WO2022131616A1 - Method and device for image restoration of functional map for structural macrovasculature and microvasculature by using vasculature polymorphism pre-information - Google Patents

Method and device for image restoration of functional map for structural macrovasculature and microvasculature by using vasculature polymorphism pre-information Download PDF

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WO2022131616A1
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microvascular
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박재석
박준식
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성균관대학교산학협력단
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    • G06T2207/30101—Blood vessel; Artery; Vein; Vascular

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for image restoration of functional maps of structural macrovascular systems and microvascular systems using vascular polymorphism selection information.
  • Embodiments of the present invention are for simultaneously reconstructing functional map images of the structural macrovascular system and the microvascular system from contrast-enhanced magnetic resonance imaging data through the injection of a single contrast agent using the vascular polymorphism selection report.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for image restoration of functional maps of blood vessels and microvasculature.
  • an image restoration method performed by an image restoration apparatus, the method comprising: acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data.
  • An image restoration method of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the polymorphism selection report of the vascular system may be provided.
  • magnetic resonance image data may be obtained from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
  • the obtaining of the magnetic resonance image data may include obtaining the magnetic resonance image data using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method in a space-time encoding region.
  • Separating the macrovascular system and the microvascular system may include separating the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data.
  • the macrovascular system and the microvascular system may be separated by sharing high-frequency data for a preset frequency band of a time around each frame in the acquired magnetic resonance image data.
  • the macrovascular system and the microvascular system may be separated by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data.
  • the band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
  • the weight of the penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system may be differently adjusted based on the vascular polymorphism selection report and applied to each vascular system.
  • the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system can be restored by combining the vascular polymorphism selection report and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information.
  • the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system may be restored by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
  • a memory for storing one or more programs; and a processor executing the stored one or more programs, wherein the processor acquires magnetic resonance image data in a spatio-temporal encoding region, and based on the signal strength in the time domain from the obtained magnetic resonance image data, the macrovascular system and microscopic
  • An apparatus for reconstructing an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a polymorphism selection report of the vascular system can be provided, which separates the vascular system and restores the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data.
  • the processor may acquire magnetic resonance image data from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
  • the processor may acquire magnetic resonance image data in the space-time encoding region by using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method.
  • the processor may separate the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which the static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data.
  • the processor may separate the macrovascular system from the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired magnetic resonance image data.
  • the processor may separate the macrovascular system from the microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data.
  • the band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
  • the processor may adjust the weight of a penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system differently based on the vascular polymorphism selection information and apply it to each vascular system.
  • the processor may restore the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system by combining the vascular polymorphism selection information and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information.
  • the processor may reconstruct the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
  • a non-transitory computer-readable storage medium for storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to execute a method, the method comprising: magnetic resonance in a space-time encoding region. acquiring image data; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system from the magnetic resonance image data.
  • a non-transitory computer-readable storage medium may be provided.
  • the disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
  • Embodiments of the present invention can simultaneously restore functional map images of the structural macrovascular system and the microvascular system from contrast-enhanced magnetic resonance imaging data through the injection of a single contrast agent by using the vascular polymorphism selection information.
  • the noise of functional information of the structural macrovascular system and the microvascular system is removed with very little data compared to the prior art, and the image can be restored.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image restoration apparatus for functional maps of a structural macrovascular system and a microvascular system using vascular polymorphism selection information according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 8 are diagrams illustrating a process for defining a vascular polymorphism selection information and a microvascular basis vector and a functional map thereof according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of an image restoration method of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a vascular polymorphism selection report according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a process of acquiring a signal from an object using magnetic resonance according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view comparing the structural macrovascular system results according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • FIG. 12 is a view showing a functional map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • FIG. 13 is a view showing the perfusion and permeability map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image restoration apparatus for functional maps of a structural macrovascular system and a microvascular system using vascular polymorphism selection information according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 for restoring an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system includes a data acquisition module, a memory 110 , and a processor 120 .
  • a data acquisition module includes a data acquisition module, a memory 110 , and a processor 120 .
  • the image restoration apparatus 100 may be implemented by more elements than the illustrated elements, or the image restoration apparatus 100 may be implemented by fewer elements than the illustrated elements.
  • the memory 110 stores one or more programs for image restoration of functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system.
  • the processor 120 executes one or more programs stored in the memory 110 .
  • the processor 120 acquires magnetic resonance image data in the spatiotemporal encoding region, separates the macrovascular system from the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the obtained magnetic resonance image data, and the structural macrovascular system from the magnetic resonance image data and functional maps of the microvascular system.
  • the processor 120 may acquire magnetic resonance image data from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
  • the processor 120 may acquire MR image data in the space-time encoding region by using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method.
  • the processor 120 may separate the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which the static background image data is suppressed from the acquired magnetic resonance image data.
  • the processor 120 may separate the macrovascular system from the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired MR image data.
  • the processor 120 may separate the macrovascular system and the microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired MR image data.
  • the band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
  • the processor 120 may differently adjust the weight of the penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system based on the vascular polymorphism selection information and apply it to each vascular system.
  • the processor 120 restores the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system by combining the vascular polymorphism selection information and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information. can do.
  • the processor 120 may reconstruct the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
  • the image restoration apparatus 100 simultaneously restores two pieces of information from single data through a single contrast medium injection.
  • the image restoration apparatus 100 simultaneously extracts the macroscopic vasculature structure and the microvascular system functional map directly from raw data, thereby preventing the generation of artifacts and noise amplification that may occur in the intermediate stage. can be effectively removed.
  • contrast-enhanced image restoration and image segmentation may be implemented in a single mathematical frame.
  • the image restoration apparatus 100 simultaneously restores the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system from the single data of the contrast-enhanced magnetic resonance image.
  • two injections of the contrast medium are required.
  • vascular polymorphisms to be utilized in an embodiment of the present invention is as follows.
  • the contrast enhancement patterns over time in the macrovascular system (arteries, veins) and the microvascular system (capillaries) are very different. gradual wash in and out) changes in correlation with the surrounding signal
  • the tissue can be divided into 1) high perfusion area, 2) moderate perfusion area, and 3) gangreneous area.
  • the image restoration apparatus 100 simultaneously restores a macrovascular image and a functional map of the microvascular system from low-resolution, high-resolution k-space data.
  • an embodiment of the present invention constructs a macrovascular system-based guide map after mathematically defining vascular polymorphism selection information based on a contrast enhancement signal pattern.
  • an embodiment of the present invention builds a mathematical model based on unsupervised pattern analysis of tissue image segmentation according to microvascular system functional information.
  • an embodiment of the present invention implements a limited optimization model for simultaneous restoration of macrovascular and microvascular functional information by reflecting the mathematically implemented macroscopic and microvascular polymorphism information.
  • an embodiment of the present invention restores macro- and micro-vascular system functions simultaneously by utilizing a non-linear optimization solution.
  • FIGS. 2 to 8 are diagrams illustrating a process for defining a vascular polymorphism selection information and a microvascular basis vector and a functional map thereof according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cancerous tissue as a detailed image of a DCE image of a time series.
  • FIG. 8 shows a signal representation in a low-dimensional space for a microvasculature polymorphism reflecting a change in a microvasculature signal.
  • the polymorphism selection information of the vascular system is used to classify the signal intensity in the time domain of each pixel.
  • the functional map of the microvascular system is divided into 1) high perfusion region, 2) moderate perfusion region, and 3) gangreneous region according to a specific pattern.
  • FIG. 9 is a flowchart of an image restoration method of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a vascular polymorphism selection report according to an embodiment of the present invention.
  • the image restoration apparatus 100 converts vascular polymorphism selection information (macrovascular system and microvascular system) and phase information of data for applying the unsupervised pattern analysis method as prior information.
  • the high-resolution data acquired by the magnetic resonance imaging apparatus is image-reconstructed using the
  • step S101 the apparatus 100 for restoring an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system according to an embodiment of the present invention acquires high-resolution plurality of frame data in the temporal encoding region. That is, the image restoration apparatus 100 acquires high-resolution MR image data in the space-time encoding region.
  • each frame is an independent variable random undersampling.
  • the image restoration apparatus 100 acquires magnetic resonance image data by using an undersampling technique that shares high-frequency data of a time around the current frame.
  • the image restoration apparatus 100 reconstructs the current frame data through sharing between the current and neighboring frames. This can be done selectively.
  • the image restoration apparatus 100 obtains the vascular polymorphism selection information (M) and the phase information ( PD ) and uses them when restoring the image.
  • the image restoration apparatus 100 separates the macrovascular system from the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the acquired magnetic resonance image data.
  • the image restoration apparatus 100 may use an image in which noise or artifacts of the image are removed by sharing high-frequency data of a time around the current frame.
  • the image restoration apparatus 100 obtains signal intensity-based vascular polymorphism selection information by using images of several tomography or images of several patients.
  • the image restoration apparatus 100 may set the weight of each vascular system penalty based on the vascular system polymorphism selection information.
  • the image restoration apparatus 100 may use a method of sharing high-frequency data of a time around each frame in order to classify each vascular system.
  • the image restoration apparatus 100 may utilize a conventional image restoration method.
  • the image restoration apparatus 100 may distinguish a macrovascular system from a microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel.
  • the image restoration apparatus 100 may define a band filter function by using images of several tomographic layers or images of several patients.
  • the image restoration apparatus 100 may set the weight of a penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system through the above process.
  • the image restoration apparatus 100 acquires static background image data based on image data before contrast enhancement.
  • the image restoration apparatus 100 may reconstruct image data before contrast enhancement by full-sampling or by sharing all image frames before contrast enhancement.
  • step S104 the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention suppresses the static background image data from the entire image data.
  • step S105 the image restoration apparatus 100 restores images of structural macrovascular system and microvascular system functional map by combining vascular polymorphism selection information and microvascular system unsupervised pattern analysis method from the remaining data.
  • the image restoration apparatus 100 reconstructs an image of a structural macrovascular system and a functional map of the microvascular system using the following [Equation 1].
  • the process of using unsupervised pattern analysis for functional information of the microvascular system is as follows.
  • the unsupervised pattern analysis method any one unsupervised pattern analysis method among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition can be used.
  • non-negative matrix decomposition it is applicable when data is non-negative.
  • the magnetic resonance imaging signal is a complex signal in which magnitude and phase information are combined, it is difficult to directly apply non-negative matrix decomposition.
  • the magnitude information of the MR image signal which is a complex signal, should be used.
  • the phase information is applied to image restoration by utilizing information in the low frequency region of k-space.
  • the image restoration apparatus 100 may obtain phase information of an image from a low frequency region of acquired data and apply it to actual image restoration.
  • the image restoration apparatus 100 may extract only functional information of the microvascular system using unsupervised pattern analysis by combining and applying the vascular polymorphism selection information.
  • the image restoration apparatus 100 adds, as prior information, spatiotemporal information, that is, that a dynamic image has sparseness in the transformed frequency domain, and that pixels having the same characteristics in the microvascular system are highly correlated with the structural macrovascular system. and images of functional maps of the microvascular system can be restored.
  • the image restoration apparatus 100 repeatedly performs the data acquired through the above process and the updated entire dynamic image in a direction in which consistency is maintained, so that the structural macrovascular system requires very little data compared to the prior art. It is possible to remove the noise of functional information of the microvascular system and restore the image.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a process of acquiring a signal from an object using magnetic resonance according to an embodiment of the present invention.
  • step S201 the image restoration apparatus 100 excites the spin system in the object by adjusting the other magnetic field using electromagnetic pulses while fixing one magnetic field to generate a signal from the object.
  • step S202 the image restoration apparatus 100 uses a plurality of gradient magnetic field coils to form a magnetic field and acquires the generated signal data in the space-time domain (k, t-space).
  • step S203 the image restoration apparatus 100 acquires data in the form of variable density undersampling in which a low frequency of k-space is sampled with high density, and data is downsampled at a high frequency with a low density, and time The data is acquired in a random sampling pattern so as to maintain non-coherence in the direction.
  • the image restoration apparatus 100 may perform undersampling in a Cartesian lattice or may perform arbitrary undersampling. For example, undersampling may be performed radially or spirally.
  • FIG. 11 is a view comparing the structural macrovascular system results according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • the parameters related to the image restoration process by adjusting the parameters related to the image restoration process differently based on the selection information of vascular polymorphism without applying the same penalty to the entire vascular system, information about rapid changes in blood flow in the macrovascular system with a large signal intensity in the structural image of the macrovascular system and size can be extracted without loss of information, and in the microvascular system, a basis vector in the time direction from which noise is removed and a functional map corresponding thereto can be extracted through unsupervised pattern analysis.
  • FIG. 9 shows a structural macrovascular system image and an error map restored from data acquired 50 times less through the prior art (k-t FOCUSS, DCS) and an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors).
  • An embodiment of the present invention is successfully reconstructing a structural macrovascular system image from data obtained by 50 times less data in order to save time. Since conventional techniques (k-t FOCUSS, DCS) apply uniformly with a strong penalty to suppress noise and artifacts of the vascular system signal, a loss may appear in the macrovascular system signal. However, in an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors), a low penalty may be applied to the macrovascular system to reduce the loss of macrovascular system signals.
  • the functional map of the microvascular system is extracted without reconstructing the image while reducing noise by combining the unsupervised pattern analysis method.
  • FIG. 12 is a view showing a functional map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • FIG. 10 A functional map of the microvascular system reconstructed from data acquired 50 times less through the prior art and an embodiment of the present invention is shown in FIG. 10 .
  • the extracted microvascular system functional map can be divided into W1: high perfusion, W2: moderate perfusion (Hypoxic), and W3: necrotic tissue.
  • an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors) is a reference (Reference) ) shows a functional map of the microvasculature almost similar to that of
  • FIG. 13 is a view showing the perfusion and permeability map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
  • FIG. 13 shows a reference for a microvascular system perfusion and permeability map.
  • a non-transitory computer-readable storage medium for storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to execute a method, the method comprising: acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system from the magnetic resonance image data.
  • a non-transitory computer-readable storage medium may be provided.
  • the various embodiments described above are implemented as software including instructions stored in a machine-readable storage media readable by a machine (eg, a computer).
  • the device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include an electronic device (eg, the electronic device A) according to the disclosed embodiments.
  • the processor may perform a function corresponding to the instruction by using other components directly or under the control of the processor.
  • Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is semi-permanently or temporarily stored in the storage medium.
  • the methods according to the various embodiments described above may be provided by being included in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • the computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg, compact disc read only memory (CD-ROM)) or online through an application store (eg, Play StoreTM).
  • an application store eg, Play StoreTM
  • at least a portion of the computer program product may be temporarily stored or temporarily generated in a storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.
  • the various embodiments described above are stored in a recording medium readable by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof. can be implemented in In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to the software implementation, embodiments such as the procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein.
  • non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, etc., and can be read by a device.
  • Specific examples of the non-transitory computer-readable medium may include a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.
  • each of the components may be composed of a single or a plurality of entities, and some sub-components of the above-described corresponding sub-components may be omitted, or other Sub-components may be further included in various embodiments.
  • some components eg, a module or a program
  • operations performed by a module, program, or other component are sequentially, parallel, repetitively or heuristically executed, or at least some operations are executed in a different order, are omitted, or other operations are added.

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Abstract

The present invention relates to a method and device for image restoration of a function map for structural macrovasculatures and microvasculatures by using vasculature polymorphism pre-information. A method for image restoration of a functional map for structural macrovasculature and microvasculature by using vasculature polymorphism pre-information according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: acquiring magnetic resonance image data in a temporal space encoding region; separating macrovasculatures and microvasculatures on the basis of the signal intensity of time domains from the acquired magnetic resonance image data; and restoring a function map for structural macrovasculatures and microvasculatures from the magnetic resonance image data.

Description

혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법 및 장치Image restoration method and apparatus for functional maps of structural macrovascular system and microvascular system using vascular polymorphism selection report
본 발명은 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for image restoration of functional maps of structural macrovascular systems and microvascular systems using vascular polymorphism selection information.
거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 구하는 종래 기술의 경우, 거시 혈관계 영상과 미세 혈관계의 기능적 지도를 구하기 위해 두번의 조영제 투입이 필요하다. 즉, 종래 기술은 단일 조영제 투입을 통한 단일 데이터로부터 두 가지 정보를 동시에 복원하지 못한다.In the case of the prior art for obtaining a functional map of the macrovascular system and the microvascular system, it is necessary to inject a contrast agent twice to obtain a macrovascular image and a functional map of the microvascular system. That is, the prior art cannot simultaneously restore two pieces of information from single data through a single contrast agent injection.
또한, 종래 기술은 미세 혈관계의 기능적 지도를 추출하기 위해서, k-공간의 원(raw) 데이터로부터 영상을 복원하고, 복원된 영상으로부터 미세 혈관계 기능 정보를 패턴 인식 방법을 통해서 추출한다. 따라서, 종래 기술은 미세 혈관계 기능 정보 추출을 위해서 두번의 과정(즉, 원(raw) 데이터로부터의 영상 복원과 패턴 분석)이 필요하다. 즉, 종래 기술은 원(raw) 데이타로부터 직접적으로 거시적 혈관계 구조 및 미세 혈관계의 기능적 지도를 동시 추출할 수 없다. 따라서, 종래 기술은 중간 단계에서 발생할 수 있는 인공물 생성 및 잡음 증폭을 효율적으로 제거할 수 없다. In addition, in the prior art, in order to extract a functional map of the microvascular system, an image is reconstructed from raw data in k-space, and functional information of the microvascular system is extracted from the reconstructed image through a pattern recognition method. Accordingly, in the prior art, two processes (ie, image restoration from raw data and pattern analysis) are required to extract microvascular system function information. That is, the prior art cannot simultaneously extract a macroscopic vasculature structure and a functional map of the microvascular system directly from raw data. Therefore, the prior art cannot efficiently eliminate artifact generation and noise amplification that may occur in intermediate steps.
종래 기술은 영상 복원과 조직의 영상 후처리(segmentation)를 따로 수행하여야 한다. 즉, 종래 기술은 조영증강 영상복원과 영상 후처리(segmentation)가 단일 수학적 프레임(frame)에서 구현되지 않는다. In the prior art, image restoration and tissue image segmentation must be performed separately. That is, in the prior art, contrast-enhanced image restoration and image segmentation are not implemented in a single mathematical frame.
본 발명의 실시예들은 단일 조영제 투입을 통한 조영증강 자기공명영상 데이터로부터 혈관계 다형성 선정보를 이용하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도 영상을 동시에 복원하기 위한, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법 및 장치를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are for simultaneously reconstructing functional map images of the structural macrovascular system and the microvascular system from contrast-enhanced magnetic resonance imaging data through the injection of a single contrast agent using the vascular polymorphism selection report. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for image restoration of functional maps of blood vessels and microvasculature.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위의 환경에서도 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited thereto, and may be variously expanded in an environment within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 복원 장치에 의해 수행되는 영상 복원 방법에 있어서, 시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계; 및 상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는 단계를 포함하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법이 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, there is provided an image restoration method performed by an image restoration apparatus, the method comprising: acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data. An image restoration method of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the polymorphism selection report of the vascular system may be provided.
상기 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계는, 단일 조영제 투입을 통한 단일 조영증강 데이터로부터 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. In the obtaining of the magnetic resonance image data, magnetic resonance image data may be obtained from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
상기 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계는, 시공간 인코딩 영역에서 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링 또는 임의의 언더 샘플링 방식을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. The obtaining of the magnetic resonance image data may include obtaining the magnetic resonance image data using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method in a space-time encoding region.
상기 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 정적배경 영상 데이터가 억제된 자기공명영상 데이터로부터 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. Separating the macrovascular system and the microvascular system may include separating the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data.
상기 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 프레임 주변 시간의 기설정된 주파수 대역에 대한 고주파수 데이터를 공유하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. In the separating of the macrovascular system and the microvascular system, the macrovascular system and the microvascular system may be separated by sharing high-frequency data for a preset frequency band of a time around each frame in the acquired magnetic resonance image data.
상기 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역 필터 함수를 이용하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. In the separating of the macrovascular system and the microvascular system, the macrovascular system and the microvascular system may be separated by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data.
상기 대역 필터 함수는, 복수 단층의 영상 또는 복수 환자의 영상을 이용하여 정의될 수 있다. The band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
상기 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계는, 거시 혈관계와 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penality)의 가중치를 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정하여 각 혈관계에 적용할 수 있다. In the step of separating the macrovascular system and the microvascular system, the weight of the penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system may be differently adjusted based on the vascular polymorphism selection report and applied to each vascular system.
상기 복원하는 단계는, 혈관계 다형성 선정보와 상기 자기공명영상 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용한 미세 혈관계의 비지도 패턴 분석법을 결합하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. In the restoring step, the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system can be restored by combining the vascular polymorphism selection report and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information.
상기 복원하는 단계는, 주성분 분석, 독립 성분 분석 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석을 이용하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. In the restoring step, the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system may be restored by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 상기 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하고, 상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하고, 상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치가 제공될 수 있다. Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, a memory for storing one or more programs; and a processor executing the stored one or more programs, wherein the processor acquires magnetic resonance image data in a spatio-temporal encoding region, and based on the signal strength in the time domain from the obtained magnetic resonance image data, the macrovascular system and microscopic An apparatus for reconstructing an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a polymorphism selection report of the vascular system can be provided, which separates the vascular system and restores the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data.
상기 프로세서는, 단일 조영제 투입을 통한 단일 조영증강 데이터로부터 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. The processor may acquire magnetic resonance image data from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
상기 프로세서는, 시공간 인코딩 영역에서 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링 또는 임의의 언더 샘플링 방식을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. The processor may acquire magnetic resonance image data in the space-time encoding region by using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method.
상기 프로세서는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 정적배경 영상 데이터가 억제된 자기공명영상 데이터로부터 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. The processor may separate the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which the static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data.
상기 프로세서는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 프레임 주변 시간의 기설정된 주파수 대역에 대한 고주파수 데이터를 공유하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. The processor may separate the macrovascular system from the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired magnetic resonance image data.
상기 프로세서는, 상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역 필터 함수를 이용하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. The processor may separate the macrovascular system from the microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data.
상기 대역 필터 함수는, 복수 단층의 영상 또는 복수 환자의 영상을 이용하여 정의될 수 있다. The band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
상기 프로세서는, 거시 혈관계와 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penality)의 가중치를 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정하여 각 혈관계에 적용할 수 있다. The processor may adjust the weight of a penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system differently based on the vascular polymorphism selection information and apply it to each vascular system.
상기 프로세서는, 혈관계 다형성 선정보와 상기 자기공명영상 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용한 미세 혈관계의 비지도 패턴 분석법을 결합하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. The processor may restore the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system by combining the vascular polymorphism selection information and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information.
상기 프로세서는, 주성분 분석, 독립 성분 분석 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석을 이용하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. The processor may reconstruct the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 방법을 실행하게 하는 명령어들을 저장하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은: 시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계; 및 상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는 단계를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, there is provided a non-transitory computer-readable storage medium for storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to execute a method, the method comprising: magnetic resonance in a space-time encoding region. acquiring image data; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system from the magnetic resonance image data. A non-transitory computer-readable storage medium may be provided.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology may have the following effects. However, this does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, so the scope of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
본 발명의 실시예들은 단일 조영제 투입을 통한 조영증강 자기공명영상 데이터로부터 혈관계 다형성 선정보를 이용하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도 영상을 동시에 복원할 수 있다. Embodiments of the present invention can simultaneously restore functional map images of the structural macrovascular system and the microvascular system from contrast-enhanced magnetic resonance imaging data through the injection of a single contrast agent by using the vascular polymorphism selection information.
본 발명의 실시예들은 영상복원 과정에 관련된 파라미터를 전체 혈관계에 같은 페널티(penalty)를 적용하지 않고 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정함으로써, 거시 혈관계의 구조적 영상에서는 신호 강도가 큰 빠른 거시 혈관계 혈류의 변화 정보 및 크기를 정보의 손실 없이 추출하고, 미세 혈관계에서는 비지도 패턴 분석을 통해 잡음이 제거된 시간방향의 기저 벡터와 그에 따른 기능적 지도를 추출할 수 있다. In the embodiments of the present invention, by adjusting parameters related to the image restoration process differently based on the selection information of vascular polymorphism without applying the same penalty to the entire vascular system, rapid macrovascular blood flow with a large signal intensity in a structural image of the macrovascular system The change information and magnitude of , can be extracted without loss of information, and in the microvascular system, the basis vector in the time direction from which noise has been removed and a functional map thereof can be extracted through unsupervised pattern analysis.
본 발명의 일 실시예들은 획득한 데이터와 갱신된 전체 동적 영상이 일관성이 유지되는 방향으로 반복 수행함으로써, 종래 기술에 비해 극히 적은 데이터로 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 정보의 잡음을 제거하고 영상을 복원할 수 있다.In one embodiment of the present invention, by repeatedly performing the acquired data and the updated entire dynamic image in a direction in which consistency is maintained, the noise of functional information of the structural macrovascular system and the microvascular system is removed with very little data compared to the prior art, and the image can be restored.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an image restoration apparatus for functional maps of a structural macrovascular system and a microvascular system using vascular polymorphism selection information according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 정의하는 과정 및 미세 혈관계 기저벡터와 그에 따른 기능적 지도를 나타낸 도면이다. 2 to 8 are diagrams illustrating a process for defining a vascular polymorphism selection information and a microvascular basis vector and a functional map thereof according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법에 대한 순서도이다. 9 is a flowchart of an image restoration method of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a vascular polymorphism selection report according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명현상을 이용하여 대상으로부터 신호를 획득하는 과정을 나타낸 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a process of acquiring a signal from an object using magnetic resonance according to an embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 구조적 거시 혈관계 결과를 비교한 도면이다.11 is a view comparing the structural macrovascular system results according to an embodiment of the present invention and the prior art.
도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 미세 혈관계 기능적 지도를 나타낸 도면이다. 12 is a view showing a functional map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
도 13은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 미세 혈관계의 관류 및 투과성 지도를 나타낸 도면이다.13 is a view showing the perfusion and permeability map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it can be understood to include all transformations, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들이 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명에서 사용한 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도, 판례, 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 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 terms used in the present invention have been selected as currently widely used general terms as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention, precedent, or emergence of new technology of those of ordinary skill in the art. In addition, in a specific case, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than the name of a simple term.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. do.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an image restoration apparatus for functional maps of a structural macrovascular system and a microvascular system using vascular polymorphism selection information according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치(100)는 데이터 획득 모듈, 메모리(110) 및 프로세서(120)를 포함한다. 그러나 도시된 구성요소 모두가 필수 구성요소인 것은 아니다. 도시된 구성요소보다 많은 구성요소에 의해 영상 복원 장치(100)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성요소에 의해서도 영상 복원 장치(100)가 구현될 수 있다.As shown in FIG. 1 , the apparatus 100 for restoring an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system according to an embodiment of the present invention includes a data acquisition module, a memory 110 , and a processor 120 . However, not all illustrated components are essential components. The image restoration apparatus 100 may be implemented by more elements than the illustrated elements, or the image restoration apparatus 100 may be implemented by fewer elements than the illustrated elements.
이하, 도 1의 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치(100)의 각 구성요소들의 구체적인 구성 및 동작을 설명한다.Hereinafter, a detailed configuration and operation of each component of the image restoration apparatus 100 of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system of FIG. 1 will be described.
메모리(110)는 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원을 위한 하나 이상의 프로그램을 저장한다. The memory 110 stores one or more programs for image restoration of functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system.
프로세서(120)는 메모리(110)에서 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행한다. The processor 120 executes one or more programs stored in the memory 110 .
프로세서(120)는, 시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하고, 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하고, 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원한다. The processor 120 acquires magnetic resonance image data in the spatiotemporal encoding region, separates the macrovascular system from the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the obtained magnetic resonance image data, and the structural macrovascular system from the magnetic resonance image data and functional maps of the microvascular system.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 단일 조영제 투입을 통한 단일 조영증강 데이터로부터 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may acquire magnetic resonance image data from a single contrast enhancement data through a single contrast agent input.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 시공간 인코딩 영역에서 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링 또는 임의의 언더 샘플링 방식을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may acquire MR image data in the space-time encoding region by using undersampling in a Cartesian lattice or an arbitrary undersampling method.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 획득된 자기공명영상 데이터에서 정적배경 영상 데이터가 억제된 자기공명영상 데이터로부터 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may separate the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which the static background image data is suppressed from the acquired magnetic resonance image data.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 프레임 주변 시간의 기설정된 주파수 대역에 대한 고주파수 데이터를 공유하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may separate the macrovascular system from the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired MR image data.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역 필터 함수를 이용하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may separate the macrovascular system and the microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired MR image data.
실시예들에 따르면, 대역 필터 함수는 복수 단층의 영상 또는 복수 환자의 영상을 이용하여 정의될 수 있다. According to embodiments, the band filter function may be defined using images of multiple tomography or images of multiple patients.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 거시 혈관계와 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penality)의 가중치를 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정하여 각 혈관계에 적용할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may differently adjust the weight of the penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system based on the vascular polymorphism selection information and apply it to each vascular system.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 혈관계 다형성 선정보와 상기 자기공명영상 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용한 미세 혈관계의 비지도 패턴 분석법을 결합하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 restores the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system by combining the vascular polymorphism selection information and the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the magnetic resonance image data as prior information. can do.
실시예들에 따르면, 프로세서(120)는 주성분 분석, 독립 성분 분석 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석을 이용하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원할 수 있다. According to embodiments, the processor 120 may reconstruct the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system by using any one unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 단일 조영제 투입을 통한 단일 데이타로부터 두가지 정보를 동시에 복원한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 원(raw) 데이타로부터 직접적으로 거시적 혈관계 구조 및 미세 혈관계 기능적 지도를 동시 추출하여, 중간 단계에서 발생할 수 있는 인공물 생성 및 잡음 증폭을 효율적으로 제거할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 조영증강 영상복원과 영상 후처리(segmentation)가 단일 수학적 프레임에서 구현될 수 있다. As such, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention simultaneously restores two pieces of information from single data through a single contrast medium injection. In addition, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention simultaneously extracts the macroscopic vasculature structure and the microvascular system functional map directly from raw data, thereby preventing the generation of artifacts and noise amplification that may occur in the intermediate stage. can be effectively removed. In an embodiment of the present invention, contrast-enhanced image restoration and image segmentation may be implemented in a single mathematical frame.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 조영증강 자기공명영상 단일 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 동시에 복원한다. 종래에는 고식적으로 혈관계의 구조적 정보와 기능적 정보를 추출하기 위해서는 두번의 조영제 주입이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에서는 한번의 조영제 주입으로 단일 조영증강 데이터로부터 거시 혈관계 구조와 미세 혈관계의 기능적 정보의 동시 복원이 가능하다.The image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention simultaneously restores the functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system from the single data of the contrast-enhanced magnetic resonance image. Conventionally, in order to conventionally extract structural information and functional information of the vascular system, two injections of the contrast medium are required. In one embodiment of the present invention, it is possible to simultaneously restore the macrovascular structure and functional information of the microvascular system from a single contrast enhancement data by a single injection of the contrast agent.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서 활용하고자 하는 혈관계 다형성 선정보는 다음과 같다. To this end, the selection of vascular polymorphisms to be utilized in an embodiment of the present invention is as follows.
첫째, 거시 혈관계(동맥, 정맥)와 미시 혈관계(모세혈관)에서 시간에 따른 조영증강 패턴은 매우 다른데, 거시적 혈관계에서는 매우 빠르게 신호가 변하며 (rapid wash in and out), 미세 혈관계에서는 상대적으로 느리게(gradual wash in and out) 주변신호와 상관관계를 가지고 변화한다First, the contrast enhancement patterns over time in the macrovascular system (arteries, veins) and the microvascular system (capillaries) are very different. gradual wash in and out) changes in correlation with the surrounding signal
둘째, 미세 혈관계의 조영증강 패턴에 따라서 해당조직은 1) 높은 관류 영역, 2) 중간정도의 관류 영역, 3) 괴저성의 영역으로 구분될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 적게 획득한 고해상도의 k-공간의 데이터로부터 거시 혈관계 영상과 미세혈관계의 기능적 지도를 동시에 복원한다. Second, according to the contrast enhancement pattern of the microvascular system, the tissue can be divided into 1) high perfusion area, 2) moderate perfusion area, and 3) gangreneous area. The image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention simultaneously restores a macrovascular image and a functional map of the microvascular system from low-resolution, high-resolution k-space data.
보다 자세하게는, 본 발명의 일 실시예는 혈관계 다형성 선정보를 조영증강 신호패턴에 기반하여 수학적으로 정의한 후 거시적 혈관계 기반 가이드 맵(Guide Map)을 구성한다. 그리고 본 발명의 일 실시예는 미세혈관계 기능적 정보에 따라 조직의 영상 후처리(segmentation)를 비지도 패턴 분석에 기반한 수학적 모델을 구축한다. 그리고 본 발명의 일 실시예는 수학적으로 구현된 거시적 미시적 혈관계 다형성 선정보를 반영하여 거시적 혈관계 및 미세혈관 기능적 정보의 동시 복원을 위한 제한적 최적화 모델을 구현한다. 본 발명의 일 실시예는 마지막으로 비선형 최적화 솔루션을 활용하여 거시적 혈관계 및 미세 혈관계 기능을 동시에 복원한다. More specifically, an embodiment of the present invention constructs a macrovascular system-based guide map after mathematically defining vascular polymorphism selection information based on a contrast enhancement signal pattern. In addition, an embodiment of the present invention builds a mathematical model based on unsupervised pattern analysis of tissue image segmentation according to microvascular system functional information. In addition, an embodiment of the present invention implements a limited optimization model for simultaneous restoration of macrovascular and microvascular functional information by reflecting the mathematically implemented macroscopic and microvascular polymorphism information. Finally, an embodiment of the present invention restores macro- and micro-vascular system functions simultaneously by utilizing a non-linear optimization solution.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 정의하는 과정 및 미세 혈관계 기저벡터와 그에 따른 기능적 지도를 나타낸 도면이다. 2 to 8 are diagrams illustrating a process for defining a vascular polymorphism selection information and a microvascular basis vector and a functional map thereof according to an embodiment of the present invention.
도 2에는 시계열의 DCE 이미지가 도시되어 있다. 2 shows a DCE image of a time series.
도 3에는 거시 및 미세 혈관 영역 모두에서의 시간 신호 패턴이 도시되어 있다. 3 shows temporal signal patterns in both macro and microvascular regions.
도 4에는 피크 신호 강도에 대한 히스토그램과 역 시그모이드 함수(빨간색 선)가 도시되어 있다. 4 shows a histogram of the peak signal intensity and an inverse sigmoid function (red line).
도 5에는 거시 혈관계 구조적 선정보가 도시되어 있다. 5 shows the structural selection of the macrovascular system.
도 6에는 시계열의 DCE 이미지의 세부 이미지로 암 조직(Cancerous Tissue)이 도시되어 있다. 6 shows a cancerous tissue as a detailed image of a DCE image of a time series.
도 7에는 미세 혈관 영역의 해당 시간 신호 패턴이 도시되어 있다. 7 shows a corresponding temporal signal pattern of the microvascular region.
도 8에는 미세혈관계 신호 변화를 반영하는 미세 혈관계 다형성에 대한 저차원 공간에 신호 표현형(Representation)이 도시되어 있다. 8 shows a signal representation in a low-dimensional space for a microvasculature polymorphism reflecting a change in a microvasculature signal.
도 2 내지 도 5와 같이, 본 발명의 일 실시예는 혈관계 다형성 선정보 및 거시 혈관계와 미세혈관계의 구분하기 위해 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도를 이용하여 구분한다.2 to 5 , according to an embodiment of the present invention, in order to distinguish between the macrovascular system and the microvascular system, the polymorphism selection information of the vascular system is used to classify the signal intensity in the time domain of each pixel.
또한, 도 6 내지 도 8과 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 미세 혈관계의 기능적 지도는 특정한 패턴에 의해 1) 높은 관류영역 2) 중간정도의 관류영역, 3) 괴저성의 영역으로 구분된다. 6 to 8 , in an embodiment of the present invention, the functional map of the microvascular system is divided into 1) high perfusion region, 2) moderate perfusion region, and 3) gangreneous region according to a specific pattern.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법에 대한 순서도이다. 9 is a flowchart of an image restoration method of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using a vascular polymorphism selection report according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 도 7에 도시된 순서도에 따라, 혈관계 다형성 선정보(거시 혈관계과 미세 혈관계)와 비지도 패턴 분석법 적용을 위한 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용하여, 자기공명영상 장치로 획득한 고해상도 데이터를 영상 복원한다. According to the flowchart shown in FIG. 7 , the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention converts vascular polymorphism selection information (macrovascular system and microvascular system) and phase information of data for applying the unsupervised pattern analysis method as prior information. The high-resolution data acquired by the magnetic resonance imaging apparatus is image-reconstructed using the
도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 방법을 설명하면 다음과 같다. An image restoration method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 as follows.
단계 S101에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치(100)는 시간 인코딩 영역에서 고해상도 복수의 프레임 데이터를 획득한다. 즉, 영상 복원 장치(100)는 시공간 인코딩 영역에서 고해상도의 자기공명영상 데이터를 획득한다. 자기공명영상 데이터에서 각 프레임은 독립적인 가변 랜덤 언더 샘플링이다. 영상 복원 장치(100)는 현재 프레임 주변 시간의 고주파수 데이터를 공유하는 언더 샘플링 기법을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득한다. In step S101, the apparatus 100 for restoring an image of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system according to an embodiment of the present invention acquires high-resolution plurality of frame data in the temporal encoding region. That is, the image restoration apparatus 100 acquires high-resolution MR image data in the space-time encoding region. In magnetic resonance imaging data, each frame is an independent variable random undersampling. The image restoration apparatus 100 acquires magnetic resonance image data by using an undersampling technique that shares high-frequency data of a time around the current frame.
단계 S102에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 현재 및 주변 프레임 간 공유를 통한 현재 프레임 데이터를 재구성한다. 이는 선택적으로 수행될 수 있다. 영상 복원 장치(100)는 혈관 다형성 선정보(M)와 위상 정보(PD)를 구하여 영상 복원 시 이용한다. 영상 복원 장치(100)는 획득한 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계과 미세 혈관계를 분리한다. 영상 복원 장치(100)는 현재 프레임 주변시간의 고주파수 데이터를 공유하여 영상의 잡음이나 인공물이 사라진 영상을 이용할 수도 있다. 영상 복원 장치(100)는 여러 단층의 영상 혹은 여러 환자의 영상을 활용하여 신호강도 기반 혈관계 다형성 선정보를 구한다. 영상 복원 장치(100)는 혈관계 다형성 선정보에 기반한 각 혈관계 페널티(penalty)의 가중치를 설정할 수 있다. In step S102, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention reconstructs the current frame data through sharing between the current and neighboring frames. This can be done selectively. The image restoration apparatus 100 obtains the vascular polymorphism selection information (M) and the phase information ( PD ) and uses them when restoring the image. The image restoration apparatus 100 separates the macrovascular system from the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the acquired magnetic resonance image data. The image restoration apparatus 100 may use an image in which noise or artifacts of the image are removed by sharing high-frequency data of a time around the current frame. The image restoration apparatus 100 obtains signal intensity-based vascular polymorphism selection information by using images of several tomography or images of several patients. The image restoration apparatus 100 may set the weight of each vascular system penalty based on the vascular system polymorphism selection information.
혈관계 다형성 선정보를 통한 거시 혈관계와 미세 혈관계를 구분하는 방법을 다시 설명하면 다음과 같다. 영상 복원 장치(100)는 자기공명영상 데이터 획득 후, 각 혈관계를 구분하기 위해 각 프레임 주변 시간의 고주파수 데이터를 공유하는 방법을 사용할 수 있다. 또는, 영상 복원 장치(100)는 종래의 영상복원 방법을 활용할 수 있다. 영상 복원 장치(100)는 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역필터 함수를 활용하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 구분할 수 있다. 이때, 영상 복원 장치(100)는 여러 단층의 영상 혹은 여러 환자의 영상을 활용하여 대역 필터 함수를 정의할 수 있다. 영상 복원 장치(100)는 상기와 같은 과정을 통해 거시 대혈관계와 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penalty)의 가중치를 설정할 수 있다. The method of distinguishing the macrovascular system from the microvascular system through the selection of polymorphism in the vascular system will be described again as follows. After acquiring the magnetic resonance image data, the image restoration apparatus 100 may use a method of sharing high-frequency data of a time around each frame in order to classify each vascular system. Alternatively, the image restoration apparatus 100 may utilize a conventional image restoration method. The image restoration apparatus 100 may distinguish a macrovascular system from a microvascular system by using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel. In this case, the image restoration apparatus 100 may define a band filter function by using images of several tomographic layers or images of several patients. The image restoration apparatus 100 may set the weight of a penalty of a parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system through the above process.
단계 S103에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 조영증강 이전의 영상 데이터를 기반으로 정적 배경 영상 데이터를 획득한다. 영상 복원 장치(100)는 조영증강 이전의 영상 데이터를 완전 샘플링(full-sampling) 혹은 조영증강 이전의 영상 프레임을 전부 공유해서 재구성할 수 있다. In step S103, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention acquires static background image data based on image data before contrast enhancement. The image restoration apparatus 100 may reconstruct image data before contrast enhancement by full-sampling or by sharing all image frames before contrast enhancement.
단계 S104에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 전체 영상 데이터로부터 정적 배경 영상 데이터를 억제한다. In step S104, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention suppresses the static background image data from the entire image data.
단계 S105에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 나머지 데이터로부터 혈관계 다형성 선정보와 미세 혈관계 비지도 패턴 분석법을 결합하여 구조적 거시 혈관계 및 미세 혈관계 기능적 지도의 영상을 복원한다. 이를 위해, 영상 복원 장치(100)는 하기의 [수학식 1]을 이용하여 구조적 거시 혈관계 및 미세 혈관계 기능적 지도의 영상을 복원한다.In step S105, the image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention restores images of structural macrovascular system and microvascular system functional map by combining vascular polymorphism selection information and microvascular system unsupervised pattern analysis method from the remaining data. To this end, the image restoration apparatus 100 reconstructs an image of a structural macrovascular system and a functional map of the microvascular system using the following [Equation 1].
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000001
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000001
여기서,
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000002
는 시간 푸리에 변환 연산자를 나타낸다.
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000003
는 동맥과 정맥이 모세 혈관 보다 더욱 적게 가중된
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000004
공간에서
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000005
의 공간 적응적 희소 표현형이다.
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000006
는 미세 혈관 영역만 고려되고 거시 혈관 영역은 제외된 공간적으로 가중된 비음수행렬분해 선정보의 프로베니우스 놈(Frobenius norm)이다.
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000007
및
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000008
는
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000009
,
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000010
및
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000011
사이의 밸런싱 파리미터들이다. here,
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000002
denotes the temporal Fourier transform operator.
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000003
is less weighted by arteries and veins than capillaries
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000004
in space
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000005
is a spatially adaptive sparse phenotype of
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000006
is the Frobenius norm of the spatially weighted nonnegative matrix decomposition selection step in which only the microvascular region is considered and the macrovascular region is excluded.
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000007
and
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000008
Is
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000009
,
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000010
and
Figure PCTKR2021017745-appb-img-000011
These are the balancing parameters between
미세 혈관계의 기능적 정보를 위해 비지도 패턴 분석을 이용하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 비지도 패턴 분석 방법은 주성분 분석, 독립 성분 분석, 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석 방법이 사용이 가능하다. 여기서, 비음수 행렬 분해를 활용시 데이터가 음이 아닐 때 적용 가능하다. 자기공명영상 신호는 크기와 위상정보가 결합된 복소 신호이기 때문에 직접적으로 비음수 행렬 분해를 적용하기 어렵다. 비음수 행렬 분해를 위한 자기공명영상 신호 모델에 결합하기 위해서는 복소 신호인 자기 공명영상 신호의 크기 정보만을 활용해야 한다. 이를 위해, 위상정보는 k-공간의 저주파수 영역의 정보를 활용하여 영상복원에 적용한다. 즉, 영상 복원 장치(100)는 크기 정보만을 이용하기 위해 영상의 위상 정보를 획득한 데이터의 저주파수 영역으로부터 획득하여 실제 영상 복원에 적용할 수 있다. 영상 복원 장치(100)는 혈관계 다형성 선정보를 결합하여 적용함으로써 미세 혈관계의 기능적 정보만을 비지도 패턴 분석을 이용해 추출할 수 있다. The process of using unsupervised pattern analysis for functional information of the microvascular system is as follows. As the unsupervised pattern analysis method, any one unsupervised pattern analysis method among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition can be used. Here, when non-negative matrix decomposition is used, it is applicable when data is non-negative. Since the magnetic resonance imaging signal is a complex signal in which magnitude and phase information are combined, it is difficult to directly apply non-negative matrix decomposition. In order to combine with the MRI signal model for non-negative matrix decomposition, only the magnitude information of the MR image signal, which is a complex signal, should be used. To this end, the phase information is applied to image restoration by utilizing information in the low frequency region of k-space. That is, in order to use only size information, the image restoration apparatus 100 may obtain phase information of an image from a low frequency region of acquired data and apply it to actual image restoration. The image restoration apparatus 100 may extract only functional information of the microvascular system using unsupervised pattern analysis by combining and applying the vascular polymorphism selection information.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 영상 전체에 대한 사전정보를 추가함으로써, 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법의 정확도를 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 시공간 정보 즉 동적 영상이 변환 주파수 도메인에서 희소성을 가지는 것과, 미세 혈관계에서 같은 특징의 픽셀의 연관성이 높다는 것을 사전정보로 추가하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상을 복원할 수 있다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, by adding prior information on the entire image, the accuracy of the image restoration method of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system can be improved. The image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention adds, as prior information, spatiotemporal information, that is, that a dynamic image has sparseness in the transformed frequency domain, and that pixels having the same characteristics in the microvascular system are highly correlated with the structural macrovascular system. and images of functional maps of the microvascular system can be restored.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 복원 장치(100)는 위 과정을 통해 획득한 데이터와 갱신된 전체 동적 영상이 일관성이 유지되는 방향으로 반복 수행함으로써, 종래 기술에 비해 극히 적은 데이터로 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 정보의 잡음을 제거하고 영상을 복원할 수 있다. The image restoration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention repeatedly performs the data acquired through the above process and the updated entire dynamic image in a direction in which consistency is maintained, so that the structural macrovascular system requires very little data compared to the prior art. It is possible to remove the noise of functional information of the microvascular system and restore the image.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명현상을 이용하여 대상으로부터 신호를 획득하는 과정을 나타낸 순서도이다.10 is a flowchart illustrating a process of acquiring a signal from an object using magnetic resonance according to an embodiment of the present invention.
단계 S201에서, 영상 복원 장치(100)는 대상으로부터 신호를 발생시키기 위하여 하나의 자기장을 고정시킨 채 다른 자기장을 전자기 펄스를 이용하여 조절함으로써 대상 내 스핀시스템을 여기(excitation) 시킨다. In step S201, the image restoration apparatus 100 excites the spin system in the object by adjusting the other magnetic field using electromagnetic pulses while fixing one magnetic field to generate a signal from the object.
단계 S202에서, 영상 복원 장치(100)는 다수의 경사자계 코일을 이용하여 자기장을 형성하고 발생된 신호를 시공간 영역(k,t-space)에서 데이터를 획득한다. In step S202, the image restoration apparatus 100 uses a plurality of gradient magnetic field coils to form a magnetic field and acquires the generated signal data in the space-time domain (k, t-space).
단계 S203에서, 영상 복원 장치(100)는 k-공간(k-space)의 저주파수를 높은 밀도로 샘플링하고, 고주파수를 낮은 밀도로 데이터를 다운 샘플링하는 가변 밀도 언더샘플링 형태로 데이터를 획득하고, 시간 방향으로 비 간섭성을 유지하도록 데이터를 임의의 샘플링 패턴으로 획득한다. 영상 복원 장치(100)는 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링을 수행하거나, 또는 임의의 언더 샘플링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 언더 샘플링은 방사형 혹은 나선형으로 수행될 수 있다. In step S203 , the image restoration apparatus 100 acquires data in the form of variable density undersampling in which a low frequency of k-space is sampled with high density, and data is downsampled at a high frequency with a low density, and time The data is acquired in a random sampling pattern so as to maintain non-coherence in the direction. The image restoration apparatus 100 may perform undersampling in a Cartesian lattice or may perform arbitrary undersampling. For example, undersampling may be performed radially or spirally.
도 11은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 구조적 거시 혈관계 결과를 비교한 도면이다.11 is a view comparing the structural macrovascular system results according to an embodiment of the present invention and the prior art.
본 발명에서는 영상복원 과정에 관련된 파라미터를 전체 혈관계에 같은 페널티(penalty)를 적용하지 않고 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정함으로써, 거시 혈관계의 구조적 영상에서는 신호 강도가 큰 빠른 거시 혈관계 혈류의 변화 정보 및 크기를 정보의 손실 없이 추출하고, 미세 혈관계에서는 비지도 패턴 분석을 통해 잡음이 제거된 시간방향의 기저 벡터와 그에 따른 기능적 지도를 추출할 수 있다. In the present invention, by adjusting the parameters related to the image restoration process differently based on the selection information of vascular polymorphism without applying the same penalty to the entire vascular system, information about rapid changes in blood flow in the macrovascular system with a large signal intensity in the structural image of the macrovascular system and size can be extracted without loss of information, and in the microvascular system, a basis vector in the time direction from which noise is removed and a functional map corresponding thereto can be extracted through unsupervised pattern analysis.
종래 기술(k-t FOCUSS, DCS)과 본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)를 통해 50배 적게 획득한 데이터로부터 복원한 구조적 거시 혈관계 영상과 에러 지도가 도 9에 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시예는 시간을 줄이기 위해 데이터를 50배만큼 적게 획득한 데이터로부터 구조적 거시 혈관계 영상을 성공적으로 재구성하고 있다. 종래 기술들(k-t FOCUSS, DCS)은 혈관계 신호의 잡음과 인공물을 억제하기 위해 강한 페널티(penalty)로 균일하게 적용하기 때문에 거시 혈관계 신호에 손실이 나타날 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)에서는 대혈관계에는 낮은 페널티(penalty)를 적용해 거시 혈관계 신호의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 미세혈관계의 기능적 지도는 비지도 패턴 분석방법을 결합하여 잡음을 줄이면서 동시에 영상의 재구성을 하지 않고 추출한다. 9 shows a structural macrovascular system image and an error map restored from data acquired 50 times less through the prior art (k-t FOCUSS, DCS) and an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors). An embodiment of the present invention is successfully reconstructing a structural macrovascular system image from data obtained by 50 times less data in order to save time. Since conventional techniques (k-t FOCUSS, DCS) apply uniformly with a strong penalty to suppress noise and artifacts of the vascular system signal, a loss may appear in the macrovascular system signal. However, in an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors), a low penalty may be applied to the macrovascular system to reduce the loss of macrovascular system signals. In addition, in one embodiment of the present invention, the functional map of the microvascular system is extracted without reconstructing the image while reducing noise by combining the unsupervised pattern analysis method.
도 11에 도시된 바와 같이, 종래 기술(k-t FOCUSS, DCS)의 경우 동맥 부분이 배경신호에 의해서 신호 손상이 있다. 신호 손상은 확대된 사각형 안 노란 화살표를 나타낸다. 도 11의 (e)와 같이, 본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)에서는 해당 동맥의 신호가 깨끗하게 복원되어 있음을 알 수 있다. 또한, 레퍼런스(reference)에 비하여 본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)의 에러 지도(Error Map)가 가장 작음을 알 수 있다. As shown in FIG. 11 , in the case of the prior art (k-t FOCUSS, DCS), the arterial portion has signal damage due to the background signal. Signal impairments are indicated by yellow arrows in enlarged squares. As shown in (e) of Figure 11, it can be seen that in an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors), the signal of the corresponding artery is clearly restored. In addition, it can be seen that the error map of the embodiment (macro & micro vascular priors) of the present invention is the smallest compared to the reference.
도 12는 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 미세 혈관계 기능적 지도를 나타낸 도면이다. 12 is a view showing a functional map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
종래 기술과 본 발명의 일 실시예를 통해 50배 적게 획득한 데이터로부터 재구성한 미세 혈관계의 기능적 지도가 도 10에 도시되어 있다. 추출된 미세 혈관계 기능적 지도는 W1: 높은 관류, W2: 중간 관류 (Hypoxic), W3: 괴사형 조직으로 구분될 수 있다. A functional map of the microvascular system reconstructed from data acquired 50 times less through the prior art and an embodiment of the present invention is shown in FIG. 10 . The extracted microvascular system functional map can be divided into W1: high perfusion, W2: moderate perfusion (Hypoxic), and W3: necrotic tissue.
도 12에 도시된 바와 같이, 종래 기술(k-t FOCUSS, DCS)은 레퍼런스(Reference)에 비하여 인공물 및 잡음의 증폭이 나타나는 반면에, 본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)는 레퍼런스(Reference)에 거의 유사한 미세 혈관계 기능적 지도를 보여준다. As shown in FIG. 12, while the prior art (k-t FOCUSS, DCS) exhibits amplification of artifacts and noise compared to the reference, an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors) is a reference (Reference) ) shows a functional map of the microvasculature almost similar to that of
도 13은 본 발명의 일 실시예와 종래 기술에 따른 미세 혈관계의 관류 및 투과성 지도를 나타낸 도면이다. 13 is a view showing the perfusion and permeability map of the microvascular system according to an embodiment of the present invention and the prior art.
미세혈관계의 관류 및 투과성 지도를 정확히 측정하기 위해서는 고해상도의 대혈관계 신호와 수학적 모델링이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에서는 정보의 손실이 없는 고해상도 대혈관계 신호와 미세혈관 신호를 측정할 수 있기 때문에, 종래 기술에 비해 정확한 미세 혈관계 관류 및 투과성 지도의 추출이 가능하다. In order to accurately measure microvascular perfusion and permeability maps, high-resolution macrovascular signals and mathematical modeling are required. In an embodiment of the present invention, since high-resolution macrovascular signals and microvascular signals can be measured without loss of information, it is possible to extract microvascular system perfusion and permeability maps more accurately than in the prior art.
도 13에는 미세 혈관계 관류 및 투과성 지도에 대한 레퍼런스(Reference)가 도시되어 있다. 13 shows a reference for a microvascular system perfusion and permeability map.
본 발명의 일 실시예(macro & micro vascular priors)에 따른 미세 혈관계의 관류 및 투과성 지도는 종래 기술(DCS, k-t FOCUSS)에 비해 레퍼런스(Reference)에 거의 유사하게 추출되는 것을 알 수 있다. It can be seen that the perfusion and permeability maps of the microvascular system according to an embodiment of the present invention (macro & micro vascular priors) are extracted almost similarly to the reference compared to the prior art (DCS, k-t FOCUSS).
한편, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 방법을 실행하게 하는 명령어들을 저장하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은: 시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계; 및 상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는 단계를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체가 제공될 수 있다. Meanwhile, a non-transitory computer-readable storage medium for storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to execute a method, the method comprising: acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region; separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and reconstructing a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system from the magnetic resonance image data. A non-transitory computer-readable storage medium may be provided.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체(machine-readable storage media)에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 기기는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시예들에 따른 전자 장치(예: 전자 장치(A))를 포함할 수 있다. 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are implemented as software including instructions stored in a machine-readable storage media readable by a machine (eg, a computer). can be The device is a device capable of calling a stored command from a storage medium and operating according to the called command, and may include an electronic device (eg, the electronic device A) according to the disclosed embodiments. When the instruction is executed by the processor, the processor may perform a function corresponding to the instruction by using other components directly or under the control of the processor. Instructions may include code generated or executed by a compiler or interpreter. The device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium. Here, 'non-transitory' means that the storage medium does not include a signal and is tangible, and does not distinguish that data is semi-permanently or temporarily stored in the storage medium.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 온라인으로 배포될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the methods according to the various embodiments described above may be provided by being included in a computer program product. Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities. The computer program product may be distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg, compact disc read only memory (CD-ROM)) or online through an application store (eg, Play Store™). In the case of online distribution, at least a portion of the computer program product may be temporarily stored or temporarily generated in a storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the various embodiments described above are stored in a recording medium readable by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof. can be implemented in In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to the software implementation, embodiments such as the procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the software modules may perform one or more functions and operations described herein.
한편, 상술한 다양한 실시예들에 따른 기기의 프로세싱 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시예에 따른 기기에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.Meanwhile, computer instructions for performing the processing operation of the device according to the above-described various embodiments may be stored in a non-transitory computer-readable medium. The computer instructions stored in the non-transitory computer-readable medium, when executed by the processor of the specific device, cause the specific device to perform the processing operation in the device according to the various embodiments described above. The non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, not a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, etc., and can be read by a device. Specific examples of the non-transitory computer-readable medium may include a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.
또한, 상술한 다양한 실시예들에 따른 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램) 각각은 단수 또는 복수의 개체로 구성될 수 있으며, 전술한 해당 서브 구성 요소들 중 일부 서브 구성 요소가 생략되거나, 또는 다른 서브 구성 요소가 다양한 실시예에 더 포함될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 일부 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 개체로 통합되어, 통합되기 이전의 각각의 해당 구성 요소에 의해 수행되는 기능을 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따른, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 적어도 일부 동작이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.In addition, each of the components (eg, a module or a program) according to the above-described various embodiments may be composed of a single or a plurality of entities, and some sub-components of the above-described corresponding sub-components may be omitted, or other Sub-components may be further included in various embodiments. Alternatively or additionally, some components (eg, a module or a program) may be integrated into a single entity to perform the same or similar functions performed by each corresponding component prior to integration. According to various embodiments, operations performed by a module, program, or other component are sequentially, parallel, repetitively or heuristically executed, or at least some operations are executed in a different order, are omitted, or other operations are added. can be
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is commonly used in the technical field pertaining to the present disclosure without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications are possible by those having the knowledge of, of course, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.

Claims (20)

  1. 영상 복원 장치에 의해 수행되는 영상 복원 방법에 있어서, In the image restoration method performed by the image restoration apparatus,
    시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계; acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region;
    상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계; 및 separating the macrovascular system and the microvascular system from the acquired magnetic resonance image data based on the signal intensity in the time domain; and
    상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는 단계를 포함하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. An image restoration method of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the polymorphism selection report of the vascular system, comprising the step of restoring a functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계는, The acquiring of the magnetic resonance image data includes:
    단일 조영제 투입을 통한 단일 조영증강 데이터로부터 자기공명영상 데이터를 획득하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. An image restoration method of functional maps of structural macrovascular system and microvascular system using vascular polymorphism selection report, which acquires magnetic resonance image data from single contrast enhancement data through single contrast agent injection.
  3. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계는, The acquiring of the magnetic resonance image data includes:
    시공간 인코딩 영역에서 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링 또는 임의의 언더 샘플링 방식을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. An image restoration method of functional maps of structural macrovascular systems and microvascular systems using vasculature polymorphism selection information, which acquires magnetic resonance image data using either undersampling in a Cartesian grid or an arbitrary undersampling method in the spatio-temporal encoding domain.
  4. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는 단계는, Separating the macrovascular system from the microvascular system comprises:
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 정적배경 영상 데이터가 억제된 자기공명영상 데이터로부터 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. Image restoration method of structural macrovascular system and functional map of microvascular system using vascular polymorphism selection report, which separates the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data .
  5. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는 단계는, Separating the macrovascular system from the microvascular system comprises:
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 프레임 주변 시간의 기설정된 주파수 대역에 대한 고주파수 데이터를 공유하여 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. Functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the vascular polymorphism selection report, which separates the macrovascular system and the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired magnetic resonance image data video restoration method.
  6. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는 단계는, Separating the macrovascular system from the microvascular system comprises:
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역 필터 함수를 이용하여 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. Structural macrovascular system and microvascular system using a vascular polymorphism selection report that separates the macrovascular system and the microvascular system using a band filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data. How to restore the image of the map.
  7. 제6항에 있어서,7. The method of claim 6,
    상기 대역 필터 함수는, The band filter function is
    복수 단층의 영상 또는 복수 환자의 영상을 이용하여 정의되는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. An image restoration method of a functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using a polymorphism selection report of the vascular system, defined using multiple tomographic images or images of multiple patients.
  8. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는 단계는, Separating the macrovascular system and the microvascular system comprises:
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penality)의 가중치를 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정하여 각 혈관계에 적용하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. Structural macrovascular system and microvascular system using the vascular polymorphism selection report, in which the weight of the penalty of the parameter related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system is adjusted differently based on the vascular polymorphism selection information and applied to each vascular system. Image restoration method of functional map of
  9. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 복원하는 단계는, The restoration step is
    상기 혈관계 다형성 선정보와 상기 자기공명영상 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용한 미세 혈관계의 비지도 패턴 분석법을 결합하여 상기 구조적 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. By combining the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the vascular system polymorphism selection report and the magnetic resonance imaging data as prior information, the structural macrovascular system and the functional map of the microvascular system are restored using the vascular polymorphism selection information. Image reconstruction method of functional maps of structural macrovascular and microvascular systems.
  10. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 복원하는 단계는, The restoration step is
    주성분 분석, 독립 성분 분석 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석을 이용하여 상기 구조적 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 방법. Structural macrovascular system and microvascular system using vascular polymorphism selection report to restore functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system using any one of unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition. Image restoration method of functional map.
  11. 하나 이상의 프로그램을 저장하는 메모리; 및 a memory storing one or more programs; and
    상기 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고, a processor executing the stored one or more programs;
    상기 프로세서는, The processor is
    시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하고, Obtaining magnetic resonance image data in the space-time encoding region,
    상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하고, Separating the macrovascular system and the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the acquired magnetic resonance image data,
    상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. An image restoration apparatus of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the polymorphism selection report of the vascular system, which restores the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data.
  12. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    단일 조영제 투입을 통한 단일 조영증강 데이터로부터 자기공명영상 데이터를 획득하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. An image restoration device for functional maps of structural macrovascular systems and microvascular systems using vascular polymorphism selection information that acquires magnetic resonance imaging data from single contrast enhancement data through single contrast agent injection.
  13. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    시공간 인코딩 영역에서 카르테시안 격자에서의 언더 샘플링 또는 임의의 언더 샘플링 방식을 이용하여 자기공명영상 데이터를 획득하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. An image restoration apparatus for functional maps of structural macrovascular systems and microvascular systems using vasculature polymorphism selection information, which acquires magnetic resonance image data using either undersampling in a Cartesian grid or an arbitrary undersampling method in the spatio-temporal encoding domain.
  14. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 정적배경 영상 데이터가 억제된 자기공명영상 데이터로부터 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. Image restoration apparatus of the functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system using the vascular polymorphism selection report, which separates the macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance image data in which the static background image data is suppressed in the acquired magnetic resonance image data .
  15. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 프레임 주변 시간의 기설정된 주파수 대역에 대한 고주파수 데이터를 공유하여 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. Functional map of structural macrovascular system and microvascular system using vasculature polymorphism selection report, which separates the macrovascular system and the microvascular system by sharing high-frequency data for a preset frequency band of time around each frame in the acquired magnetic resonance image data video restoration device.
  16. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    상기 획득된 자기공명영상 데이터에서 각 픽셀의 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 대역 필터 함수를 이용하여 상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계를 분리하고, Separating the macrovascular system and the microvascular system using a band-pass filter function based on the signal intensity of the time domain of each pixel in the acquired magnetic resonance image data,
    상기 대역 필터 함수는, 복수 단층의 영상 또는 복수 환자의 영상을 이용하여 정의되는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. The band filter function is an image restoration apparatus of a functional map of a structural macrovascular system and a microvascular system using vascular polymorphism selection information, which is defined using multiple tomographic images or images of multiple patients.
  17. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    상기 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계에 적용될 영상 복원과 관련된 파라미터의 페널티(penality)의 가중치를 혈관계 다형성 선정보에 기반하여 다르게 조정하여 각 혈관계에 적용하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. Structural macrovascular system and microvascular system using the vascular polymorphism selection report, in which the weight of the penalty of the parameters related to image restoration to be applied to the macrovascular system and the microvascular system is adjusted differently based on the vascular polymorphism selection information and applied to each vascular system. Image restoration device of functional map of
  18. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    상기 혈관계 다형성 선정보와 상기 자기공명영상 데이터의 위상정보를 사전정보로 이용한 미세 혈관계의 비지도 패턴 분석법을 결합하여 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. Structural macroscopic using vascular polymorphism selection information to restore the structural macrovascular system and functional map of the microvascular system by combining the unsupervised pattern analysis method of the microvascular system using the phase information of the vascular system polymorphism selection report and the magnetic resonance imaging data as prior information. Image restoration device of functional maps of vasculature and microvasculature.
  19. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11,
    상기 프로세서는, The processor is
    주성분 분석, 독립 성분 분석 및 비음수 행렬 분해 중에서 어느 하나의 비지도 패턴 분석을 이용하여 상기 구조적 거시 혈관계와 상기 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는, 혈관계 다형성 선정보를 이용한 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도의 영상 복원 장치. Structural macrovascular system and microvascular system using vascular polymorphism selection report to restore functional maps of the structural macrovascular system and the microvascular system using any one of unsupervised pattern analysis among principal component analysis, independent component analysis, and non-negative matrix decomposition. Image restoration device of functional map.
  20. 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서로 하여금 방법을 실행하게 하는 명령어들을 저장하기 위한 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 방법은: A non-transitory computer-readable storage medium for storing instructions that, when executed by a processor, cause the processor to execute a method, the method comprising:
    시공간 인코딩 영역에서 자기공명영상 데이터를 획득하는 단계; acquiring magnetic resonance image data in a space-time encoding region;
    상기 획득된 자기공명영상 데이터로부터 시간 도메인의 신호 강도에 기반하여 거시 혈관계와 미세 혈관계를 분리하는 단계; 및 separating the macrovascular system from the microvascular system based on the signal intensity in the time domain from the acquired magnetic resonance image data; and
    상기 자기공명영상 데이터로부터 구조적 거시 혈관계와 미세 혈관계의 기능적 지도를 복원하는 단계를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.and reconstructing a functional map of the structural macrovascular system and the microvascular system from the magnetic resonance imaging data.
PCT/KR2021/017745 2020-12-16 2021-11-29 Method and device for image restoration of functional map for structural macrovasculature and microvasculature by using vasculature polymorphism pre-information WO2022131616A1 (en)

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