KR102235880B1 - Medical Image Correction Apparatus and Method using Patch Type Phantom - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 피검자의 신체에 부착되는 모사 팬텀, 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하기 위한 기준 T1 획득부, 상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정하는 영상 보정부를 포함하여 정량적인 진단 기준을 제공함으로써 영상진단기기로부터 획득된 값을 교정하는 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치 및 방법이 개시된다.According to the present invention, a reference T1 acquisition unit for pre-acquiring a reference T1 of only the simulated phantom with respect to the simulated phantom attached to the body of the subject, and positioned at a portion to be observed to obtain a medical image, Including an image correction unit that derives a calibration function based on the reference T1, and corrects the T1 map of the observation image photographed of the part to be observed of the subject to which the simulation phantom is attached, using the derived calibration function. Disclosed is an apparatus and method for correcting a medical image using an attached phantom for correcting a value obtained from an imaging device by providing a diagnosis criterion.
Description
본 발명은 의료 영상 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 자기공명 영상을 보정하는 의료 영상 보정 장치 및 방법이다.The present invention relates to an apparatus and method for correcting a medical image, and more particularly, to an apparatus and method for correcting a medical image for correcting a magnetic resonance image.
의료용 팬텀은 인체의 전체 혹은 부분의 물리적 성질을 모사한 모델로서 진단 및 치료 기기의 성능평가, 의료영상품질평가, 선량측정, 중재적 시술 훈련 및 평가 등에서 다양한 형태, 다양한 목적으로 사용된다. The medical phantom is a model that simulates the physical properties of the whole or part of the human body, and is used in various forms and for various purposes in the performance evaluation of diagnostic and treatment devices, medical image quality evaluation, dose measurement, and interventional procedure training and evaluation.
의료영상의 패러다임이 정성적 진단방식에서 정량적 진단방식으로 변화하고 있으나 의료영상을 획득하는 영상진단기기, 영상 재구성 후처리 알고리즘, 환자에 따른 촬영 조건의 변화에 따라 동일한 대상에 대한 정량적인 값의 차이가 있으며 이는 진단결과에 중대한 영향을 미친다. Although the paradigm of medical imaging is changing from a qualitative diagnosis method to a quantitative diagnosis method, the difference in quantitative values for the same subject according to changes in imaging conditions, image reconstruction post-processing algorithms, and imaging conditions for each patient. And this has a significant influence on the diagnosis result.
이에 따라, 정량적인 진단 기준을 제공함으로써 영상진단기기로부터 획득된 값을 교정하는 체계가 필요하다.Accordingly, there is a need for a system for calibrating the value obtained from the imaging device by providing a quantitative diagnosis criterion.
본 발명은 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치 및 방법으로 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 상기 피검자의 신체에 부착되는 모사 팬텀, 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하기 위한 기준 T1 획득부, 상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정하는 영상 보정부를 포함하여 정량적인 진단 기준을 제공함으로써 영상진단기기로부터 획득된 값을 교정하는 데 그 목적이 있다.The present invention is an apparatus and method for correcting a medical image using an attached phantom, which is located at a portion to be observed to obtain a medical image, and is a simulated phantom attached to the body of the subject, and the reference of the simulated phantom only for the simulated phantom. T1 of the observation image obtained by taking a reference T1 acquisition unit for obtaining T1 in advance, a calibration function based on the reference T1, and photographing the part of the subject to be observed to which the simulation phantom is attached using the derived calibration function The purpose of this is to correct a value obtained from an image diagnosis device by providing a quantitative diagnosis criterion including an image correction unit for correcting a map.
또한, 피검자와 팬텀 데이터를 동시에 획득함으로써 측정되는 정량적인 측정값에 대한 절대적인 기준을 기반으로 다양한 제조업체의 영상진단기기 측정값을 기준 값으로 교정하여 사용하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, there is another purpose to calibrate and use the measured values of image diagnostic devices of various manufacturers as reference values based on the absolute standard for quantitative measured values measured by acquiring the subject and phantom data at the same time.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified of the present invention may be additionally considered within a range that can be easily deduced from the following detailed description and effects thereof.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 보정 장치는, 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 상기 피검자의 신체에 부착되는 모사 팬텀, 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하기 위한 기준 T1 획득부, 상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정하는 영상 보정부를 포함한다.In order to solve the above problem, the apparatus for correcting a medical image according to an embodiment of the present invention is positioned at a portion to be observed to obtain a medical image, and a simulated phantom attached to the body of the subject, and the simulated phantom A reference T1 acquisition unit for obtaining a reference T1 of only the simulated phantom in advance, a calibration function is derived based on the reference T1, and the observation target portion of the subject to which the simulated phantom is attached is determined using the derived calibration function. It includes an image correction unit for correcting the T1 map of the captured observation image.
여기서, 상기 영상 보정부는, 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상에서, MOLLI(modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 관측 대상 부위를 타겟으로 한 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 측정하는 타겟 T1 측정부, 획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀 영역의 팬텀 T1을 도출하는 팬텀 T1 도출부를 포함한다.Here, the image correction unit acquires a T1 map of the observation image using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence from an observation image photographing a portion to be observed of the subject to which the simulated phantom is attached, and the A target T1 measuring unit that measures the target T1 of the target region targeting the observation target region, designating a region to which the simulated phantom is attached in the T1 map of the acquired observation image as a plurality of sample regions, and the plurality of samples And a phantom T1 derivation unit for deriving a phantom T1 of the simulated phantom region from an observation image by calculating an average value of the T1 value corresponding to the region.
여기서, 상기 기준 T1 획득부는, 상기 모사 팬텀을 상기 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득하는 표준 영상 데이터 획득부, 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성하는 표준 T1맵 생성부, 상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산하는 기준 T1 계산부를 포함한다.Here, the reference T1 acquisition unit acquires a plurality of standard image data by placing the simulated phantom at an ISO-Center of an MRI that photographs the medical image and setting an inversion time (TI) differently. A standard T1 map generator for generating a standard T1 map by applying the obtained standard image data to a 3-parameter custom model for the reversal restoration signal S 3p, and a standard T1 of the standard T1 map And a reference T1 calculator configured to calculate the reference T1 of the simulated phantom by calculating an average of the values.
여기서, 상기 영상 보정부는, 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출하는 교정 함수 도출부, 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 기준시간 교정부를 포함한다.Here, the image correction unit is a calibration function derivation unit for deriving the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit, and observation of the subject using the calibration function And a reference time correction unit for correcting the target T1 of the target region of the T1 map of the observation image photographing the target portion to be pixel-by-pixel.
여기서, 상기 교정 함수 도출부는, 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출한다.Here, the correction function derivation unit sets the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit as a horizontal axis, sets the reference T1 only for the simulated phantom as a vertical axis, and derives the correction function by regression analysis using a least squares method. do.
여기서, 상기 기준시간 교정부는, 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정한다.Here, the reference time correction unit corrects by inputting the target T1 at each location of the target area of the T1 map of the observation image of the subject to be observed by the subject into the calibration function.
여기서, 상기 모사 팬텀은, 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들을 포함하는 조직 모사부, 상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련되는 밀착부 및 상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작되는 RF 왜곡 보정 패드부를 포함한다.Here, the simulation phantom is a tissue simulation unit including a plurality of tubes composed of different concentrations of substances, a contact unit positioned at the lower end of the tubes, and provided to be in close contact with and attached to the body of the subject, and the tissue simulation unit. It is located on the outside, and includes an RF distortion correction pad that is manufactured to cover a part of the subject's body.
본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀은, 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들을 포함하는 조직 모사부, 상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련되는 밀착부 및 상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작되는 RF 왜곡 보정 패드부를 포함한다.The simulated phantom according to an embodiment of the present invention includes a tissue simulation unit including a plurality of tubes composed of different material concentrations, a contact unit positioned at the lower end of the tubes and provided to be in close contact with and attached to the body of the subject. And an RF distortion correction pad disposed outside the tissue replica unit and manufactured to cover a part of the subject's body.
여기서, 상기 조직 모사부는, 상기 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들이 일렬로 배치되는 구조이며, 상기 다수개의 튜브들 사이에 위치하여 서로 이웃하는 튜브 간을 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 유연한 재질을 포함하여 상기 튜브 간의 연결이 고정되지 않고 상기 피검자의 신체의 굴곡에 맞춰 이동할 수 있다.Here, the tissue replicating unit has a structure in which a plurality of tubes composed of the different material concentrations are arranged in a line, and includes a connection unit positioned between the plurality of tubes to connect adjacent tubes to each other, and the connection unit Includes a flexible material so that the connection between the tubes is not fixed and can move according to the curvature of the body of the subject.
여기서, 상기 다수개의 튜브들의 상기 서로 다른 물질 농도는, T1 자기이완율이 서로 다른 농도이며, 상기 T1의 범위는 상기 피검자의 신체에서 측정 가능한 범위인 지방(200ms) 에서 순수한 물(2000ms)에 해당하는 범위이다.Here, the different substance concentrations of the plurality of tubes are concentrations having different T1 self-relaxation rates, and the range of T1 corresponds to pure water (2000 ms) from fat (200 ms) which is a measurable range in the body of the subject. This is the range.
여기서, 상기 RF 왜곡 보정 패드부는, 상기 RF 왜곡 보정 패드부의 내측에 RF 필드(RF field)의 왜곡을 줄일 수 있는 초음파 겔(Ultrasound gel) 또는 MnCl2를 포함하는 물질로 채워진다.Here, the RF distortion correction pad part is filled with an ultrasonic gel or a material including MnCl 2 capable of reducing distortion of an RF field inside the RF distortion correction pad part.
여기서, 상기 밀착부는, 상기 피검자의 신체에 부착될 수 있는 부착구조를 포함하여, 상기 피검자가 이동하는 경우에도 위치가 고정되고, 상기 다수개의 튜브들이 상기 피검자의 신체에 빈틈없이 부착되도록 한다.Here, the contact portion includes an attachment structure that can be attached to the body of the subject so that the position is fixed even when the subject moves, and the plurality of tubes are tightly attached to the body of the subject.
본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 보정 방법은, 타겟 T1 측정부가 모사 팬텀이 부착된 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상에서, MOLLI(modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 관측 대상 부위를 타겟으로 한 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 측정하는 단계, 팬텀 T1 도출부가 획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀 영역의 팬텀 T1을 도출하는 단계, 기준 T1 획득부가 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하는 단계를 포함한다.In the medical image correction method according to an embodiment of the present invention, the observation using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence in an observation image obtained by a target T1 measurement unit photographing an observation area of a subject to which a simulated phantom is attached. Acquiring a T1 map of an image and measuring a target T1 of the target area targeting the observation target region, a plurality of regions to which the simulated phantom is attached in the T1 map of the observation image obtained by a phantom T1 derivation unit Deriving a phantom T1 of the simulated phantom region from an observation image by designating it as a sample region and calculating an average value of T1 values corresponding to the plurality of sample regions. And obtaining the reference T1 in advance.
여기서, 상기 기준 T1을 미리 획득하는 단계는, 표준 영상 데이터 획득부가 상기 모사 팬텀을 상기 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득하는 단계, 표준 T1맵 생성부가 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성하는 단계, 기준 T1 계산부가 상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산하는 단계를 포함한다.Here, in the step of obtaining the reference T1 in advance, the standard image data acquisition unit locates the simulated phantom at the ISO-Center of the MRI that photographs the medical image, and sets the inversion time (TI) differently. Step of obtaining a plurality of standard image data by setting, applying the standard image data obtained by a standard T1 map generator to a 3-parameter custom model for a reversal restoration signal (S 3p) to generate a standard T1 map, reference And calculating the reference T1 of the simulated phantom by calculating an average of the standard T1 values of the standard T1 map by a T1 calculator.
여기서, 교정 함수 도출부가 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출하는 단계, 기준시간 교정부가 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 방법.Here, the calibration function derivation unit derives the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit, and the reference time calibration unit uses the calibration function to observe the subject. And correcting the target T1 of the target area of the T1 map of the observation image photographing the target portion to be pixel-by-pixel.
여기서, 상기 교정 함수를 도출하는 단계는, 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출한다.Here, the step of deriving the calibration function includes setting the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit as a horizontal axis, setting the reference T1 only for the simulated phantom as a vertical axis, and performing regression analysis using the least squares method to perform the calibration. Derive the function.
여기서, 상기 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 단계는, 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정한다.In this case, the step of calibrating the target T1 to pixel-by-pixel includes the target T1 at each location of the target area of the T1 map of the observation image photographed of the subject to be observed. Enter the calibration function to calibrate.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 상기 피검자의 신체에 부착되는 모사 팬텀, 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하기 위한 기준 T1 획득부, 상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정하는 영상 보정부를 포함하여 정량적인 진단 기준을 제공함으로써 영상진단기기로부터 획득된 값을 교정할 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, a reference T1 of only the simulated phantom with respect to the simulated phantom attached to the body of the subject, and positioned at an observation target portion to which a medical image is to be acquired. A reference T1 acquisition unit for obtaining in advance, a T1 map of an observation image in which a calibration function is derived based on the reference T1, and an observation target portion of the subject to which the simulation phantom is attached is photographed using the derived calibration function A value obtained from the image diagnosis device may be corrected by providing a quantitative diagnosis criterion including an image correcting unit for correcting.
또한, 피검자와 팬텀 데이터를 동시에 획득함으로써 측정되는 정량적인 측정값에 대한 절대적인 기준을 기반으로 다양한 제조업체의 영상진단기기 측정값을 기준 값으로 교정하여 사용할 수 있다.In addition, by acquiring the subject and the phantom data at the same time, based on the absolute standard for the quantitative measurement value measured, it is possible to calibrate the measured value of the image diagnostic device of various manufacturers as a reference value and use it.
이에 따라, 환자데이터 획득 전 팬텀만 놓고 교정을 한 경우 보다 환자마다 다른 촬영 환경의 변화를 반영할 수 있어 더욱 정확한 교정 값을 얻을 수 있다. Accordingly, it is possible to obtain a more accurate correction value because it is possible to reflect the change in the photographing environment for each patient than when the phantom is corrected only before the patient data is acquired.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if it is an effect not explicitly mentioned herein, the effect described in the following specification expected by the technical features of the present invention and the provisional effect thereof are treated as described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 보정 장치의 모사 팬텀을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀을 같이 촬영한 CINE 영상과 T1 맵 영상을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준 T1맵을 생성하는 방법과 생성된 표준 T1맵을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 함수를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관측 영상의 T1 맵의 보정 전과 보정 후를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적용 부위에 따른 모사 팬텀의 부착 형상을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a diagram showing a medical image correction apparatus using an attached phantom according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a simulated phantom of a medical image correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the position of a simulated phantom according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a CINE image and a T1 map image captured together with a simulated phantom according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a method of generating a standard T1 map and the generated standard T1 map according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a calibration function according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating before and after correction of a T1 map of an observation image according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an attachment shape of a simulated phantom according to an application site according to various embodiments of the present disclosure.
9 and 10 are flowcharts illustrating a medical image correction method using an attached phantom according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 관련된 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.Hereinafter, an apparatus and method for correcting a medical image using an attached phantom according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes "module" and "unit" for constituent elements used in the following description are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves.
본 발명은 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a medical image correction apparatus and method using an attached phantom.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치를 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a medical image correction apparatus using an attached phantom according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치(10)는 모사 팬텀(100), 기준 T1 획득부(200), 영상 보정부(300)를 포함한다. MRI 장치(20)는 자석 조립체(23), 메인 자석(24), 구배 코일 조립체(21), 및 RF 코일 조립체(22) 포함한다. 피검자(30), 즉, 환자는 자기장이 상기 피검자(30)에 침대(25)위에 위치된다.Referring to FIG. 1, a medical
본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치(10)는 자기공명영상장치(MRI)에서 촬영된 진단 영상을 보정하는 장치이다.The
자기공명영상장치(MRI)는 질병의 진단에서 해부학적인 단층 영상과 더불어 조직의 분자환경에 따른 자기이완시간(T1, T2)의 변화로 다양한 진단 영상을 촬영할 수 있다.The magnetic resonance imaging apparatus (MRI) can take various diagnostic images by changing the magnetic relaxation time (T1, T2) according to the molecular environment of the tissue as well as an anatomical tomography image in the diagnosis of a disease.
최근 MRI기술의 발달로 자기이완율을 짧은 시간 내에 측정할 수 있는 방법의 개발되어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 최근 심장 질환의 진단은 정량적인 자기이완시간을 이용하여 진단에 활용되고 있다. With the recent development of MRI technology, a method capable of measuring the self-relaxation rate within a short time has been developed, and related studies are actively being conducted. In particular, the diagnosis of heart disease in recent years has been utilized for diagnosis using a quantitative self-relaxation time.
하지만, MRI 설치 장소 및 제조사 촬영 방법에 따라서 자기이완시간은 차이를 보이기 때문에 대규모 연구 및 임상 활용에 제한을 갖는다.However, since the self-relaxation time differs according to the MRI installation location and the manufacturer's imaging method, large-scale research and clinical use are limited.
본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치(10)는 자기이완시간을 표준화하기 위해 기준 자기이완시간을 갖는 물질(이하 기준물질)을 환자에 부착하여 MRI 촬영 시 기준물질을 동시에 촬영한다. 그 후, 장비 및 제조사에 따라 다르게 측정되는 자기이완시간을 기준물질을 통해서 보정할 수 있다. The medical
모사 팬텀(100)은 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 상기 피검자의 신체에 부착된다.The
모사 팬텀(100)은, 조직 모사부(110), 밀착부(120), RF 왜곡 보정 패드부(130)를 포함한다.The
조직 모사부(110)는 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들을 포함한다.The
밀착부(120)는 상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련된다.The
RF 왜곡 보정 패드부(130)는 상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작된다.The RF distortion
기준 T1 획득부(200)는 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득한다.The reference
기준 T1 획득부(200)는 표준 영상 데이터 획득부(210), 표준 T1맵 생성부(220), 기준 T1 계산부(230)를 포함한다.The reference
여기서, 표준 영상 데이터는 S1 영역과 비교할, 미리 획득되는 모사 팬텀만의 영상 데이터이다.Here, the standard image data is image data of only the simulated phantom obtained in advance to be compared with the S1 area.
MRI에서 측정된 T1 시간을 교정하기 위해서는 팬텀의 Ground-Truth 값(T1TRUE)을 알아야 한다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정 장치는 두 가지 상황을 고려할 수 있다. 1)T1TRUE가 존재하는 경우, 2) T1TRUE가 없거나 다른 이유로 측정해야 하는 경우. 1)의 경우, 본 연구에서는 본 부착형 팬텀에 대해서 한국표준과학연구원(KRISS)에서 제공하는 T1값을 T1TRUE로 설정하다. 2)의 경우, T1TRUE를 정의하기 위하여 기준 T1 획득부(200)가 모사 팬텀만의 기준 T1을 획득하기 위한 방법을 수행한다.To calibrate the T1 time measured by MRI, you need to know the phantom's Ground-Truth value (T1 TRUE). To this end, the image correction apparatus according to an embodiment of the present invention may consider two situations. 1) When T1 TRUE exists, 2) When T1 TRUE does not exist, or when it needs to be measured for other reasons. In the case of 1), in this study, the T1 value provided by the Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) for this attached phantom is set to T1 TRUE. In case 2), in order to define T1 TRUE , the reference
표준 영상 데이터 획득부(210)는 상기 모사 팬텀을 상기 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득한다.The standard image data acquisition unit 210 locates the simulated phantom at an ISO-Center of an MRI that photographs the medical image, and sets an inversion time (TI) differently to obtain a plurality of standard image data. Acquire.
기준 물질로써 사용되기 위해서는 기준 값을 정확히 측정할 수 있어야 한다. MRI는 강한 외부자기장과 RF 코일(안테나)를 이용하기 때문에 자기장과 RF 코일이 모두 동일한 중심 위치에서 촬영 대상이 위치할 때 최적의 촬영 위치가 된다. 촬영 중심(ISO-Center)에서 MRI 자기장의 중심과 RF 코일의 중심 선상에 촬영 대상이 위치한다.In order to be used as a reference substance, it must be possible to accurately measure the reference value. Since MRI uses a strong external magnetic field and an RF coil (antenna), both the magnetic field and the RF coil are optimal when the subject is positioned at the same central position. At the ISO-Center, the subject is positioned on the center line of the MRI magnetic field and the center line of the RF coil.
모사 팬텀의 기준 T1을 정확히 측정하기 위하여 MRI 장비의 ISO-Center(MRI와 RF Coil의 중심 위치)에 본 팬텀을 위치하여 외부환경의 영향을 최소화하기 위한 촬영 환경을 설정한다.In order to accurately measure the reference T1 of the simulated phantom, the phantom is positioned at the ISO-Center (center position of the MRI and RF coil) of the MRI equipment to set the shooting environment to minimize the influence of the external environment.
모사 팬텀의 상기 기준 T1 (Ground-truth T1, T1TRUE)을 측정하기 위해 Gold-standard촬영 방법인 Inversion Recovery Turbo Spin Echo(IR+TES)영상기법을 사용하는 것이 바람직하다. 촬영 조건은 TR(Repetition Time)을 충분히 길게, TE(Echo Time)은 가능한 짧게, TI(inversion time)은 T1 회복이 잘 측정될 수 있도록 6 포인트 이상으로 설정하여 촬영하여 기존의 촬영 조건의 영향을 최소화한다.In order to measure the reference T1 (Ground-truth T1, T1 TRUE ) of the simulated phantom, it is preferable to use the Inversion Recovery Turbo Spin Echo (IR+TES) imaging technique, which is a gold-standard imaging method. Shooting conditions set the TR (Repetition Time) long enough, TE (Echo Time) as short as possible, and TI (inversion time) set to 6 points or more so that T1 recovery can be measured well. Minimize it.
이에 따라, TI를 달리하여 촬영한 다양한 T1 강조 영상들을 획득할 수 있다.Accordingly, it is possible to obtain various T1 emphasis images photographed by varying the TI.
표준 T1맵 생성부(220)는 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성한다.The standard T1 map generator 220 generates a standard T1 map by applying the obtained standard image data to a 3-parameter custom model for the reversal restoration signal S 3p.
구체적으로, 다양한 T1 강조 영상들을 pixel-by-pixel로 curve fitting하여 T1을 계산한다. TI에 따라 촬영시점이 다양한 T1 강조 영상들에서 특정 위치의 영상신호는 TI 시간에 따라 기하급수적으로 증가하는 곡선으로 나타난다. 이 곡선을 3-parameter model로 회기분석(Curve-Fitting)하여 T1을 계산한다. 모든 pixel위치에서의 T1을 계산하여 각 pixel위치에서 T1이 계산된 T1맵 영상을 생성한다. Specifically, T1 is calculated by curve fitting various T1-weighted images by pixel-by-pixel. In T1-weighted images with various shooting points depending on the TI, the image signal at a specific location appears as a curve that increases exponentially with TI time. T1 is calculated by regression analysis (Curve-Fitting) of this curve with a 3-parameter model. By calculating T1 at all pixel positions, a T1 map image in which T1 is calculated at each pixel position is generated.
기준 T1 계산부(230)는 상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산한다.The reference
각 pixel위치에서 T1이 계산된 T1맵 영상을 이용하여 T1맵에서 본 모사 팬텀의 각 샘플 안의 T1 값을 평균하여 기준 T1을 계산한다. 이에 따라, 모사 팬텀의 각 샘플별 T1 측정치를 얻을 수 있다.The reference T1 is calculated by averaging the T1 values in each sample of the simulated phantom viewed from the T1 map using the T1 map image in which T1 is calculated at each pixel position. Accordingly, it is possible to obtain a T1 measurement value for each sample of the simulated phantom.
영상 보정부(300)는 상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정한다.The
여기서, 관측 영상 데이터는 S1 영역을 포함하는 모사 팬텀과 관측 대상 부위가 함께 촬영되는 S2 영역의 데이터이다.Here, the observation image data is data of the simulated phantom including the S1 region and the S2 region in which the observation target portion is captured together.
영상 보정부(300)는 타겟 T1 측정부(310), 팬텀 T1 도출부(320), 교정 함수 도출부(330), 기준시간 교정부(340)를 포함한다.The
타겟 T1 측정부(310)는 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상에서, 반전 펄스(inversion pulse)에 의해 역전되지만 그 후 또 다른 반전 펄스에 의해 영상을 얻는 방식을 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 관측 대상 부위를 타겟으로 한 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 측정한다.The target T1 measuring unit 310 uses a method of obtaining an image by an inversion pulse, but then by another inversion pulse, in an observation image taken of the part of the subject to be observed to which the simulated phantom is attached. A T1 map of the observation image is obtained by using, and a target T1 of the target region targeting the observation target region is measured.
구체적으로, MOLLI(modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 관측 대상 부위를 타겟으로 한 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 측정한다.Specifically, a T1 map of the observation image is obtained using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence, and a target T1 of the target region targeting the observation target region is measured.
모사 팬텀을 환자의 촬영부위에 올려 놓고 심장의 T1을 측정하기 위해 MOLLI (Modified Look-Locker Inversion Recovery)영상 기법으로 T1맵 영상을 획득하게 된다.The simulated phantom is placed on the patient's imaging site, and a T1 map image is acquired using the MOLLI (Modified Look-Locker Inversion Recovery) imaging technique to measure the T1 of the heart.
MOLLI (Modified Look-Locker Inversion Recovery)영상 기법은 T1 값을 정량화하기 위한 방법이다. 구체적으로, MOLLI기법은 반전 펄스(inversion pulse)에 의해 역전되지만 그 후 또 다른 반전 펄스에 의해 영상들을 얻을 수 있다. The MOLLI (Modified Look-Locker Inversion Recovery) imaging technique is a method for quantifying the T1 value. Specifically, the MOLLI technique is reversed by an inversion pulse, but then images can be obtained by another inversion pulse.
위와 같이 얻은 영상들을 프로그램에 의해 자동(inline)으로 움직임 보상(motion correction)하여 T1 맵핑을 할 수 있다.T1 mapping can be performed by performing motion correction inline with the images obtained as above by a program.
MOLLI 영상기술은 IR+TSE 방법의 긴촬영 시간을 15초이내로 단축시킨 영상기술로써 심장의 T1시간을 짧은 시간에 비교적 정확하게 측정할 수 있는 대표적인 영상기술이다. 하지만 심장의 경우 사람마다 다른 호흡 주기와 심장 박동 주기를 갖기 때문에 T1 측정 값이 불균일하고 촬영 장비나 방법에 따라서 측정된 T1값에 bias를 가질 수 있다.MOLLI imaging technology is an imaging technology that shortens the long shooting time of the IR+TSE method to less than 15 seconds, and is a representative imaging technology that can measure the T1 time of the heart relatively accurately in a short time. However, in the case of the heart, since each person has different breathing cycles and heartbeat cycles, the measured T1 value is uneven, and the measured T1 value may have a bias depending on the photographing equipment or method.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 함수 도출부(330)와 기준시간 교정부(340)를 이용하여 T1을 교정하여 영상을 보정하는 방법을 수행한다.Accordingly, a method of correcting an image by correcting T1 using the correction function derivation unit 330 and the reference
팬텀 T1 도출부(320)는 획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀 영역의 팬텀 T1을 도출한다.The phantom T1 derivation unit 320 designates a region to which the simulated phantom is attached in the acquired T1 map of the observation image as a plurality of sample regions, and calculates an average value of T1 values corresponding to the plurality of sample regions to be observed. At, the phantom T1 of the simulated phantom region is derived.
촬영된 MOLLI의 T1맵 영상은 촬영 동안에 발생하는 여러 외부환경에 의해 기준 T1(T1TRUE)값 보다 보통 작은 값으로 측정된다. 이 외부환경의 영향은 모사 팬텀에도 반영되어 오차가 발생하게 된다. 부착형 팬텀의 각 샘플 위치에 해당하는 T1값의 평균값을 계산하여 팬텀 T1(T1MOLLI)를 측정한다. 이에 따라, 환자와 함께 촬영된 부착형 팬텀의 팬텀 T1(T1MOLLI) 측정치를 얻을 수 있다.The captured MOLLI's T1 map image is measured as a value that is usually smaller than the reference T1 (T1 TRUE) value due to various external environments occurring during shooting. The influence of this external environment is also reflected in the simulated phantom, causing an error. The phantom T1 (T1 MOLLI ) is measured by calculating the average value of the T1 value corresponding to each sample position of the attached phantom. Accordingly, it is possible to obtain a measurement value of the phantom T1 (T1 MOLLI) of the attached phantom photographed with the patient.
교정 함수 도출부(330)는 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출한다.The calibration function derivation unit 330 derives the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit.
구체적으로, 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출한다.Specifically, the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit is set as a horizontal axis, and the reference T1 of only the simulated phantom is set as a vertical axis, and the correction function is derived by regression analysis using the least squares method.
즉 MOLLI로 촬영된 T1맵의 각 pixel 위치에서 T1 값을 Fcorr에 입력하여 T1을 교정한다.That is, T1 is corrected by inputting the T1 value to F corr at each pixel position of the T1 map photographed with MOLLI.
기준시간 교정부(340)는 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정한다.The reference
구체적으로, 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정한다.Specifically, the target T1 at each position of the target area of the T1 map of the observation image photographing the subject part of the subject to be observed is input to the calibration function and corrected.
여기서, T1은 높은 에너지 준위에서 열적 평형상태의 낮은 에너지 준위로 일부의 회복에 소요되는 시간이다. 자기공명현상은 보통 수소원자(proton, 양성자)을 대상으로 설명하며, 전하를 가진 입자가 회전을 하면 하나의 작은 자석으로 생각을 할 수 있고 이것을 스핀(spin)이라고 한다. 수소 스핀들이 외부 자기장에 노출이 되면 제이만 효과(Zeeman effect)로 자기장이 가해지는 방향(낮은 에너지 준위)과 반대방향(높은 에너지 준위)으로 정렬되고, 이 상태에서 전자기파 펄스를 가해주는 동안 낮은 에너지 준위의 스핀들은 전자기파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 준위로 이동한다. 전자기파 펄스가 끝나면, 높은 에너지 준위의 스핀들은 자기가 받은 전자기파 에너지를 주변(lattice)으로 전달하면서 전자기파 펄스를 경험하기 이전에 낮은 에너지 준위로 이동하게 된다. T1 시간은 에너지를 전달 받는 주변(lattice)환경에 따라서 달라지게 된다. 특히 주변(lattice)의 분자텀블링률(molecular tumbling rate)에 따라서 결정된다. 예를 들어 지방과 같이 분자구조가 클 때에는 텀블링률이 느리기 때문에 T1시간이 짧아지게 되고, 순수한 물과같이 분자구조가 작을 때는 텀블링률이 빠르기 때문에 T1시간이 길어진다. 이러한 조직간 T1시간의 차이는 연부조직 사이의 대조도를 높일 수 있다. 또한 T1 시간을 조절할 수 있는 조영제(Gd, NiCl2, Mn계 화합물)는 수소 스핀 주변(lattice)의 환경을 조절할 수 있게 만들어서 조직간에 높은 대조도를 만들 수 있다. Here, T1 is the time required for partial recovery from a high energy level to a low energy level in a thermal equilibrium state. Magnetic resonance phenomena are usually described for hydrogen atoms (protons), and when charged particles rotate, they can be thought of as one small magnet, and this is called spin. When the hydrogen spindle is exposed to an external magnetic field, it is aligned in a direction opposite to the direction (low energy level) in which the magnetic field is applied (low energy level) by the Zeeman effect, and in this state, low energy while applying electromagnetic wave pulses. A level spindle absorbs electromagnetic wave energy and moves to a higher energy level. When the electromagnetic wave pulse ends, the high energy level spindle transfers the electromagnetic wave energy received by itself to the lattice and moves to the low energy level before experiencing the electromagnetic wave pulse. The T1 time varies depending on the surrounding (lattice) environment to which the energy is transmitted. In particular, it is determined according to the molecular tumbling rate of the surrounding (lattice). For example, when the molecular structure is large, such as fat, the tumbling rate is slow, so the T1 time is short, and when the molecular structure is small, such as pure water, the tumbling rate is fast, so the T1 time is longer. This difference in T1 time between tissues can increase the contrast between soft tissues. In addition, a contrast agent (Gd, NiCl 2 , Mn-based compound) that can control the T1 time makes it possible to control the environment around hydrogen spins (lattice), thereby creating high contrast between tissues.
본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀(100)은 T1 시간을 조절할 수 있는 NiCl2 화합물을 이용하여 T1시간을 인체의 조직의 T1시간을 모방하도록 제작되었고 MRI 영상기술과 촬영환경에 따른 측정 T1시간의 불균일을 극복하기 위한 기준 물질로써 사용할 수 있다.The
모사 팬텀은 환자와 MRI의 RF coil사이에 위치시켜 심장 촬영 시 촬영 영상에 모사 팬텀이 포함되도록 위치한다.The simulated phantom is positioned between the patient and the RF coil of the MRI so that the simulated phantom is included in the captured image during cardiac imaging.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의료 영상 보정 장치의 모사 팬텀을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a simulated phantom of a medical image correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
모사 팬텀(100)은 의료 영상을 획득하고자 하는 관측 대상 부위에 위치하게 되며, 상기 피검자의 신체에 부착된다.The
기존의 MRI 팬텀은 영상의 크기, 왜곡, 위치, 해상도, 대조도 등을 평가하는 것에 초점을 맞춰 개발되었고, 또한 기존의 팬텀은 환자와 동시에 촬영하는 개념이 아니라 환자와 따로 촬영하기 때문에 환자에 따른 촬영조건을 정확히 반영하지 못하는 단점이 있다.The existing MRI phantom was developed with a focus on evaluating the size, distortion, position, resolution, and contrast of the image. Also, the conventional phantom is not a concept that is photographed simultaneously with the patient, but is photographed separately from the patient. There is a drawback of not accurately reflecting the shooting conditions.
본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀(100)은 부착형으로 제작되어 환자와 동시에 촬영하므로 환자마다 다른 촬영조건이 정확히 반영할 수 있어 후향적으로 측정된 자기이완시간의 보정이 가능하다.Since the
또한, 기준 물질의 특성 및 촬영 조건에 따라서 MRI, CT 등으로 확장 될 수 있고, 정량적 물질의 종류에 따라서 다양하게 확장이 가능하다.In addition, it can be extended to MRI, CT, etc. depending on the characteristics of the reference material and imaging conditions, and can be expanded in various ways according to the type of quantitative material.
모사 팬텀(100)은, 조직 모사부(110), 밀착부(120), RF 왜곡 보정 패드부(130)를 포함한다.The
조직 모사부(110)는 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들(111)을 포함한다.The
조직 모사부(110)는 상기 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들이 일렬로 배치되는 구조이며, 상기 다수개의 튜브들 사이에 위치하여 서로 이웃하는 튜브 간을 연결하는 연결부(113)를 포함하고, 연결부(113)는 유연한 재질을 포함하여 상기 튜브 간의 연결이 고정되지 않고 상기 피검자의 신체의 굴곡에 맞춰 이동할 수 있다.The
다수개의 튜브들(111)은 환자의 체형, 촬영 부위, 촬영 장비(CT, MRI)의 영상 해상도를 고려한 길이와 내경으로 설계되며, 예를 들어 심장MRI의 경우 내경(D) 1~3cm, 길이 10~20cm로 제작되어, 심장을 촬영하는 범위에 맞게 제작되는 것이 바람직하다. The plurality of
다수개의 튜브들(111)은 윗면(115)이 원형인 원기둥 형상으로 제작될 수도 있으며, 상단부(112)와 하단부가 묶여진 형태로 제작될 수도 있다.The plurality of
또한, 환자의 체형, 촬영 부위, 촬영 장비(CT, MRI)를 고려하여 사각형, 원통형 등으로 변경이 가능하다. 심장MRI의 경우에는 병렬로 연결된 원통형 튜브 뭉치인 것이 바람직하다.In addition, it can be changed to a square or cylindrical shape in consideration of the patient's body shape, imaging area, and imaging equipment (CT, MRI). In the case of cardiac MRI, it is preferable that it is a bundle of cylindrical tubes connected in parallel.
다수개의 튜브들(111)의 상기 서로 다른 물질 농도는, T1 자기이완율이 서로 다른 농도이며, 상기 T1의 범위는 상기 피검자의 신체에서 측정 가능한 범위인 지방(200ms) 에서 순수한 물(2000ms)에 해당하는 범위이다.The different concentrations of the substances in the plurality of
서로 다른 물질 농도는 장비에서 측정 가능한 물리량의 범위를 갖도록 다양한 물질 농도로 구성되며 예를들어, 심장MRI에 사용되는 경우 T1 자기이완율이 다른 8개의 NiCl2+Water농도로 구성된다. T1의 범위는 인체에서 측정가능한 범위 즉 지방(200ms)에서 순수한 물(2000ms)에 해당하는 T1 범위이며. 다중에너지CT의 예로는 다양한 요오드의 농도로 구성하여 적용되는 것이 바람직하다.The different concentrations of substances consist of various concentrations of substances to have a range of physical quantities that can be measured by the instrument. For example, when used for cardiac MRI, the concentrations of 8 NiCl 2 +Waters with different T1 self-relaxation rates are composed. The range of T1 is the range of T1 that is measurable in the human body, from fat (200ms) to pure water (2000ms). As an example of the multi-energy CT, it is preferable to be applied by configuring various concentrations of iodine.
구체적으로, 순도 99.9995 %의 염화니켈 (Nickel chloride: NiCl2)을 희석하여 T1 범위 20 ~2000 ms 신호를 나타내는 기준물질을 포함한다. Specifically, a reference material exhibiting a signal in the range of 20 to 2000 ms T1 by diluting nickel chloride (NiCl 2) having a purity of 99.9995% is included.
온도와 자장세기에 영향을 받는 염화니켈 용액내 물 양성자 이완율을 이용한다. 니켈의 영향을 받는 물 양성자 T1 값은 상온에서 온도, 자장 세기, MRI 기기의 전형적인 공명주파수에 덜 의존적이다. 이러한 특성 때문에 염화니켈 용액은 정량적 표준 교정물질로 사용된다.The water proton relaxation rate in nickel chloride solution, which is affected by temperature and magnetic field strength, is used. The water proton T1 value, which is affected by nickel, is less dependent on the temperature at room temperature, the magnetic field strength, and the resonant frequency typical of MRI instruments. Because of this characteristic, nickel chloride solution is used as a quantitative standard calibration material.
다수개의 튜브들(111)은 외면이 파손 및 외부 환경에 내용물이 직접 노출되지 않도록 제작되는 막으로 패키징된다. 또한 보호와 환자 옷 또는 환자 피부에 붙이거나 올려놓을 수 있는 형태의 패키지이다.The plurality of
튜브의 재질은, 내용물에 따른 화학적 안정성이 확보되는 재질 및 3D printing이 가능한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The material of the tube is preferably made of a material capable of securing chemical stability according to the contents and a material capable of 3D printing.
밀착부(120)는 상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련된다.The
밀착부(120)는 상기 피검자의 신체에 부착될 수 있는 부착구조를 포함하여, 상기 피검자가 이동하는 경우에도 위치가 고정되고, 상기 다수개의 튜브들이 상기 피검자의 신체에 빈틈없이 부착되도록 한다.The
RF 왜곡 보정 패드부(130)는 상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작된다.The RF distortion
RF 왜곡 보정 패드부(130)는 내측에 RF 필드(RF field)의 왜곡을 줄일 수 있는 초음파 겔(Ultrasound gel) 또는 MnCl2를 포함하는 물질로 채워진다.The RF distortion
패키지 안쪽 또는 주위에 RF field distortion을 줄일 수 있는 물질로 채워진다. MRI의 자기장이 높아질 수록 파장이 짧아지므로 MRI 영상의 균일성이 떨어진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 왜곡 보정 패드부(130)는 이것을 해결하기 위해 Dielectric pad를 사용하여 해결할 수 있다.It is filled with a material that can reduce RF field distortion inside or around the package. As the magnetic field of MRI increases, the wavelength decreases, so the uniformity of the MRI image decreases. The RF distortion
RF 왜곡 보정 패드부(130)를 적용하면 환자의 불편감 없이 사용이 가능하고 동시에 영상화질을 높일 수 있으며, 모사 팬텀의 균일도도 높일 수 있다.If the RF distortion
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀의 위치를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the position of a simulated phantom according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a) 및(b)를 참조하면, 모사 팬텀(100)은 환자와 MRI의 RF coil사이에 위치시켜 심장 촬영 시 촬영 영상에 모사 팬텀이 포함되도록 위치한다.3A and 3B, the
구체적으로, 환자와 코일 사이에 모사 팬텀이 위치하며, 모사 팬텀은 신체의 중심축 상에 위치되는 것이 바람직하다.Specifically, a simulated phantom is positioned between the patient and the coil, and the simulated phantom is preferably positioned on a central axis of the body.
기울임 각도는 심장 long axis에 수직이 되도록 40 내지 50도 기울여서 위치한다.The tilt angle is positioned at an inclination of 40 to 50 degrees so that it is perpendicular to the long axis of the heart.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모사 팬텀을 같이 촬영한 CINE 영상과 T1 맵 영상을 나타낸 것이다.4 is a diagram illustrating a CINE image and a T1 map image captured together with a simulated phantom according to an embodiment of the present invention.
도 4의 (a)는 모사 팬텀을 같이 촬영한 CINE 영상이고, 도 4의 (b)는 T1 맵 영상을 나타낸 것이다.FIG. 4A is a CINE image photographed with a simulated phantom, and FIG. 4B is a T1 map image.
도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, 모사 팬텀(100)을 환자의 촬영부위에 올려 놓고 심장(31)의 T1을 측정하기 위해 MOLLI (Modified Look-Locker Inversion Recovery)영상 기법으로 T1 맵 영상을 획득하게 된다.As shown in (b) of FIG. 4, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준 T1 맵을 생성하는 방법과 생성된 표준 T1 맵을 나타낸 것이다.5 illustrates a method of generating a standard T1 map and a generated standard T1 map according to an embodiment of the present invention.
표준 T1맵 생성부(220)는 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성한다.The standard T1 map generator 220 generates a standard T1 map by applying the obtained standard image data to a 3-parameter custom model for the reversal restoration signal S 3p.
표준 T1맵 생성부(220)는 다양한 T1효과를 가지는 영상들을 IR+TSE를 이용하여 다양한 T1효과의 영상을 만들고 이 영상들을 화소 단위로 curve fitting을 통하여 T1값을 추정한다.The standard T1 map generation unit 220 generates images of various T1 effects by using IR+TSE for images having various T1 effects, and estimates the T1 value through curve fitting of the images in units of pixels.
구체적으로, 다양한 T1 강조 영상들을 pixel-by-pixel로 curve fitting하여 T1을 계산한다. TI에 따라 촬영시점이 다양한 T1 강조 영상들에서 특정 위치의 영상신호는 TI 시간에 따라 기하급수적으로 증가하는 곡선으로 나타난다. 이 곡선을 3-parameter model로 회기분석(Curve-Fitting)하여 T1을 계산한다. 모든 pixel위치에서의 T1을 계산하여 각 pixel위치에서 T1이 계산된 T1맵 영상을 생성한다. Specifically, T1 is calculated by curve fitting various T1-weighted images by pixel-by-pixel. In T1-weighted images with various shooting points depending on the TI, the image signal at a specific location appears as a curve that increases exponentially with TI time. T1 is calculated by regression analysis (Curve-Fitting) of this curve with a 3-parameter model. By calculating T1 at all pixel positions, a T1 map image in which T1 is calculated at each pixel position is generated.
IR+TSE는 IR(inversion recovery) RF pulse를 사용하여 T1 강조효과를 줄 수 있는 영상기법 중 하나이다.IR+TSE is one of the imaging techniques that can give the T1 enhancement effect by using an IR (inversion recovery) RF pulse.
TSE(Turbo Spin Echo)는 스핀에코(spin-echo;SE)현상을 이용한 MRI 영상기법 중 고속 촬영이 가능한 영상기술이다. 스핀에코 방식의 촬영은 다양한 MRI 촬영 환경에서 가장 외부 요인의 영향을 적게 받는 영상기술 중에 하나로 보통 스핀에코(SE)로써 통용할 수도 있다. TSE (Turbo Spin Echo) is an imaging technology capable of high-speed imaging among MRI imaging techniques using the spin-echo (SE) phenomenon. Spin-echo imaging is one of the imaging technologies that are most affected by external factors in various MRI imaging environments, and can be commonly used as spin-echo (SE).
가장 안정적이며 정확하게 영상기반으로 대상 물질의 T1시간을 측정할 수 있다. 구체적인 촬영 방법은 IR pulse를 사용하면 수소스핀들이 열적평형 상태인 +M0에서 180도 회전하여 -M0로 반전된다. 이 후 촬영하는 시간을 조절하는데 이 시간을 TI(inversion time)이라고 명칭하며 IR pulse 후 영상을 획득을 시작하는 시간 간격을 의미한다. TI시간에 따라서 반전 수소 스핀들이 +M0로 회복하는 정도가 달라지는데 이에 따라서 MRI 영상들의 대조도가 달라지게 된다. 도 5의 (a)에 나타난 바와 같이, TI시간에 따라 촬영된 영상들을 정렬하고 화소단위로 신호의 변화를 관찰하면 기하함수적인 커브를 얻을 수 있는데 이 커브는 2 parameter 모델 또는 3 parameter 모델로 표현할 수 있다. 보통은 3 parameter 모델을 이용하여 curve fitting을 하고, T1시간을 측정하게 된다. 모든 영상 화소에 적용할 경우 도 5의 (b)에 나타난 바와 같이, T1 지도 영상(T1맵)을 얻게 된다.The most stable and accurate image-based measurement of the T1 time of the target material is possible. The specific shooting method is that when IR pulse is used, the male source pins rotate 180 degrees from +M0, which is a thermal equilibrium state, and are reversed to -M0. After that, the time to shoot is adjusted. This time is called TI (inversion time), and it refers to the time interval at which an image is acquired after an IR pulse. The degree to which the inverted hydrogen spindle recovers to +M0 varies depending on the TI time, and accordingly, the contrast of the MRI images varies. As shown in (a) of FIG. 5, when images captured according to TI time are aligned and the change in signal is observed in pixel units, a geometric curve can be obtained. This curve can be expressed as a 2 parameter model or a 3 parameter model. I can. Usually, curve fitting is performed using a 3-parameter model and the T1 time is measured. When applied to all image pixels, a T1 map image (T1 map) is obtained as shown in FIG. 5B.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, NMR을 이용하여 모사 팬텀만의 T1 시간을 기준 T1으로 사용할 수도 있다. NMR은 자기장 내에서 원자핵의 자기모멘트에 특정한 외부의 에너지가 작용하여 그 에너지를 흡수하고 다른 에너지 준위로 전이하는 현상이다. 또한, 본 실시예는 주로 자기 공명 영상에 대한 보정을 중심으로 기술되었지만, 본 발명에서 제시한 방법이 CT 기반의 영상에도 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있다. In addition, according to another embodiment of the present invention, the T1 time of only the simulated phantom may be used as the reference T1 using NMR. NMR is a phenomenon in which a specific external energy acts on the magnetic moment of an atomic nucleus in a magnetic field, absorbs the energy and transfers it to another energy level. In addition, although the present embodiment has been mainly described focusing on correction of magnetic resonance images, those skilled in the art can understand that the method proposed in the present invention can be applied to a CT-based image.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 교정 함수를 나타내는 도면이다.6 is a diagram showing a calibration function according to an embodiment of the present invention.
교정 함수 도출부(330)는 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출한다.The calibration function derivation unit 330 derives the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit.
구체적으로, 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출한다.Specifically, the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit is set as a horizontal axis, and the reference T1 of only the simulated phantom is set as a vertical axis, and the correction function is derived by regression analysis using the least squares method.
MOLLI로 측정된 T1 값을 교정하기 위함 교정함수를 생성하기 위하여 측정 결과를 도 6에 나타난 바와 같이 고차 다항식으로 최소자승방법으로 회귀분석하여 교정함수(FCORR)를 계산한다. To calibrate the T1 value measured by MOLLI In order to generate a calibration function, a calibration function (F CORR ) is calculated by regression analysis of the measurement result by the least squares method with a higher-order polynomial as shown in FIG. 6.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 관측 영상의 T1 맵의 보정 전과 보정 후를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating before and after correction of a T1 map of an observation image according to an embodiment of the present invention.
기준시간 교정부(340)는 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정한다.The reference
도 7의 (a)는 교정전의 T1맵이며, 도 7의 (b)는 교정후의 T1맵이다. 교정전의 T1맵에서 각 화소마다 교정함수를 적용하면 교정후의 T1맵을 구할 수 있다.Fig. 7(a) is a T1 map before calibration, and Fig. 7(b) is a T1 map after calibration. If a correction function is applied for each pixel in the T1 map before correction, the T1 map after correction can be obtained.
교정전의 T1맵은 심장 T1 촬영 영상기술인 MOLLI로 T1 모사 팬텀과 같이 촬영한 심장 T1맵 영상에서 각 기준물질의 T1 값을 측정할 수 있다. 측정된 T1 값에는 환자 고유의 심장 박동을 포함한 다양한 외부 촬영 변수가 반영되어 측정된다. The T1 map before correction can measure the T1 value of each reference substance from the heart T1 map image taken with the T1 simulated phantom with MOLLI, a cardiac T1 imaging technology. The measured T1 value is measured by reflecting various external imaging variables including the patient's own heart rate.
구체적으로, 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정한다.Specifically, the target T1 at each position of the target area of the T1 map of the observation image photographing the subject part of the subject to be observed is input to the calibration function and corrected.
MRI로 심장의 T1 이완 시간을 측정하기 위한 방법들은 다양하지만 반전회복 RF 펄스를 이용한 영상기술이 가장 널리 사용된다. 반전회복펄스를 사용하면 항정상태의 순자화를 반전시킨 이후 지수곡선 형태로 이완되는 순자화를 시간에 따라 촬영하여 T1 이완 시간을 측정할 수 있다. 하지만 심장의 T1값을 측정하기 위해서는 환자가 호흡을 멈출 수 있는 15초이내에 심장박동에 동기하여 촬영하여야 한다. 이러한 제한점은 반전이완이 완전히 회복될 때까지의 충분한 시간을 확보하기 어려우며, 환자의 협조나 심장박동수등의 촬영 조건에 따라서 T1값이 달라지게 된다. 또한 심장의 T1 이완 시간을 측정하는 영상기술, MRI 장비제조사와 MRI 설치 위치에 따라 T1측정 결과는 달라질 수 있다.There are various methods for measuring the T1 relaxation time of the heart by MRI, but the imaging technique using an inverted recovery RF pulse is the most widely used. Using the reversal recovery pulse, it is possible to measure the T1 relaxation time by photographing the net magnetization that relaxes in the form of an exponential curve after reversing the net magnetization in the steady state over time. However, in order to measure the T1 value of the heart, the patient must be photographed in synchronization with the heartbeat within 15 seconds to stop breathing. This limitation makes it difficult to secure a sufficient time until the reversal relaxation is completely recovered, and the T1 value varies depending on the patient's cooperation or photographing conditions such as heart rate. In addition, the T1 measurement result may vary depending on the imaging technology that measures the T1 relaxation time of the heart, the MRI equipment manufacturer, and the MRI installation location.
기존의 팬텀으로는 환자와 별개로 촬영되기 때문에 T1측정 영상기법과 가상의 심장박동에 따른 변화를 관찰하는 것은 가능하지만, 환자가 MRI안에서 촬영할 때와 동일한 효과를 가질 수 없다. 가장 좋은 방법은 환자가 촬영을 마친 후 동일한 위치와 조건으로 촬영하는 방법이 있으나 촬영시간이 증가하고, 환자의 심장박동이나 촬영 조건을 동일하게 맞추는 것은 역시 불가능하므로 잠재적 오차가 존재한다.Since the conventional phantom is photographed separately from the patient, it is possible to observe the change according to the T1 measurement imaging technique and the virtual heartbeat, but it cannot have the same effect as when the patient is photographed in an MRI. The best way is to take a picture with the same location and condition after the patient finishes the picture. However, since the recording time increases and it is impossible to match the patient's heartbeat or the same condition, there is a potential error.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 보정 장치는 모사 팬텀을 환자와 MRI 코일사이에 부착하여 환자의 심장 가장 가까이에서 동일한 조건으로 T1값을 측정할 수 있다. 환자와 같이 촬영되어 측정된 팬텀의 T1시간과 gold-standard 방법으로 측정된 팬텀의 T1시간을 이용하면 개별 환자마다 T1시간을 ground-truth로 교정 할 수 있는 함수를 생성할 수 있어, 더욱 정확하고 표준화된 T1이완시간을 기대할 수 있다.The image correction apparatus according to an embodiment of the present invention may measure the T1 value under the same condition near the patient's heart by attaching a simulated phantom between the patient and the MRI coil. Using the T1 time of the phantom that was photographed and measured with the patient and the T1 time of the phantom measured by the gold-standard method, it is possible to create a function that can correct the T1 time to ground-truth for each individual patient. A standardized T1 relaxation time can be expected.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 적용 부위에 따른 모사 팬텀의 부착 형상을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an attachment shape of a simulated phantom according to an application site according to various embodiments of the present disclosure.
도 8의 (a), (b), (c)를 참조하면, 모사 팬텀(100)은 제1 부위(33), 제2 부위(34), 제3 부위(35) 등 다양한 신체 부위에 부착 가능하며, 밀착 부위가 곡선인 경우 휘어지게 설계되어 빈틈 없이 부착될 수 있다.8A, 8B, and 8C, the
모사 팬텀(100)은, 조직 모사부(110), 밀착부(120), RF 왜곡 보정 패드부(130)를 포함한다.The
조직 모사부(110)는 상기 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들이 일렬로 배치되는 구조이며, 상기 다수개의 튜브들 사이에 위치하여 서로 이웃하는 튜브 간을 연결하는 연결부(113)를 포함하고, 연결부(113)는 유연한 재질을 포함하여 상기 튜브 간의 연결이 고정되지 않고 상기 피검자의 신체의 굴곡에 맞춰 이동할 수 있다.The
다수개의 튜브들(111)은 환자의 체형, 촬영 부위, 촬영 장비(CT, MRI)의 영상 해상도를 고려한 길이와 내경으로 설계되며, 예를 들어 심장MRI의 경우 내경(D) 1~3cm, 길이 10~20cm로 제작되어, 심장을 촬영하는 범위에 맞게 제작되는 것이 바람직하다. The plurality of
다수개의 튜브들(111)은 윗면(115)이 원형인 원기둥 형상으로 제작될 수도 있으며, 상단부(112)와 하단부가 묶여진 형태로 제작될 수도 있다.The plurality of
또한, 환자의 체형, 촬영 부위, 촬영 장비(CT, MRI)를 고려하여 사각형, 원통형 등으로 변경이 가능하다. 심장MRI의 경우에는 병렬로 연결된 원통형 튜브 뭉치인 것이 바람직하다.In addition, it can be changed to a square or cylindrical shape in consideration of the patient's body shape, imaging area, and imaging equipment (CT, MRI). In the case of cardiac MRI, it is preferable that it is a bundle of cylindrical tubes connected in parallel.
밀착부(120)는 상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련된다.The
밀착부(120)는 상기 피검자의 신체에 부착될 수 있는 부착구조를 포함하여, 상기 피검자가 이동하는 경우에도 위치가 고정되고, 상기 다수개의 튜브들이 상기 피검자의 신체에 빈틈없이 부착되도록 한다.The
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.9 and 10 are flowcharts illustrating a medical image correction method using an attached phantom according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 방법은, 타겟 T1 측정부가 타겟 영역의 타겟 T1을 측정하는 단계(S100)에서 시작한다.Referring to FIG. 9, a method of correcting a medical image using an attachable phantom according to an embodiment of the present invention starts at step S100 in which a target T1 measuring unit measures a target T1 of a target area.
구체적으로, 단계 S100에서 타겟 T1 측정부가 모사 팬텀이 부착된 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상에서, MOLLI(modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 관측 대상 부위를 타겟으로 한 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 측정한다.Specifically, in the observation image in which the target T1 measurement unit photographed the observation target portion of the subject to which the simulated phantom is attached in step S100, a T1 map of the observation image is obtained using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence, The target T1 of the target region targeting the observation target region is measured.
단계 S200에서 팬텀 T1 도출부가 획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀 영역의 팬텀 T1을 도출한다.In step S200, in the T1 map of the observation image obtained by the phantom T1 derivation unit, an area to which the simulated phantom is attached is designated as a plurality of sample areas, and an average value of T1 values corresponding to the plurality of sample areas is calculated, The phantom T1 of the simulated phantom region is derived.
단계 S300에서 모사 팬텀의 기준 T1이 존재하는지 판단하며, 단계 S400에서 기준 T1 획득부가 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득한다.In step S300, it is determined whether the reference T1 of the simulated phantom exists, and in step S400, the reference T1 obtaining unit acquires a reference T1 of only the simulated phantom in advance with respect to the simulated phantom.
단계 S500에서 교정 함수 도출부가 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출한다.In step S500, the calibration function derivation unit derives the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit.
구체적으로, 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출한다.Specifically, the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit is set as a horizontal axis, and the reference T1 of only the simulated phantom is set as a vertical axis, and the correction function is derived by regression analysis using the least squares method.
단계 S600에서 기준시간 교정부가 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정한다.In step S600, the reference time correction unit corrects the target T1 of the target region of the T1 map of the observation image photographed by using the correction function to a pixel-by-pixel.
구체적으로, 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정한다.Specifically, the target T1 at each position of the target area of the T1 map of the observation image of the subject to be observed is input into the calibration function to be corrected.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 T1 획득부가 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하는 단계는 구체적으로, 단계 S410에서 표준 영상 데이터 획득부가 상기 모사 팬텀을 상기 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득한다.Referring to FIG. 10, the step of obtaining, by the reference T1 acquisition unit, the reference T1 only for the simulated phantom with respect to the simulated phantom according to an embodiment of the present invention, is specifically, in step S410, the standard image data obtaining unit Is positioned at the ISO-Center of the MRI for photographing the medical image, and an inversion time (TI) is set differently to obtain a plurality of standard image data.
단계 S420에서 표준 T1맵 생성부가 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성한다.In step S420, the standard T1 map is generated by applying the standard image data obtained by the standard T1 map generator to a 3-parameter custom model for the reversal restoration signal S3p.
단계 S430에서 기준 T1 계산부가 상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산한다.In step S430, the reference T1 calculator calculates the average of the standard T1 values of the standard T1 map to calculate the reference T1 of the simulated phantom.
본 발명의 일 실시예에 따른 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치 및 방법은 정량적 진단 기준이 되는 인체조직을 모사한 기준물질을 제조하고 이를 포함한 팬텀을 인체 부착형으로 개발하여 환자데이터 획득과 동시에 정략적인 진단 기준 값을 제공함으로써 영상진단기기부터 획득된 값을 교정하는 방법에 관한 것이다. 제안한 부착형 팬텀은 튜브형 용기 여러 개가 일렬로 배열된 형태로 구성되어 있다. 각각의 튜브형 용기는 인체조직의 물리량을 모사한 기준물질을 포함한다.In the medical image correction apparatus and method using an attached phantom according to an embodiment of the present invention, a reference material that simulates human tissue used as a quantitative diagnosis standard is prepared, and a phantom including the same is developed as a human body attachment type to obtain patient data. The present invention relates to a method of calibrating a value obtained from an imaging device by providing a regular diagnostic reference value. The proposed attachment type phantom is composed of several tubular containers arranged in a row. Each tubular container contains a reference material that simulates the physical quantity of human tissue.
환자데이터 획득 시 해부학적 관심 부위 주변에 부착하여 환자와 팬텀 데이터를 동시에 획득함으로써 측정되는 정량적인 측정값에 대한 절대적인 기준을 제공할 수 있다. 이를 기반으로 다양한 제조업체의 영상진단기기 측정값을 기준 값으로 교정하여 사용할 수 있다. 환자데이터 획득 전 팬텀만 놓고 교정을 한 경우 보다 환자마다 다른 촬영 환경의 변화를 반영할 수 있어 더욱 정확한 교정 값을 얻을 수 있다.When patient data is acquired, it is attached around an anatomical region of interest, and the patient and phantom data are acquired at the same time, thereby providing an absolute reference for a quantitative measurement value measured. Based on this, the measured values of various manufacturers' imaging diagnostic devices can be calibrated and used as a reference value. Compared to the case where the phantom was corrected before obtaining patient data, it is possible to reflect the changes in the different shooting environment for each patient, so that more accurate correction values can be obtained.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.The above description is only an embodiment of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to those described in the claims.
10: 부착형 팬텀을 이용한 의료 영상 보정 장치
100: 모사 팬텀
110: 조직 모사부
120: 밀착부
130: RF 왜곡 보정 패드부
200: 기준 T1 획득부
300: 영상 보정부10: Medical image correction device using an attached phantom
100: Mosaic Phantom
110: organizational simulation unit
120: contact portion
130: RF distortion correction pad unit
200: reference T1 acquisition unit
300: image correction unit
Claims (17)
상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하기 위한 기준 T1 획득부;
상기 기준 T1을 기반으로 교정함수를 도출하고, 도출된 상기 교정함수를 이용하여 상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵을 보정하는 영상 보정부;를 포함하며,
상기 기준 T1 획득부는, 상기 모사 팬텀을 상기 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득하는 표준 영상 데이터 획득부;
획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성하는 표준 T1맵 생성부;
상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산하는 기준 T1 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.A simulated phantom positioned on a portion to be observed to obtain a medical image and attached to the body of the subject;
A reference T1 acquisition unit for obtaining a reference T1 of only the simulated phantom in advance with respect to the simulated phantom;
And an image correction unit that derives a calibration function based on the reference T1 and corrects a T1 map of an observation image photographing a portion to be observed of the subject to which the simulated phantom is attached, using the derived calibration function. ,
The reference T1 acquisition unit is a standard for acquiring a plurality of standard image data by positioning the simulated phantom at the ISO-Center of the MRI for capturing the medical image and setting an inversion time (TI) differently. An image data acquisition unit;
A standard T1 map generator configured to generate a standard T1 map by applying the obtained standard image data to a 3-parameter custom model for an inversion restoration signal (S 3p );
And a reference T1 calculator configured to calculate the reference T1 of the simulated phantom by calculating an average of standard T1 values of the standard T1 map.
상기 영상 보정부는,
상기 모사 팬텀이 부착된 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상에서, MOLLI(modified Look-Locker Inversion recovery) 시퀀스를 이용하여 상기 관측 영상의 T1 맵을 획득하고, 상기 모사 팬텀에 해당하는 영역을 제외한 상기 관측 대상 부위에 대한 타겟 영역의 타겟 T1을 측정하는 타겟 T1 측정부;
획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀의 영역의 팬텀 T1을 도출하는 팬텀 T1 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.The method of claim 1,
The image correction unit,
From an observation image photographing a portion to be observed of the subject to which the simulated phantom is attached, a T1 map of the observation image is obtained using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence, and an area corresponding to the simulated phantom is obtained. A target T1 measuring unit that measures a target T1 of a target region with respect to the excluding the observation target region;
In the T1 map of the acquired observation image, the area to which the simulated phantom is attached is designated as a plurality of sample areas, and the average value of the T1 values corresponding to the plurality of sample areas is calculated, and the phantom of the area of the simulated phantom in the observed image A medical image correction apparatus comprising: a phantom T1 derivation unit for deriving T1.
상기 영상 보정부는,
상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정함수를 도출하는 교정 함수 도출부;
상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 기준시간 교정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.The method of claim 2,
The image correction unit,
A calibration function derivation unit for deriving the calibration function using the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit;
Including a reference time correction unit for correcting the target T1 of the target region of the T1 map of the observation image photographed by using the correction function to the observation target portion of the subject to pixel-by-pixel (pixel-by-pixel); Medical image correction device, characterized in that.
상기 교정 함수 도출부는,
상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.The method of claim 4,
The calibration function derivation unit,
A medical image correction, characterized in that the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit is set as a horizontal axis, and the reference T1 of only the simulated phantom is set as a vertical axis, and the correction function is derived by regression analysis using a least squares method. Device.
상기 기준시간 교정부는,
상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.The method of claim 4,
The reference time calibration unit,
And correcting the target T1 at each position of the target area in the T1 map of the observation image of the subject part of the subject to be observed.
상기 모사 팬텀은,
서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들을 포함하는 조직 모사부;
상기 튜브들의 하단에 위치하며, 상기 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련되는 밀착부; 및
상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자의 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작되는 RF 왜곡 보정 패드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 장치.The method of claim 1,
The simulated phantom,
A tissue simulation unit including a plurality of tubes composed of different material concentrations;
A contact portion positioned at the bottom of the tubes and provided to be in close contact with and attached to the body of the subject; And
And an RF distortion correction pad unit positioned outside the tissue replica unit and manufactured to cover a part of the body of the subject.
상기 튜브들의 하단에 위치하며, 피검자의 신체에 밀착되어 부착되도록 마련되는 밀착부; 및
상기 조직 모사부의 외측에 위치하며, 상기 피검자의 신체의 일부를 덮을 수 있도록 제작되는 RF 왜곡 보정 패드부;를 포함하며,
상기 조직 모사부는, 상기 서로 다른 물질 농도로 구성되는 다수개의 튜브들이 일렬로 배치되는 구조이며, 상기 다수개의 튜브들 사이에 위치하여 서로 이웃하는 튜브 간을 연결하는 연결부;를 포함하고,
상기 연결부는 유연한 재질을 포함하여 상기 튜브 간의 연결이 고정되지 않고 상기 피검자의 신체의 굴곡에 맞춰 이동할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 모사 팬텀.A tissue simulation unit including a plurality of tubes composed of different material concentrations;
A contact portion positioned at the lower end of the tubes and provided to be in close contact with and attached to the body of the subject; And
Includes; an RF distortion correction pad positioned outside the tissue replicating part and manufactured to cover a part of the subject's body,
The tissue replicating unit includes a structure in which a plurality of tubes composed of the different material concentrations are arranged in a line, and a connection unit positioned between the plurality of tubes to connect adjacent tubes to each other; and
The connection unit is a simulated phantom, characterized in that the connection is made of a flexible material so that the connection between the tubes is not fixed and can move according to the curvature of the body of the subject.
상기 다수개의 튜브들의 상기 서로 다른 물질 농도는, T1 자기이완율이 서로 다른 농도이며,
상기 T1의 범위는 200ms 내지 2000ms 이며,
상기 조직 모사부는 NiCl2 또는 요오드 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 모사 팬텀.The method of claim 8,
The different material concentrations of the plurality of tubes are concentrations having different T1 self-relaxation rates,
The range of T1 is 200ms to 2000ms,
The simulated phantom, characterized in that the tissue simulation unit comprises NiCl 2 or an iodine component.
상기 RF 왜곡 보정 패드부는,
상기 RF 왜곡 보정 패드부의 내측에 RF 필드(RF field)의 왜곡을 줄일 수 있는 초음파 겔(Ultrasound gel) 또는 MnCl2를 포함하는 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 모사 팬텀.The method of claim 8,
The RF distortion correction pad unit,
A simulated phantom, characterized in that the RF distortion correction pad is filled with an ultrasonic gel capable of reducing distortion of an RF field or a material containing MnCl 2.
상기 밀착부는,
상기 피검자의 신체에 부착될 수 있는 부착구조를 포함하여, 상기 피검자가 이동하는 경우에도 위치가 고정되고, 상기 다수개의 튜브들이 상기 피검자의 신체에 빈틈없이 부착되도록 하는 것을 특징으로 하는 모사 팬텀.The method of claim 8,
The contact portion,
A simulated phantom, comprising: an attachment structure that can be attached to the body of the subject, the position is fixed even when the subject is moving, and the plurality of tubes are tightly attached to the body of the subject.
팬텀 T1 도출부가 획득한 상기 관측 영상의 T1 맵에서 상기 모사 팬텀이 부착된 영역을 다수의 샘플 영역으로 지정하고, 상기 다수의 샘플 영역에 해당하는 T1 값의 평균값을 계산하여 관측 영상에서 상기 모사 팬텀의 영역의 팬텀 T1을 도출하는 단계;
기준 T1 획득부가 상기 모사 팬텀에 대하여 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 미리 획득하는 단계;를 포함하며,
상기 기준 T1을 미리 획득하는 단계는, 표준 영상 데이터 획득부가 상기 모사 팬텀을 의료 영상을 촬영하는 MRI의 촬영 중심(ISO-Center)에 위치시키고, 역전 시간(Inversion Time, TI)을 다르게 설정하여 다수개의 표준 영상 데이터를 획득하는 단계;
표준 T1맵 생성부가 획득한 상기 표준 영상 데이터를 역전 복원 신호(S3p)에 대한 3-파라미터 맞춤 모델에 적용하여 표준 T1맵을 생성하는 단계;
기준 T1 계산부가 상기 표준 T1맵의 표준 T1값들의 평균을 계산하여 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 방법.In the observation image in which the target T1 measurement unit photographed the observation target portion of the subject with the simulated phantom attached, the T1 map of the observation image was obtained using a modified Look-Locker Inversion recovery (MOLLI) sequence, and Measuring a target T1 of the target area;
In the T1 map of the observation image obtained by the phantom T1 derivation unit, an area to which the simulated phantom is attached is designated as a plurality of sample areas, and the average value of T1 values corresponding to the plurality of sample areas is calculated, and the simulated phantom in the observed image Deriving the phantom T1 of the region of;
Comprising, by a reference T1 obtaining unit, pre-acquiring a reference T1 of only the simulated phantom with respect to the simulated phantom,
In the step of obtaining the reference T1 in advance, the standard image data acquisition unit locates the simulated phantom at an ISO-Center of an MRI that photographs a medical image, and sets an inversion time (TI) differently. Acquiring standard image data of the dogs;
Generating a standard T1 map by applying the standard image data obtained by a standard T1 map generator to a 3-parameter custom model for an inversion restoration signal (S 3p );
And calculating the reference T1 of the simulated phantom by calculating an average of the standard T1 values of the standard T1 map by a reference T1 calculator.
교정 함수 도출부가 상기 모사 팬텀의 상기 기준 T1과 상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 이용하여 상기 교정 함수를 도출하는 단계;
기준시간 교정부가 상기 교정 함수를 이용하여 상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 방법.The method of claim 13,
Deriving, by a calibration function deriving unit, the reference T1 of the simulated phantom and the phantom T1 derived from the phantom T1 deriving unit;
The reference time correction unit calibrating the target T1 of the target area of the T1 map of the observation image of the observation target area of the subject by using the calibration function to pixel-by-pixel; further comprising Medical image correction method, characterized in that.
상기 교정 함수를 도출하는 단계는,
상기 팬텀 T1 도출부에서 도출된 상기 팬텀 T1을 가로축으로 설정하고, 상기 모사 팬텀만의 기준 T1을 세로축으로 설정하여, 최소 자승 방법으로 회귀 분석하여 상기 교정 함수를 도출하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 방법.The method of claim 15,
The step of deriving the calibration function,
A medical image correction, characterized in that the phantom T1 derived from the phantom T1 derivation unit is set as a horizontal axis, and the reference T1 of only the simulated phantom is set as a vertical axis, and the correction function is derived by regression analysis using a least squares method. Way.
상기 타겟 T1을 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 교정하는 단계는,
상기 피검자의 관측 대상 부위를 촬영한 관측 영상의 T1 맵의 상기 타겟 영역의 각 위치에서의 상기 타겟 T1을 상기 교정 함수에 입력하여 교정하는 것을 특징으로 하는 의료 영상 보정 방법.
The method of claim 15,
The step of calibrating the target T1 to pixel-by-pixel,
And correcting by inputting the target T1 at each position of the target area of the T1 map of the observation image of the subject to be observed of the subject into the calibration function.
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