WO2017007284A1 - 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법 및 획득장치 - Google Patents

투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법 및 획득장치 Download PDF

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dynamic
data
blood vessel
background image
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박재석
박수형
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Sungkyunkwan University
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Sungkyunkwan University
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a method and an apparatus for acquiring a dynamic vascular image based on a projection technique, and more particularly, to robust from blood vessel damage in a subtracted image due to the movement of a subject, and to obtain a dynamic vascular image acquisition time.
  • the present invention relates to a method and apparatus for acquiring fast dynamic blood vessel images based on a projection technique capable of rapidly improving time resolution and at the same time achieving high accuracy.
  • a device for processing magnetic resonance imaging is a device for acquiring tomographic images of a specific part of a patient by using resonance phenomena according to the supply of electromagnetic energy, and radiation compared to imaging devices such as X-rays or CT It is widely used because there is no exposure and a tomographic image can be obtained relatively easily.
  • a method of generating a magnetic resonance image is applied to a subject photographing a magnetic resonance image by applying a high frequency RF signal a plurality of times to excite the spin of the atomic nucleus in the subject.
  • various signals such as free induced attenuation signal (FID) and spin echo are generated in the magnetic resonance image processing device, and the magnetic resonance image is generated by selectively acquiring these signals.
  • FID free induced attenuation signal
  • Angiography through such MRI has also been developed.
  • Angiography refers to a procedure for examining vascular diseases by observing blood vessels through an image obtained by injecting a drug called a contrast agent into the body of a subject.
  • a contrast agent a drug called a contrast agent into the body of a subject.
  • conventional angiography described in U.S. Patent Application Publication No. 2013-0119990 (name of the invention: SYSTEM FOR ORDERING FREQUENCY DOMAIN COMPONENTS REPRESENTING MR IMAGE DATA)
  • the reference data obtained before the contrast agent is injected is obtained, and the resolution is increased.
  • data about low and high frequencies may be repeatedly obtained alternately, dynamic data after injection of a contrast agent, and subtraction between reference data and dynamic data may be performed to obtain dynamic blood vessel images.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and does not adopt the conventional method of subtracting reference data from dynamic data, and does not adopt the conventional technique, and the dynamic blood vessel image from which the background image is removed by projecting the entire image data onto the background image data. It is aimed to provide accurate and high resolution dynamic blood vessel images at high speed by removing the noise amplification in the subtraction process and removing unnecessary data due to patient movement.
  • the present invention is to solve the problem of the lack of data due to the existing under-sampling method by combining the current frame data with the high frequency data of the surrounding frame data to obtain accurate data quickly.
  • a method for obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique performed by the magnetic resonance image processing apparatus includes (a) the magnetic resonance image processing apparatus. Acquiring a plurality of frame data by sampling a signal received from a coil, and acquiring whole image data of a subject based on the plurality of frame data; (b) static background image data regarding a static background image of blood vessels before contrast medium is injected into blood vessels of the subject, and dynamic background image data about dynamic background image of blood vessels after the contrast agent is injected into blood vessels of the subject.
  • an apparatus for obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique may include: a memory in which a program is stored to perform a method for obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique; And a processor for executing the program, wherein the processor acquires a plurality of frame data by sampling a signal received from a coil of the magnetic resonance image processing apparatus according to the execution of the program. Acquiring full image data of the subject based on the data, and before the contrast agent is injected into the blood vessel of the subject, the static background image data of the static background image of the blood vessel and the contrast agent are injected into the blood vessel of the subject.
  • Dynamic background image data of a dynamic background image of a blood vessel is separated from the whole image data, and the dynamic background image of the blood vessel in which the contrast agent flows is based on the whole image data from which the static background image data and the dynamic background image data are separated.
  • the present invention provides a projection technique-based dynamic blood vessel image acquisition device and method for projecting dynamic data obtained after a contrast agent is injected into three-dimensional data obtained before the contrast agent is injected into a subject.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an apparatus for obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram showing the internal configuration of the signal processing unit of the dynamic blood vessel image acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is an image illustrating spatial information when frame data is obtained through sampling by Jittered Golden-Angle Radial-like Acquisition, which is one of various conventional sampling methods.
  • 3B is an image illustrating spatial information when frame data is reconstructed through data sharing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique according to an embodiment of the present invention.
  • 'unit' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized by both.
  • one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized by one piece of hardware.
  • ' ⁇ ' is not limited to software or hardware, and ' ⁇ ' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.
  • ' ⁇ ' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • the functionality provided within the components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'.
  • the components and ' ⁇ ' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • the dynamic blood vessel image acquisition device 10 may refer to a magnetic resonance image processing device.
  • the apparatus for acquiring dynamic blood vessel image 10 includes a magnetic resonance apparatus 100, a signal transceiver 200, a signal processor 300, an image output unit 400, a controller 500, and a user interface 600.
  • the magnetic resonance apparatus 100 includes a shield having a cylindrical structure surrounding a subject to be photographed, a main magnet provided in the shield, a gradient coil, an RF coil, and the like.
  • Main magnets, gradient coils, RF coils, etc. generate a magnetic field for inducing magnetic resonance signals from atomic nuclei in the human body.
  • the gradient coil generates a gradient magnetic field that changes in a constant gradient with respect to a plurality of directions, for example, the x, y and z directions, respectively, in proportion to the distance from the reference position in the static field generated by the main magnet. do.
  • the reference position may be the origin of the three-dimensional coordinate system when representing the space in which the static magnetic field generated by the main magnet exists in the three-dimensional coordinate system.
  • each of the magnetic resonance signals received through the RF coil has location information in three-dimensional space.
  • the gradient coil may be composed of an X gradient coil for generating a gradient magnetic field changing in the x direction, a Y gradient coil for generating a gradient magnetic field changing in the y direction, and a Z gradient coil for generating a gradient magnetic field changing in the z direction.
  • the RF coil outputs an electromagnetic signal having a radio frequency corresponding to this kind of nuclear nucleus in order to transition the nucleus from the low energy state to the high energy state.
  • the RF coil receives an electromagnetic wave signal radiated from atomic nuclei inside the subject, and the received electromagnetic wave signal is called a free induction decay (FID) signal or an echo signal.
  • FID free induction decay
  • the length of the interval from the time of applying the electromagnetic signal to the subject that is, from the time of generating the electromagnetic signal to the time of receiving the electromagnetic signal from the subject, is called echo time (TE),
  • TE echo time
  • TR repetition time
  • the signal transmitter / receiver 200 generates an AC signal whose frequency varies with a predetermined slope with respect to each of the x, y, and z directions according to a control signal input from the controller 500, and outputs the alternating current signal to the gradient coil.
  • an AC signal having a pulse train is generated according to the control signal input from the control unit 500 and output to the RF coil.
  • the signal transceiver 200 receives a magnetic resonance signal received through the RF coil.
  • the magnetic resonance signal received as described above is transmitted to the signal processor 300, and the signal processor 300 generates a magnetic resonance image by using the same.
  • the signal processor 300 obtains a dynamic blood vessel image based on information obtained through the spin echo signal and the gradient echo signal.
  • the signal processor 300 according to an exemplary embodiment of the present invention does not use a subtraction method between reference data before contrast agent injection and dynamic data after contrast agent injection, and acquires a dynamic blood vessel image based on a projection technique to move a subject (ie, a patient). However, it is characterized by removing noise and unnecessary data due to the conventional method. This will be described in detail later.
  • the image output unit 400 outputs the dynamic blood vessel image acquired through the signal processor 300 through a display.
  • the controller 500 controls the operations of the magnetic resonance apparatus 100, the signal transceiver 200, the signal processor 300, and the image output unit 400 according to a command input from a user through the user interface 600. do.
  • the signal transceiver 200 controls the gradient coil and the RF coil to output an AC signal, or the magnetic resonance signal received through the RF coil is transmitted to the signal processor 300 through the signal transceiver 200. Control to be delivered.
  • the user interface 600 receives a command from the user and transmits the command to the controller 500.
  • the user interface 600 may be implemented as a graphic user interface program and an input device, such as a keyboard and a mouse, but is not limited thereto.
  • the signal processor 300 may be configured to include a memory in which a program for obtaining a dynamic blood vessel image based on a projection technique and a processor for executing the program.
  • the processor may perform various functions through sub-modules according to the execution of a program stored in a memory.
  • the sub-modules may include full image data acquisition unit 310, background image data separation unit 320, and dynamic vascular image data acquisition unit. 330, the full image data updater 340, and the dynamic vascular image configurer 350.
  • the entire image data acquisition unit 310 receives a magnetic resonance signal from the RF coil, before the contrast agent is injected into the subject, and obtains the entire image data based on this.
  • the whole image data refers to dynamic image data acquired during the entire time of examining the subject, and includes both the dynamic image data before and after the contrast agent is injected into the subject.
  • the entire image data acquisition unit 310 obtains a plurality of frame data along a time axis by sampling a magnetic resonance signal.
  • the sampling method may be any number of methods, but any method may be adopted, and is not limited to any one method.
  • frame data may be randomly acquired along the spatial domain through variable density random undersampling or golden angle jitter radial sampling, and the like, and frame data may be randomly obtained in the direction of the time domain.
  • each frame data is obtained in each three-dimensional Cartesian space, and is obtained for each time a subject is photographed, and thus, the entire plurality of frame data has a characteristic of four-dimensional data.
  • the entire image data acquisition unit 310 may acquire the entire image data by converting the entire frame data into data on the image domain.
  • undersampling may be performed in the Cartesian space, but may be performed in any k-space, such as radial or helical.
  • the entire image data may be expressed as a matrix as shown in Equation (1).
  • x (r, t) means frame data obtained at r position and t time.
  • the whole image data acquisition unit 310 may reconstruct each frame data by sharing high frequency data between adjacent frame data in time.
  • the reason for undersampling in the process of acquiring frame data is that when the number of acquired data is too large, the data acquisition time is increased and the resolution of the data on the time axis is decreased.
  • frame data is obtained based on a small number of data by undersampling, it is difficult to derive a high resolution image in space. In order to solve this problem, each frame data may be reconstructed through data sharing.
  • high frequency data over a preset frequency range is extracted from neighboring frame data acquired at an adjacent time, based on current frame data acquired at the current time.
  • the present frame data can be reconstructed by combining the extracted high frequency data with the entire low frequency and high frequency data of the current frame data on the assumption that the high frequency data of each frame data is almost similar to the high frequency data of the adjacent frame data of adjacent time. have. In this manner, data sharing may be performed for each frame data to reconstruct each frame data.
  • the data obtained through the simple undersampling method according to the prior art lacks the number of data as much empty space is noticeable.
  • FIG. 3B it can be seen that the data is formed in such a way that the empty space is hardly noticeable.
  • the background image data separator 320 may separate the background image data from the entire image data by projecting the entire image data into a unique space related to the background image.
  • the background image data is composed of the static background image data and the dynamic background image data.
  • the static background image means the background image of the blood vessel in the static state before the contrast agent is injected into the body of the subject
  • the dynamic background image is the contrast agent. Refers to a blood vessel background image which is dynamically moved by the subject's movement among the images obtained after being injected into the body of the subject.
  • the entire image data may be defined as in Equation 2.
  • X denotes a matrix of all image data represented by Equation 1
  • L denotes a matrix of static background image data
  • SM denotes a matrix of dynamic background image data
  • SD denotes a matrix of dynamic blood vessel image data.
  • the matrix means N, and noise means noise.
  • the background image data separator 320 detects the static background projection matrix and the dynamic background projection matrix to project the entire image data into the first eigenspace for the static background image and the second eigenspace for the dynamic background image.
  • the first and second eigenspaces are virtual spaces defined from frame data before the contrast agent enters the subject among a plurality of three-dimensional frame data collected to acquire the entire image data.
  • each projection matrix may be referred to as a parameter for projecting each unique space.
  • the background image data separator 320 may obtain a static background projection matrix by applying a principal component analysis to data before the contrast agent is injected into the subject.
  • the background image data separator 320 obtains an average value of the data before the contrast medium used to obtain the static background projection matrix, subtracts the average value from each data, and analyzes the principal components of the subtracted data.
  • the dynamic background projection matrix can be obtained by applying the technique.
  • the background image data separator 320 separates the static background image data and the dynamic background image data from the whole image data by applying the static background projection matrix and the dynamic background projection matrix to the entire image data.
  • the static background image data and the dynamic background image data may be separated through Equation 3.
  • PB means a static background projection matrix
  • PM means a dynamic background projection matrix
  • S is a sparse component in which the static background image data matrix (L) is removed from the whole image data matrix (X).
  • the static background image data can be extracted by performing a calculation by applying the static background projection matrix as a parameter to the entire image data. Subsequently, when the dynamic background projection matrix is applied to a matrix obtained by subtracting the static background image data from the whole image data, the dynamic background image data may be extracted. In this case, when the dynamic background image data is separated from the entire image data, unnecessary data due to the movement of the subject may be removed.
  • the dynamic vascular image data acquisition unit 330 may acquire dynamic vascular image data from the remaining data from which the background image data is separated from the entire image data.
  • the dynamic blood vessel image data may be obtained by removing noise from the remaining data through sparse space or restoring the remaining data by using a compression sensing image technique.
  • the whole image data updating unit 340 linearly combines the acquired static background image data, the dynamic background image data, and the dynamic blood vessel image data to update the whole image data. Specifically, the static background image data, the dynamic background image data, and the dynamic blood vessel image data are combined based on Equation 2.
  • Equation 2 is expressed based on Equation 3
  • Equation 4 the entire image data to be updated is represented by Equation 4 and Equation 4.
  • the operation of the background image data separator 320, the dynamic blood vessel image data acquirer 330, and the whole image data update unit 340 may be repeatedly performed. Can be.
  • the iterative process may be performed until the relative distance between the dynamic vascular image of the previous step and the dynamic vascular image of the current step converges to a predetermined distance or less.
  • the iterative process may be performed until the relative distance between the vector value of the dynamic vascular image data of the current stage and the vector value of the dynamic vascular image data of the previous stage becomes less than or equal to a preset value.
  • the dynamic blood vessel imaging unit 350 may construct a dynamic blood vessel image from the finally determined dynamic blood vessel image data.
  • the generated dynamic blood vessel image may be output to the image output unit 400 and provided to the user.
  • Dynamic vascular image acquisition method according to an embodiment of the present invention is operated by the processor of the signal processing unit 300 of the dynamic vascular image acquisition apparatus 10 described above, even if omitted below replaced with the above description Do it.
  • the dynamic blood vessel image acquisition apparatus 10 obtains a plurality of frame data by sampling a signal received from a coil (S410).
  • Each frame data is data obtained in three-dimensional Cartesian or arbitrary k-space, and has four-dimensional information since it is acquired along the time axis.
  • the dynamic blood vessel image acquisition apparatus 10 may selectively reconstruct each frame data through a method of reconstructing current frame data through sharing between current and neighboring frame data (S420). This data sharing can improve temporal and spatial resolution.
  • the dynamic blood vessel image acquisition apparatus 10 may acquire the entire image data based on the frame data (S430).
  • the dynamic blood vessel image acquisition apparatus 10 projects the entire image data into a unique space representing the background image, and separates the background image data from the entire image data (S440). Specifically, the static background image data and the dynamic background image data may be separated from the entire image data by projecting the entire image data into the first and second eigenspaces constituting the 3D image that is the basis of frame data acquisition.
  • the dynamic vascular image acquisition apparatus 10 obtains dynamic vascular image data from the remaining total image data (S450).
  • the apparatus for acquiring dynamic blood vessel images may update the entire image data based on the static background image data, the dynamic background image data, and the dynamic blood vessel image data (S460).
  • the dynamic blood vessel image acquisition apparatus 10 may construct a dynamic blood vessel image based on the finally determined dynamic blood vessel image data, and transmit the dynamic blood vessel image to the image output unit 400 (S480).
  • Projection-based dynamic blood vessel image acquisition device and method is to project the dynamic data obtained after the contrast agent is injected to the three-dimensional data obtained before the contrast agent is injected into the subject body
  • the static background of the subject and the dynamic background due to the movement of the subject may be removed at the same time, so that only a blood vessel image through which the contrast agent flows may be obtained.
  • the subtraction method according to the prior art can be omitted, thereby eliminating unnecessary data artifacts or noise amplification caused by the movement of the subject.
  • spatial and temporal resolution of the dynamic blood vessel image can be increased, and structural blurring of blood vessels can be suppressed.
  • Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media.
  • Computer readable media may include both computer storage media and communication media.
  • Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
  • Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기공명영상 처리장치에 의해 수행되는 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법은 (a) 상기 자기공명영상 처리장치의 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득하고, 상기 복수의 프레임 데이터를 기초로 피검체에 대한 전체영상 데이터를 획득하는 단계; (b) 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입되기 전 혈관의 정적배경영상에 관한 정적배경영상 데이터와 상기 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입된 후 혈관의 동적배경영상에 관한 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하는 단계; (c) 상기 정적배경영상 데이터 및 상기 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 기초로 상기 조영제가 흘러간 혈관의 영상에 관한 동적혈관영상 데이터를 획득하는 단계; 및 (d) 상기 동적혈관영상 데이터를 기초로 동적혈관영상을 구성하는 단계를 포함한다.

Description

투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법 및 획득장치
본 발명의 일 실시예는 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법 및 획득장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 피검체의 움직임으로 인한 감산 영상에서 혈관의 훼손으로부터 강건하고, 동적혈관영상 획득시간을 급격히 감소시킴으로서 시간 해상도를 향상시킬 뿐 아니라 동시에 높은 정확도를 달성할 수 있는 투영기법 기반의 고속 동적혈관영상 획득방법 및 획득장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자기 공명 영상(MRI)을 처리하는 기기는 전자파 에너지의 공급에 따른 공명현상을 이용하여 환자의 특정부위에 대한 단층 영상을 획득하는 장치로서, X선이나 CT와 같은 촬영 기기에 비해 방사선 피폭이 없고 단층 영상을 비교적 용이하게 얻을 수 있어 널리 사용되고 있다. 자기 공명 영상을 생성하는 방법을 간략히 살펴보면, 자기 공명 영상을 촬영하는 피검체에 대해 고주파의 RF 신호를 복수 회 인가하여 피검체 내의 원자핵의 스핀을 여기 시킨다. 이와 같은 자기 공명 기기로의 펄스열 인가를 통해 자기 공명 영상 처리 기기에서는 자유 유도 감쇄 신호(FID)와 스핀 에코 등 다양한 신호가 발생되며, 이러한 신호들을 선택적으로 획득하여 자기 공명 영상을 생성한다.
이러한 자기 공명 영상 처리 장치를 통한 혈관 조영술 역시 발달되어 왔다. 혈관 조영술이란 조영제라는 약제를 피검체의 몸 속에 주입하여 얻어지는 영상을 통해 혈관을 관찰하여 혈관 질환을 검사하는 시술을 의미한다. 미국 공개특허공보 제2013-0119990호 (발명의 명칭 : SYSTEM FOR ORDERING FREQUENCY DOMAIN COMPONENTS REPRESENTING MR IMAGE DATA)에 기재된 종래의 혈관 조영술에 따르면, 조영제가 주입되기 전에 획득된 참조 데이터를 획득하고, 해상도를 높이기 위해 저주파수와 고주파수에 대한 데이터를 교대로 반복적으로 획득하며, 조영제를 주입한 이후의 동적 데이터를 획득한 뒤, 참조 데이터와 동적 데이터 간의 감산을 행하여 동적혈관영상을 획득할 수 있다.
그러나, 종래의 혈관 조영술은 몇 가지 문제를 발생시킬 수 있다. 첫 번째로, 동적 데이터를 획득하기에 앞서 참조 데이터를 획득해야 하기 때문에 환자의 자기공명영상 촬영시간을 연장시킬 수 있다. 두 번째로, 촬영시간이 길어질수록 동적 데이터와 정적인 참조 데이터 사이에 환자의 움직임이 발생할 수 있고, 이로 인하여 동적혈관영상에 불필요한 데이터(artifacts)가 삽입될 수 있다. 세 번째로, 영상 내 잡음은 감산 과정을 거치면서 증폭되므로 최종적인 동적혈관영상의 신호 대 잡음비를 악화시킬 수 있다. 네 번째로, 고주파수와 저주파수의 데이터를 교대로 획득하는 방식은 혈관의 대조도 해상도는 향상시킬 수 있으나 혈관의 구조적 영상에 대한 해상도는 감소시킬 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동적 데이터로부터 참조 데이터를 감산하는 종래 기술의 방식을 채택하지 않고, 전체영상 데이터를 배경영상 데이터에 투영함으로써 배경영상이 제거된 동적혈관영상을 획득하여, 감산과정에서의 잡음 증폭을 제거하고 환자의 움직임에 기인한 불필요한 데이터(artifacts)를 제거하여 정확하고 높은 해상도의 동적혈관영상을 고속으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 현재 프레임 데이터를 주변 프레임 데이터의 고주파수 데이터와 결합시킴으로써 기존의 언더샘플링 방식에 기인한 데이터 수 부족의 문제점을 해결하여 정확한 데이터를 빠르게 획득하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기공명영상 처리장치에 의해 수행되는 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법은 (a) 상기 자기공명영상 처리장치의 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득하고, 상기 복수의 프레임 데이터를 기초로 피검체에 대한 전체영상 데이터를 획득하는 단계; (b) 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입되기 전 혈관의 정적배경영상에 관한 정적배경영상 데이터와 상기 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입된 후 혈관의 동적 배경영상에 관한 동적 배경영상 데이터를 상기 전체 영상 데이터로부터 분리하는 단계; (c) 상기 정적배경영상 데이터 및 상기 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 기초로 상기 조영제가 흘러간 혈관의 영상에 관한 동적혈관영상 데이터를 획득하는 단계; 및 (d) 상기 동적혈관영상 데이터를 기초로 동적혈관영상을 구성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및 상기 프로그램을 실행하는 프로세서;를 포함하며, 상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 따라, 상기 자기공명영상 처리장치의 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득하고, 상기 복수의 프레임 데이터를 기초로 피검체에 대한 전체영상 데이터를 획득하며, 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입되기 전 혈관의 정적배경영상에 관한 정적배경영상 데이터와 상기 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입된 후 혈관의 동적배경영상에 관한 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하고, 상기 정적배경영상 데이터 및 상기 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 기초로 상기 조영제가 흘러간 혈관의 영상에 관한 동적혈관영상 데이터를 획득하며, 상기 동적혈관영상 데이터를 기초로 동적혈관영상을 구성한다.
본 발명은 일 실시예에 따르는 투영기법 기반 동적혈관영상 획득장치 및 획득방법은 조영제가 피검체 몸속으로 주입되기 전에 획득한 3차원 데이터들에 조영제가 주입된 후 획득한 동적 데이터를 투영한다. 이를 통해, 피검체의 정적배경과 피검체의 움직임으로 인한 동적배경을 동시에 제거하여, 조영제가 흘러간 혈관영상만을 획득할 수 있다. 그에 따라, 종래기술에 의한 감산방식을 생략할 수 있어, 피검체의 움직임에 기인한 불필요한 데이터(artifacts)나 잡음 증폭 문제를 해결할 수 있다. 나아가, 인접 프레임 데이터 간 고주파수 데이터를 공유하도록 함으로써, 동적혈관영상의 공간 및 시간 해상도를 증가시킬 수 있으므로, 혈관의 구조적 블러링을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 동적혈관영상 획득장치의 신호처리부의 내부구성을 나타내는 블록도이다.
도 3a는 종래의 여러가지 샘플링 방식 중 하나인 Jittered Golden-Angle Radial-like Acquisition에 의한 샘플링을 통해 프레임 데이터를 획득한 경우의 공간 정보를 나타내는 이미지이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 데이터 공유를 통해 프레임 데이터를 재구성한 경우의 공간 정보를 나타내는 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법을 설명하기 위한 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 1은 본원 발명의 일 실시예에 따른 동적혈관영상 획득장치(10)를 도시한 도면이다. 여기서 동적혈관영상 획득장치(10)는 자기공명영상 처리장치를 의미할 수 있다.
동적혈관영상 획득장치(10)는 자기 공명 기기(100), 신호 송수신부(200), 신호 처리부(300), 영상 출력부(400), 제어부(500) 및 사용자 인터페이스(600)를 포함한다.
자기 공명 기기(100)는 촬영 대상자를 에워싸는 원통형 구조의 실드, 실드 내부에 구비된 메인 자석, 그라디언트 코일, RF 코일 등을 포함한다. 메인 자석, 그라디언트 코일, RF 코일 등은 인체 내의 원자핵들로부터 자기 공명 신호를 유도하기 위한 자기장을 생성한다. 그라디언트 코일은 메인 자석에 의해 생성된 정자장 내의 기준 위치로부터 떨어진 거리에 비례하여 복수 개의 방향들, 예를 들어 x 방향, y 방향 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기(gradient)로 변하는 경사 자계를 생성한다. 여기에서, 기준 위치는 메인 자석에 의해 생성된 정자장이 존재하는 공간을 3차원 좌표계로 표현할 때에 이 3차원 좌표계의 원점이 될 수 있다. 그라디언트 코일에 의해 생성된 경사 자계에 의해, RF 코일을 통해 수신된 자기 공명 신호들 각각은 3차원 공간에서의 위치 정보를 갖게 된다. 한편, 그라디언트 코일은 x 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 X 그라디언트 코일, y 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 Y 그라디언트 코일 및 z 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 Z 그라디언트 코일로 구성될 수 있다.
RF 코일은 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 이 원자핵의 종류에 대응하는 라디오 주파수를 갖는 전자파 신호를 출력한다. 또한, RF 코일은 피검체 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신하는데, 이와 같이 수신된 전자파 신호를 자유 유도 감쇠(FID, Free Induction Decay) 신호 또는 에코 신호(echo signal)라고 한다. 또한, 피검체로의 전자파 신호의 인가 시점, 즉 전자파 신호의 생성 시점부터 피검체로부터의 전자파 신호의 수신 시점까지의 구간의 길이를 에코 시간(echo time, TE)이라고 하며, 인체로의 전자파 신호의 인가가 반복되는 구간의 길이를 반복 시간(repetition time, TR)이라고 한다.
신호 송수신부(200)는 제어부(500)로부터 입력된 제어 신호에 따라 x 방향, y 방향 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 주파수가 변하는 교류 신호를 생성하여 그라디언트 코일로 출력한다. 또한, 제어부(500)로부터 입력된 제어 신호에 따라 펄스 열을 갖는 교류 신호를 생성하여 RF 코일로 출력한다. 또한, 신호 송수신부(200)는 RF 코일을 통해 수신된 자기 공명 신호를 수신한다.
이와 같이 수신된 자기 공명 신호는 신호 처리부(300)로 전송되며, 신호 처리부(300)는 이를 이용하여 자기 공명 영상을 생성한다. 신호 처리부(300)에서는 스핀 에코 신호와 경사 에코 신호를 통해 획득된 정보를 기초로 동적혈관영상을 획득한다. 본 발명의 일 실시예의 신호 처리부(300)는 조영제 주입 전의 참조 데이터와 조영제 주입 후의 동적 데이터 간 감산 방법을 이용하지 않고, 투영 기법 기반으로 동적혈관영상을 획득하여 피검체(즉, 환자)의 움직임이나 종전 방식에 기인한 잡음과 불필요한 데이터(artifacts)들을 제거하는 것을 특징으로 한다. 이에 대해서는 후술로 구체적인 설명을 하도록 한다.
영상 출력부(400)는 신호 처리부(300)를 통해 획득한 동적혈관영상을 디스플레이 등을 통해 출력한다.
제어부(500)는 사용자 인터페이스(600)를 통해 사용자로부터 입력된 명령에 따라, 자기 공명 기기(100), 신호 송수신부(200), 신호 처리부(300), 영상 출력부(400)의 동작을 제어한다. 예를 들어, 신호 송수신부(200)가 그라디언트 코일과 RF 코일에 대하여 교류 신호를 출력하도록 제어하거나, RF 코일을 통해 수신된 자기 공명 신호가 신호 송수신부(200)를 거쳐 신호 처리부(300)로 전달되도록 제어한다.
사용자 인터페이스(600)는 사용자로부터 명령을 입력받아 제어부(500)로 전송한다. 사용자 인터페이스(600)는 그래픽 유저 인터페이스 프로그램 및 입력 장치인 키보드, 마우스 등으로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 신호 처리부(300)의 동작에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
신호 처리부(300)는 투영기법 기반의 동적혈관영상을 획득하기 위한 프로그램이 저장된 메모리와 이러한 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램의 실행에 따라 하위 모듈들을 통해 다양한 기능을 수행할 수 있는데, 하위 모듈들을 전체영상 데이터 획득부(310), 배경영상 데이터 분리부(320), 동적혈관영상 데이터 획득부(330), 전체영상 데이터 갱신부(340), 동적혈관영상 구성부(350)로 나타낼 수 있다.
먼저, 전체영상 데이터 획득부(310)는 조영제가 피검체에 주입되기 전, RF 코일로부터 자기 공명 신호를 수신하고, 이를 기초로 전체영상 데이터를 획득한다. 여기서 전체영상 데이터란 피검체를 검사하는 전체 시간 동안 획득된 동적영상 데이터를 의미하는 것으로서, 피검체에 조영제가 주입되기 전과 후의 동적영상 데이터를 모두 포함한다. 구체적으로, 전체영상 데이터 획득부(310)는 자기 공명 신호를 샘플링하여 복수 개의 프레임 데이터를 시간축에 따라 획득한다. 이 때, 샘플링 방식은 여러가지 방식이 있으나 임의의 방식이 채택될 수 있으며, 어느 한 가지 방식에 한정되지 않는다. 예를 들어, 가변 밀도 랜덤 언더샘플링이나 골든 앵글 지터 방사형 샘플링 기법 등을 통해 공간 도메인을 따라 랜덤하게 프레임 데이터를 획득하되, 시간 도메인의 방향으로 위와 같이 랜덤하게 프레임 데이터를 획득할 수 있다. 이때, 각각의 프레임 데이터는 3차원 카테시안 공간에서 획득한 데이터로서 피검체를 촬영하는 시점마다 획득되므로, 복수의 프레임 데이터 전체는 4차원 데이터의 성격을 갖는다. 그리고 전체영상 데이터 획득부(310)는 전체 프레임 데이터를 이미지 도메인 상의 데이터로 변환함으로써, 전체영상 데이터를 획득할 수 있다. 이와 같이, 카테시안 공간에서 언더샘플링을 수행할 수 있으나, 방사형이나 나선형과 같은 임의의 k-공간에서도 수행될 수 있다. 여기서 각각의 프레임 데이터를 벡터로 정의하고, 이러한 벡터들을 행렬화할 경우, 수학식 1과 같이 전체영상 데이터를 행렬로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2016007458-appb-I000001
여기서 x(r, t)는 r 위치 및 t 시간에서 획득한 프레임 데이터를 의미한다.
한편, 추가 실시예로서, 전체영상 데이터 획득부(310)는 시간적으로 인접한 프레임 데이터 간 고주파수 데이터 공유를 통하여 각 프레임 데이터들을 재구성할 수도 있다. 프레임 데이터를 획득하는 과정에 있어서 언더샘플링을 수행하는 이유는 획득하는 데이터의 수가 너무 많을 경우, 데이터 획득 시간이 증가함으로서 시간 축에 대한 데이터의 해상도가 감소하기 때문이다. 그러나 언더샘플링에 의해 적은 데이터 수를 바탕으로 프레임 데이터를 획득하므로 공간 상에 대한 높은 해상도의 영상을 도출하기 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 데이터 공유를 통해 각 프레임 데이터들을 재구성할 수 있다.
구체적으로, 현재 시간에서 획득한 현재 프레임 데이터를 기준으로, 인접한 시간에 획득된 주변 프레임 데이터 중 미리 설정된 주파수 범위를 넘는 고주파수 데이터를 추출한다. 그리고, 각 프레임 데이터의 고주파수 데이터는 인접한 시간의 주변 프레임 데이터의 고주파수 데이터와 거의 유사하다는 전제 하에, 추출된 고주파수 데이터를 현재 프레임 데이터의 저주파수 및 고주파수 데이터 전체와 결합함으로써, 현재 프레임 데이터를 재구성할 수 있다. 이러한 방식으로 각 프레임 데이터 마다 데이터 공유를 수행하여 각 프레임 데이터를 재구성할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 종래 기술에 따르는 단순한 언더샘플링 방식을 통해 획득된 데이터는 빈 공간이 많이 눈에 띌 만큼 데이터 수가 부족한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 데이터 공유를 수행할 경우, 도 3b와 같이, 빈 공간이 거의 눈에 띄지 않을 만큼 촘촘하게 데이터가 구성됨을 확인할 수 있다.
배경영상 데이터 분리부(320)는 전체영상 데이터를 배경영상에 관한 고유공간에 투영하여, 전체영상 데이터로부터 배경영상 데이터를 분리할 수 있다. 여기서 배경영상 데이터는 정적배경영상 데이터와 동적배경영상 데이터로 구성되며, 정적배경영상이란 조영제가 피검체의 몸속에 주입되기 전 정적인 상태의 혈관에 대한 배경영상을 의미하며, 동적배경영상이란 조영제가 피검체의 몸속에 주입된 후 획득되는 영상 중 피검체의 움직임에 의해 동적으로 움직이는 혈관배경영상을 의미한다.
먼저, 전체영상 데이터는 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2016007458-appb-I000002
X는 수학식 1로 표현된 전체영상 데이터의 행렬을 나타내며, L은 정적배경영상 데이터에 관한 행렬을 의미하고, SM은 동적배경영상 데이터에 관한 행렬을 의미하고, SD는 동적혈관영상 데이터에 관한 행렬을 의미하며, N은 잡음을 의미한다.
배경영상 데이터 분리부(320)는 전체영상 데이터를 정적배경영상에 관한 제 1 고유공간과 동적배경영상에 관한 제 2 고유공간에 투영하기 위하여, 정적배경 투영행렬과 동적배경 투영행렬을 검출한다. 여기서 제 1 및 제 2 고유공간은 전체영상 데이터를 획득하기 위해 수집된 복수의 3차원 프레임 데이터들 중에서 조영제가 피검체에 들어오기 전의 프레임 데이터들로부터 정의되는 가상 공간이다. 또한, 각 투영행렬은 각 고유공간에 투영하기 위한 파라미터라 할 수 있다. 구체적으로, 배경영상 데이터 분리부(320)는 전체영상 데이터 중 조영제가 피검체에 주입되기 전의 데이터들에 대하여 주성분 분석 기법(Principal Component Analysis)을 적용하여 정적배경 투영행렬을 구할 수 있다. 이어서, 배경영상 데이터 분리부(320)는 정적배경 투영행렬을 구할 때 이용된 조영제가 주입되기 전의 데이터들에 대한 평균값을 구하고, 각 데이터들로부터 평균값을 감산하며, 감산된 데이터들에 대하여 주성분 분석 기법을 적용하여 동적배경 투영행렬을 구할 수 있다.
이어서, 배경영상 데이터 분리부(320)는 전체영상 데이터에 정적배경 투영행렬과 동적배경 투영행렬을 적용하여 정적배경영상 데이터와 동적배경영상 데이터를 전체영상 데이터로부터 분리한다.
구체적으로, 수학식 3을 통하여 정적배경영상 데이터와 동적배경영상 데이터를 분리할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2016007458-appb-I000003
위 수식에서 PB는 정적배경 투영행렬을 의미하며, PM은 동적배경 투영행렬을 의미하고, S는 전체영상 데이터 행렬(X)에서 정적배경영상 데이터 행렬(L)이 제거된 스파스(sparse) 컴포넌트를 의미한다.
즉, 전체영상 데이터에 정적배경 투영행렬을 파라미터로서 적용하여 연산을 수행함으로써 정적배경영상 데이터를 추출할 수 있다. 이어서, 정적배경영상 데이터를 전체영상 데이터로부터 감산하여 분리시킨 행렬에 동적배경 투영행렬을 적용할 경우, 동적배경영상 데이터를 추출할 수 있다. 이때, 동적배경영상 데이터를 전체영상 데이터로부터 분리할 경우, 피검체의 움직임에 의한 불필요한 데이터(artifact)들을 제거할 수 있다.
이어서, 동적혈관영상 데이터 획득부(330)는 전체영상 데이터에서 배경영상 데이터가 분리된 나머지 데이터로부터 동적혈관영상 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 나머지 데이터로부터 스파스 공간을 통해 잡음을 제거하거나 압축센싱영상기법을 이용하여 나머지 데이터를 복원함으로써 동적혈관영상 데이터를 획득할 수 있다.
전체영상 데이터 갱신부(340)는 획득한 정적배경영상 데이터, 동적배경영상 데이터 및 동적혈관영상 데이터를 선형 결합하여 전체영상 데이터를 갱신한다. 구체적으로, 수학식 2를 기반으로 정적배경영상 데이터, 동적배경영상 데이터 및 동적혈관영상 데이터를 결합하며, 수학식 2를 수학식 3을 기반으로 표현할 경우, 갱신되는 전체영상 데이터는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 4]
Figure PCTKR2016007458-appb-I000004
이때,
Figure PCTKR2016007458-appb-I000005
이다.
한편, 추가적으로, 더욱 높은 해상도의 동적혈관영상을 획득하기 위해, 배경영상 데이터 분리부(320), 동적혈관영상 데이터 획득부(330), 전체영상 데이터 갱신부(340)의 동작과정을 반복 수행할 수 있다. 이때, 반복과정은 이전 단계의 동적혈관영상과 현재 단계의 동적혈관영상 간 상대적 거리가 일정 거리 이하로 수렴할 때까지 수행될 수 있다. 구체적으로, 현재 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터값과 이전 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터값 간의 상대적 거리가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 반복과정이 수행될 수 있다.
동적혈관영상 구성부(350)는 최종 확정된 동적혈관영상 데이터로부터 동적혈관영상을 구성할 수 있다. 그에 따라 생성된 동적혈관영상은 영상 출력부(400)로 출력되어 사용자에게 제공될 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 투영기법 기반 동적혈관영상 획득방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따르는 동적혈관영상 획득방법은 상술한 동적혈관영상 획득장치(10)의 신호처리부(300)의 프로세서에 의해 동작하는 것으로서, 이하에서 생략된 내용이라고 하더라도 상술한 내용으로 갈음하도록 한다.
먼저, 동적혈관영상 획득장치(10)는 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득한다(S410). 각 프레임 데이터는 3차원 카테시안 혹은 임의의 k-공간에서 획득한 데이터로서, 시간축에 따라 획득되므로 4차원 정보를 가진다.
동적혈관영상 획득장치(10)는 선택적으로, 현재 및 주변 프레임 데이터 간 공유를 통한 현재 프레임 데이터를 재구성하는 방식을 통해 각 프레임 데이터를 재구성할 수 있다(S420). 이러한 데이터 공유를 통해 시간 및 공간 해상도를 향상시킬 수 있다.
이어서, 동적혈관영상 획득장치(10)는 프레임 데이터를 기초로 전체영상 데이터를 획득할 수 있다(S430).
동적혈관영상 획득장치(10)는 전체영상 데이터를 배경영상을 나타내는 고유공간에 투영하여, 전체영상 데이터로부터 배경영상 데이터를 분리한다(S440). 구체적으로, 프레임 데이터 획득의 기반이 된 3차원 영상을 구성하는 제 1 및 제 2 고유공간에 전체영상 데이터를 투영함으로써, 정적배경영상 데이터와 동적배경영상 데이터를 전체영상 데이터로부터 분리할 수 있다.
이어서, 동적혈관영상 획득장치(10)는 나머지 전체영상 데이터로부터 동적혈관영상 데이터를 획득한다(S450).
그리고, 동적혈관영상 획득장치(10)는 정적배경영상 데이터, 동적배경영상 데이터 및 동적혈관영상 데이터를 기초로 전체영상 데이터를 갱신할 수 있다(S460).
이때, S440 단계 내지 S460 단계를 지속적으로 반복하되, 현재 단계와 이전 단계의 동적혈관영상 간의 상대적 거리가 미리 설정된 값 이하로 수렴할 때까지 반복과정을 수행한다(S470).
동적혈관영상 획득장치(10)는 반복과정이 종료된 후, 최종 확정된 동적혈관영상 데이터를 바탕으로 동적혈관영상을 구성하여, 영상 출력부(400)로 전달할 수 있다(S480).
이상으로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르는 투영기법 기반 동적혈관영상 획득장치 및 획득방법은 조영제가 피검체 몸속으로 주입되기 전에 획득한 3차원 데이터들에 조영제가 주입된 후 획득한 동적 데이터를 투영함으로써, 피검체의 정적배경과 피검체의 움직임으로 인한 동적배경을 동시에 제거하여, 조영제가 흘러간 혈관영상만을 획득할 수 있다. 그에 따라, 종래기술에 의한 감산방식을 생략할 수 있어, 피검체의 움직임에 기인한 불필요한 데이터(artifacts)나 잡음 증폭 문제를 해결할 수 있다. 나아가, 인접 프레임 데이터 간 고주파수 데이터를 공유하도록 함으로써, 동적혈관영상의 공간 및 시간 해상도를 증가시킬 수 있으므로, 혈관의 구조적 블러링을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 자기공명영상 처리장치에 의해 수행되는 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법에 있어서,
    (a) 상기 자기공명영상 처리장치의 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득하고, 상기 복수의 프레임 데이터를 기초로 피검체에 대한 전체영상 데이터를 획득하는 단계;
    (b) 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입되기 전 혈관의 정적배경영상에 관한 정적배경영상 데이터와 상기 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입된 후 혈관의 동적배경영상에 관한 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하는 단계;
    (c) 상기 정적배경영상 데이터 및 상기 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 기초로 상기 조영제가 흘러간 혈관의 영상에 관한 동적혈관영상 데이터를 획득하는 단계; 및
    (d) 상기 동적혈관영상 데이터를 기초로 동적혈관영상을 구성하는 단계를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 수신한 신호를 언더샘플링하여 상기 복수의 프레임 데이터를 획득하는 단계;
    (a-2) 현재시간과 인접한 시간에서 획득한 주변 프레임 데이터 중 미리 설정된 주파수 범위를 넘는 주파수에 관한 데이터를 추출하는 단계; 및
    (a-3) 상기 추출된 데이터를 현재시간에서 획득한 현재 프레임 데이터에 결합하여 상기 현재 프레임 데이터를 재구성하는 단계;
    를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 전체영상 데이터를 상기 정적배경영상에 관한 제 1 고유공간과 상기 동적배경영상에 관한 제 2 고유공간에 투영하여, 상기 전체영상 데이터로부터 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터를 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 고유공간은 상기 전체영상 데이터를 구성하는 상기 복수의 프레임 데이터 중 상기 조영제가 상기 피검체에 주입되기 전의 프레임 데이터들을 이용하여 구성되는 가상 공간인, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 전체영상 데이터로부터, 주성분 분석 기법(Principal Component Analysis)을 통하여 상기 전체영상 데이터를 상기 제 1 고유공간에 투영하기 위한 파라미터인 정적배경 투영행렬과 상기 전체영상 데이터를 상기 제 2 고유공간에 투영하기 위한 동적배경 투영행렬을 검출하는 단계; 및
    (b-2) 상기 전체영상 데이터에 상기 정적배경 투영행렬과 상기 동적배경 투영행렬을 적용하여 상기 정적배경영상 데이터와 상기 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (b-2) 단계는,
    상기 전체영상 데이터에 상기 정적배경 투영행렬을 적용하여 상기 정적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하고, 상기 정적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터에 상기 동적배경 투영행렬을 적용하여 상기 전체영상 데이터로부터 상기 동적배경영상 데이터를 분리하는 단계를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터로부터 스파스 공간을 통해 잡음을 제거하거나 압축센싱영상기법을 이용하여 상기 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 복원함으로써 상기 동적혈관영상 데이터를 획득하는 단계를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 동적혈관영상 획득방법은,
    (e) 상기 (c) 단계 후, 상기 정적배경영상 데이터, 동적배경영상 데이터 및 동적혈관영상 데이터를 선형 결합하여 상기 전체영상 데이터를 갱신하는 단계;를 더 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동적혈관영상 생성방법은,
    (f) 이전 단계의 갱신된 전체영상 데이터를 기초로 상기 (b), (c) 및 (e) 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    현재 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터와 이전 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터 간 상대적 거리가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 (b) 및 (c) 단계를 반복 수행하는 단계를 포함하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법.
  10. 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치에 있어서,
    투영기법 기반의 동적혈관영상 획득방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
    상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
    상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 따라,
    상기 동적혈관영상 획득장치의 코일로부터 수신한 신호를 샘플링하여 복수의 프레임 데이터를 획득하고, 상기 복수의 프레임 데이터를 기초로 피검체에 대한 전체영상 데이터를 획득하며,
    조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입되기 전 혈관의 정적배경영상에 관한 정적배경영상 데이터와 상기 조영제가 상기 피검체의 혈관에 주입된 후 혈관의 동적배경영상에 관한 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하고,
    상기 정적배경영상 데이터 및 상기 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 기초로 상기 조영제가 흘러간 혈관의 영상에 관한 동적혈관영상 데이터를 획득하며,
    상기 동적혈관영상 데이터를 기초로 동적혈관영상을 구성하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 수신한 신호를 언더샘플링하여 상기 복수의 프레임 데이터를 획득하고,
    현재시간과 인접한 시간에서 획득한 주변 프레임 데이터 중 미리 설정된 주파수 범위를 넘는 주파수에 관한 데이터를 추출하며,
    상기 추출된 데이터를 현재시간에서 획득한 현재 프레임 데이터에 결합하여 상기 현재 프레임 데이터를 재구성하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전체영상 데이터를 상기 정적배경영상에 관한 제 1 고유공간과 상기 동적배경영상에 관한 제 2 고유공간에 투영하여, 상기 전체영상 데이터로부터 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터를 분리하되,
    상기 제 1 및 제 2 고유공간은 상기 전체영상 데이터를 구성하는 상기 복수의 프레임 데이터 중 상기 조영제가 상기 피검체에 주입되기 전의 프레임 데이터를 이용하여 구성되는 가상 공간인, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전체영상 데이터로부터, 주성분 분석 기법(Principal Component Analysis)을 통하여 상기 전체영상 데이터를 상기 제 1 고유공간에 투영하기 위한 파라미터인 정적배경 투영행렬과 상기 전체영상 데이터를 상기 제 2 고유공간에 투영하기 위한 동적배경 투영행렬을 검출하고,
    상기 전체영상 데이터에 상기 정적배경 투영행렬과 상기 동적배경 투영행렬을 적용하여 상기 정적배경영상 데이터와 상기 동적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 전체영상 데이터에 상기 정적배경 투영행렬을 적용하여 상기 정적배경영상 데이터를 상기 전체영상 데이터로부터 분리하고, 상기 정적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터에 상기 동적배경 투영행렬을 적용하여 상기 전체영상 데이터로부터 상기 동적배경영상 데이터를 분리하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터로부터 스파스 공간을 통해 잡음을 제거하거나 압축센싱영상기법을 이용하여 상기 정적배경영상 데이터 및 동적배경영상 데이터가 분리된 전체영상 데이터를 복원함으로써 상기 동적혈관영상 데이터를 획득하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 동적혈관영상 데이터를 획득한 후, 상기 정적배경영상 데이터, 동적배경영상 데이터 및 동적혈관영상 데이터를 선형 결합하여 상기 전체영상 데이터를 갱신하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    이전 단계의 갱신된 전체영상 데이터를 기초로 상기 정적배경영상 데이터와 상기 동적배경영상 데이터를 분리하는 과정, 상기 동적혈관영상 데이터를 획득하는 과정 및 상기 전체영상 데이터를 갱신하는 과정을 반복 수행하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    현재 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터와 이전 단계의 동적혈관영상 데이터의 벡터 간 상대적 거리가 미리 설정된 값 이하가 될 때까지 상기 과정들을 반복 수행하는, 투영기법 기반의 동적혈관영상 획득장치.
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