 T1 및 제1 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출하며, 제1 T1 및 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제3 보정 함수를 산출할 수 있다. 여기서, 기준 T1은 기 측정된 팬텀의 T1의 기준이 되는 실제값(ground-truth)을 의미한다.
즉, 오차 보정 장치(100)는 보정 함수의 생성을 위해 제1 보정 함수는 Gold-standard T1 맵 기반의 보정 방법(Gold-standard T1 map based calibration (GC)), 제2 보정 함수는 MOLLI T1 맵 기반의 보정 방법(MOLLI T1 map based calibration (MC)), 제3 보정 함수는 Internal Reference 기반의 보정 방법(Internal Reference based calibration (IC))을 이용할 수 있다.
또한, 오차 보정 장치(100)는 피검체의 심박 간격을 임의로 설정하고, 심박 간격(RRI) 고려 여부에 따라 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 각각 산출할 수 있다.
예를 들어, 오차 보정 장치(100)는 아래의 표 1과 같이 심박 간격을 고려하는 경우와 고려하지 않는 경우(정적(static) RRI, 900ms)로 각각 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 세분화할 수 있다.
Method RRI [ms] Input Source Calibration Model Index
Gold-standard T1 map based calibration (GC) N/A
MOLLI T1 map based calibration (MC) 900
Various
Internal Reference based calibration (IC)
 900
Various
이때, 오차 보정 장치(100)는 심박 간격에 각 대응되는 제1 T1을 이용하여 제2 보정함수 및 제3 보정함수를 산출할 수 있다.
예를 들어, 700 ~ 1100ms 범위에서 100ms 간격으로 심박 간격을 세분화하는 경우, 오차 보정 장치(100)는 각 심박 간격에 대응되는 제1 T1을 이용하여 아래의 표 2와 같은 보정 계수를 가지는 제2 보정 함수를 산출할 수 있다.
표 2는 MOLLI T1 맵 기반 보정 방법에 대한 조영제 투입전의 심근 네이티브(native) T1 맵의 RRI에 대응되는 보정 계수를 나타낸 표이다.
Institution Method Index RRI [ms] Coefficient of Calibration function
a b c d
A MC1 700 0 0 1.051E+00 -3.304E+00
800 0 0 1.043E+00 1.156E+00
900 0 0 1.035E+00 5.357E+00
1000 0 0 1.029E+00 7.576E+00
1100 0 0 1.026E+00 9.989E+00
MC2 700 0 -1.252E-04 1.296E+00 -8.470E+01
800 0 -1.313E-04 1.302E+00 -8.486E+01
900 0 -1.376E-04 1.308E+00 -8.543E+01
1000 0 -1.418E-04 1.312E+00 -8.678E+01
1100 0 -1.481E-04 1.322E+00 -8.903E+01
MC3 700 -1.995E-07 5.045E-04 7.314E-01 4.388E+01
800 -1.881E-07 4.656E-04 7.639E-01 3.777E+01
900 -1.804E-07 4.381E-04 7.870E-01 3.356E+01
1000 -1.790E-07 4.324E-04 7.900E-01 3.280E+01
1100 -1.821E-07 4.380E-04 7.875E-01 3.350E+01
B MC1 700 0 0 1.054E+00 -9.291E+00
800 0 0 1.046E+00 -4.517E+00
900 0 0 1.036E+00 9.215E-01
1000 0 0 1.032E+00 4.097E+00
1100 0 0 1.031E+00 5.195E+00
MC2 700 0 -1.057E-04 1.261E+00 -7.798E+01
800 0 -1.111E-04 1.264E+00 -7.724E+01
900 0 -1.274E-04 1.289E+00 -8.356E+01
1000 0 -1.314E-04 1.293E+00 -8.317E+01
1100 0 -1.378E-04 1.305E+00 -8.657E+01
MC3 700 -1.895E-07 4.900E-04 7.278E-01 4.350E+01
800 -1.895E-07 4.878E-04 7.260E-01 4.552E+01
900 -1.765E-07 4.355E-04 7.788E-01 3.333E+01
1000 -1.770E-07 4.342E-04 7.808E-01 3.422E+01
1100 -1.843E-07 4.525E-04 7.697E-01 3.622E+01
C MC1 700 0 0 1.018E+00 7.368E+00
800 0 0 1.010E+00 1.242E+01
900 0 0 1.002E+00 1.522E+01
1000 0 0 9.961E-01 1.939E+01
1100 0 0 9.937E-01 1.949E+01
MC2 700 0 -1.277E-04 1.274E+00 -7.902E+01
800 0 -1.318E-04 1.276E+00 -7.714E+01
900 0 -1.360E-04 1.279E+00 -7.820E+01
1000 0 -1.447E-04 1.291E+00 -8.076E+01
1100 0 -1.488E-04 1.298E+00 -8.424E+01
MC3 700 -1.684E-07 4.165E-04 7.760E-01 3.601E+01
800 -1.551E-07 3.721E-04 8.121E-01 2.994E+01
900 -1.530E-07 3.638E-04 8.172E-01 2.870E+01
1000 -1.469E-07 3.374E-04 8.444E-01 2.294E+01
1100 -1.401E-07 3.126E-04 8.691E-01 1.579E+01
또한, 심박 간격을 고려하지 않는 경우, 오차 보정 장치(100)는 900ms 심박간격(RRI)에 대응되는 T1을 이용하여 아래의 표3과 같은 보정 계수를 가지는 보정 함수들을 산출할 수 있다.
표 3은 900ms 심박 간격으로 조영제 투입전의 심근 네이티브(native) T1 맵 및 조영제 투입후의 포스트(POST) T1 맵에 대한 보정 계수를 나타낸 표이다.
Calibration Method T1 map Method
Index		 Institution Coefficient of Calibration function
a b c d
Gold-Standard T1 map based
Calibration
(GC)		 IR-TSE
 GC1 A 0 0 9.770E-01 7.528E+00
B 0 0 9.808E-01 5.505E+00
C 0 0 9.206E-01 2.295E+01
GC2 A 0 -6.234E-06 9.897E-01 3.284E+00
B 0 -7.538E-06 9.961E-01 3.755E-01
C 0 -3.446E-05 9.944E-01 -2.735E+00
GC3 A 5.520E-08 -1.834E-04 1.151E+00 -3.409E+01
B 4.178E-08 -1.415E-04 1.118E+00 -2.785E+01
C 5.046E-08 -2.054E-04 1.158E+00 -4.214E+01
MOLLI T1 map based Calibration
(MC)		 Native T1 MC1 A 0 0 1.035E+00 5.357E+00
B 0 0 1.036E+00 9.215E-01
C 0 0 1.002E+00 1.522E+01
MC2 A 0 -1.376E-04 1.308E+00 -8.543E+01
B 0 -1.274E-04 1.289E+00 -8.356E+01
C 0 -1.360E-04 1.279E+00 -7.820E+01
MC3 A -1.804E-07 4.381E-04 7.870E-01 3.356E+01
B -1.765E-07 4.355E-04 7.788E-01 3.333E+01
C -1.530E-07 3.638E-04 8.172E-01 2.870E+01
Post T1 MC1 A 0 0 1.180E+00 -5.357E+01
B 0 0 1.179E+00 -5.593E+01
C 0 0 1.146E+00 -4.305E+01
MC2 A 0 -9.653E-05 1.355E+00 -1.093E+02
B 0 -7.223E-05 1.310E+00 -9.752E+01
C 0 -1.034E-04 1.338E+00 -1.049E+02
MC3 A -4.142E-07 1.108E-03 3.479E-01 1.104E+02
B -4.002E-07 1.089E-03 3.407E-01 1.137E+02
C -3.633E-07 9.763E-04 4.180E-01 9.839E+01
Internal Reference based Calibration
(IC)		 Native T1 IC1 A 0 0 1.059E+00 -1.736E+00
B 0 0 1.056E+00 -4.362E+00
C 0 0 1.089E+00 -8.298E+00
IC2 A 0 -1.428E-04 1.342E+00 -9.595E+01
B 0 -1.288E-04 1.311E+00 -8.982E+01
C 0 -1.173E-04 1.327E+00 -8.886E+01
IC3 A -2.507E-07 6.571E-04 6.182E-01 6.938E+01
B -2.309E-07 6.078E-04 6.443E-01 6.317E+01
C -2.432E-07 6.768E-04 5.938E-01 8.096E+01
Post T1 IC1 A 0 0 1.207E+00 -6.174E+01
B 0 0 1.201E+00 -6.205E+01
C 0 0 1.244E+00 -7.093E+01
IC2 A 0 -1.012E-04 1.390E+00 -1.202E+02
B 0 -7.230E-05 1.332E+00 -1.037E+02
C 0 -7.316E-05 1.379E+00 -1.147E+02
IC3 A -5.079E-07 1.376E-03 1.551E-01 1.492E+02
B -4.709E-07 1.294E-03 1.921E-01 1.448E+02
C -4.907E-07 1.385E-03 1.372E-01 1.599E+02
즉, 오차 보정 장치(100)는 심박 간격(RRI)에 따라 보정 계수를 세분화하여 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
한편, 오차 보정 장치(100)는 심장박동주기에 따라 보정 계수를 세분화하여 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 산출할 수도 있다.
예를 들어, 오차 보정 장치(100)는 피검체(10)의 심장박동주기를 50, 60, 70, 80, 90 bpm(beat per minute)로 설정하여 촬영하고, 보정 계수를 심장박동주기에 따라 구분하여 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
다음, 오차 보정 장치(100)는 산출된 보정 함수를 기초로 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다(S400).
구체적으로, 오차 보정 장치(100)는 보정 함수를 기초로 T1 맵을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 보정할 수 있다. 이때, 오차 보정 장치(100)는 제1 보정함수, 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수 중 적어도 하나 이상을 이용할 수 있다.
예를 들어, 오차 보정 장치(100)는 아래의 수학식 3과 같은 보정 함수를 이용하여 T1 맵을 보정할 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3에서 x는 보정되지 않은 T1 값이고, y는 보정 된 T1 값이며, a, b, c, d는 보정 계수로써, 상술한 표 2나 표 3과 같이 피검체의 심박 간격에 따라 결정될 수 있다.
즉, 보정하는 단계(S400)에서 오차 보정 장치(100)는 제1 보정함수, 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수 중 적어도 하나를 이용하여 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 오차 보정 방법을 수행하는 오차 보정 장치(100)에 설명한다.
도 5를 참조하면, 오차 보정 장치(100)는 T1 측정부(110), T1 맵 획득부(120), 보정 함수 산술추(130) 및 오차 보정부(140)를 포함할 수 있다.
T1 측정부(110)는 MRI 장치(1000)를 통해 오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정하거나 획득할 수 있다.
또한, T1 측정부(110)는 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 팬텀의 제1 T1을 측정하고, 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 팬텀의 제2 T1를 측정하거나 획득할 수 있다.
또한, T1 맵 획득부(120)는 MRI 장치(1000)를 통해 피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득할 수 있다.
보정 함수 산출부(130)는 측정된 팬텀의 T1을 기초로 보정 함수를 산출할 수 있다.
구체적으로, 보정 함수 산출부(130)는 팬텀의 기준 T1와 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제1 보정 함수를 산출하고, 팬텀의 기준 T1 및 제1 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출하며, 제1 T1 및 제2 T1를 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
이때, 보정 함수 산출부(130)는 심박 간격(RRI)에 따라 보정 계수를 세분화하여 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수를 산출할 수 있다.
오차 보정부(140)는 산출된 보정 함수를 기초로 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
구체적으로, 오차 보정부(140)는 보정 함수를 기초로 T1 맵을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 보정할 수 있다.
이때, 오차 보정부(140)는 제1 보정함수, 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제2 보정 함수 및 제3 보정 함수 중 적어도 하나를 이용하여 T1 맵의 오차를 보정할 수 있다.
이상 본 발명에 따르면 부착형 팬텀 대신 독립형 팬텀을 이용함으로써 정확한 오차 보정이 가능하다.
또한, 심박 간격을 고려하여 보정 함수를 세분화함으로써, 실제 임상환경에서 높은 보정 성공률을 가질 수 있다.
나아가, 여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 제어 모듈 자체로 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 씌여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리 모듈에 저장되고, 제어모듈에 의해 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 컴퓨팅 장치에서 수행되는 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법에 있어서,
    오차 보정을 위한 상기 독립형 팬텀의 T1을 측정하는 단계;
    피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득하는 단계;
    측정된 팬텀의 T1을 기초로 복수의 보정 함수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 보정 함수 중 어느 하나를 선택하여 상기 T1 맵의 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 T1 맵을 통해 측정된 생체 물리량의 정량적 평가를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 보정 함수를 산출하는 단계는,
    상기 팬텀의 기준이 되는 실제값(ground-truth)으로 기 측정된 기준 T1 및 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 측정된 제1 T1을 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제1 보정 함수, 및
    상기 제1 T1 및 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 측정된 제2 T1을 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출하되,
    상기 제1 및 제2 보정 함수는 심박 간격을 정적으로 설정한 제1 경우와 심박 간격을 100ms 간격으로 세분화한 제2 경우로 구분되는 것을 특징으로 하는 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 함수를 산출하는 단계는 심박 간격에 따라 보정 계수를 구분하여 상기 제1 보정 함수 및 상기 제2 보정 함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 함수를 산출하는 단계는,
    상기 기준 T1 및 상기 제2 T1을 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제3 보정 함수를 산출하는 것을 특징으로 하는 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는 상기 제3 보정 함수, 상기 피검체의 심박 간격에 따라 보정 계수가 결정된 제1 보정 함수 및 제2 보정 함수 중 적어도 어느 하나를 이용하여 T1 맵의 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 독립형 팬텀을 이용한 생체 물리량 표준화 방법.
  5. 프로세서,
    상기 프로세서와 통신하는 메모리를 포함하고,
    상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금 동작들을 수행하는 명령들을 저장하고,
    오차 보정을 위한 독립형 팬텀의 T1을 측정하는 동작,
    피검체를 RF(Radio Frequency) 펄스로 반전된 심장 조직 내 양성자의 기준 회복률에 따른 회복 시간을 2차원 공간 내 픽셀 단위로 매핑하여 생성된 T1 맵을 획득하는 동작,
    측정된 팬텀의 T1을 기초로 복수의 보정 함수를 산출하는 동작,
    상기 산출된 보정 함수 중 어느 하나를 선택하여 상기 T1 맵의 오차를 보정하는 동작, 및
    상기 보정된 T1 맵을 통해 측정된 생체 물리량을 기초로 질병의 정량적 평가를 수행하는 동작을 포함하고,
    상기 보정 함수를 산출하는 동작은,
    상기 팬텀의 기준이 되는 실제값(ground-truth)으로 기 측정된 기준 T1 및 MOLLI(Modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 사용하여 측정된 제1 T1을 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제1 보정 함수, 및
    상기 제1 T1 및 반전 회복 터보 스핀 에코(Inversion Recovery turbo spin echo)와 MOLLI 시퀀스를 이용하여 측정된 제2 T1을 기초로 다중 다항식 회귀 분석을 통해 제2 보정 함수를 산출하되,
    상기 제1 및 제2 보정 함수는 심박 간격을 정적으로 설정한 제1 경우와 심박 간격을 100ms 간격으로 세분화한 제2 경우로 구분되는 것을 특징으로 하는 독립형 팬텀을 이용한 컴퓨팅 장치
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