WO2023038358A1 - Mri 영상 및 oct 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법 - Google Patents

Mri 영상 및 oct 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법 Download PDF

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WO2023038358A1
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김용찬
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가톨릭대학교 산학협력단
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating an optic nerve pathway using a splicing of an MRI image and an OCT image, and more particularly, an MRI image and an OCT image for 3D modeling the eyeball and the optic nerve pathway after splicing a corrected OCT image to an MRI image.
  • a method for generating an optic nerve pathway using the splicing of is a method for generating an optic nerve pathway using the splicing of.
  • ophthalmologic diseases that affect the optic nerve, and glaucoma a typical disease, is a disease that causes damage to the optic nerve and characteristic visual field disorders due to various risk factors including increased intraocular pressure. It leaves a visual field defect. Therefore, it is important to diagnose and treat various changes related to glaucoma early.
  • intraocular pressure is within the normal range, unlike glaucoma cases with high intraocular pressure or other ocular diseases, there is a high probability of missing an early diagnosis.
  • Optical coherence tomography OCT
  • scanning laser polarimetry quantify the thickness of the retinal nerve fiber layer reflected from the retina-vitreous interface, and the thickness of each quadrant of the upper, lower, nasal, and otic sides and 12 It is an instrument for measuring the thickness of each section in clock hours and the overall average thickness.
  • OCT optical coherence tomography
  • scanning laser polarimetry quantify the thickness of the retinal nerve fiber layer reflected from the retina-vitreous interface, and the thickness of each quadrant of the upper, lower, nasal, and otic sides and 12 It is an instrument for measuring the thickness of each section in clock hours and the overall average thickness.
  • the retinal nerve fiber layer measured using optical coherence tomography and scanning laser polarization is thinned in the area consistent with the visual field defect, so measurement of the retinal nerve fiber layer thickness using optical coherence tomography is an early diagnosis of glaucoma. is known to help.
  • the diagnosis of glaucoma using OCT and scanning laser polarimetry is made by comparing the measured thickness of the retinal nerve fiber layer with that of a normal person.
  • the thickness of the retinal nerve fiber layer in normal people differs from thick to thin in each part, and the average thickness of normal people varies greatly by part, the sensitivity and specificity of diagnosis in the case of early glaucoma are poor. There is a problem with not being able to.
  • Patent Document 1 Patent Registration No. 10-2045620 (January 11, 2019)
  • Patent Document 2 Patent Registration No. 10-1095302 (2011.12.12.)
  • An object of the present invention to solve the above problem is to attach a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball to a low-resolution MRI head image capable of photographing the eyeball and optic nerve, and then 3-dimensionally model the eyeball and optic nerve pathway MRI image and OCT image.
  • a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball to a low-resolution MRI head image capable of photographing the eyeball and optic nerve, and then 3-dimensionally model the eyeball and optic nerve pathway MRI image and OCT image.
  • the configuration of the present invention for achieving the above object is (a) a first MRI having an eyeball of the largest size among a plurality of first MRI head images and a plurality of second MRI head images sliced in the XY plane and the XZ plane, respectively selecting a head image and a second MRI head image; (b) obtaining a center of a pair of ASCOs, which is one of a center and a diameter of an inscribed circle inscribed in an eyeball and a center of an optic nerve measurement point, in the first MRI head image and the second MRI head image; (c) obtaining an OCT cross-sectional image of the eyeball along a central line in the OCT eyeball image; (d) correcting distortion of the OCT cross-sectional image by applying the OCT cross-sectional image to a simplified eye model; (e) bonding the corrected OCT ocular sectional images to the centers of the pair of ASCOs; (f) forming an eye model by 3D modeling based on the eye shapes of the
  • the step (a) may include: (a1) capturing the head and acquiring the plurality of first MRI head images sliced in the XY plane; (a2) capturing the head and acquiring the plurality of second MRI head images sliced in the XZ plane; (a3) selecting a first MRI head image having the largest eyeball from among the plurality of first MRI head images; (a4) selecting a second MRI head image having an eyeball of the maximum size from the plurality of second MRI head images, wherein the plurality of first MRI head images and the plurality of second MRI head images are selected; may be characterized in that the eyeball is a photographed image.
  • the step (b) may include (b1) selecting an MRI head image having a larger inscribed circle inscribed with the eye from among the first MRI head image and the second MRI head image having the largest eyeball. doing; and (b2) acquiring the center of the inscribed circle, the diameter of the inscribed circle, the pair of ASCOs, and the center of the pair of ASCOs from the MRI head image in which the inscribed circle is larger.
  • the step (c) may include: (c1) acquiring an OCT eye image by photographing the eyeball; (c2) generating the center line passing through the center of the optic nerve head of the eye by an OCT program; (c3) obtaining an OCT cross-sectional image along the center line from the OCT eye image, wherein the OCT eye cross-sectional image assumes the center of Bruch's Membrane Opening (BMO) as the center of the optic nerve. It may be characterized as a scan image.
  • step (d) may include: (d1) applying the OCT cross-sectional image of the eyeball to a simplified eyeball model; (d2) obtaining a nodal length (NL) using an axial length measured in an MRI head image having a larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image; (d3) obtaining a relative nodal length using the nodal length; (d4) obtaining a refraction half angle using the relative nodal length; and (d5) correcting distortion of the OCT cross-sectional image using the refraction half-angle, wherein the corrected OCT cross-sectional image has a predetermined curvature.
  • the step (e) may include (e1) forming an inscribed circle in the XY plane based on the center of the inscribed circle in the MRI head image having the larger inscribed circle; (e2) forming a first connection line connecting the center of the inscribed circle formed on the XY plane and the center of the pair of ASCOs; (e3) forming an inscribed circle on the XZ plane to include the first connection line; and (e4) bonding the corrected OCT cross-sectional image of the eye to an intersection point where an inscribed circle formed on the XY plane, an inscribed circle formed on the XZ plane, and the first connection line intersect. It can be characterized as being the center of the ASCO of
  • the step (f) may include (f1) the center of the eyeball and the iris in the MRI head image having a larger inscribed circle inscribed with the eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image. forming a line of sight reference line connecting centers; (f2) forming a plurality of first reference planes perpendicular to the line of sight; (f3) forming a plurality of first ellipses on the plurality of first reference surfaces spaced apart from each other; (f4) forming an ocular surface surrounding the plurality of first ellipses; (f5) forming a BMO having a thickness of 0.004 mm from the inner surface of the eyeball; (f6) sequentially forming a choroid and a sclera having a predetermined thickness from the outer surface of the eyeball; and (f7) forming the 3D modeled eyeball model.
  • the step of 3-dimensional modeling the ASCO model on the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball may be characterized in that it further comprises.
  • the 3D modeling of the ASCO model in the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball comprises forming a line segment for distinguishing BMO and choroid opening (ASCO) in the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • ASCO BMO and choroid opening
  • 3-dimensionally modeling the ASCO model by connecting the vertical plane through which the central portion penetrated and the line segment of the ASCO; It may be characterized by including.
  • the step (g) may include (g1) acquiring a central point of an optic nerve root based on the first MRI head image and the second MRI head image; (g2) forming a second connection line connecting the pair of ASCOs and the central point of the optic nerve root; (g3) forming a plurality of second reference planes dividing the second connection line into 5 equal parts; (g4) forming a plurality of second ellipses on the plurality of second reference planes using the first MRI head image and the second MRI head image; (g5) forming reference lines connecting centers of the plurality of second ellipses; (g6) forming the optic nerve pathway surrounding the plurality of second ellipses; (g7) extending the end of the optic nerve pathway to the sclera; (g8) forming the inside of the optic nerve pathway by reflecting the predetermined thickness of the optic nerve pathway; and (g9) forming the three-dimensionally modeled optic nerve model.
  • the effect of the present invention according to the configuration as described above is to 3-dimensionally model the eyeball and the optic nerve pathway after bonding the corrected OCT eyeball cross-section image to the low-resolution MRI head image capable of imaging the eyeball and optic nerve, and the 3D modeled eyeball model. And it is possible to predict the possibility of myopia and glaucoma after confirming the deformed state of the individual eyeball and optic nerve through the optic nerve model.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for generating an optic nerve pathway using splicing of an MRI image and an OCT image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a plurality of MRI head images sliced in an XY plane and an XZ plane in a 3D space.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first MRI head image sliced in an XY plane.
  • FIG. 4 is a diagram showing a second MRI head image sliced in the XZ plane.
  • 5(a) is a diagram showing a first MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of first MRI head images sliced in an XY plane.
  • 5(b) is a diagram showing a second MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of second MRI head images sliced in the XZ plane.
  • FIG. 6 (a) and (b) are conceptual diagrams showing elements constituting the eyeball and the optic nerve and measurement points of the optic nerve.
  • FIG. 8 is a diagram showing the result of analyzing the elements constituting the eyeball and the optic nerve.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an OCT eyeball image.
  • FIG. 10 is a view showing an OCT cross-sectional image of the eyeball taken along a central line in the OCT cross-sectional image of the eyeball of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a view showing an OCT ocular cross-sectional image taken along a central line in FIG. 9 .
  • FIG. 12 is a diagram illustrating fabrication of a high-resolution model in the OCT observation area by stacking OCT eyeball cross-sectional images in an MRI coordinate system.
  • FIG. 13 is a diagram exemplarily illustrating a high-resolution form obtained by photographing an OCT observation area with OCT.
  • FIG. 14 is a diagram exemplarily illustrating modeling of an OCT shadow region using MRI.
  • FIG. 16 (A), (B), and (C) are diagrams illustrating a process of arranging and aligning OCT cross-sectional images of the eye in the process of correcting distortion of the OCT cross-sectional images of the eyeball.
  • FIG. 17 (A), (B), (C), and (D) are diagrams illustrating points used for modeling in a process of correcting distortion of an OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • FIGS. 18(a) and (b) are diagrams illustrating that an inscribed circle and an intersection point of an eye are formed in an MRI head image having a larger eyeball among a first MRI head image and a second MRI head image.
  • 19 is a diagram illustrating a process of obtaining intersection points for splicing corrected OCT cross-sectional images of the eyeball.
  • 21(a) is a diagram illustrating acquisition of the coordinates of the center point of the optic nerve and the junction of the optic nerve head.
  • 21(b) is a diagram illustrating a process of bonding corrected OCT cross-sectional images of the eyeball.
  • FIG. 22 (a), (b), and (c) are diagrams illustrating a process of attaching a corrected OCT cross-sectional eyeball image to an MRI head image.
  • 23(a) and (b) are diagrams showing the splicing of the corrected OCT cross-sectional eyeball image to the MRI head image having the larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image.
  • 24(a) and (b) are diagrams showing that a plurality of inscribed circles are formed in an MRI head image having a larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image.
  • FIG. 25 (a) and (b) are diagrams illustrating a process of forming an ASCO on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • 26(a) and (b) are diagrams illustrating a process of forming a lamina crabrosa on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an angle between the images shown in FIG. 20 (a).
  • FIG. 28 is a diagram illustrating formation of BMO, choroid opening, and ASCO on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • 29 to 30 are diagrams illustrating 3D modeling of an eyeball model in an MRI head image having a larger eyeball among a first MRI head image and a second MRI head image.
  • FIG. 31 (a) and (b) are diagrams illustrating a process of 3-dimensional modeling of the optic nerve model.
  • 33 is a diagram showing an eyeball model and an optic nerve model.
  • 35 is a cross-sectional perspective view showing the optic nerve model.
  • a most preferred embodiment according to the present invention is: (a) a first MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of first MRI head images and a plurality of second MRI head images sliced in the XY plane and the XZ plane, respectively; and selecting a second MRI head image; (b) obtaining a center of a pair of ASCOs, which is one of a center and a diameter of an inscribed circle inscribed in an eyeball and a center of an optic nerve measurement point, in the first MRI head image and the second MRI head image; (c) obtaining an OCT cross-sectional image of the eyeball along a central line in the OCT eyeball image; (d) correcting distortion of the OCT cross-sectional image by applying the OCT cross-sectional image to a simplified eye model; (e) bonding the corrected OCT ocular sectional images to the centers of the pair of ASCOs; (f) forming an eye model by 3D modeling based on the eye shapes of the first MRI
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for generating an optic nerve pathway using splicing of an MRI image and an OCT image according to an embodiment of the present invention.
  • a method for generating an optic nerve path using splicing of an MRI image and an OCT image includes (a) a plurality of first MRI head images sliced into an XY plane and an XZ plane, respectively, and a plurality of Selecting a first MRI head image and a second MRI head image having the largest eyeball among second MRI head images of the patient (S100); Acquiring the center of a pair of ASCOs, which are one of the centers, diameters, and optic nerve measurement points of tangent inscribed circles (S200); d) applying the OCT cross-sectional image to the simplified eye model to correct distortion of the OCT cross-sectional image (S400), (e) bonding the corrected OCT cross-sectional image to the center of a pair of ASCOs (S500) , (f) forming an eye model by 3D modeling based on the eye shapes of the first MRI head image and the second MRI head image (S600), and (g)
  • FIG. 2 is a diagram showing a plurality of MRI head images sliced in an XY plane and an XZ plane in a 3D space.
  • Step (a) includes: (a1) capturing a head and acquiring a plurality of first MRI head images sliced in an XY plane; (a2) capturing a head and acquiring a plurality of second MRI head images sliced in an XZ plane; (a3) selecting a first MRI head image having an eyeball of the largest size from among a plurality of first MRI head images, (a4) a first MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of second MRI head images. 2 selecting an MRI head image.
  • the plurality of first MRI head images and the plurality of second MRI head images are always captured images including the eyeball.
  • a magnetic resonance imaging (MRI) image of the patient's head is taken and a plurality of first MRI head images sliced in the XY plane and XZ A plurality of second MRI head images sliced in a plane are acquired.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the number of first MRI head images sliced in the XY plane is 23, and the number of second MRI head images sliced in the XZ plane is 25, but is not limited thereto.
  • the plurality of first MRI head images sliced in the XY plane and the plurality of second MRI head images sliced in the XZ plane are images in which a plurality of MRI Dicoms are implemented in a 3D space through a 3D modeling program. As shown in 2.
  • 3 is a diagram showing a first MRI head image sliced in an XY plane.
  • 4 is a diagram showing a second MRI head image sliced in the XZ plane.
  • 5(a) is a diagram showing a first MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of first MRI head images sliced in an XY plane.
  • 5(b) is a diagram showing a second MRI head image having an eyeball of the largest size among a plurality of second MRI head images sliced in the XZ plane.
  • step (a3) the first MRI head image having the largest eyeball is selected from among the plurality of first MRI head images, and the selected first MRI head image is shown in (a) of FIG.
  • a plurality of first MRI head images for this are captured to be sliced in the XY plane as shown in FIG. 3 .
  • step (a4) a second MRI image having the largest eyeball is selected from a plurality of second MRI head images, and the selected second MRI head image is shown in FIG. 5(b).
  • a plurality of second MRI head images for this purpose are captured to be sliced in the XZ plane as shown in FIG. 4 .
  • 6 (a) and (b) are conceptual diagrams showing elements constituting the eyeball and the optic nerve and measurement points of the optic nerve.
  • 7 (a) and (b) are conceptual diagrams showing optic nerve measurement points.
  • 8 is a diagram showing the result of analyzing the elements constituting the eyeball and the optic nerve.
  • Step (b) includes (b1) selecting an MRI head image having a larger inscribed circle inscribed with the eye from among the first MRI head image and the second MRI head image having the largest eyeball, and (b2) selecting an MRI head image having a larger inscribed circle. and acquiring a center of an inscribed circle, a diameter of an inscribed circle, a pair of ASCOs, and a center of a pair of ASCOs in a large MRI head image.
  • step (b1) a first inscribed circle C1 and a second inscribed circle C2 inscribed with each eye among the first MRI head image and the second MRI head image shown in (a) and (b) of FIG. 5 are obtained. and the third inscribed circle (C3), the MIR head image having the larger inscribed circle is selected, and in the present invention, the third inscribed circle (C3) is determined to be the largest, and the second MRI head image is selected.
  • the eye near the optic nerve head includes the retina, sclera, lamina cribrosa, and the optic nerve ( Dura) and Pia.
  • the optic nerve measurement points are RP (Retinal Peak) (1), BMO (Bruch's Membrane Opening (2), ASCO (Anterior Scleral Canal Opening) (3), PSCO (Posterior Scleral Canal Opening) (4), ASAS (Anterior-most aspect of the SubArachnoid Space) (5), DP (Dura Path) ( 6), ONP (Optical Nerve Path) (7), optic nerve joint (Dura Joint) (8), and LC (Lamina Cribrosa).
  • RP Retinal Peak (1) is indicated in red and is an arbitrary point set for the convenience of model production. Retina for the convenience of model production on OCT is set on the protrusion of (set in the OCT).
  • BMO Brunch's Membrane Opening
  • ASCO anterior Scleral Canal Opening (3) is displayed in green, set at both ends of the outer canal of the choroid on OCT, and MRI It is set (set in MRI, OCT) at both ends of the canal on the inner side of the sclera on the image.
  • ASCO anterior Scleral Canal Opening
  • ASCO is a criterion for matching the ASCO set in the second MRI head image with the ASCO set in the corrected OCT eye section image when attaching the corrected OCT eye section image to the second MRI head image. (the criterion connecting the OCT and MRI measurement points).
  • PSCO Posterior Scleral Canal Opening
  • the PSCO (4) is set on the outer surface of the sclera by moving the ASCO (3) in the thickness direction of the sclera.
  • ASAS anterior-most aspect of the SubArachnoid Space
  • ASAS anterior-most aspect of the SubArachnoid Space
  • (5) is displayed in purple, and the thin sclera around the canal opening begins to thicken. It is set at the end of the scleral fiber ring, which is the point where it is located, and is identified on MRI, but in some cases it is not clearly distinguished.
  • ASAS (5) is set to the same point as the optic nerve pathway (Dura Path).
  • the optic nerve path (DP, Dura Path) 6 is indicated in blue, and is an arbitrary point set for the convenience of model production, and the sclera for the convenience of model production.
  • Sclera It is the intersection of the extension of the outer surface and the inner surface of the optic nerve (Dura).
  • the optic nerve pathway (DP, Dura Path) 6 is set at the connection point between the optic nerve (Dura) and the sclera (Sclera) on the MRI, and if not clearly distinguished, the ASAS (5) is set as the corresponding point.
  • ONP (Optical Nerve Path) 7 is displayed in blue, and is an arbitrary point set for the convenience of model production, and is set on the path of the optic nerve.
  • ONP Optical Nerve Path
  • the ONP Optical Nerve Path
  • the ONP may be omitted in some cases.
  • the optic nerve joint (Dura Joint) 8 is indicated in orange, and is an outline where the optic nerve (Dura) and the sclera (Sclera) meet.
  • the LC (Lamina Cribrosa) is a line representing the lamina cribrosa seen on the OCT, and is bonded to the MRI and compared.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an OCT eyeball image.
  • FIG. 10 is a view showing an OCT cross-sectional image of the eyeball taken along a central line in the OCT cross-sectional image of the eyeball of FIG. 9 .
  • FIG. 11 is a view showing an OCT ocular cross-sectional image taken along a central line in FIG. 9 .
  • the step (c) includes: (c1) acquiring an OCT eye image by photographing the eyeball; and (c2) a central line passing through the center of the optic nerve head of the eyeball by the OCT program. and (c3) acquiring an OCT cross-sectional image of the eyeball along a central line in the OCT eyeball image.
  • step (c1) as shown in FIG. 9, an OCT eye image is obtained by photographing the eyeball.
  • step (c2) the OCT eyeball image captured as shown in FIG. 10 is applied to the OCT program, and as shown in FIG. 9, the optic nerve head region (S1 ), the center of the eye (CP) and the center line (CL) are indicated.
  • step (c3) OCT cross-sectional images of the eyeball as shown in the lower portion of FIG. 10 and FIG. 11 are acquired along the center line CL from the OCT eyeball images shown in FIGS. 9 and 10 .
  • the OCT eye cross-sectional image is an OCT B-scan image in which the center of BMO (Bruch's Membrane Opening) is assumed to be the center of the optic nerve.
  • BMO Brunch's Membrane Opening
  • the OCT eyeball cross-sectional image is a raw data image, and uses a 1:1 scale image.
  • the center line (CL) is determined using the OCT program standard (green cross standard).
  • the image accumulation of the OCT eyeball cross-section image is 12 mm wide, 9 mm long, and 2.54 mm deep, and the raw data image is 12 mm wide and 2.54 mm deep.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating fabrication of a high-resolution model in the OCT observation area by stacking OCT eyeball cross-sectional images in an MRI coordinate system.
  • 13 is a diagram exemplarily illustrating a high-resolution form obtained by photographing an OCT observation area with OCT.
  • 14 is a diagram exemplarily illustrating modeling of an OCT shadow region using MRI.
  • the OCT B-Scan images can be stacked in the MRI coordinate system as shown in FIG. 12 and used to produce a high-resolution model in the OCT observation area.
  • FIGS. 13 and 14 exemplarily show that the OCT dark region is modeled using MRI.
  • the step (d) includes: (d1) applying the OCT eye cross-sectional image to the simplified eye model; (d2) the first MRI head image having the largest eye and the second MRI head image having the larger eye size. Obtaining a nodal length (NL) based on the axial length measured in the MRI head image, (d3) obtaining a relative nodal length using the nodal length, (d4) refraction using the relative nodal length A step of obtaining a half angle and (d5) a step of correcting distortion of the OCT ocular cross-sectional image using the refractive half angle.
  • step (d2) after measuring the axial length in the second MRI head image shown in (b) of FIG. 5 using a simplified eyeball model, the following [Equation 1] ] to obtain the nodal length (NL).
  • Nodal length axial length / refractive index of the anterior segment
  • step (d3) the relative nodal length is obtained by reflecting the nodal length in [Equation 2] below.
  • Relative nodal length nodal length cos(Asin(height of B-scan image/nodal length))
  • the refraction half angle is obtained by reflecting the relative nodal length in [Equation 3] below.
  • Refraction half angle Asin(0.5 image width/relative nodal length)
  • step (d5) a corrected half-angle of refraction reflecting the half-angle of refraction in [Equation 4] is reflected on the OCT cross-sectional image of the eyeball to obtain a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • 16(A), (B), and (C) are diagrams illustrating a process of arranging and aligning OCT cross-sectional images of the eyeball in the process of correcting distortion of the cross-sectional OCT images of the eyeball.
  • 17 (A), (B), (C), and (D) are diagrams illustrating points used for modeling in a process of correcting distortion of an OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • the gaze direction axis is set by connecting the anterior apex (red point) and the posterior apex (yellow point) of the eyeball in the axial image and the sagittal image in which the lens of the eye is the largest in the MRI image.
  • a point advanced by the focal distance (dark yellow line) along the gaze direction from the intersection (pink point) of the gaze direction axis and the back of the eyeball is set as the Nodal Point (dark blue point), and then the Nodal Point (Nodal Point) ), Nodal Circle (dark blue circle) and ASCO (light green dot) are designated and used for correction later.
  • the OCT B-Scan is corrected as shown in FIG. 16(B).
  • a nodal point, a nodal circle, and a focal length are used for correction.
  • the OCT image was adjusted to 40% transparency to make it easy to check the degree of concordance.
  • the choroid-scleral boundary (orange line) designated by OCT is smoothly connected to the sclera boundary (pink curve) on MRI (orange circle), and the position of the ASCO is almost coincident.
  • the gaze direction axis can also be seen passing the macula.
  • the size of the OCT was assumed to maintain the size of the front of the OCT image at 12 mm (light green arrow).
  • draw reference lines connecting the center of the OCT and the Nodal Point on the Horizontal OCT and Vertical OCT respectively (dark yellow and gray lines, respectively).
  • each reference line is 0.35mm, which is the same as the OCT acquisition interval in the OCT Merging Circle.
  • the optic nerve head is reconstructed (brown arrow) with an area of 3.1 X 3.1 mm 2 (a total of 18 sheets, each of 9 Vertical OCT and Horizontal OCT).
  • 17(A) shows two types of points (BMO(2): yellow point, ASCO(3): light green point) designated in the OCT image.
  • A-Scan passes through a common pivot point and scans in a fan shape along the curved surface of the back of the eyeball, but a rectangular flat format is used to display them. This type of difference makes the OCT B-Scan image flatter than it actually is when observing the posterior part of the eyeball.
  • OCT B-Scan when OCT B-Scan is combined with MRI image, it is necessary to correct the OCT B-Scan image that is flatly distorted.
  • a line segment connecting the anterior apex of the eye (red point) and the posterior apex of the lens (light blue point) from the MRI image is extended to the back of the eye (pink point), and this straight line was defined as the “gaze direction axis” (yellow arrow).
  • the length from the anterior apex of the eyeball to the posterior part of the eyeball was measured as the axial length.
  • the focal length was obtained from the axial length using the following equation.
  • the optical cause of distortion is simulated with a reduced eye model.
  • Scan an imaginary circle with a radius of the distance to the posterior pole (d f in FIG. 16 (A), (B)) starting from the nodal point of the eyeball (dark blue point in FIG. 16 (A), (B)) It can be modeled as This imaginary circle having a focal length (d f ) as a radius was defined as a nodal circle and used for distortion correction (indigo circles in (A) and (B) of FIG. 16).
  • d 1 12 mm for Horizontal OCT and 9 mm for Vertical OCT.
  • the lower edge of the B-Scan image (in the posterior direction in the B-Scan image) is extended while correcting the distortion, d 2 ((B) in FIG. 16). , light blue arrow).
  • the length d 2 of the lower part of the B-scan image can be obtained through the following process can Draw an isosceles triangle with d f on both sides and d 1 on the base (Fig. 16(B), left), and let a be the height of the isosceles triangle.
  • the OCT A-Scan beam scans 2.54 mm above and below the macula. Since the nodal circle was drawn from the sclera boundary of the MRI, an error occurs as much as the depth from the upper edge of the OCT B-Scan to the choroid-sclera boundary line.
  • the error for the positional difference between the MRI scan and the OCT scan was defined as a doffset ( Figure 2. B. Red arrow).
  • the error was corrected by horizontally advancing the Nodal Circle by the doffset along the gaze direction axis. This circle was defined as the OCT Merging Circle (Fig. 16 (C), red arc).
  • the boundaries of the optic nerve head, macula, and sclera captured on the MRI and OCT images were compared and aligned.
  • the OCTs arranged in this way are arranged based on the standard 0.35mm as described above. In the horizontal direction and the vertical direction, 4 sheets in front and back of the standard OCT B-Scan image are used, so 9 horizontal and 9 vertical OCT B-scans are used.
  • the range of the optic nerve head model reconstructed by the OCT B-Scans used is a square area of 3.1 mmX3.1 mm centered on the optic nerve head (Fig. 16 (C), brown arrow).
  • 17(C) is a picture of a joint MRI and a standard Horizontal B-Scan image. Transparency of the OCT B-Scan image was set to 40% to facilitate comparison between the MRI image and the OCT image. The suitability of bonding is verified by comparing the following three factors.
  • the choroid-scleral interface captured on the OCT B-Scan image coincided with the scleral interface on MRI (orange circle).
  • the posterior part of the eyeball designated in (A) of FIG. 16 ((C) of FIG. 16, pink dot) is also located on the macula captured in the OCT B-Scan image (circled in pink).
  • the corrected OCT eye cross-sectional image has a predetermined curvature to be matched to the second MRI head image.
  • 18(a) and (b) are diagrams illustrating that an inscribed circle and an intersection point of an eye are formed in an MRI head image having a larger eyeball among a first MRI head image and a second MRI head image.
  • 19 is a diagram illustrating a process of obtaining intersection points for splicing corrected OCT cross-sectional images of the eyeball.
  • an intersection point is obtained in an MRI head image having a larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image, and then the corrected OCT eye cross-sectional image is joined to the obtained intersection point.
  • 21(a) is a diagram illustrating acquisition of the coordinates of the center point of the optic nerve and the junction of the optic nerve head.
  • 21(b) is a diagram illustrating a process of bonding corrected OCT cross-sectional images of the eyeball.
  • 22 (a), (b), and (c) are diagrams illustrating a process of attaching a corrected OCT cross-sectional eyeball image to an MRI head image.
  • 23(a) and (b) are diagrams showing the splicing of the corrected OCT cross-sectional eyeball image to the MRI head image having the larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image.
  • the step (e) includes (e1) forming an inscribed circle in the XY plane based on the center of the inscribed circle in the MRI head image having a larger inscribed circle, (e2) forming an inscribed circle in the XY plane Forming a first connection line connecting the center of and the center of a pair of ASCOs, (e3) forming an inscribed circle in the XZ plane to include the first connection line, and (e4) an inscribed circle formed in the XY plane, in the XZ plane and bonding the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball to the intersection point where the inscribed circle and the first connecting line intersect.
  • step (e1) as shown in (a) of FIG. 5 and (a) of FIG. 18, an inscribed circle inscribed with the eye is formed in the MRI head image sliced in the XY plane.
  • step (e2) as shown in (a), (b) of FIG. 7, FIG. 19, and (a) of FIG. 20, connecting the center of the inscribed circle formed on the XY plane and the center of the pair of ASCOs A first connection line (see FIGS. 19 and 20(a)) is formed.
  • an inscribed circle is formed on the XZ plane to include the first connection line.
  • step (e4) the optic nerve (Dura) is obtained from the first MRI head image slid in the XY plane and the second MRI head image slid in the XZ plane. A central point is obtained, and coordinates for an intersection point, which is a junction of the optic nerve heads in three dimensions, are obtained.
  • intersection point becomes the center of a line connecting a pair of ASCOs shown in (a) and (b) of FIG. 7 .
  • the OCT eye corrected at the intersection of the MRI head image It is joined by matching cross-sectional images.
  • 24(a) and (b) are diagrams showing that a plurality of inscribed circles are formed in an MRI head image having a larger eyeball among the first MRI head image and the second MRI head image.
  • step (e) After performing step (e), as shown in (a) and (b) of FIG. 24, the inscribed circle of the MRI head image and the inscribed circle of the corrected OCT cross-sectional eye image were drawn, and then the difference in radius between each inscribed circle was calculated. compared.
  • FIGS. 25 to 28 are diagrams illustrating a process of forming an ASCO on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • 26(a) and (b) are diagrams illustrating a process of forming a lamina crabrosa on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating an angle between the images shown in FIG. 22 (a).
  • 28 is a view showing the formation of BMO, Choroid Opening, and ASCO on a corrected OCT cross-sectional image of the eyeball.
  • the present invention also provides steps (f) and (g) Between the steps, a step of 3-dimensionally modeling the ASCO model on the corrected OCT ocular cross-sectional image is further included.
  • the step of 3-dimensionally modeling the ASCO model on the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball is the step of displaying BMO (Bruch's Membrane Opening), Choroid Opening, and ASCO on the OCT cross-sectional image of the eyeball, respectively, as shown in FIG. 25 ( As shown in a) and (b), a line segment for distinguishing BMO (Bruch's Membrane Opening), choroid opening, and ASCO in the corrected OCT ocular sectional image (Fig.
  • the vertical plane through which the central portion is penetrated In the step of 3-dimensionally modeling the ASCO model by connecting the vertical plane through which the central portion is penetrated and the line segment of the ASCO, referring to the OCT ocular sectional image sliced in the XY plane and the OCT ocular sectional image sliced in the XZ plane, the vertical plane through which the central portion is penetrated form
  • the shape of the optic nerve head and the optic nerve obtained from the image shown in FIG. 27 and related parameters (long axis, short axis, eccentricity, angle between axes, distance between axes) are shown in [Table 3] below.
  • optic disc Optic nerve form symmetric ellipse asymmetric ellipse long axis 1.57mm 9.87mm shorten 1.44mm 4.88mm Eccentric 0 1.19mm angle between 66.39° wheelbase 0.1mm
  • LC Lamina Cribrosa
  • the step of 3-dimensionally modeling the LC (Lamina Cribrosa) on the OCT ocular cross-sectional image may include forming a LC (Lamina Cribrosa) cross-section on the OCT ocular cross-sectional image, LC (Lamina Cribrosa) Forming a reference surface for forming a LC (Lamina Cribrosa) from the reference surface and a step of three-dimensional modeling.
  • 29 to 30 are diagrams illustrating 3D modeling of an eyeball model in an MRI head image having a larger eyeball among a first MRI head image and a second MRI head image.
  • step (f) the eye in the MRI head image in which the inscribed circle inscribed with the eye is larger among the first MRI head image and the second MRI head image having the largest eyeball Forming a gaze reference line connecting the center of the eye and the center of the iris, (f2) forming a plurality of first reference planes perpendicular to the gaze reference line, (f3) a plurality of first reference planes spaced apart from each other.
  • first ellipses of each (f4) forming ocular surfaces surrounding a plurality of first ellipses, (f5) forming a BMO having a thickness of 0.004 mm from the inner surface of the ocular surfaces, (f6 ) sequentially forming a choroid and a sclera having a predetermined thickness from the outer surface of the ocular surface, and (f7) forming the 3-dimensional modeled eyeball model.
  • the plurality of first ellipses may be asymmetric ellipses having different sizes.
  • 31 (a) and (b) are diagrams illustrating a process of 3-dimensional modeling of the optic nerve model.
  • 32 (a) and (b) are diagrams illustrating a 3-dimensional modeled optic nerve model.
  • 33 is a diagram showing an eyeball model and an optic nerve model.
  • 34 shows the axial length of the axial length, the linear distance from the center of the plagioclase to the root of the optic nerve, and the linear distance from the center of the plagioclase to the root of the optic nerve when the corrected OCT cross-sectional eyeball image is joined to the MRI head image with the larger eyeball among the first and second MRI head images.
  • the step (g) includes: (g1) acquiring a central point of the optic nerve root based on the first MRI head image and the second MRI head image having the largest eyeball; (g2 ) Forming a second connection line connecting a pair of ASCOs and the central point of the optic nerve root, (g3) forming a plurality of second reference planes dividing the second connection line into 5 parts, (g4) first MRI head image and forming a plurality of second ellipses on a plurality of second reference planes using second MRI head images, (g5) forming reference lines connecting the centers of the plurality of second ellipses, (g6) forming a plurality of second ellipses.
  • Forming an optic nerve pathway surrounding the second ellipse of (g7) extending the end of the optic nerve pathway to the sclera, (g8) forming the inside of the optic nerve pathway by reflecting a predetermined thickness of the optic nerve pathway and (g9) forming the 3-dimensional modeled optic nerve model.
  • the second reference plane compares MRI images sliced in the XY plane and the XZ plane to refer to the horizontal length and vertical length, respectively, and Assuming that the 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th, and 6th surfaces are ellipses, the horizontal length is substituted with reference to [Table 4] below.
  • the optic nerve model 3D modeled through the step (g) is shown in FIG. 32.
  • the 3D modeled eyeball model and optic nerve model according to the present invention are shown in FIG. 33, and FIG. 34
  • the axial length of the axial length the linear distance from the center of the plagioclase to the root of the optic nerve in the state where the corrected OCT cross-sectional image of the eyeball is joined to the MRI head image in which the eyeball is larger among the first MRI head image and the second MRI head image. It is possible to measure the left and right width, the ratio of the straight line distance to the cochlear width, the curve connecting the center of the left and right width, and the length of the curve that divides the straight line distance into 5 equal parts.
  • a first distance (A) from the center of the cross section to the left end of the long axis, a second distance (B) from the center of the cross section to the right end of the long axis, and a cross section of the short axis The third distance (C) from the center to the upper end, the fourth distance (D) from the center of the cross section to the lower end of the minor axis, the ratio of the second distance (B) to the first distance (A), the third distance
  • the ratio of the fourth distance (D) to (C) is shown in [Table 5] below.

Abstract

본 발명은 안구 및 시신경을 촬영할 수 있는 저해상도의 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합시킨 후 안구 및 시신경경로를 3차원 모델링하고 3차원 모델링된 안구 모델 및 시신경 모델을 통하여 개인별 안구 및 시신경의 변형 상태를 확인한 후 근시, 녹내장의 가능성을 예측할 수 있는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 제공한다.

Description

MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법
본 발명은 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MRI 영상에 보정된 OCT 영상을 접합시킨 후 안구 및 시신경경로를 3차원 모델링하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 제공하는 것이다.
시신경을 침범하는 안과적 질환은 여러 가지가 있으며, 그중 대표적인 질환인 녹내장은 안압 상승을 비롯한 여러가지 위험요인으로 인해 시신경 손상 및 특징적인 시야 장애를 초래하는 질병으로 조기에 발견하여 적절히 치료하지 않을 경우 영구적인 시야 결손을 남기게 된다. 따라서 녹내장과 관련된 여러 변화를 조기에 진단하여 치료하는 것이 중요하다. 특히 정상 안압 녹내장의 경우, 안압이 정상범위 내에 있기 때문에 안압이 높거나 다른 안과적 질환이 동반된 녹내장들과 달리 조기 진단을 놓치게 될 확률이 높다.
그동안 녹내장의 조기 진단을 위해 안저검사, 입체 사진촬영, 시야검사 등과 같은 여러 가지 검사들이 행해져 왔다. 그 중 안저검사와 입체 사진촬영에 의한 시신경 검사는 미세한 초기 변화를 알아내기 힘들고 평가가 주관적이라는 단점이 있었다. 시야 검사의 경우 보다 객관적인 검사이지만 시야 검사상 이상이 나타나려면 이미 약40% 정도의 망막 신경절 세포의 손상이 있다는 연구도 있어 시야 검사의 경우 녹내장의 조기진단으로서의 기능에는 한계가 있다.
이로 인해 녹내장의 조기 진단을 위한 여러 검사들이 제시되었고 시야 검사상 이상이 나타나기 전단계의 녹내장성 변화에 대한 관심이 높아졌다.
녹내장에 의한 여러 변화들 중 망막신경 섬유층(RNFL: Retinal Nerve Fiber Layer)의 변화가 시신경유두의 변화 및 시야변화보다 먼저 발생한다고 알려져 있다. 따라서 녹내장의 조기 진단을 위해서 망막신경 섬유층을 검사하는 것이 유용하다는 의견들이 제시되고 있다.
망막신경 섬유층의 변화를 검사할 수 있는 방법으로 여러 가지 기구들이 개발되었다. 빛 간섭단층 촬영(OCT: Optical Coherence Tomography) 및 주사 레이져 편광기기 (Scanning laser polarimetry)은 망막-유리체 경계부위에서 반사되는 망막신경 섬유층의 두께를 정량화하여 위쪽, 아래쪽, 코쪽, 귀쪽의 사분면별 두께와 12분(clock hour)된 구획 각각의 두께 및 전체 평균 두께를 측정하는 기구이다. 여러 연구 결과들에 의하면 빛 간섭 단층 촬영 및 주사 레이져 편광기기를 이용하여 측정한 망막신경 섬유층이 시야 결손과 일치하는 부위에서 얇아지므로 빛 간섭단층 촬영을 이용한 망막신경 섬유층 두께의 측정이 녹내장의 조기 진단에 도움이 된다고 알려져 있다.
일반적으로 OCT 및 Scanning laser polarimetry를 이용한 녹내장의 진단은 측정된 망막신경 섬유층의 두께를 정상인의 두께와 비교하여 이루어진다. 그런데, 정상인의 망막신경 섬유층의 두께는 사람마다 부위별로 두껍고 얇은 부분이 다르며 정상인의 평균두께도 부위별로 큰 차이가 있기 때문에, 초기 녹내장의 경우에 진단의 민감도(sensitivity) 및 특이성(specificity)이 좋지 못하다는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-2045620호(2019.11.11.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1095302호(2011.12.12.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 안구 및 시신경을 촬영할 수 있는 저해상도의 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합시킨 후 안구 및 시신경경로를 3차원 모델링하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) XY평면 및 XZ평면으로 각각 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; (b) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상에서 안구에 내접하는 내접원의 중심, 지름 및 시신경 계측점 중 하나인 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계; (c) OCT 안구 영상에서 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계; (d) 상기 OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하여 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계; (e) 상기 보정된 OCT 안구 단면영상을 상기 한 쌍의 ASCO의 중심에 접합하는 단계; (f) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상의 안구 형상을 기반으로 3차원 모델링하여 안구 모델을 형성시키는 단계; 및 (g) 상기 3차원 모델링된 안구 모델에 연결되는 시신경경로를 3차원 모델링하여 시신경 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는, (a1) 머리를 촬영하여 상기 XY평면으로 슬라이싱된 상기 다수의 제1 MRI 머리 영상을 획득하는 단계; (a2) 상기 머리를 촬영하여 상기 XZ평면으로 슬라이싱된 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상을 획득하는 단계; (a3) 상기 다수의 제1 MRI 머리 영상에서 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; (a4) 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상에서 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계;를 포함하고, 상기 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상은 안구가 촬영된 영상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는, (b1) 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; 및 (b2) 상기 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 내접원의 중심, 내접원의 지름, 상기 한 쌍의 ASCO 및 상기 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 안구를 촬영하여 OCT 안구 영상을 획득하는 단계; (c2) OCT 프로그램에 의해 상기 안구의 시신경 유두부의 중심을 통과하는 상기 중심라인이 생성되는 단계; (c3) 상기 OCT 안구 영상에서 상기 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계;를 포함하고, 상기 OCT 안구 단면영상은 BMO(Bruch's Membrane Opening)의 중심을 시신경의 중심으로 가정한 OCT B-Scan 영상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하는 단계; (d2) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상 중 안구의 크기가 더 큰 MRI 머리 영상에서 측정된 안축장 길이를 이용하여 노달 길이(NL: Nodal Length)를 획득하는 단계; (d3) 상기 노달 길이를 이용하여 상대 노달 길이를 획득하는 단계; (d4) 상기 상대 노달 길이를 이용하여 굴절 반각을 획득하는 단계; 및 (d5) 상기 굴절 반각을 이용하여 상기 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계;를 포함하고, 상기 보정된 OCT 안구 단면영상은 소정의 곡률을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 상기 내접원의 중심을 기준으로 상기 XY평면에 내접원을 형성시키는 단계; (e2) 상기 XY평면에 형성된 내접원의 중심과 상기 한 쌍의 ASCO의 중심을 연결하는 제1 연결선을 형성시키는 단계; (e3) 상기 제1 연결선을 포함하도록 상기 XZ평면에 내접원을 형성시키는 단계; 및 (e4) 상기 XY평면에 형성된 내접원, 상기 XZ평면에 내접원 및 상기 제1 연결선이 교차되는 교차 지점에 상기 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 단계;를 포함하고, 상기 교차 지점은 상기 한 쌍의 ASCO의 중심인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계는, (f1) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구의 중심과 홍채의 중심을 연결하는 시선 참조선을 형성시키는 단계; (f2) 상기 시선 참조선과 수직한 다수의 제1 참조면을 형성시키는 단계; (f3) 서로 이격된 상기 다수의 제1 참조면에 다수의 제1 타원을 각각 형성시키는 단계; (f4) 상기 다수의 제1 타원을 둘러싸는 안구면을 형성시키는 단계; (f5) 상기 안구면의 내측면으로부터 0.004mm 두께를 가지는 BMO를 형성시키는 단계; (f6) 상기 안구면의 외측면으로부터 소정의 두께를 가지는 맥락막(Choroid) 및 공막(Sclera)을 순차적으로 형성시키는 단계; 및 (f7) 상기 3차원 모델링된 상기 안구 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계 및 상기 (g) 단계 사이에, 상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계는, 상기 보정된 OCT 안구 단면영상에서 BMO, 맥락막 오프닝(Choroid Opening, ASCO를 구분하기 위한 선분을 형성시키는 단계; 상기 선분의 중심점을 통과하는 법선을 형성시킨 후 상기 법선에 수직한 수직면을 형성시키는 단계; 및 중앙부가 관통된 상기 수직면과 상기 ASCO의 선분을 연결하여 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (g) 단계는, (g1) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상을 기반으로 시신경 뿌리의 중심점을 획득하는 단계; (g2) 상기 한 쌍의 ASCO과 상기 시신경 뿌리의 중심점을 연결하는 제2 연결선을 형성시키는 단계; (g3) 상기 제2 연결선을 5등분하는 다수의 제2 참조면을 형성시키는 단계; (g4) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상을 이용하여 상기 다수의 제2 참조면에 다수의 제2 타원을 형성시키는 단계; (g5) 상기 다수의 제2 타원의 중심을 연결하는 참조선을 형성시키는 단계; (g6) 상기 다수의 제2 타원을 둘러싸는 상기 시신경경로를 형성시키는 단계; (g7) 상기 시신경경로의 끝단을 공막(Sclera)까지 연장시키는 단계; (g8) 상기 시신경경로의 기설정된 두께를 반영하여 상기 시신경경로의 내부를 형성시키는 단계; 및 (g9) 상기 3차원 모델링된 상기 시신경 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 안구 및 시신경을 촬영할 수 있는 저해상도의 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합시킨 후 안구 및 시신경경로를 3차원 모델링하고 3차원 모델링된 안구 모델 및 시신경 모델을 통하여 개인별 안구 및 시신경의 변형 상태를 확인한 후 근시, 녹내장의 가능성을 예측할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 XY평면 및 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 MRI 머리 영상을 3차원 공간에 나타낸 도면이다.
도 3은 XY평면으로 슬라이싱된 제1 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다.
도 4는 XZ평면으로 슬라이싱된 제2 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)는 XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다.
도 5의 (b)는 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a), (b)는 안구와 시신경을 이루는 요소 및 시신경 계측점을 나타낸 개념도이다.
도 7의 (a), (b)는 시신경 계측점을 나타낸 개념도이다.
도 8은 안구와 시신경을 이루는 요소를 해석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 OCT 안구 영상을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 OCT 안구 단면영상에서 중심라인을 따라 촬영된 OCT 안구 단면영상을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9에서 중심라인을 따라 촬영된 OCT 안구 단면영상을 나타낸 도면이다.
도 12는 OCT 안구 단면영상을 MRI 좌표계에서 적층하여 OCT 관측 영역에서 고해상도의 모델을 제작하는 것을 나타낸 도면이다.
도 13은 OCT로 OCT 관측 영역을 촬영한 고해상도의 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 MRI를 이용하여 OCT 암영 영역을 모델링한 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 15의 (a), (b), (c), (d)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 16의 (A), (B), (C)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정에서 OCT 안구 단면영상의 배치 및 정렬하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 17의 (A), (B), (C), (D)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정에서 모델링에 사용되는 점들을 나타낸 도면이다.
도 18의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구의 내접원 및 교차 지점을 형성시키는 것을 나타낸 도면이다.
도 19는 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하기 위한 교차 지점을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 20의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 교차 지점을 획득한 후 획득된 교차 지점에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 것을 나타낸 도면이다.
도 21의 (a)는 시신경의 중심점 및 시신경 유두부의 접합부 좌표를 획득하는 것을 나타낸 도면이다.
도 21의 (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 22의 (a), (b), (c)는 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 23의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 것을 나타낸 도면이다.
도 24의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 다수의 내접원을 형성시키는 것을 나타낸 도면이다.
도 25 의 (a), (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO를 형성시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 26의 (a), (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상에 사상판(Lamina Cribrosa)을 형성시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 27은 도 20의 (a)에 도시된 영상에서 사이각을 나타낸 도면이다.
도 28은 보정된 OCT 안구 단면영상에 BMO, 맥락막 오프닝(Choroid Opening 및 ASCO이 형성된 것을 나타낸 도면이다.
도 29 내지 도 30은 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구 모델을 3차원 모델링하는 것을 나타낸 도면이다.
도 31의 (a), (b)는 시신경 모델을 3차원 모델링하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 32의 (a), (b)는 3차원 모델링된 시신경 모델을 나타낸 도면이다.
도 33은 안구 모델 및 시신경 모델을 나타낸 도면이다.
도 34는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상이 접합된 상태에서 안축장 길이, 사상판의 중심으로부터 시신경 뿌리까지의 직선거리, 직선거리를 5등분하는 좌우 폭, 직선거리와 와우폭의 비, 좌우폭의 중심을 연결한 곡선, 곡선의 길이를 측정하기 위한 도면이다.
도 35는 시신경 모델을 나타낸 단면사시도이다.
본 발명에 따른 가장 바람직한 일 실시예는, (a) XY평면 및 XZ평면으로 각각 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; (b) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상에서 안구에 내접하는 내접원의 중심, 지름 및 시신경 계측점 중 하나인 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계; (c) OCT 안구 영상에서 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계; (d) 상기 OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하여 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계; (e) 상기 보정된 OCT 안구 단면영상을 상기 한 쌍의 ASCO의 중심에 접합하는 단계; (f) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상의 안구 형상을 기반으로 3차원 모델링하여 안구 모델을 형성시키는 단계; 및 (g) 상기 3차원 모델링된 안구 모델에 연결되는 시신경경로를 3차원 모델링하여 시신경 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법은 (a) XY평면 및 XZ평면으로 각각 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계(S100), (b) 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상에서 안구에 내접하는 내접원의 중심, 지름 및 시신경 계측점 중 하나인 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계(S200), (c) OCT 안구 영상에서 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계(S300), (d) OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하여 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계(S400), (e) 보정된 OCT 안구 단면영상을 한 쌍의 ASCO의 중심에 접합하는 단계(S500), (f) 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상의 안구 형상을 기반으로 3차원 모델링하여 안구 모델을 형성시키는 단계(S600) 및 (g) 3차원 모델링된 안구 모델에 연결되는 시신경경로를 3차원 모델링하여 시신경 모델을 형성시키는 단계(S700)를 포함한다.
도 2는 XY평면 및 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 MRI 머리 영상을 3차원 공간에 나타낸 도면이다.
상기 (a) 단계는, (a1) 머리를 촬영하여 XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상을 획득하는 단계, (a2) 머리를 촬영하여 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상을 획득하는 단계, (a3) 다수의 제1 MRI 머리 영상에서 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 선택하는 단계, (a4) 다수의 제2 MRI 머리 영상에서 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계를 포함한다.
이때, 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 다수의 제2 MRI 머리 영상은 반드시 안구가 포함되어 촬영된 영상이다.
도 2를 참조하면, 상기 (a1) 단계 및 상기 (a2) 단계에서는 자기공명 영상장치(MRI, Magnetic Resonance Imaging)가 환자의 머리를 촬영하여 XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상을 획득한다.
예시적으로 XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상은 23개이고, XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상은 25개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상은 다수의 MRI Dicom이 3차원 모델링 프로그램을 통해 3차원 공간 상에 구현된 영상들로서, 도 2에 도시된 바와 같다.
도 3은 XY평면으로 슬라이싱된 제1 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다. 도 4는 XZ평면으로 슬라이싱된 제2 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)는 XY평면으로 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다. 도 5의 (b)는 XZ평면으로 슬라이싱된 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 머리 영상을 나타낸 도면이다.
상기 (a3) 단계에서는 다수의 제1 MRI 머리 영상에서 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 선택하고 선택된 제1 MRI 머리 영상이 도 5의 (a)에 도시되어 있다.
또한, 이를 위한 다수의 제1 MRI 머리 영상은 도 3에 도시된 바와 같이 XY평면으로 슬라이싱되도록 촬영된다.
상기 (a4) 단계에서는 다수의 제2 MRI 머리 영상에서 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 영상을 선택하고 선택된 제2 MRI 머리 영상이 도 5의 (b)에 도시되어 있다. 이를 위한 다수의 제2 MRI 머리 영상은 도 4에 도시된 바와 같이 XZ평면으로 슬라이싱되도록 촬영된다.
도 6의 (a), (b)는 안구와 시신경을 이루는 요소 및 시신경 계측점을 나타낸 개념도이다. 도 7의 (a), (b)는 시신경 계측점을 나타낸 개념도이다. 도 8은 안구와 시신경을 이루는 요소를 해석한 결과를 나타낸 도면이다.
상기 (b) 단계는, (b1) 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상을 선택하는 단계 및 (b2) 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 내접원의 중심, 내접원의 지름, 한 쌍의 ASCO 및 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 (b1) 단계에서는 도 5의 (a), (b)에 도시된 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중에서 각각의 안구에 내접하는 제1 내접원(C1), 제2 내접원(C2) 및 제3 내접원(C3) 중 내접원이 더 큰 MIR 머리 영상을 선택하고, 본 발명에서는 제3 내접원(C3)이 가장 큰 것으로 판단하여 제2 MRI 머리 영상을 선택하였다.
다음, 상기 (b2) 단계에서는 도 5의 (b)에 도시된 제2 MRI 머리 영상의 안구에 내접하는 제3 내접원(C3), 제3 내접원(C3)의 중심(CP3), 제3 내접원(C3)의 지름, 한 쌍의 ASCO 및 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득한다.
상기한 한 쌍의 ASCO와 관련하여 도 6의 (a), (b)를 참조하면, 시신경 유두부 근처의 안구는 망막(Retina), 공막(sclera), 공막 사상판(Lamina cribrosa), 시신경(Dura), Pia로 구분될 수 있다.
구체적으로 도 6의 (a), (b), 도 7의 (a), (b)를 참조하면, 시신경 계측점은 구분된 안구의 요소에 위치하는 RP(Retinal Peak)(1), BMO(Bruch's Membrane Opening)(2), ASCO(Anterior Scleral Canal Opening)(3), PSCO(Posterior Scleral Canal Opening)(4), ASAS(Anterior-most aspect of the SubArachnoid Space)(5), DP(Dura Path)(6), ONP(Optical Nerve Path)(7), 시신경 조인트(Dura Joint)(8), LC(Lamina Cribrosa)로 설정된다.
도 7의 (a), (b)에서 RP(Retinal Peak)(1)는 적색으로 표시되고, 모델 제작의 편의성을 위해 설정한 임의의 점으로서, OCT 상에서 모델 제작의 편의성을 위해 망막(Retina)의 돌출부에 설정(OCT에서 설정)된다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 BMO(Bruch's Membrane Opening)(2)는 OCT 상에서 특징적으로 밝게 나타나는 Bruch 막의 끝단에 설정(OCT에서 설정)된다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 ASCO(Anterior Scleral Canal Opening)(3)는 녹색으로 표시되고, OCT 상에서 맥락막(Choroid)의 바깥면 관(Canal)의 양 끝단에 설정되며, MRI 상에서 공막(Sclera)의 안쪽면 관(Canal)의 양 끝단에 설정(MRI, OCT에서 설정)된다.
본 발명에서 ASCO(Anterior Scleral Canal Opening)는 제2 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합 시, 제2 MRI 머리 영상에 설정된 ASCO과 보정된 OCT 안구 단면영상에 설정된 ASCO을 매칭시키기 위한 기준(OCT와 MRI 계측점을 연결하는 기준)이 된다.
도 7의 (a), (b)에서 PSCO(Posterior Scleral Canal Opening)(4)는 초록색으로 표시되고, MRI 상에서 공막 오프닝(Sclera Opening)의 양끝단에 설정(MRI에서 설정)하나, 명확히 구분되지 않는 경우도 있다.
명확히 구분되지 않을 경우, PSCO (4)는 ASCO(3)를 공막(Sclera)의 두께방향으로 이동 하여 공막(Sclera)의 바깥면에 설정된다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 ASAS(Anterior-most aspect of the SubArachnoid Space)(5)는 보라색으로 표시되고, 관 오프닝(Canal Opening) 주변의 얇은 공막(Sclera)이 두꺼워지기 시작하는 지점인 공막 섬유링(Sclera Fiber Ring)의 끝단에 설정되며, MRI 상에서 판별하나 명확히 구분되지 않는 경우도 있다.
명확히 구분되지 않을 경우, ASAS(5)는 시신경경로(Dura Path)와 같은 지점으로 설정된다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 시신경경로(DP, Dura Path)(6)는 남색으로 표시되고, 모델 제작의 편의성을 위해 설정한 임의의 점으로서, 모델 제작의 편의성을 위해 공막(Sclera) 외면의 연장선과 시신경(Dura) 내면의 교차점이다.
또한, 시신경경로(DP, Dura Path)(6)는 MRI 상에서 시신경(Dura)과 공막(Sclera)의 연결점에 설정되고, 명확히 구분되지 않을 경우, ASAS(5)가 해당 지점으로 설정된다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 ONP(Optical Nerve Path)(7)는 청색으로 표시되고, 모델 제작의 편의성을 위해 설정한 임의의 점으로서, 시신경의 경로 상에 설정된다.
구체적으로 ONP(Optical Nerve Path)(7)는 모델 제작의 편의성을 위해 MRI상의 시신경이 OCT 사진과 접하는 접합면에 설정되나, 매우 드물게 OCT상에서 보이는(것처럼 느껴지는) 경우도 있다.
상기한 ONP(Optical Nerve Path)는 경우에 따라 생략이 가능하다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 시신경 조인트(Dura Joint)(8)는 주황색으로 표시되고, 시신경(Dura)과 공막(Sclera)이 만나는 외곽선이다.
다음, 도 7의 (a), (b)에서 LC(Lamina Cribrosa)은 OCT 상에서 보이는 사상판(Lamina Cribrosa)를 선으로 표시한 것으로서, MRI에 접합하여 비교한다.
상기한 안구의 구조와 관련하여 Wang 논문에 개시된 구조 해석이 도 8에 도시되어 있다.
도 9는 OCT 안구 영상을 나타낸 도면이다. 도 10은 도 9의 OCT 안구 단면영상에서 중심라인을 따라 촬영된 OCT 안구 단면영상을 나타낸 도면이다. 도 11은 도 9에서 중심라인을 따라 촬영된 OCT 안구 단면영상을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 (c) 단계는, (c1) 안구를 촬영하여 OCT 안구 영상을 획득하는 단계, (c2) OCT 프로그램에 의해 안구의 시신경 유두부의 중심을 통과하는 중심라인이 생성되는 단계, (c3) OCT 안구 영상에서 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 (c1) 단계에서는, 도 9에 도시된 바와 같이 안구를 촬영하여 OCT 안구 영상이 획득된다.
다음, 상기 (c2) 단계에서는 도 10에 도시된 바와 같이 촬영된 OCT 안구 영상을 OCT 프로그램에 적용하고, 도 9에 도시된 바와 같이 OCT 프로그램에 의해 촬영된 OCT 안구 영상에 시신경 유두부 영역(S1), 안구의 중심(CP) 및 중심라인(CL)이 표시된다.
다음, 상기 (c3) 단계에서는 도 9 및 도 10에 도시된 OCT 안구 영상에서 중심라인(CL)을 따라 도 10의 하부 및 도 11에 도시된 바와 같은 OCT 안구 단면영상을 획득한다.
이때, OCT 안구 단면영상은 BMO(Bruch's Membrane Opening)의 중심을 시신경의 중심으로 가정한 OCT B-Scan 영상이다.
구체적으로 OCT 안구 단면영상은 로우 데이터 이미지(raw data image)로서, 1:1 스케일(scale)의 이미지를 사용한다.
중심 라인(CL)의 판단은 OCT 프로그램의 기준을 이용(녹색 십자가 기준)한다.
아울러, OCT 안구 단면영상의 이미지(Image) 축적은 가로가 12mm, 세로가 9mm, 깊이가 2.54mm이고, 로우 데이터 이미지(Raw data Image)는 가로가 12mm, 깊이가 2.54 mm이다.
도 12는 OCT 안구 단면영상을 MRI 좌표계에서 적층하여 OCT 관측 영역에서 고해상도의 모델을 제작하는 것을 나타낸 도면이다. 도 13은 OCT로 OCT 관측 영역을 촬영한 고해상도의 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 14는 MRI를 이용하여 OCT 암영 영역을 모델링한 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
또한, 상기 OCT B-Scan 영상은 도 12에 도시된 바와 같이 MRI 좌표계에서 적층하여 OCT 관측 영역에서 고해상도의 모델을 제작하는데 사용될 수 있다.
또한, 도 13 및 도 14에는 MRI를 이용하여 OCT 암영 영역을 모델링한 것을 예시적으로 도시하고 있다.
도 15의 (a), (b), (c), (d)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정을 나타낸 도면이다.
상기 (d) 단계는, (d1) OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하는 단계, (d2) 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구의 크기가 더 큰 MRI 머리 영상에서 측정된 안축장 길이를 기반으로 노달 길이(NL: Nodal Length)를 획득하는 단계, (d3) 노달 길이를 이용하여 상대 노달 길이를 획득하는 단계, (d4) 상대 노달 길이를 이용하여 굴절 반각을 획득하는 단계 및 (d5) 굴절 반각을 이용하여 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계를 포함한다.
도 15의 (a)를 참조하면, 상기 (d2) 단계에서는 단순화 안구 모델을 이용하여 도 5의 (b)에 도시된 제2 MRI 머리 영상에서 안축장 길이를 측정한 후, 하기의 [수학식 1]을 적용하여 노달 길이(NL: Nodal Length)를 획득한다.
[수학식 1]
노달 길이=안축장 길이/전안부의 굴절률
(전안부의 굴절률=1.333)
다음, 도 15의 (b)를 참조하면, 상기 (d3) 단계에서는 하기의 [수학식 2]에 노달 길이를 반영하여 상대 노달 길이를 획득한다.
[수학식 2]
상대 노달 길이=노달 길이
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000001
cos(Asin(B-Scan 영상의 높이/노달 길이))
다음, 도 15의 (c)를 참조하면, 상기 (d4) 단계에서는 하기의 [수학식 3]에 상대 노달 길이를 반영하여 굴절 반각을 획득한다.
[수학식 3]
굴절 반각=Asin(0.5
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000002
이미지폭/상대 노달 길이)
다음, 도 15의 (d)를 참조하면, 상기 (d5) 단계에서는 하기의 [수학식 4]에 굴절 반각을 반영한 보정 굴절 반각을 OCT 안구 단면영상에 반영하여 보정된 OCT 안구 단면영상을 획득한다.
[수학식 4]
보정 굴절 반각=2
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000003
굴절 반각
도 16의 (A), (B), (C)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정에서 OCT 안구 단면영상의 배치 및 정렬하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 17의 (A), (B), (C), (D)는 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정에서 모델링에 사용되는 점들을 나타낸 도면이다.
이하, 도 16 및 도 17을 참조하여 상기 [수학식 1] 내지 [수학식 4]와 관련된 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 16의 (A)에서는 MRI 영상에서 안구의 수정체가 최대크기인 Axial 이미지와 Sagittal 이미지에서 안구 전방 꼭지점(빨간점)과 수정체의 후부 꼭지점(노랑점)을 연결하여 시선 방향 축을 설정한다.
다음, 시선방향 축과 안구 후부의 교차점(분홍점)으로부터 시선 방향을 따라 초점거리(짙은 노랑선)만큼 진행한 점을 노달점(Nodal Point)(남색점)으로 설정한 후 노달점(Nodal Point)로부터 노달원(Nodal Circle)(남색원)을 그리고 ASCO(연두색 점)를 지정하여 추후에 보정에 사용한다.
다음, OCT B-Scan은 도 16의 (B)에 도시된 바와 같이 보정된다. 이때, 노달점(Nodal Point)과 노달원(Nodal Circle), 초점 거리가 보정에 이용된다.
다음, 도 16의 (C)에서는 MRI 영상와 수평(Horizontal) OCT를 접합한 수직도를 나타낸 것으로서, 이때, OCT B-Scan 영상은 보정에 사용된 Nodal Circle(남색 호)이 아닌 노달원(Nodal Circle)으로부터 보정된 OCT 접합원(Merging Circle)(붉은 호)에 접합된다.
또한, OCT의 이미지는 투명도 40%로 조절되어 일치도를 확인하기 쉽도록 하였다. 구체적으로 도 16의 (C)에 도시된 바와 같이 OCT에서 지정한 맥락막-공막 경계(주황선)가 MRI상의 공막 경계(분홍곡선)와 부드럽게 이어지며(주황원), ASCO의 위치가 거의 일치하고, 시선 방향 축도 황반을 지나감을 볼 수 있다.
이때, OCT의 크기는 OCT 사진 전면의 크기가 12mm를 유지한다고 가정(연두색 화살표)하였다.
다음, OCT의 중심과 Nodal Point를 잇는 참조선을 Horizontal OCT와 Vertical OCT에 각각 그린다(각각 짙은 노랑선, 회색 선). 여기서, horizontal OCT의 참조선은 9개가 겹쳐서 하나로 보이나, Vertical OCT의 참조선은 명확히 구분된다.
또한, 각 참조선 간의 거리는 OCT Merging Circle에서 OCT 획득 간격과 같은 0.35mm 이다. 배치된 Vertical OCT와 Horizontal OCT 각각 9장 총 18장은 3.1 X 3.1 mm2의 영역으로 시신경 유두부를 재건(갈색 화살표)한다.
도 17의 (A)에서는 OCT 영상에서 지정하는 2종류의 점(BMO(2) : 노랑점, ASCO(3) : 연두색점)을 나타낸다.
도 17의 (B)에서는 MRI 영상에서 지정되는 5종류의 점(ASCO(3) : 연두색 점, PSCO(4) : 녹색점, ASAS(5) : 보라색 점, Inner Junction of Dura(6) : 남색점, Outer Junction of Dura(8) : 갈색점)을 나타낸다.
도 17의 (C)에서는 접합된 MRI 영상 및 OCT 의 이미지와 각각 지정된 점들을 동시에 표현하고 있다.
도 17의 (D)는 지정된 점들을 스플라인 곡선으로 3차원 상에서 연결하여 모델을 제작하는 것을 나타낸다(그림의 좌표계 N : Nodal <-> T : Temporal, A : Anterior <-> P : Posterior)
이하, 합쳐진 OCT 스캔을 수정하는 과정을 설명한다.
현 세대의 상용 OCT들은 A-Scan이 공통 피벗점(Pivot Point)을 통과하여 안구 후부의 곡면을 따라 부채꼴 모양으로 Scan이 수행되나, 이를 표시할 때에는 직사각형의 평형 포맷을 이용한다. 이러한 형태의 차이는 안구 후부를 관측할 때, OCT의 B-Scan영상을 실제보다 더 평평하게 만든다.
따라서, OCT의 B-Scan을 MRI 영상과 접합할 경우에는 평평하게 왜곡된 OCT의 B-Scan영상에 대한 보정이 필요하다.
<Kuo, Anthony N et al. “of ocular shape in retinal optical coherence tomography and effect on current clinical measures.”American journal of ophthalmology vol. 156,2 (2013): 304-11. doi:10.1016/j.ajo.2013.03.012>의 논문에서는 안구의 광학적 시스템을 모두 모사하여 OCT의 왜곡을 보정하는 수치적 방법과, Reduced Eye Model을 이용하여 왜곡을 보정하는 해석적 방법을 제시하였다. 해당 논문에서는 해석적 방법이 수치적 방법에 비해 연산 시간과 자원을 효과적으로 절약 하면서도 왜곡 보정의 차이는 적음을 보였다.
도 16의 (A)를 참조하면, MRI의 영상으로부터 안구의 전방 꼭지점(빨강점)과 수정체의 후방 꼭지점(연파랑 점)을 연결한 선분을 안구의 후부(분홍점)까지 연장하고, 이 직선을 “시선 방향축”(노랑 화살표)으로 정의하였다.
또한, 안구 단면의 중심(Centroid이 시선 방향 축을 통과하는지 확인한 후(검빨점), 안구의 전방 꼭지점으로부터 안구 후부까지의 길이를 안축장 길이로 측정하였다.
초점 거리(Focal Length) 는 안축장 길이로부터 다음의 식을 이용하여 구하였다.
[수학식 5]
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000004
(df : 안구의 Focal Length, AXL : 안축장 길이, n : 안구의 굴절률 (약 1.33))
다음으로 OCT B-Scan 보정하기 위해서 왜곡이 발생하는 광학적인 원인을 Reduced eye model로 모사한다. 안구의 Nodal Point(도 16의 (A), (B) 남색점)를 기점으로, 후극부까지의 거리(도 16의 (A), (B) df)를 반지름으로 하는 가상의 원을 Scan 하는 것으로 모델링 할 수 있다. 초점 거리(df)를 반지름으로 하는 이 가상의 원을 노달원(nodal circle)으로 정의하여 왜곡 보정에 이용하였다(도 16의 (A), (B) 남색원).
보정 후의 OCT 이미지의 축적을 맞추기 위해, 기준이 되는 길이가 필요한데, 이 연구에서는 OCT B-Scan의 상측 모서리 길이가 기준이 된다고 가정하였다. OCT B-Scan의 상측 모서리의 가로 길이가 보정되기 전과 보정된 후 모두 일정한 길이 d1 (도 16의 (B) 연두색 화살표)으로 유지된다고 가정하였다.
노달원(Nodal Circle)과 OCT B-Scan의 관계에서 OCT B-Scan 영상의 왜곡 보정에 필요한 영상 굽힘 중심각 θ(band)을 구하는데 필요한 식을 다음과 같이 얻을 수 있다(도 16의 (B)).
[수학식 6]
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000005
(θ(band) : 영상 굽힘 중심각, d1 : B-Scan 영상 상부 폭 = 보정전의 B-Scan 영상 폭)
여기서, d1의 값은 Horizontal OCT는 12mm, Vertical OCT는 9mm이다.
CAD 프로그램 상에서 MRI 영상에 OCT B-Scan 영상을 정확한 축적으로 접합하기 위해서는 B-Scan 영상의 하측 모서리(B-Scan영상에서 Posterior 방향)가 왜곡을 보정하면서 늘어난 길이 d2(도 16의 (B), 하늘색 화살표)가 필요하다.
상기한 이유는 상기한 바를 구현하기 위한 3차원 프로그램(Solid Edge 2020)이 직사각형 이미지만 취급하여, 굽혀진 형태의 보정된 B-Scan 이미지는 직접 모델링 하지 못하고, 굽어진 OCT B-Scan 이미지에 외접하는 직사각형형태의 배경이 투명한 이미지로 취급하기 때문이다.
보정 전의 OCT B-Scan 영상의 세로 길이가 사용한 OCT 장비에서 2.54mm인 점과 d1의 길이가 유지된다는 가정하에서 계산하면, B-Scan영상의 하부의 길이 d2는 다음과 같은 과정을 통해 구할 수 있다. 양변을 df로 하고, 밑변을 d1으로 하는 이등변 삼각형을 그리며(도 16의 (B), 왼쪽), 이등변 삼각형의 높이를 a로 한다.
(도 16의 (B), 오른쪽)에서 이등변 삼각형의 빗변 df은 왜곡 보정된 OCT B-Scan 이미지의 옆면과 평행 하므로, 비례식 a : d1/2 = a+2.54 : d2/2 가 성립한다. 이 비례식에서 a를 df에 대한 Cosine 식으로 바꾸고, 비례식을 정리하면 아래와 같다.
[수학식 7]
Figure PCTKR2022012994-appb-img-000006
(d2 : B-Scan 영상 후방부 폭, 2.54 : 보정 전 B-Scan 영상 Scan 깊이)
이때, d1의 값이 Horizontal 과 Vertical 이 다르므로, d2의 값도 Horizontal B-Scan과 Vertical B-Scan에 대하여 각각 구한다. d1값과 d2값을 이용해 보정한 B-Scan 영상의 크기 축적을 조정한다.
이하, MRI 영상과 OCT 영상을 합치는 과정을 설명한다.
OCT A-Scan 광선은 황반을 기준으로 상하 2.54mm 를 Scan한다. 노달원(Nodal circle)은 MRI의 공막 경계로부터 그려졌기 때문에, OCT B-Scan 상측 모서리에서부터 맥락막-공막 경계선까지의 깊이만큼 오차가 발생한다. 이러한 MRI Scan과 OCT Scan의 위치 차이에 대한 오차를 doffset으로 정의하였다(Figure 2. B. 빨강 화살표). 노달원(Nodal Circle)을 시선 방향 축을 따라 doffset 만큼 수평 전진시켜 오차를 보정하였다. 이 원을 OCT Merging Circle이라고 정의하였다(도 16의 (C), 붉은 호).
OCT의 B-Scan을 OCT Merging Circle에 접합할 때, 먼저 OCT Program Intrinsic Software가 지정한Optic Disc Center가 포함된 B-Scan 영상을 기준 Horizontal B-Scan과 Vertical B-Scan으로 설정하여 십자상으로 접합(도 17의 (D)) 하였고, 이 기준으로 B-Scan 영상들을 이용해 나머지 B-Scan 영상들의 접합 위치를 정렬하였다.
왜곡을 보정한 기준 B-Scan들을 각각 OCT Merging Circle에 접합한 후, MRI 영상과 OCT 영상에 촬영된 시신경 유두부, 황반, 그리고 공막의 경계를 비교하여 정렬하였다.
이렇게 배열한 OCT들은 위에 설명과 같이 기준 0.35mm 기준으로 배열된다. Horizontal 방향과, Vertical 방향으로 기준 OCT B-Scan 영상 앞뒤로 4장씩 사용되어 Horizontal 9장, Vertical 9장의 OCT B-Scan이 사용된다. 사용된 OCT B-Scan들이 재건하는 시신경 유두의 모델의 범위는, 시신경 유두를 중심으로 3.1mmX3.1mm의 정사각형 모양의 영역이다(도 16의 (C), 갈색 화살표).
직접적으로 OCT의 B-Scan의 flattening 왜곡을 영상 편집하여 보정하는 데에는 Python(Van Rossum, G., & Drake, F. L. (2009). Scotts Valley, CA, USA: CreateSpace.) 과 ImageMagick(The ImageMagick Development Team. (2021). ImageMagick. Retrieved from https://imagemagick.org) 이미지 툴을 연계하여 사용하였다.
다만, 왜곡 보정 중 영상을 휘는 과정에서 오히려 왜곡이 발생할 수도 있다. 이러한 왜곡을 확인하기 위해 보정 전 영상과 보정 후 영상의 d1 값을 비교하였다. 보정 전과 후의 d1의 크기 차이는 0.02mm 이하의 오차가 발생하였으며, 이는 다른 요소에 비해 충분히 작은 값으로, 보정 과정에 의한 왜곡은 무시할 수 있다고 판단하였다.
MRI 영상 및 OCT 영상의 접합에 대하여 검증하는 과정을 설명한다.
도 17의 (C)는 MRI와 기준 Horizontal B-Scan 영상을 접합 한 사진이다. MRI 영상과 OCT 영상의 비교를 수월히 하기 위해 OCT B-Scan 영상의 투명도를 40%로 설정하였다. 접합의 적합성을 다음 3가지 요소를 비교하여 검증한다.
첫째, MRI에서 지정한 ASCO와 OCT B-Scan에서의 ASCO의 위치가 일치한다(도 16의 (C), 연두색점).
둘째, OCT B-Scan 영상에 촬영된 맥락막-공막 경계면이 MRI의 공막 경계면과 일치한다(주황색 원).
셋째, 도 16의 (A)에서 지정한 안구 후부(도 16의 (C), 분홍점) 또한 OCT B-Scan 영상에 촬영된 황반 위에 있다(분홍색 원).
상기한 3가지 요소를 비교하여 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합에 대한 적합성을 검증한다.
상기 보정된 OCT 안구 단면영상은 제2 MRI 머리 영상에 매칭될 수 있도록 소정의 곡률을 가지게 된다.
도 18의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구의 내접원 및 교차 지점을 형성시키는 것을 나타낸 도면이다. 도 19은 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하기 위한 교차 지점을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 20의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 교차 지점을 획득한 후 획득된 교차 지점에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 것을 나타낸 도면이다. 도 21의 (a)는 시신경의 중심점 및 시신경 유두부의 접합부 좌표를 획득하는 것을 나타낸 도면이다. 도 21의 (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 22의 (a), (b), (c)는 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 23의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 것을 나타낸 도면이다.
도 18 내지 도 23을 참조하면, 상기 (e) 단계는, (e1) 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 내접원의 중심을 기준으로 XY평면에 내접원을 형성시키는 단계, (e2) XY평면에 형성된 내접원의 중심과 한 쌍의 ASCO의 중심을 연결하는 제1 연결선을 형성시키는 단계, (e3) 제1 연결선을 포함하도록 XZ평면에 내접원을 형성시키는 단계 및 (e4) XY평면에 형성된 내접원, XZ평면에 내접원 및 제1 연결선이 교차되는 교차 지점에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 단계를 포함한다.
상기 (e1) 단계에서는 도 5의 (a), 도 18의 (a) 에 도시된 바와 같이 XY평면으로 슬라이싱된 MRI 머리 영상에서 안구에 내접하는 내접원을 형성시킨다.
다음, 상기 (e2) 단계에서는 도 7의 (a), (b), 도 19, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 XY평면에 형성된 내접원의 중심과 한 쌍의 ASCO의 중심을 연결하는 제1 연결선(도 19, 도 20의 (a) 참조)을 형성시킨다.
다음, 상기 (e3) 단계에서는 도 19, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 연결선이 포함되도록 XZ평면에 내접원을 형성시킨다.
다음, 상기 (e4) 단계에서는 도 18의 (b), 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이 XY평면에 형성된 내접원, XZ평면에 내접원 및 제1 연결선이 교차되는 교차 지점에 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합한다.
구체적으로 도 21의 (a), (b)를 참조하면, 상기 (e4) 단계에서, XY평면으로 슬라이딩된 제1 MRI 머리 영상 및 XZ평면으로 슬라이딩된 제2 MRI 머리 영상으로부터 시신경(Dura)의 중심점을 획득하고, 3차원 상에서 시신경 유두부의 접합부인 교차 지점에 대한 좌표를 획득한다.
이때, 교차 지점은 도 7의 (a), (b)에 도시된 한 쌍의 ASCO을 연결하는 선의 중심이 된다.
이에 따라 도 20의 (b), 도 22의 (a), (b), (c), 도 23의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 MRI 머리 영상의 교차 지점에 보정된 OCT 안구 단면영상을 매칭시켜 접합된다.
도 24의 (a), (b)는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 다수의 내접원을 형성시키는 것을 나타낸 도면이다.
상기 (e) 단계를 수행한 이후, 도 24의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 MRI 머리 영상의 내접원과 보정된 OCT 안구 단면영상의 내접원을 그린 후 각각의 내접원 간의 반지름의 차이를 비교하였다.
이때, 안구는 정확한 구형이 아니므로, MRI 머리 영상의 내접원은 후두부 한정으로 보정된 OCT 안구 단면영상과 겹치는 영역에서 내접원을 그렸고, OCT 안구 단면영상은 브루크막(Bruch's Membrane)을 기준으로 내접원을 그렸으며, 이에 따른 결과는 아래의 [표 1], [표 2]와 같다.
Subject/eye Original Numerical
(ray traced)		 Analytical
(reduced eye)		 MRI
1/OD 69.30 14.92 16.02 12.04
1/OS 40.66 13.23 13.01 11.46
2/OD 17.54 10.01 8.37 12.24
2/OS 24.15 11.18 8.74 12.97
3/OD 98.31 15.37 21.04 12.42
3/OS 128.95 14.62 21.22 12.92
4/OD 31.55 10.94 11.13 10.61
4/OS 51.38 12.58 12.25 11.02
5/OD 52.51 15.40 14.12 12.30
5/OS 134.13 17.81 13.83 12.32
내접원 반지름
비고
MRI OCT 오차 오차%
Sagittal 7
8
9
25
26
27		 Right eye


Left eye		 1
2
3
1
2
3		 20.7
20.32
21.76
12.69
21.08
20.6		 18.5
19.31
23.69
21.93
19.82
19.17		 2.2
1.01
-1.93
-9.24
1.26
1.43		 10.62802
4.970472
-8.86949
-72.8132
5.97723
6.941748


MRI Shot이 희미함
Axial 1819
20
21
22
23
24
25		 Left eye 1
2
3
4
5
6
7
8		 18.74
16.98
22.22
20.02
19.06
17.53
23.52
18.02		 18.19
18.62
18.36
17.78
17.21
17.29
17.32
17.4		 0.55
-1.64
3.86
2.24
1.85
0.24
6.2
0.62		 2.934899
-9.65842
17.37174
11.18881
9.706191
1.369082
26.36054
3.440622





MRI Shot이 희미함
1819
20
21
22
23
24
25		 right 1
2
3
4
5
6
7
8		 19.95
19.6
20.58
19.4
21.57
19.83
23.42
19.13		 19.53
17.85
17.44
17.23
17.53
17.42
17.35
17.08		 0.42
1.75
3.14
2.17
4.04
2.41
6.07
2.05		 2.105263
8.928571
15.25753
11.18557
18.72972
12.1533
25.91802
10.71615





MRI Shot이 희미함
도 25 의 (a), (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO를 형성시키는 과정을 나타낸 도면이다. 도 26의 (a), (b)는 보정된 OCT 안구 단면영상에 사상판(Lamina Cribrosa)을 형성시키는 과정을 나타낸 도면이다. 도 27은 도 22의 (a)에 도시된 영상에서 사이각을 나타낸 도면이다. 도 28은 보정된 OCT 안구 단면영상에 BMO, 맥락막 오프닝(Choroid Opening 및 ASCO이 형성된 것을 나타낸 도면이다.도 25 내지 도 28을 참조하면, 또한, 본 발명은 상기 (f) 단계 및 상기 (g) 단계 사이에, 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계를 더 포함한다.
구체적으로 상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계는, OCT 안구 단면영상에 BMO(Bruch's Membrane Opening), 맥락막 오프닝(Choroid Opening), ASCO를 각각 표시하는 단계, 도 25의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 보정된 OCT 안구 단면영상에서 BMO(Bruch's Membrane Opening), 맥락막 오프닝(Choroid Opening), ASCO를 구분하기 위한 선분(도 25의 (a), (b)에 도시된 적색, 하늘색, 파란색, 녹색 선분)을 형성시키는 단계, 선분의 중심점을 통과하는 법선(검정색 법선)을 형성시킨 후 법선에 수직한 수직면을 형성시키는 단계 및 도 25의 (b)에 도시된 바와 같이 중앙부가 관통된 수직면과 ASCO의 선분을 연결하여 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계를 포함한다.
상기 중앙부가 관통된 수직면과 ASCO의 선분을 연결하여 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계에서는 XY평면에 슬라이싱된 OCT 안구 단면 영상과 XZ평면에 슬라이싱된 OCT 안구 단면 영상을 참조하여 중앙부가 관통된 수직면을 형성한다.
상기 단계를 거쳐 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델이 적용된 이미지가 도 27 및 도 28의 (a), (b)에 도시된다.
도 27에 도시된 영상으로부터 획득되는 시신경 유두와 시신경(Dura)의 형태 및 이와 관련된 파라미터(장축, 단축, 편심, 사이각, 축간 거리)는 아래의 [표 3]과 같다.
시신경 유두 시신경(Dura)
형태 대칭 타원 비대칭 타원
장축 1.57mm 9.87mm
단축 1.44mm 4.88mm
편심 0 1.19mm
사이각 66.39°
축간 거리 0.1mm
또한, 도 26의 (a), (b)를 참조하면, 본 발명은 상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계 이후, OCT 안구 단면영상에 LC(Lamina Cribrosa)를 3차원 모델링하는 단계를 더 포함할 수 있다.상기 OCT 안구 단면영상에 LC(Lamina Cribrosa)를 3차원 모델링하는 단계는 OCT 안구 단면영상에 LC(Lamina Cribrosa)의 단면을 형성시키는 단계, LC(Lamina Cribrosa)를 형성시키기 위한 참조면을 형성시키는 단계 및 참조면으로부터 LC(Lamina Cribrosa)를 3차원 모델링하는 단계를 포함한다.
도 29 내지 도 30은 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구 모델을 3차원 모델링하는 것을 나타낸 도면이다.
도 29 내지 도 30을 참조하면, 상기 (f) 단계는, (f1) 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구의 중심과 홍채의 중심을 연결하는 시선 참조선을 형성시키는 단계, (f2) 시선 참조선과 수직한 다수의 제1 참조면을 형성시키는 단계, (f3) 서로 이격된 다수의 제1 참조면에 다수의 제1 타원을 각각 형성시키는 단계, (f4) 다수의 제1 타원을 둘러싸는 안구면을 형성시키는 단계, (f5) 안구면의 내측면으로부터 0.004mm 두께를 가지는 BMO를 형성시키는 단계, (f6) 안구면의 외측면으로부터 소정의 두께를 가지는 맥락막(Choroid) 및 공막(Sclera)을 순차적으로 형성시키는 단계 및 (f7) 3차원 모델링된 상기 안구 모델을 형성시키는 단계를 포함한다.
여기서, 다수의 제1 타원은 서로 다른 크기의 비대칭 타원일 수 있다.
도 31의 (a), (b)는 시신경 모델을 3차원 모델링하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 32의 (a), (b)는 3차원 모델링된 시신경 모델을 나타낸 도면이다. 도 33은 안구 모델 및 시신경 모델을 나타낸 도면이다. 도 34는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상이 접합된 상태에서 안축장 길이, 사상판의 중심으로부터 시신경 뿌리까지의 직선거리, 직선거리를 5등분하는 좌우 폭, 직선거리와 와우폭의 비, 좌우폭의 중심을 연결한 곡선, 곡선의 길이를 측정하기 위한 도면이다. 도 35는 시신경 모델을 나타낸 단면사시도이다.
도 31 내지 도 35를 참조하면, 상기 (g) 단계는, (g1) 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 기반으로 시신경 뿌리의 중심점을 획득하는 단계, (g2) 한 쌍의 ASCO과 시신경 뿌리의 중심점을 연결하는 제2 연결선을 형성시키는 단계, (g3) 제2 연결선을 5등분하는 다수의 제2 참조면을 형성시키는 단계, (g4) 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 이용하여 다수의 제2 참조면에 다수의 제2 타원을 형성시키는 단계, (g5) 다수의 제2 타원의 중심을 연결하는 참조선을 형성시키는 단계, (g6) 다수의 제2 타원을 둘러싸는 시신경경로를 형성시키는 단계, (g7) 시신경경로의 끝단을 공막(Sclera)까지 연장시키는 단계, (g8) 시신경경로의 기설정된 두께를 반영하여 시신경경로의 내부를 형성시키는 단계 및 (g9) 상기 3차원 모델링된 상기 시신경 모델을 형성시키는 단계를 포함한다.
도 31의 (a), (b)를 참조하면, 상기 (g3) 단계에서, 제2 참조면은 XY평면 및 XZ평면으로 슬라이싱한 MRI 영상을 비교하여 각각 수평 길이와 수직 길이를 참조하고, 제1 면, 제2 면, 제3 면, 제4 면, 제5 면, 제6 면을 타원으로 가정하여 수평 길이를 하기의 [표 4]를 참고하여 대입한다.
면 수평 길이 수직 길이
제1 면 6.86 4.65
제2 면 4.03 4.54
제3 면 4.18 2.43
제4 면 4.6 2.41
제5 면 5.3 2.97
제6 면 4.65 4.14
상기 (g) 단계를 통하여 3차원 모델링된 시신경 모델은 도 32에 도시된 바와 같다.또한, 본 발명에 따라 3차원 모델링된 안구 모델 및 시신경 모델은 도 33에 도시된 바와 같으며, 도 34에 도시된 바를 통하여 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구가 더 큰 MRI 머리 영상에 보정된 OCT 안구 단면영상이 접합된 상태에서 안축장 길이, 사상판의 중심으로부터 시신경 뿌리까지의 직선거리, 직선거리를 5등분하는 좌우 폭, 직선거리와 와우폭의 비, 좌우폭의 중심을 연결한 곡선, 곡선의 길이를 측정할 수 있다.
또한, 도 35에 도시된 시신경 모델의 단면에서 장축 중 단면의 중심으로부터 좌측단까지의 제1 거리(A), 장축 중 단면의 중심으로부터 우측단까지의 제2 거리(B), 단축 중 단면의 중심으로부터 상측단까지의 제3 거리(C), 단축 중 단면의 중심으로부터 하측단까지의 제4 거리(D), 제1 거리(A)에 대한 제2 거리(B)의 비, 제3 거리(C)에 대한 제4 거리(D)의 비는 아래의 [표 5]와 같다.
제1 거리(A) 3.5
제2 거리(B) 5.95
제3 거리(C) 2.31
제4 거리(D) 2.62
제1 거리(A)에 대한 제2 거리(B)의 비(B/A) 1.7
제3 거리(C)에 대한 제4 거리(D)의 비(D/C) 1.13
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. (a) XY평면 및 XZ평면으로 각각 슬라이싱된 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 다수의 제2 MRI 머리 영상 중 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계;
    (b) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상에서 안구에 내접하는 내접원의 중심, 지름 및 시신경 계측점 중 하나인 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계;
    (c) OCT 안구 영상에서 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계;
    (d) 상기 OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하여 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계;
    (e) 상기 보정된 OCT 안구 단면영상을 상기 한 쌍의 ASCO의 중심에 접합하는 단계;
    (f) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상의 안구 형상을 기반으로 3차원 모델링하여 안구 모델을 형성시키는 단계; 및
    (g) 상기 3차원 모델링된 안구 모델에 연결되는 시신경경로를 3차원 모델링하여 시신경 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 머리를 촬영하여 상기 XY평면으로 슬라이싱된 상기 다수의 제1 MRI 머리 영상을 획득하는 단계;
    (a2) 상기 머리를 촬영하여 상기 XZ평면으로 슬라이싱된 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상을 획득하는 단계;
    (a3) 상기 다수의 제1 MRI 머리 영상에서 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; 및
    (a4) 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상에서 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제2 MRI 머리 영상을 선택하는 단계;를 포함하고,
    상기 다수의 제1 MRI 머리 영상 및 상기 다수의 제2 MRI 머리 영상은 안구가 촬영된 영상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 최대 크기의 안구를 가지는 제1 MRI 머리 영상 및 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상을 선택하는 단계; 및
    (b2) 상기 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 내접원의 중심, 내접원의 지름, 상기 한 쌍의 ASCO 및 상기 한 쌍의 ASCO의 중심을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 안구를 촬영하여 OCT 안구 영상을 획득하는 단계;
    (c2) OCT 프로그램에 의해 상기 안구의 시신경 유두부의 중심을 통과하는 상기 중심라인이 생성되는 단계; 및
    (c3) 상기 OCT 안구 영상에서 상기 중심라인을 따라 OCT 안구 단면영상을 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 OCT 안구 단면영상은 BMO(Bruch's Membrane Opening)의 중심을 시신경의 중심으로 가정한 OCT B-Scan 영상인 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d1) 상기 OCT 안구 단면영상을 단순화 안구 모델에 적용하는 단계;
    (d2) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상 중 안구의 크기가 더 큰 MRI 머리 영상에서 측정된 안축장 길이를 이용하여 노달 길이(NL: Nodal Length)를 획득하는 단계;
    (d3) 상기 노달 길이를 이용하여 상대 노달 길이를 획득하는 단계;
    (d4) 상기 상대 노달 길이를 이용하여 굴절 반각을 획득하는 단계; 및
    (d5) 상기 굴절 반각을 이용하여 상기 OCT 안구 단면영상의 왜곡을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 보정된 OCT 안구 단면영상은 소정의 곡률을 가지는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e1) 상기 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 상기 내접원의 중심을 기준으로 상기 XY평면에 내접원을 형성시키는 단계;
    (e2) 상기 XY평면에 형성된 내접원의 중심과 상기 한 쌍의 ASCO의 중심을 연결하는 제1 연결선을 형성시키는 단계;
    (e3) 상기 제1 연결선을 포함하도록 상기 XZ평면에 내접원을 형성시키는 단계; 및
    (e4) 상기 XY평면에 형성된 내접원, 상기 XZ평면에 내접원 및 상기 제1 연결선이 교차되는 교차 지점에 상기 보정된 OCT 안구 단면영상을 접합하는 단계;를 포함하고,
    상기 교차 지점은 상기 한 쌍의 ASCO의 중심인 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    (f1) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상 중 안구에 내접하는 내접원이 더 큰 MRI 머리 영상에서 안구의 중심과 홍채의 중심을 연결하는 시선 참조선을 형성시키는 단계;
    (f2) 상기 시선 참조선과 수직한 다수의 제1 참조면을 형성시키는 단계;
    (f3) 서로 이격된 상기 다수의 제1 참조면에 다수의 제1 타원을 각각 형성시키는 단계;
    (f4) 상기 다수의 제1 타원을 둘러싸는 안구면을 형성시키는 단계;
    (f5) 상기 안구면의 내측면으로부터 0.004mm 두께를 가지는 BMO를 형성시키는 단계;
    (f6) 상기 안구면의 외측면으로부터 소정의 두께를 가지는 맥락막(Choroid) 및 공막(Sclera)을 순차적으로 형성시키는 단계; 및
    (f7) 상기 3차원 모델링된 상기 안구 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계 및 상기 (g) 단계 사이에,
    상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 보정된 OCT 안구 단면영상에 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계는,
    상기 보정된 OCT 안구 단면영상에서 BMO, 맥락막 오프닝(Choroid Opening, ASCO를 구분하기 위한 선분을 형성시키는 단계;
    상기 선분의 중심점을 통과하는 법선을 형성시킨 후 상기 법선에 수직한 수직면을 형성시키는 단계; 및
    중앙부가 관통된 상기 수직면과 상기 ASCO의 선분을 연결하여 ASCO 모델을 3차원 모델링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 (g) 단계는,
    (g1) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상을 기반으로 시신경 뿌리의 중심점을 획득하는 단계;
    (g2) 상기 한 쌍의 ASCO과 상기 시신경 뿌리의 중심점을 연결하는 제2 연결선을 형성시키는 단계;
    (g3) 상기 제2 연결선을 5등분하는 다수의 제2 참조면을 형성시키는 단계;
    (g4) 상기 제1 MRI 머리 영상 및 상기 제2 MRI 머리 영상을 이용하여 상기 다수의 제2 참조면에 다수의 제2 타원을 형성시키는 단계;
    (g5) 상기 다수의 제2 타원의 중심을 연결하는 참조선을 형성시키는 단계;
    (g6) 상기 다수의 제2 타원을 둘러싸는 상기 시신경경로를 형성시키는 단계;
    (g7) 상기 시신경경로의 끝단을 공막(Sclera)까지 연장시키는 단계;
    (g8) 상기 시신경경로의 기설정된 두께를 반영하여 상기 시신경경로의 내부를 형성시키는 단계; 및
    (g9) 상기 3차원 모델링된 상기 시신경 모델을 형성시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 영상 및 OCT 영상의 접합을 이용한 시신경경로의 생성방법.
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