현대사회에 있어서 질병은 매우 다양하게 발견되고 있다. 또한 한번 발병하면 아니면 적절한 검진시기를 놓쳐 돌이킬 수 없는 상황을 접하게 되는 경우가 종종 있다. 사회가 발전하면서 과도한 비즈니스와 음주 흡연 등으로 우리의 간은 매우 피곤한 상태에 놓이게 되며 질병 발생율도 매우 높다. 여러 질병 중 특히 간에 관련된 질병은 회복이 불가하여 장기이식수술에 의존하는 편이다. 이와 관련하여 본 연구는 MDCT로 얻어진 영상을 3차원 영상 기법으로 간의 형상을 렌더링 하여 체적을 구하고 간 이식 수술시 혈관과의 분리 작업을 통해 절개 라인을 결정할 수 있도록 미리 시물레이션 할 수 있는 영상처리 기법을 개발하고자 간 영역 자동 추출 알고리즘을 적용하여 시물레이션 한 결과 수술을 용이하게 집도할 수 있도록 새로운 장을 열게 되었다.
제안된 연구에서는 기존의 일반 CT(Computerized tomography) 영상이 아닌 MDCT(Multi Detector CT) 영상을 이용하여 장기 추출에 관한 연구를 진행하였다. 조영제를 이용한 복부 MDCT 영상으로부터 모폴로지(morphology) 기법을 통해 간에 근접한 노이즈를 제거하고, 기존의 Otsu threshold를 개선하여 간의 명암값 분포를 구분할 수 있는 임계치를 구하였다. 찾아진 임계치를 이용하여 영상을 이진화하고, 최종적으로 위치정보를 이용하여 간에 해당하는 부분들을 추출하였다. 이러한 방식은 명암값과 위치정보를 이용하여 간을 추출한 후 다시 노이즈 문제를 해결하는 기존의 알고리즘과 비교했을 때, 처리 방식이 단순해지고 속도가 향상되었다. 추출된 간은 간 이식술이나 절제술에 필요한 간 내부의 혈관 인식과 간의 부분체적 계산 연구에 중요한 정보로 사용될 수 있을 것이다.
향상된 기능을 가진 최신 의료장비들의 등장으로 하드웨어 성능에 부합하는 효과적인 영상처리 및 분석의 중요성이 부각되고 있으며, 2차원 의료 영상처리 및 3차원 영상 재구성에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 논문은 흉부 CT 영상을 사용하여 신체 장기를 단계별로 분할 하였으며, 분할된 결과 영상을 3차원으로 재구성 하였다. 다양한 영상분할 방법중 영역 확장법 및 효과적인 분할을 위해 선명화와 감마 조절등과 같은 영상 향상 기법을 적용하였으며, 기관지를 포함한 폐, 기관지, 폐 등의 순서로 영상을 분할하였다. 분할된 신체 장기 영상을 VTK를 사용하여 3차원 영상으로 재구성 하였으며, 병변 진단을 위한 2차원 및 3차원 의료 영상 처리와 분석에 활용될 것으로 판단된다.
MDCT의 3D 유용성을 입증하기 위해 쇄골하 혈전증을 수반한 73세 남자 환자를 대상으로 MIP, 볼륨렌더링, MPR의 3D 영상을 획득하여 쇄골하동맥의 혈전증을 명확하게 탐지하고 위치를 확인하여 임상에서 기초자료를 제공하여 환자의 진단 및 치료에 적용하고자한다. 스캔 데이터를 3차원 CT영상인 MIP, 볼륨렌더링, curve multiplanar reformation (MPR), virtual endoscopy 영상을 획득하였다. CT검사 환자의 데이터를 3D 프로그램으로 전송한 영상에서 3D 프로그램에서 측정한 상행대동맥은 364.28 HU, 좌총경동맥 413.77 HU, 좌쇄골하동맥 15.72 HU로 낮게 산출되었다. MIP coronal 영상으로 좌측의 쇄골하동맥의 혈전으로 폐쇄를 정확하게 보여주고 있다. 볼륨렌더링 3차원 영상으로 투과도 100%, 87-1265 HU를 적용하여 쇄골하동맥과 뼈를 동시에 묘출하고 있으며, 좌측 쇄골하동맥의 폐쇄 영상을 선명하게 보여주었으며 coronal curved MPR 및 sagittal curved MPR 영상으로 혈전의 의한 쇄골하동맥의 폐쇄를 3D 영상 처리 기능을 이용하여 정확하게 묘출하고 있다. 혈전에 의한 쇄골하동맥 폐쇄 증상 환자를 MDCT로 스캔하여 3D 영상 기법을 응용하여 쇄골하동맥의 폐쇄를 확인할 수 있어 임상에서 3D 기법을 응용하여 적절하게 진단에 적용할 수 있다.
In this paper we present 3D image analysis of liver and blood vessels using MDCT. The purpose is to enhance the performance of clinician in assessing anatomical information of liver and blood vessels. The system consists of two parts: 3D image reconstruction and analysis of the 3D liver and blood vessel image. The central vein of the liver is the most important blood vessel for the liver transplantation. We will find the central vein's location and characteristic, and will scheme out a computer assistant liver transplantation planning. It will be an effective tool for interventional radiology, surgical planning, and quantitative diagnosis.
본 연구는 MDCT 영상을 이용하여 인체의 장기인 간을 추출하고 그 간 내부의 혈관을 추출하는 알고리즘을 제안하였다. 간에는 2개의 주요혈관이 있는데 생체 간 이식 수술시 필수적인 간의 절개 비율 및 간 내의 혈관 모습들을 제공하여 의료진에게 수술 전 혈관 형태에 대한 정확히 정보를 파악하도록 함으로써 혈관의 손상을 최대한으로 줄일 수 있도록 하여 수술 성공률을 높이는데 중요한 역할을 할 수 있다. 간을 이식 할 때 기증자와 수혜자가 동시에 생존하기 위해서는 기증자의 간으 크기가 중요하며 둘다 생존하기 위해서는 기증자는 자신의 간의 35% 이상을 남겨야 하며 수혜자 또한 생존을 위해 자신의 간의 40% 이상에 해당하는 간을 이식 받아야 하는데 간 이식에 있어서 절단 부분을 결정하는데 중요한 중간 정맥을 찾아내어 보여 줌으로써 중간 정맥을 중심으로 3가닥의 굵은 혈관과 주변혈관의 손상을 최소화하고 비율을 잘 맞추어 절단 할 수 있도록 수술하는데 도움을 줄 수 있다. 각 혈관은 원형성과 다양한 각도를 갖는 막대형의 형태를 가지고 있다는 특징을 이용해 morphological filtering을 통해 추출한 후 조합하여 재구성을 하여 혈관의 모습으로 생성해 낼 수 있었다.
최근의 나선형 CT와 MDCT는 기존의 고식적 CT보다 X-선 조사시의 겹침 현상과 영상 재구성에 있어서의 보간삽입처리로 인해 보다 높은 선량을 환자에게 주게 되었다. MDCT와 나선형 CT장치가 보다 많은 의학적 정보를 제공하는 것에도 불구하고 환자가 받는 방사선 노출은 기존의 고식적 CT검사에 비해 $2{\sim}4$배 정도로 증가되고 있는 실정이므로, 그 잠재적 위험성을 아무리 강조해도 지나침이 없다. CT장치에서의 보다 많은 X-선에 관련된 자료들, 특히 선량효율적 디자인이나 X-선 조절 소프트웨어에 대한 자료들이 필요하다. 왜냐하면 CT장치의 디자인 요소는 임상적 진단에 있어서 환자선량을 성공적으로 줄일 수 있는 중요한 요소이기 때문이다. 이에 본 연구에서는 최근 급격히 확산되어 사용되고 있는 여러 단계의 MDCT의 z-축 선량효율을 측정하여 SDCT와 비교하였다. 그리고 MDCT에서 스캔 시 채택하는 focal spot size와 beam collimation, 검출기 조합 등을 비롯한 파라메터들의 변화에 따른 z-축 선량효율을 파악하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. SDCT가 z-축 기하학적 선량효율이 가장 높았고, 4 슬라이스 MDCT가 가장 낮았다. MDCT 중에서는 small beam collimation 적용 시 64 MDCT가 기하학적 선량효율이 가장 높았고 16, 8, 4 슬라이스 MDCT 순이었으며, large beam collimation 적용 시에는 small focal spot에서는 8 MDCT가, large focal spot에서는 16 MDCT가 가장 높았다. 2. MDCT의 경우 large focal spot에 비해 small focal spot의 z-축 기하학적 선량효율이 최저 0.67%에서 최대 13.62%의 범위에서 높았다. 3. MDCT의 경우 small beam collimation에 비해 large beam collimation의 z-축 기하학적 선량효율이 $3.13{\sim}51.52%$의 범위에서 높았다. 4. 동일한 focal spot size와 beam collimation을 채택한 상태에서 detector combination 차이에 따른 z-축 기하학적 선량효율은 4 슬라이스 MDCT의 모든 경우와 8 슬라이스 MDCT의 large beam collimation에서 일정하였다. 하지만 8 슬라이스 MDCT의 small beam collimation과 16 슬라이스 MDCT에서는 z-축 기하학적 선량효율이 차이를 보였으며 변화의 일률성은 없었다. 5. 동일한 스캔 파라메터를 적용시 나선형 스캔과 고식적 스캔 모드의 z-축 기하학적 선량효율은 동일하였으며, pitch를 변화시키거나 영상재구성 시 슬라이스 두께와 간격을 변화시켜도 z-축 기하학적 선량효율은 변화가 없었다. 결론적으로, CT검사 시 환자가 받는 X-선 피폭선량을 줄이기 위해 연구자는 CT장치의 선량효율에 대해 각별히 주의하여야 하며, Z-축 선량효율성을 높이는 동시에 최적의 임상적 정보를 보존할 수 있는 스캔 파라메터를 선택하여야 한다.
본 논문은 생체간이식 전에 복부 MDCT(Multi-Detector Computed Tomography) 영상에서 이식편의 체적(the volume of right and left liver lobe)을 정확하게 계산하기 위하여 좌간과 우간을 나누는 방법을 제안하였다. 간이 추출된 영상에 해부학적인 좌간과 우간을 나누는 4점(하대정맥(Inferior Vena Cava)를 반으로 나눌 수 있는 중심점, 담낭와와 가까운 중간정맥(Middle Hepatic Vein)의 끝부분 한 점, 좌우문맥(Portal Vein) 분지부에서 한 점, 담낭와(gallbladder fossa)를 좌우로 나눌 수 있는 중심점)을 선택한다. 선택된 4점을 기준으로 좌간과 우간을 나누고 체적과 간 전체에 대한 좌우간의 비율을 계산한다. 계산된 체적의 정확성을 입증하기 위해 방사선과 의사가 수동으로 처리하여 계산한 체적과 함께 수술 중 획득한 실측무게와 비교하였다. 그리고 4점을 선택한 후 좌우간을 분할하여 체적을 계산하는 시간을 측정하여 수술실에서 실시간으로 처리 가능한 지의 여부를 확인하였다. 본 연구는 간이식에 참여하는 기증자와 수혜자의 안전을 보장하기 위하여 진행되었다.
기관-기관지분지는 폐와 전신에 산소 공급을 위한 공기의 통로이며, 다양한 병적 상태들이 이러한 해부학적 부위를 침범할 수 있다. 다중 검출 전산화단층촬영은 다양한 기도 질환들의 진단을 위한 발견 및 특성화에 있어 중요한 역할을 한다. 가상 기관지경 검사나 자동 폐분석과 같은 후처리를 통해 영상 영상검사의 활용이 더욱 높아질 수 있다. 본 임상 화보에서는 벽비후와 기관 내 결절의 형태로 나타나는 다양한 기관지 병변들의 다중 검출 전산화단층촬영에서의 소견 및 고차원적 영상 시각화와 분석 영상을 제공하고자 한다.
컴퓨터단층촬영(CT) 검사의 정맥주사(IV)시 조영제의 혈관외유출은 조직손상을 유발할 수 있다. Bolus tracking 시스템을 이용하여 조영제를 주입과정에서 발생하는 혈관외유출을 검출한다. 또한 조직손상을 방지하기 위하여 MPR 및 VR 영상을 이용하여 혈관외유출을 검출하였다. 조영제의 혈관외유출을 검출하기 위하여 16MDCT, 64MDCT를 사용하였다. 혈관외유출에 대한 3차원영상은 환자치료에 중요한 치료정보를 제공할 수 있다. 또한 조영제와 조직 간의 선예도를 개선하기 위해서 edge enhancement 영상처리기법을 적용하였고, 선예도 및 대조도가 개선되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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