KR101491087B1 - Quantitative Detection Methods for Iodine Contrast Agent Using the Dual Energy Computed Tomography - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 에너지(dual energy) 컴퓨터 단층 촬영 기법을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 검출방법은 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분, 예컨대 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 방법을 제공한다. 본 발명의 검출방법에서 활용하는 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상의 이차원 에너지 맵은 가변적인 조영제의 농도 범위 및 노이즈(noise) 범위가 반영되므로 CT 측정의 오류 및 노이즈의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명의 검출방법은 조영제의 물질축을 포함하는 이차원 에너지 맵을 구축한 뒤, 이를 바탕으로 CT 측정 부위의 HU 값을 에너지 맵에 적용하여, 대상 부위에 존재하는 조영제의 양을 역으로 산출함으로써 조영제의 분포를 정량적으로 확인할 수 있다. 본 발명의 검출방법은 소량의 조영제와 선량으로 여러 형태의 영상을 계산하도록 함으로써, 최소의 침습(조영제 투여 및 X-선 피폭)으로, 최고 성능의 진단영상 획득이라는 관점에서도 의료서비스의 질적 향상에 이바지하는 효과를 가져올 것이다.The present invention relates to a quantitative detection method of a contrast agent using a dual energy computed tomography technique. The detection method of the present invention provides a method of iodine mapping that uses a dual energy computed tomography (DECT) image to determine the distribution of only the major components of the contrast agent, such as iodine. The two-dimensional energy map of the dual energy computed tomography (DECT) image utilized in the detection method of the present invention can minimize the influence of error and noise of the CT measurement because the variable range of the contrast agent concentration and the noise range are reflected . Further, the detection method of the present invention constructs a two-dimensional energy map including the material axis of the contrast agent, and then applies the HU value of the CT measurement site to the energy map based on this, and calculates the amount of the contrast agent present in the target site inversely The distribution of the contrast agent can be confirmed quantitatively. The detection method of the present invention allows the calculation of various types of images with a small amount of contrast agent and dose so that the quality of medical service can be improved from the viewpoint of obtaining the best diagnostic image with minimum invasion (contrast agent administration and X-ray exposure) It will have the effect of contributing.
Description
본 발명은 이중에너지 컴퓨터 단층촬영 영상을 이용한 요오드계 조영제의 정량적 검출 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a quantitative detection method of an iodine contrast agent using a dual energy computed tomography image.
최근 단일 에너지 (단일 관전압, kVp)의 CT 영상에서 구분하기 힘든 물질간의 구별을 목적으로 이중에너지 CT (dual energy CT, DECT) 영상에 대한 연구가 활발히 시도되고 있다. DECT는 두 값의 관전압과 관전류를 이용하여 CT를 촬영하는 것으로서, 저전압 영상과 고전압 영상 2 개의 CT 영상을 이용하여, 단일 에너지 CT 영상의 한계를 극복하려는 방법이다. DECT의 활용 예는 저전압 영상과 고전압 영상을 적절히 섞는 블랜디드 이미징(blended imaging), 두 전압 사이의 임의의 전압의 영상을 생성하는 에너지-선택적 이미징(energy-selective imaging), 인체 내의 특정 성분 (뼈, 조영제 등)만의 분포를 나타내는 물질-선택적 이미징(material-selective imaging) 등이 있다. 물질-선택적 이미징 영상에서 조영제 성분인 요오드만을 추출하는 기법을 요오드 매핑(iodine mapping)이라 한다.Recently, studies on dual energy CT (DECT) imaging have been actively pursued for the purpose of distinction between materials that are difficult to distinguish from CT images of single energy (single tube voltage, kVp). DECT is a CT method using tube voltage and tube current of two values. It is a method to overcome limit of single energy CT image by using two CT images of low voltage image and high voltage image. Examples of DECT applications include blended imaging that mixes low voltage and high voltage images appropriately, energy-selective imaging that produces an image of any voltage between the two voltages, Bones, contrast agents, etc.) - material-selective imaging. The technique of extracting only the iodine, which is a contrast agent in a material-selective imaging image, is called iodine mapping.
현재 요오드 매핑을 생성하는 가장 일반적인 방법은 디지털감산혈관조영술(Digital Subtraction Angiography)이다. 이는 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map) 위에서 A와 B를 잇는 직선에 존재하며, 요오드에 의하여 조영되면 요오드의 물질축의 기울기를 따라 HU값이 커지는 현상을 이용한다(도 1 참조). 따라서, 저전압과 고전압 영상 모두에서 에너지맵에서의 직선 AB에 닿을 때까지 HU 값을 빼는 방법으로서 가상적 무조영 영상(non-contrast image)을 생성하며, 이 때 저전압 영상과 고전압 영상에서의 조영은 감(減)하는 벡터의 가로축과 세로축으로의 정사영의 크기에 해당한다. 그러나, 신체 모든 부위의 HU 값이 선분 AB상에 존재한다는 가정은 사실과 부합하지 않고, 모든 경우 무조영 연산을 수행한다는 점을 단점으로 볼 수 있다.
Currently, the most common method for generating iodine mapping is Digital Subtraction Angiography. This is because most of the tissues in the body are on a straight line connecting A and B on the energy map, and when the iodine is imaged, the HU value increases along the slope of the material axis of iodine (see FIG. 1). Thus, a non-contrast image is generated as a method of subtracting the HU value until it reaches the line AB in the energy map in both the low voltage and high voltage images, where the low voltage image and the high voltage image Of the vector to be subtracted from the vertical axis. However, it is a disadvantage that the assumption that the HU value of all parts of the body exists on the segment AB does not match the fact, and that in all cases the uncorrected operation is performed.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허 문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.
본 발명자들은 종래 단일에너지 컴퓨터 단층촬영 영상으로는 검출하기 힘들었던 소량의 조영제를 효과적으로 검출하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 이차원 에너지 맵(energy map)을 이용하여 조영제(예컨대, 요오드)의 농도를 정량적으로 검출할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 발명의 검출 방법은 저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU (Houndsfield unit) 값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여 이차원의 에너지 맵을 생성한 후, 미리 알고 있는 일정 기울기를 가지는 조영제의 물질축을 이용하여 조직 등에 포함된 조영제의 농도를 예측하는 방법으로서, 본 발명의 검출 방법을 이용하는 경우 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류 및 CT 영상 획득 시의 노이즈(noise)를 고려하여 보다 정확한 요오드 농도를 분석할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors have tried to develop a method for effectively detecting a small amount of contrast agent, which was difficult to detect with a single energy CT image. As a result, the present inventors have developed a method for quantitatively detecting the concentration of a contrast agent (e.g., iodine) using a two-dimensional energy map of low-voltage and high-voltage dual energy CT images. The detection method of the present invention generates a two-dimensional energy map using the HU (Houndsfield unit) values of the pixels corresponding to the low voltage image and the high voltage image as the x coordinate and the y coordinate, respectively, A method of predicting the concentration of a contrast agent included in a tissue or the like using a material axis of a high voltage image and a method of detecting a contrast agent in a case of using a detection method of the present invention, The inventors have confirmed that the iodine concentration can be more accurately analyzed in consideration of the noise of the sample.
따라서 본 발명의 목적은 다음의 단계를 포함하는 이중 에너지컴퓨터 단층 촬영 기법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법을 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a quantitative detection method of a contrast agent using dual energy computed tomography (DECT) including the following steps.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, there is provided a method for quantitative detection of a contrast agent using dual energy computed tomography (DECT) comprising the steps of:
(a) 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계로서, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시되며, 상기 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 나타내고; (a) representing low voltage and high voltage image information of a dual energy computed tomography method obtained from a subject to which contrast agent is administered as a two-dimensional energy map, wherein the x and y axes of the energy map are HU Houndsfield unit), wherein the x and y axes represent HU values of low voltage or high voltage image information;
(b) 상기 단계 (a)의 에너지 맵에 조영제의 물질축(material axis)을 도입하는 단계; (b) introducing a material axis of a contrast agent into the energy map of step (a);
(c) 상기 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타내며; 및(c) setting a window region with respect to the material axis, wherein the width and height of the window region respectively denote a concentration and a noise range of the contrast agent; And
(d) 상기 대상자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
(d) analyzing the concentration of the contrast agent contained in the imaging region of the subject, wherein when the HU value indicated in the energy map is included in the window region, it is determined that the concentration range of the window region includes the contrast agent do.
본 발명자들은 종래 단일에너지 컴퓨터 단층촬영 영상으로는 검출하기 힘들었던 소량의 조영제를 효과적으로 검출하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 이차원 에너지 맵(energy map)을 이용하여 조영제(예컨대, 요오드)의 농도를 정량적으로 검출할 수 있는 방법을 개발하였다. 본 발명의 검출 방법은 저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU (Houndsfield unit) 값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여 이차원의 에너지 맵을 생성한 후, 미리 알고 있는 일정 기울기를 가지는 조영제의 물질축을 이용하여 조직 등에 포함된 조영제의 농도를 예측하는 방법으로서, 본 발명의 검출 방법을 이용하는 경우 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류 및 CT 영상 획득 시의 노이즈(noise)를 고려하여 보다 정확한 요오드 농도를 분석할 수 있음을 확인하였다. As a result of intensive researches to develop a method for efficiently detecting a small amount of contrast agent which was difficult to detect with a conventional single energy CT image, the present inventors have used a two-dimensional energy map of low energy and high voltage CT images To thereby quantitatively detect the concentration of the contrast agent (e.g., iodine). The detection method of the present invention generates a two-dimensional energy map using the HU (Houndsfield unit) values of the pixels corresponding to the low voltage image and the high voltage image as the x coordinate and the y coordinate, respectively, A method of predicting the concentration of a contrast agent included in a tissue or the like using a material axis of a high voltage image and a method of detecting a contrast agent in a case of using a detection method of the present invention, The iodine concentration can be more accurately analyzed in consideration of the noise of the sample.
본 발명은 중요한 기술적 특징은 이중 에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분인 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 영상을 제공함에 있다. An important technical feature of the present invention is to provide an iodine mapping image that grasps the distribution of only iodine, which is a major component of the contrast agent, using a dual energy computed tomography (DECT) image.
종래의 요오드 매핑 방법인 디지털감산혈관조영술(digital subtraction angiography:DSA)은 원뿔형 빔(cone beam)을 사용하여 인체를 투과한 X선을 영상증배관(image intensifier)에서 빛으로 변환시킨 후 빛을 광검출기(TV 카메라의 촬상관 또는 CCD 카메라)로 보내고, 이곳에서 발생한 영상정보를 디지털로 처리한 후 모니터를 통해 시각화된 2차원 영상으로 만드는 방법이다. X-선관 고전압 발생장치로부터 방사된 원뿔형 빔의 X-선이 인체에 조사되어 투과된 뒤 영상증배관에서 빛 신호로 변환되고 광학계를 통하여 광검출기에서 전기적 신호로 변환된다. Digital subtraction angiography (DSA), which is a conventional iodine mapping method, uses a cone beam to convert X-rays transmitted through the human body from an image intensifier to light, (Image pickup tube of a TV camera or a CCD camera), digitizes the image information generated in the image sensor, and then displays the image as a two-dimensional image visualized through a monitor. The X-ray of the conical beam emitted from the X-ray tube high voltage generator is irradiated to the human body and then transmitted through the image intensifier tube into a light signal and converted into an electrical signal by the optical detector through the optical system.
그러나, 상기 디지털 혈관조영법에서 얻은 영상에는 ① 장비 자체에 존재하는 영상 왜곡 및 오차 및 ② 작업자에 의해 발생하는 영상 왜곡 및 오차가 존재할 수 있다. 상기 혈관조영술 장치에 존재하는 영상왜곡 요소들은 X-선관과 영상증배관의 거리, 광학계에 의한 렌즈 수차, 영상증배관과 광검출기의 곡률 수차, 그리고 자기장의 불균일 등에 의해 발생된다. 통상의 혈관조영장치에는 부가적으로 촬영 후 영상의 왜곡을 복원하는 기능이 갖추어져 있고, 이러한 기능이 없는 경우에는 영상을 처리하여 수학적인 알고리즘을 이용하여 보정하는 영상처리 보정기능을 수작업으로 사용하게 된다.However, the image obtained by the digital angiography may include (1) image distortion and error existing in the apparatus itself, and (2) image distortion and error generated by the operator. The image distortion factors existing in the angiography apparatus are generated by the distance between the X-ray tube and the image intensifier tube, the lens aberration by the optical system, the curvature aberration of the image intensifier tube and the photodetector, and the unevenness of the magnetic field. The conventional angiography device is provided with a function of restoring image distortion after taking a picture, and in the absence of such function, an image processing correction function for correcting the image using a mathematical algorithm is manually used .
그러나, 상기 보정기능을 수행하게 되더라도 디지털감산혈관조영술에는 근본적으로 ① 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map)의 A와 B를 잇는 직선 상에 존재한다는 가정하에 보정이 이루어진다는 점, 및 ② 모든 경우 무조영 감쇠연산을 수행한다는 점에 있어서 문제점이 있으며, 본 발명자들은 상술한 디지털감산혈관조영술을 이용한 요오드 매핑 방법의 문제점에 착안하여 본 발명의 방법을 설계하였다. However, even if the above correction function is performed, the digital subtraction angiography is fundamentally corrected under the assumption that most of the tissues in the body exist on a straight line connecting the energy maps A and B, and In all cases, there is a problem in that the contrast-free attenuation calculation is performed. The present inventors designed the method of the present invention by focusing on the problems of the iodine mapping method using the digital subtraction angiography described above.
아래에서 이와 같은 본 발명의 이중 에너지 컴퓨터 단층 촬영법(dual energy computed tomography, DECT)을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 대하여 구체적으로 설명한다:Hereinafter, a quantitative detection method of a contrast agent using dual energy computed tomography (DECT) of the present invention will be described in detail.
단계 (a): 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 이미지를 이용한 2차원 에너지 Step (a): Two-dimensional energy using a dual energy computed tomography image 맵(energy map)의Of the energy map 생성 produce
우선, 본 발명의 방법은 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계를 포함한다. First, the method of the present invention includes a step of representing the low-voltage and high-voltage image information of the dual energy computed tomography obtained from the subject to which the contrast agent is administered with a two-dimensional energy map.
상기 영상 정보는 대상자(subject)에 대하여 조영제를 투여한 후 측정가능하다. 본 명세서에서 용어 “조영제”란, 개체에게 투여했을 때 관심 부위가 주위 조직과 구별될 수 있도록, 루멘 또는 조직에 영향을 줄 수 있는(예컨대, 충전, 팽창, 라벨 및/또는 마크) 물질로 이루어진 임의의 조성물을 의미하며, 예컨대, 황산바륨과 같은 바륨계 화합물; 비이온성과 이온성 형태의 유기 결합 요오드계 화합물; 가돌리늄계 화합물; 철(Fe), 디스프로슘(Dy) 또는 망가니즈(Mn)을 포함하는 MR 영상법에 사용되는 임의의 다른 금속 원소 화합물; 벤토나이트계 화합물; 및 마그네시아 화합물을 포함하며 이에 한정되지 않는다.The image information can be measured after administration of a contrast agent to a subject. The term " contrast agent " as used herein refers to a material that is capable of affecting the lumen or tissue (e.g., filled, expanded, labeled and / or marked) Means any composition, for example, a barium-based compound such as barium sulfate; Organic bonding iodine compounds in nonionic and ionic forms; Gadolinium compounds; Any other metal element compound used in MR imaging methods including iron (Fe), dysprosium (Dy) or manganese (Mn); Bentonite compounds; And magnesia compounds.
이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 1 내지 2개의 X-선 튜브(X-ray tube)와 상응하는 탐지기로 구성된 장치를 이용하여 동시에 서로 다른 에너지 준위에서 영상을 얻을 수 있고 2개의 서로 다른 정보 묶음을 후처리 소프트웨어에 넣어 바로 처리할 수 있다. 따라서 서로 다른 에너지 준위에서 2번 촬영하였을 때 환자 움직임 또는 실수로 등록된 자료에 의해 생길 수 있는 오류를 차단할 수 있다. 단일-에너지 기반 기술(Single-energy threshold-based technique)과 비교하여 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 전환된 컴퓨터 단층촬영 값이 조직의 밀도나 농도에 영향을 받지 않아 각각의 조직을 색으로 영상화하여 특이적으로 나타낼 수 있다는 장점이 있다.Dual-energy computed tomography can be used to obtain images at different energy levels simultaneously using one or two X-ray tubes and corresponding detectors, and two different sets of information can be processed It can be put in software and processed immediately. Thus, when two images are taken at different energy levels, it is possible to block errors caused by patient movement or accidentally registered data. Compared with the single-energy threshold-based technique, dual-energy computed tomography is a technique in which converted CT values are not affected by tissue density or concentration, As shown in Fig.
상기 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법은 저전압인 10 kVp - 80 kVp의 관전압(tube voltage) 및 고전압인 80 kVp - 150 kVp의 관전압에서 각각 초기 순환 관류 영상 정보 및 지연 증강 영상 정보를 수득한다.The dual energy computed tomography obtains initial circulation perfusion image information and delay enhancement image information at a low voltage of 10 kVp - 80 kVp tube voltage and a high voltage of 80 kVp - 150 kVp, respectively.
일 예에 따르면, 요오드의 K-edge(감약계수의 불연속 지점)에 가장 근접한 수치인 80 kVp를 저전압으로 사용할 수 있으며, 따라서 상기 관전압은 저전압으로서 80 kVp 및 고전압으로서 140 kVp를 사용할 수 있다. 상기 관전압은 환자의 두께 및 촬영 목적에 의해 결정될 수 있으며, 또는 고정된 관전압 80kVp/140kVp을 사용하되 환자의 체질량지수에 따라 관전류를 조정하여 이중 에너지 컴퓨터단층 촬영을 실시할 수도 있다.According to one example, 80 kVp, which is the closest value to the K-edge of the iodine (discontinuity point of the decay coefficient), can be used as the low voltage, so that the tube voltage can use 80 kVp as the low voltage and 140 kVp as the high voltage. The tube voltage may be determined by the thickness of the patient and the purpose of the imaging, or by using a fixed tube voltage of 80 kVp / 140 kVp, but the tube current may be adjusted according to the patient's BMI to perform dual energy computed tomography.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 이중 에너지 컴퓨터단층 촬영 시, 조영제로서 요오드-기반(based) 조영제를 사용할 수 있으며, 요오드-기반 조영제의 경우 밀도가 높아 X-선에 대한 흡수정도가 커, 컴퓨터단층 촬영에서 우수한 조영증강 효과를 나타낼 수 있다. According to a specific embodiment of the present invention, an iodine-based contrast agent can be used as a contrast agent in the dual-energy computed tomography. In the case of an iodine-based contrast agent, the density of X- , And excellent contrast enhancement effect can be obtained in computed tomography.
일 예에 따르면, 본 발명의 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영은 빠른 kVp-스위칭(fast kVp-switching), 느린 kVp-스위칭(slow kVp-switching), 이중 소스(dual sources) 및 샌드위치 디텍터(sandwich detector)의 구성을 포함하는 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 장비를 이용하여 측정될 수 있다.
According to one example, the dual energy computed tomography of the present invention can be used for fast kVp-switching, slow kVp-switching, dual sources, and a sandwich detector Energy < / RTI > computed tomography equipment that includes a < RTI ID = 0.0 >
이어, 상기 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영의 영상 정보를, x 축 및 y 축을 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시한 2차원 에너지 맵(energy map)에 나타낸다. Next, the image information of the dual energy computed tomography is shown in a two-dimensional energy map in which the x-axis and y-axis are expressed in units of HU (Houndsfield unit).
본 명세서에서 용어 “2차원 에너지 맵(energy map)”은 벡터 플롯(vector plot)을 의미하며, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 의미한다.As used herein, the term " two-dimensional energy map " refers to a vector plot, and the x and y axes of the energy map refer to HU values of low voltage or high voltage image information.
이중 에너지 컴퓨터 단층촬영의 최소 단위는 픽쳐 포인트(picture point) 또는 픽셀(pixel)로서, 각 픽셀의 감약계수를 CT 계수(CT number) 또는 하운스필드 넘버(Hounsfield number)라 한다. 또한, 어떠한 부위를 통과한 X-선의 강도가 약해지는 정도를 감약계수(attenuation coefficient)라 하며, 상기 감약계수는 HU (Houndsfield unit) 단위로 측정된다. 다양한 형태의 체조직은 서로 상대적인 HU 값을 가지며, CT 넘버(CT Number)는 감쇠의 원칙을 따르는 임의적, 상대적인 값이다.
The minimum unit of the dual energy computed tomography is a picture point or a pixel, and the attenuation coefficient of each pixel is called a CT number (CT number) or a Hounsfield number (Hounsfield number). In addition, the extent to which the intensity of the X-ray passing through any site is weakened is referred to as an attenuation coefficient, and the attenuation coefficient is measured in HU (Houndsfield unit). The various types of body tissues have relative HU values, and the CT number is an arbitrary, relative value that follows the principle of damping.
단계 (b): Step (b): 물질축(material axis)의Material axis 도입 Introduction
상기 단계 (a)의 에너지 맵에 미리 결정된(predetermined) 조영제의 물질축(material axis)을 도입한다.A predetermined material axis of the contrast agent is introduced into the energy map of the step (a).
상기 조영제의 물질축(material axis)은 사전 정보나 팬텀(phantom) 실험을 이용한 실측 정보로서 계산할 수 있다.
The material axis of the contrast agent can be calculated as actual information using prior information or phantom experiments.
단계 (c): Step (c): 윈도우window (( windowwindow ) 영역의 설정) Setting of area
상기 단계 (b)의 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타낸다.Setting a window region with respect to the material axis of the step (b), wherein the width and the height of the window region respectively indicate the concentration and the noise range of the contrast agent.
상기 조영제의 농도 범위는 투여한 조영제의 성분에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 사용할 요오드 조영제의 농도가 400 mL Iodine/mL인 경우, 이러한 사전 정보를 이용하여 (ⅰ) 조직의 HU 값을 초과하고 (ⅱ) 투여된 조영제의 농도 이하인 범위로 농도 범위를 한정할 수 있다. 한편, 상기 조영제의 농도 범위는 조영제의 종류, 주입(투여) 속도 및 촬영 부위를 고려하여 결정될 수 있다.The concentration range of the contrast agent may be determined depending on the components of the contrast agent administered. For example, if the concentration of iodine contrast agent to be used is 400 mL Iodine / mL, this prior information can be used to limit the concentration range to (i) the tissue's HU value is exceeded and (ii) . On the other hand, the concentration range of the contrast agent can be determined in consideration of the kind of the contrast agent, the injection (administration) rate, and the imaging site.
본 명세서에서 용어 “노이즈(noise)”란, 물과 같은 균일한 성분을 갖는 물질을 스캔하더라도 모든 픽셀의 CT 넘버(Number)는 동일하지 않고 분산된 형태로 나타나는데, 이 분산된 값을 표준편차로 표시한 값을 의미한다. 또한, 노이즈는 측정하고자 하는 관심부위의 크기에 따라 차이가 발생하므로 통계적인 정확성을 유지하기 위해서 적어도 25개 이상의 충분한 픽셀내의 표준편차로 나타낸다. 노이즈에 영향을 미치는 인자로는 양자 노이즈, 전자적인 노이즈, 픽셀의 크기, 슬라이스 두께, 재구성 알고리즘, 피사체의 크기와 산란선, 그리고 관전압(kVp)과 필터 등이 있다. 상기 노이즈(noise)의 범위는 촬영 장비의 종류, 관전압 및 관전류의 범위, 환자의 체질량 지수(body mass index) 및 촬영 부위에 따라 달라질 수 있다.In the present specification, the term " noise " means that even when a material having a uniform component such as water is scanned, the CT numbers of all the pixels are not the same but appear in a dispersed form. Means the indicated value. In addition, noise is represented by at least 25 standard deviations within enough pixels to maintain statistical accuracy, since the noise varies depending on the size of the region of interest to be measured. Factors affecting noise include quantum noise, electronic noise, pixel size, slice thickness, reconstruction algorithm, subject size and scatter line, and tube voltage (kVp) and filter. The range of the noise may vary depending on the type of imaging equipment, the tube voltage and the range of the tube current, the body mass index of the patient, and the imaging region.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 연조직(soft tissue)에 대한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영 시, 상기 윈도우 영역에서의 노이즈 범위는 촬영 부위인 연조직 부위에서 R.O.I (Region of Interest)를 설정한 후, 상기 R.O.I 부위의 평균 HU 값과 표준 편차를 이용하여 SNR (Signal to noise ratio)를 산출할 수 있으며, 상기 SNR 값을 기준으로 노이즈의 범위를 조절한다. 즉, SNR은 신호의 크기와 노이즈 크기의 비를 의미하며, 이 값이 크면 신호 해석에 유리하므로 이 신호 대 잡음비를 높이는 방법으로 탐상한다.According to a specific embodiment of the present invention, in a dual energy computed tomography (CT) of a soft tissue, a noise range in the window region may be determined by setting a region of interest (ROI) The signal to noise ratio (SNR) can be calculated using the average HU value and the standard deviation of the ROI region, and the noise range is adjusted based on the SNR value. In other words, SNR means the ratio of the signal size to the noise size. If this value is large, it is advantageous to analyze the signal. Therefore, the SNR is detected by increasing the signal-to-noise ratio.
본 명세서에서 용어“체질량 지수”란, 체중 (kg)÷키²(㎡)으로 산출되는 비만 지표를 의미한다.
As used herein, the term " body mass index " means an obesity index calculated as body weight (kg) ÷ height (㎡).
단계 (d): 조영제의 농도 분석Step (d): Concentration of contrast agent
상기 대상 환자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
Analyzing the concentration of the contrast agent contained in the imaging region of the target patient and determining that the contrast agent is included as the concentration range of the window region when the HU value indicated in the energy map is included in the window region.
본 발명의 방법은 상기 단계 (e) 이후에, 각 윈도우 영역에 포함된 HU 값의 스팟(spot)을 클러스터링(clustering)함으로써, 상기 조영제의 정량적 맵(quantitative map)을 생성하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 각 스팟은 에너지(kVp)에 따른 촬영 부위의 HU 값을 나타낸다.
The method of the present invention further includes the step of clustering a spot of HU values contained in each window region after step (e) to generate a quantitative map of the contrast agent . Each spot represents the HU value of the imaging site according to energy (kVp).
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명은 이중 에너지(dual energy) 컴퓨터 단층 촬영 기법을 이용한 조영제(contrast agent)의 정량적 검출 방법에 관한 것이다.(a) The present invention relates to a quantitative detection method of a contrast agent using dual energy computed tomography.
(b) 본 발명의 검출방법은 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상을 이용하여 조영제의 주요 성분, 예컨대 요오드(iodine)만의 분포를 파악하는 요오드 매핑 방법을 제공한다. (b) The detection method of the present invention provides a method of iodine mapping that uses a dual energy computed tomography (DECT) image to determine the distribution of only the main components of the contrast agent, such as iodine.
(c) 본 발명의 검출방법에서 활용하는 이중에너지 컴퓨터단층촬영(DECT) 영상의 이차원 에너지 맵은 가변적인 조영제의 농도 범위 및 노이즈(noise) 범위가 반영되므로 CT 측정의 오류 및 노이즈의 영향을 최소화할 수 있다.(c) The two-dimensional energy map of the dual energy computed tomography (DECT) image used in the detection method of the present invention reflects the concentration range of the contrast agent and the noise range, thereby minimizing the influence of error and noise of the CT measurement can do.
(d) 또한, 본 발명의 검출방법은 조영제의 물질축을 포함하는 이차원 에너지 맵을 구축한 뒤, 이를 바탕으로 CT 측정 부위의 HU 값을 에너지 맵에 적용하여, 대상 부위에 존재하는 조영제의 양을 역으로 산출함으로써 조영제의 분포를 정량적으로 확인할 수 있다.(d) In addition, the detection method of the present invention constructs a two-dimensional energy map including the material axis of the contrast agent, and then applies the HU value of the CT measurement site to the energy map based on the map to calculate the amount of the contrast agent present in the target site The distribution of the contrast agent can be confirmed quantitatively.
(e) 본 발명의 검출방법은 소량의 조영제와 선량으로 여러 형태의 영상을 계산하도록 함으로써, 최소의 침습(조영제 투여 및 X-선 피폭)으로, 최고 성능의 진단영상 획득이라는 관점에서도 의료서비스의 질적 향상에 이바지하는 효과를 가져올 것이다.
(e) The detection method of the present invention is capable of calculating various types of images with a small amount of contrast agent and a dose, thereby minimizing the invasion (contrast agent administration and X-ray exposure) It will have the effect of contributing to the quality improvement.
도 1은 종래의 요오드 매핑을 생성 방법인 디지털감산혈관조영술(Digital Subtraction Angiography)을 이용하는 경우의 에너지 맵을 나타낸 것이다. 신체 내의 대부분의 조직이 에너지맵(energy map) 위에서 A(파란색)와 B(노란색)를 잇는 직선에 존재하며, 요오드에 의하여 조영되면 요오드의 물질축(연갈색)의 기울기를 따라 HU 값이 증가된다(녹색 ⇒ 주황색). 따라서, 저전압(80kVp)과 고전압(140kVp) 영상의 HU 값에 따른 에너지 맵에서의 표시점(주황색)이 직선 AB에 닿을 때까지 HU 값을 빼는 방법으로서 가상적 무조영 영상(non-contrast image)을 생성하며(주황색 ⇒ 녹색), 이 때 저전압 영상과 고전압 영상에서의 조영은 감(減)하는 벡터의 가로축과 세로축으로의 정사영의 크기에 해당한다.
도 2는 단일 에너지 영상(a) 및 본 발명의 방법을 사용하여 이중 에너지 맵에서 요오드(하늘색) 및 칼슘(노란색)의 물질축을 생성한 예(b)를 나타낸다. 녹색 영역의 3, 4, 5, 6, 7번은 도 2(a)의 단일 에너지 영상)에서 모두 비슷한 밝기 값을 가지고 있어 구별하기 어렵지만, 도 2(b)의 에너지 맵 공간에서는 물질 축에 의해 구별될 수 있다.
도 3은 상기 도 2(b)의 물질축을 이용한 요오드 매핑 시 윈도우(window) 영역(파란색) 설정의 예시를 나타낸 것이다. 도 3의 그래프에서 가로축(x 축)은 저전압, 세로축(y 축)은 고전압을 나타내며 두 직선의 교차점은 원점을 나타낸다. 파란색 직선은 요오드의 물질 축이며, 흰색과 빨간색이 겹쳐 보이는 직선은 x = y 직선을 나타낸다. 회색으로 분산된 부분은 에너지 맵 공간에서 ‘저전압 HU 및 고전압 HU의 좌표로 표시되는 픽셀(pixel)’이 존재하는 부분이며, 흰색에 가까울 수록 상기 픽셀이 많이 존재함을 의미한다. 공기와 물의 감쇠값(HU)은 각각 -1000 및 0으로 표시하였다. -1034/1610은 HU 값의 범위를 나타내며, 100 및 135는 관전압(kVp)을 나타낸다. FIG. 1 shows an energy map when digital subtraction angiography, which is a conventional method for generating iodine mapping, is used. Most tissues in the body are on a straight line connecting the A (blue) and B (yellow) on the energy map, and when stimulated by iodine, the HU value increases along the slope of the substance axis (light brown) of iodine (Green ⇒ orange). Therefore, a method of subtracting the HU value until the display point (orange) in the energy map according to the HU value of the low voltage (80 kVp) and high voltage (140 kVp) images touches the straight line AB, (Orange ⇒ green), which corresponds to the magnitude of the orthogonal projection along the horizontal axis and the vertical axis of the vector in which the contrast in the low voltage image and the high voltage image is reduced.
Figure 2 shows an example (b) of producing a material axis of iodine (light blue) and calcium (yellow) in a dual energy map using a single energy image (a) and the method of the present invention. (3), (4), (5), (6) and (7) of the green region have similar brightness values in the single energy image of FIG. 2A). However, in the energy map space of FIG. .
FIG. 3 shows an example of a window area (blue) setting when iodine mapping using the material axis of FIG. 2 (b). In the graph of FIG. 3, the abscissa (x axis) represents a low voltage and the ordinate (y axis) represents a high voltage, and the intersection point of the two lines represents the origin. The blue straight line is the material axis of iodine, and the straight line where the white and red overlap shows the line x = y. The gray-dispersed portion is a portion where 'low voltage HU and high voltage HU' are present in the energy map space, and the closer to white, the more the pixels exist. The attenuation values (HU) of air and water are expressed as -1000 and 0, respectively. -1034/1610 represents the range of HU values, and 100 and 135 represent the tube voltage (kVp).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .
실시예Example
실시예Example 1: 이중전압 컴퓨터 단층촬영 영상에서의 요오드 및 칼슘 성분의 분리- 1: Separation of iodine and calcium components in dual voltage computed tomography - 물질축(material axis)의Material axis 설정 Set
본 발명의 방법을 이용하여 요오드와 칼슘의 혼합물을 분리하였다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 요오드와 칼슘의 혼합물(3번 내지 7번)은 단일 전압 영상에서는 구별하기 힘드나, 저전압과 고전압의 이중에너지 CT 영상의 에너지맵 (energy map)에서는 요오드와 칼슘 혼합물이 분리되어 나타남을 볼 수 있었으며, 특히 4번과 6번 혼합물이 서로 확연히 분리됨을 확인하였다.A mixture of iodine and calcium was separated using the method of the present invention. As can be seen in Figure 2, a mixture of iodine and calcium (Nos. 3 to 7) is difficult to distinguish in a single voltage image, but in an energy map of low energy and high voltage dual energy CT images, , And it was confirmed that the mixture of 4th and 6th mixtures were distinctly separated from each other.
요오드의 수용액은 농도가 100%일 때 4번, 50%일 때가 2번이므로, 도 2(b)의 에너지맵에서 하늘색 직선 위에 위치하였고, 칼슘은 농도에 따라 노란색 직선 위에 위치하였으며, 요오드와 칼슘의 혼합물은 그 성분비에 따라 두 직선 사이에 위치하였다. 하늘색 직선과 노란색 직선을 각각 요오드와 칼슘의 물질축(material axis)으로 설정하였으며, 각 물질축의 기울기는 해당 물질의 특성을 나타낸다.
The concentration of iodine in the aqueous solution was 4 times at the concentration of 100% and twice at the concentration of 50%. Therefore, the iodine solution was located on the straight line of the sky blue in the energy map of FIG. 2 (b) Was located between two straight lines depending on the composition ratio. The sky blue straight line and the yellow straight line are set as the material axis of iodine and calcium, respectively, and the slope of each material axis represents the property of the material.
실시예Example 2: 2: 물질축을Material axis 이용한 요오드 매핑( Iodine mapping ( mappingmapping ))
도 2(b)의 물질축을 이용하여 요오드 매핑을 계산하였다. 요오드와 칼슘의 특성을 나타내는 물질축의 기울기는 사전 정보나 팬텀(phantom)을 이용한 실측 정보로서 계산하였다. 논문으로 기재된 실험의 값을 사용하거나(David N. Tran et al., Dual-energy CT discrimination of Iodine and Calcium, Academic Radiology, Volume 16(2), 160171(2009)), 팬텀에 요오드를 넣고 이중 에너지 단층 촬영을 하여 요오드의 물질축을 구하였다. 요오드 조영제는 Iomeron400 (일성신약, 대한민국)을 사용하였으며, 주입속도 5mL/s로서, 정맥 주입하였다.Iodine mapping was calculated using the material axis of Figure 2 (b). The slope of the material axis showing the characteristics of iodine and calcium was calculated as the actual information using advance information or phantom. Using the values of the experiments described in the paper (David N. Tran et al., Dual-energy CT discrimination of Iodine and Calcium, Academic Radiology , Volume 16 (2), 160171 (2009)), Iodine was added to the phantom and the energy axes of iodine were determined by dual energy tomography. The iodine contrast agent was Iomeron 400 (Eissein Newspaper, Korea) and was injected intravenously at an injection rate of 5 mL / s.
저전압 영상과 고전압영상의 서로 대응하는 화소에서의 HU값을 각각 x 좌표와 y 좌표로 하여, 이차원의 에너지 맵 (energy map)을 생성한 후, 미리 구한 요오드의 물질축을 에너지 맵에 도입하였다. A two-dimensional energy map was generated using the HU values in the pixels corresponding to the low voltage image and the high voltage image as the x coordinate and the y coordinate, respectively, and then the material axis of iodine obtained in advance was introduced into the energy map.
조영제를 특정 농도로 주입하는 경우 혈류와 섞여 그 농도가 일정 범위 변하게 되므로, 그 가변 범위를 도 3의 확대 패널처럼 파란색 윈도우(window) 영역의 가로로서 나타내었다.When the contrast agent is injected at a specific concentration, the variable range is shown as a width of a blue window area like the enlarged panel of FIG. 3 because the concentration of the contrast agent is changed by a certain range.
연조직(Soft Tissue)의 HU 값은 150±50 HU (저전압 기준)이며(도 3), x 축(저전압)의 x = 200 직선과 요오드 물질축의 교점을 구한 후, 상기 교점 이상부터 투여된 조영제의 농도의 HU 값(x = 500(저전압 기준))까지를 조영제 농도 범위로 한정하였다. 요오드 물질축의 기울기는 HU 값이 (200, 130)인 스팟(spot)과 (500, 325)인 스팟의 기울기로서 0.65이이며, 두 스팟의 직선 거리는 조영제 농도 범위를 나타낸다. The HU value of the soft tissue is 150 ± 50 HU (based on low voltage) (FIG. 3), and the intersection of the x = 200 straight line of the x axis (low voltage) and the axis of the iodine substance is obtained. HU value of the concentration (x = 500 (low voltage basis)) was limited to the contrast agent concentration range. The slope of the iodine material axis is 0.65 as a slope of a spot having a HU value of (200, 130) and a spot of (500, 325), and the straight line distance of the two spots indicates a contrast agent concentration range.
한편, CT 영상은 필연적으로 노이즈(noise)의 영향을 받게 되므로, 요오드 성분의 물질이라도 물질축 선 상에서 벗어날 수 있으며, 저전압 영상과 고전압 영상의 화소 간의 대응 관계를 계산하는 정합(registration)의 오류가 발생하면 역시 요오드 성분의 물질이 그 물질축을 벗어나게 된다. 따라서, 노이즈와 정합 오류에 대응하도록 윈도우 영역의 높이를 설정하여야 한다. On the other hand, since the CT image is inevitably affected by noise, even an iodine substance can deviate from the substance axis line, and a registration error that calculates the correspondence relationship between the low voltage image and the high voltage image pixel When it occurs, the substance of iodine component also deviates from the substance axis. Therefore, the height of the window region should be set so as to correspond to the noise and the matching error.
노이즈(noise) 범위는 촬영 장비의 종류(이중에너지 컴퓨터 촬영장치), 관전압 및 관전류의 범위(관전압 80 kVp 및 140 kVp), 및 촬영 부위(심장 또는 심근)에 의해 결정하였으며, 물질축으로부터 ±30의 범위(물질축으로부터의 직선거리 ±30)를 노이즈 범위로 설정하였다. The noise range was determined by the type of imaging equipment (dual energy computerized imaging device), the range of tube voltage and tube current (tube voltage 80 kVp and 140 kVp), and the imaging site (heart or myocardium) (Linear distance from the material axis +/- 30) was set to the noise range.
도 3의 에너지맵의 파란색 윈도우 영역에 해당하는 부분이 원래 CT 영상에서 요오드 성분, 즉, 조영제가 위치한 곳이며, 이로써 단일에너지 CT 영상으로 검출하기 힘든 소량의 요오드를 효과적으로 검출할 수 있음을 확인하였다.
It is confirmed that the portion corresponding to the blue window region of the energy map of FIG. 3 is the location where the iodine component, that is, the contrast agent, is located in the original CT image, thereby effectively detecting a small amount of iodine that is difficult to detect with a single energy CT image .
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (6)
(a) 조영제가 투여된 대상자(subject)로부터 수득한 이중 에너지 컴퓨터 단층촬영법의 저전압 및 고전압 영상 정보를 2차원 에너지 맵(energy map)으로 나타내는 단계로서, 상기 에너지 맵의 x 축 및 y 축은 HU (Houndsfield unit) 단위로 표시되며, 상기 x 축 및 y 축은 저전압 또는 고전압 영상 정보의 HU 값을 나타내고;
(b) 상기 단계 (a)의 에너지 맵에 조영제의 물질축(material axis)을 도입하는 단계;
(c) 상기 물질축에 대하여 윈도우(window) 영역을 설정하는 단계로서, 상기 윈도우 영역의 가로 및 세로는 각각 조영제의 농도 및 노이즈(noise) 범위를 나타내며; 및
(d) 상기 대상자의 영상 촬영 부위에 포함된 조영제의 농도를 분석하는 단계로서, 상기 에너지 맵에 표시된 HU 값이 상기 윈도우 영역 내에 포함되는 경우, 해당 윈도우 영역의 농도 범위로서 조영제를 포함하는 것으로 판단한다.
Quantitative detection of a contrast agent using dual energy computed tomography (DECT), including the following steps:
(a) representing low voltage and high voltage image information of a dual energy computed tomography method obtained from a subject to which contrast agent is administered as a two-dimensional energy map, wherein the x and y axes of the energy map are HU Houndsfield unit), wherein the x and y axes represent HU values of low voltage or high voltage image information;
(b) introducing a material axis of a contrast agent into the energy map of step (a);
(c) setting a window region with respect to the material axis, wherein the width and height of the window region respectively denote a concentration and a noise range of the contrast agent; And
(d) analyzing the concentration of the contrast agent contained in the imaging region of the subject, wherein when the HU value indicated in the energy map is included in the window region, it is determined that the concentration range of the window region includes the contrast agent do.
The method of claim 1, wherein the contrast agent is selected from the group consisting of a barium-based compound; Iodine compounds; Gadolinium compounds; Metal element compounds including iron (Fe), dysprosium (Dy), or manganese (Mn); Bentonite compounds; A magnesia compound; Or two or more compounds selected from the above compounds.
The detection method according to claim 1, wherein the low voltage and the high voltage are 10 kVp-80 kVp and 80 kVp-140 kVp, respectively.
2. The detection method according to claim 1, wherein the concentration range of the contrast agent in the window region is determined by the type of contrast agent administered and the rate of administration.
2. The method according to claim 1, wherein the noise range of the window region is determined by an SNR (Signal to Noise Ratio) calculated using an average HU value and a standard deviation of the image-taking region of the subject. Way.
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