• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제24권1호
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• pp.76-83
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• 2013

진단 및 치료분야에서 호흡 움직임이 미치는 영향에 대한 연구는 외부 움직임을 관찰하여 실시되었으나, 이러한 외부 움직임은 내부 장기의 실제 움직임을 반영하지 못한다. 이에 본 연구에서는 개의 흉부 내 비침습적 이식이 가능한 인공 폐결절을 제작하여 동물실험에 대한 적용가능성을 확인하고 PET 영상 획득 및 방사선조사 시 움직임의 영향을 평가하고자하였다. 인공폐결절은 8 Fr 일회용 위장용 영양공급튜브를 개조하여 제작하였다. 제작된 결절모델은 마취된 개 4마리에 기관을 경유하여 기관지에 삽입한 뒤 방사선투시장치를 이용하여 위치를 확인하였다. PET 촬영용 인공폐결절은 내강에 $^{18}F$-FDG를 주입한 뒤 호흡운동 모사체에 장착하여 정지 상태, 10 rpm과 15 rpm의 종축 왕복운동간 PET 촬영을 실시하였다. 방사선조사용 인공폐결절은 유리선량계를 이식한 뒤 PET 촬영 시와 동일한 호흡운동 모사체에 장착하여 정지 상태, 10 rpm과 15 rpm의 종축 왕복운동간 1 Gy 선량을 조사하였다. 인공폐결절은 방사선투시장치 영상에서 실험동물의 후엽 근위부 세기관지에 이식되며 호흡에 따라 결절의 위치가 변화함을 확인하였다. PET 영상에서의 인공폐결절은 모사된 호흡 움직임에 따라 움직임에 의한 인공산물을 나타내었으며, 호흡동조게이트 시 SNR은 7.21로 기준영상의 SNR 10.15에 비해 감소하였으나 프로파일상 게이트영상의 영상계수는 정적영상에 비해 기준영상과 유사하여 PET 영상의 질을 개선함을 확인하였다. 방사선조사 실험간 인공폐결절 내 삽입된 유리선량계에 조사된 조사선량은 정지 상태와 10 rpm의 종축 왕복운동에서 0.91 Gy로 차이를 보이지 않았으나, 15 rpm의 종축 왕복운동에서 0.90 Gy로 오차범위 내 감소를 나타내었으며, 이온 전리함을 통한 조사선량 검출에서도 근소한 감소를 나타내었다. 본 실험에서 제작된 인공폐결절은 실험동물의 후엽 근위부 세기관지에 높은 재현성을 보이며 방사선투시 영상에서 폐의 내부 움직임을 반영하였다. PET 영상 내 움직임에 의한 인공산물이 관찰되며, 방사선 조사연구에서는 호흡운동이 미약한 영상 흐림을 일으킴을 확인하였다. 따라서 본 인공폐결절은 진단 및 치료분야에서 실험동물을 이용한 움직임 기반 진단 및 치료 평가에 유용한 도구로 사용될 것으로 기대된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권3호
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• pp.117-124
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• 2016

Intrafractional motion of patients, such as respiratory motion during radiation treatment, is an important issue in image-guided radiotherapy. The accuracy of the radiation treatment decreases as the motion range increases. We developed a control system for a robotic patient immobilization system that enables to reduce the range of tumor motion by compensating the tumor motion. Fusion technology, combining robotics and mechatronics, was developed and applied in this study. First, a small-sized prototype was established for use with an industrial miniature robot. The patient immobilization system consisted of an optical tracking system, a robotic couch, a robot controller, and a control program for managing the system components. A multi speed and position control mechanism with three degrees of freedom was designed. The parameters for operating the control system, such as the coordinate transformation parameters and calibration parameters, were measured and evaluated for a prototype device. After developing the control system using the prototype device, a feasibility test on a full-scale patient immobilization system was performed, using a large industrial robot and couch. The performances of both the prototype device and the realistic device were evaluated using a respiratory motion phantom, for several patterns of respiratory motion. For all patterns of motion, the root mean squared error of the corresponding detected motion trajectories were reduced by more than 40%. The proposed system improves the accuracy of the radiation dose delivered to the target and reduces the unwanted irradiation of normal tissue.

• 대한전자공학회논문지SP
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• 제41권5호
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• pp.53-62
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• 2004

본 연구에서는 화상평면내 미지 호흡운동에 의한 MRI 아티팩트를 수정하기 위한 개선된 후처리 기법을 제안한다. 호흡운동은 2차원의 선형확대축소 운동으로 모델화 된다 신체조직을 비압축성 유체모양의 물질로 가정할 때 촬상 대상물체에 대한 단위체적당 푸로톤 밀도는 일정하다고 가정한다. 적용한 모델에 의하면 호흡운동은 위상오차와 불균일 표본화 및 진폭변조왜를 MRI 데이터에 부여한다. 운동파라메타가 알려져 있거나 추정가능하다고 할 때 양선형 중첩법에 기초한 재구성 알고리즘이 MRI 아티팩트를 수정하기 위해 사용된다. 운동 파라메타가 미지인 경우 스펙트럼 이동법을 적용해서 호흡변동함수와 x 방향 확대계수 및 x 방향 확대중심을 추정한다. 다음으로 에너지 최소법을 이용해서 y 방향 확대계수 및 y 방향 확대중심을 추정한다. 최종적으로 시뮬레이션된 체동화상을 통해서 제안한 본 방법의 유효성을 확인한다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제16권3호
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• pp.353-358
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• 1995

현재 환자의 호흡 감시를 위해 사용되고 있는 임피던스 호흡측정법(impedance pneumography)은 측정법이 간편하며 비관혈적이라는 장점등이 있으나, motion artifact에 민감하고 장애 무호흡(obstructive apnea)을 감지하는데 둔감하다는 단점이 있다. 본 연구에서 개발된 3채널 RIP(respiratory inductive plethysmograghy)는 흉부나 복주에 인덕턴스 밴드를 부착하여 호흡에 의한 단면적의 변화를 인덕턴스의 변화로 호흡을 감지하는 방법으로서 임피던스 호흡측정법에 비해 각종 motion artifact에 덜 민감하며 장애 무호흡 감자에는 민감함을 확인하였다.

• Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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• 제42권2호
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• pp.172-180
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• 2008

PET/CT fused image with anatomical and functional information have improved medical diagnosis and interpretation. This fusion has resulted in more precise localization and characterization of sites of radio-tracer uptake. However, a motion during whole-body imaging has been recognized as a source of image quality degradation and reduced the quantitative accuracy of PET/CT study. The respiratory motion problem is more challenging in combined PET/CT imaging. In combined PET/CT, CT is used to localize tumors and to correct for attenuation in the PET images. An accurate spatial registration of PET and CT image sets is a prerequisite for accurate diagnosis and SUV measurement. Correcting for the spatial mismatch caused by motion represents a particular challenge for the requisite registration accuracy as a result of differences in PET/CT image. This paper provides a brief summary of the materials and methods involved in multiple investigations of the correction for respiratory motion in PET/CT imaging, with the goal of improving image quality and quantitative accuracy.

• 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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• 제9권2호
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• pp.69-76
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• 2020

본 연구에서는 조영증강 초음파 영상에서 조영효과 확산 패턴과 동적 혈류 패턴을 가시화 하는 방법론을 제시한다. 세부적으로 조영증강 초음파 데이터에서 조영제의 전이시간, 최대 명도변화, 조영효과의 감쇄 시간 등과 같은 진단 파라미터를 영상으로 생성하는 기법을 제안한다. 간병변 진단과 같은 의료 진단에서 조영제의 전이와 확산 속도는 매우 중요한 요소가 된다. 이에 본 연구에서는 조영효과의 확산 패턴을 하나의 영상으로 표현하는 방법을 제시하였다. 이 과정에서 호흡에 의한 흔들림으로 인하여 영상의 정확도가 저하시키는 현상을 개선하기 위하여 호흡주기에 따른 동적 가중치와 모멘텀 요소를 사용하는 영상추적 기법을 제안하였다. 총 72개의 조영증강 데이터를 사용한 실험을 통하여, 제안된 기법이 초음파진단에서 육안 판별의 한계를 극복할 수 있게 하고, 호흡에 의한 흔들림을 보정함으로써 진단 파라미터의 신뢰도를 향상시킬 수 있음을 보인다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권1호
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• pp.53-63
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• 2014

본 연구에서는 호흡 동조 구동 팬톰을 이용하여 5가지의 호흡패턴에 따른 4DCT와 Slow-CT의 내부표적체적(ITV) 변화를 비교 분석하였다. 각 호흡패턴마다 호흡주기 1~4초와 표적 진폭 1~3 cm를 적용하여 4DCT와 Slow-CT를 각 3회 촬영하였다. 촬영한 영상들은 Eclipse 치료계획 시스템으로 표적을 윤곽 묘사하고 내부표적체적(ITV) 길이와 체적을 측정하였으며, 4DCT, Slow-CT의 ITV 길이와 체적의 평균값을 이론값과 비교하여 분석하였다. 4DCT에서의 ITV 길이와 체적은 호흡주기가 길수록, 표적 진폭이 짧을수록 이론값과의 차이가 감소하는 경향을 보였다. Slow-CT에서는 표적 진폭이 커질수록 4DCT와 마찬가지로 이론값과의 차이가 커졌으나 호흡주기에 따른 ITV 길이와 체적의 변화는 호흡주기 1초에서 가장 이론값 비슷하였고 2~4초 내에서는 재현성의 변화가 근소했다. 호흡패턴에 따라서는 4DCT, Slow-CT 모두 ITV 길이와 체적에 대해 A패턴에서 가장 높은 재현성을 보였고, B, C, D패턴은 서로 비슷한 차이를 보였으며 E패턴은 다른 네 패턴에 비해 이론값과의 차이가 가장 컸다. 4DCT에 대한 Slow-CT의 ITV 길이와 체적의 차이는 모든 호흡패턴에 대하여 호흡주기가 길수록, 표적 진폭이 클수록 증가하였다. 4DCT와 Slow-CT 영상간의 ITV 길이 및 체적에 대한 재현성을 비교했을 때 Slow-CT가 4DCT에 비해 평균적으로 약 22% 낮았으며, 호흡패턴에 따라 상, 하 방향에 대해 표적의 재현성이 달라졌다. A, B, C패턴의 경우 상, 하 방향으로 3 mm, E패턴은 상 방향에 비해 하 방향에서 5 mm의 차이를 보인 반면에 D패턴에서는 상 방향으로는 차이가 없었으나 하 방향으로 1.45 cm의 차이가 났다. 따라서 4DCT에 대하여 Slow-CT에 표적 움직임을 고려한 여유를 설정할 경우에는 호흡패턴에 따라 상, 하 방향에 다른 여유를 정의해야 한다고 판단된다. 향후 환자의 호흡신호를 바탕으로 CT 영상을 분석할 때 본 연구에서 수행한 데이터가 유용하게 사용될 것으로 사료된다.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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• 대한의용생체공학회 1990년도 추계학술대회
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• pp.15-18
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• 1990

In abdominal NMR imaging the respiratory ordering techniques have been successfully used to remove the ghosting artifacts arising from the respiratory motion. In the existing respiratory ordering schemes, however, it is generally accepted that blurring of the moving parts still remains as in the signal averaging technique. A new optimal respiratory ordering scheme which can correct the blurring as well as the ghosting artifacts is theoretically derived through the analysis of the phase encoding directional motion effects in Fourier imaging. The performance of the optimal respiratory ordering scheme is experimentally confirmed together with a suboptimal ordering scheme which is suggested as a compromise for the practicality.

• 대한핵의학회지
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• 제39권3호
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• pp.174-181
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• 2005

목적: 호흡게이트PET(이하 RGPET)을 이용하여 호흡에 의한 PET영상의 인공산물의 감소 효과를 호흡모형 팬톰을 제작하여 분석하였다. 특히 4D-CT를 시행하여 얻은 동일 호흡위상의 CT영상을 이용하여 RGPET의 감쇠 보정에 이용할 수 있도록 CT영상을 재구성하는 방법을 제시하였다. 대상 및 방법: 반복주기 6초, 진동 폭 26mm의 운동 팬톰에 각각 3 ml syringe와 10, 30 ml의 vial에 18.5 MBq (0.5 mCi) 18-F FDG를 주입한 후, 게이트의 유무에 따라 Discovery ST (GE Medical System, Milwaukee. WU) PET-CT 스캐너를 사용하여 PET/CT스캔을 시행하였다. 이때 호흡추적장치로는 적외선 CCD카메라 방식의 Real-Time Position Management (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA)을 사용하였다. 호흡게이트PET 및 4D-CT스캔은 10% 호흡위상백분위 별로 총 10세트의 영상을 각각 획득하였다. 이와 같이 운동주기를 10개의 소 구간으로 분할하여 얻은 PET과 CT영상으로부터 각 물체의 위치를 분석하였고, 물체의 크기에 따른 운동 인공산물의 크기와 PET 계수 값의 감소간의 상관관계를 분석하였다. 결과: RGPET과 4D-CT상에서 물체의 중심위치를 호흡위상별로 분석한 결과, 오차범위 내에서 실제 위치와 잘 일치하였다. 게이트를 시행하지 않은 PET에서 관측된 물체의 크기는 상대적 운동크기에 비례하여 증가하여, 운동범위가 물체 크기의 2배가 되면 부피를 2.5배 가량 과대 평가하였다. 반면, 최대 uptake수치는 50% 가량 줄었다. 결론: RGPET을 통해 PET영상에서 나타나는 호흡으로 인한 인공산물의 대부분을 제거할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 4D-CT스캔을 통해 획득한 동일위상의 CT 영상을 이용하여 보다 정확한 감쇠 보정 및 영상융합 결과를 얻었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권2호
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• pp.72-78
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• 2014

연구의 목적은 의사호흡정지(QBH) 바이오 피드백이 의료영상획득 시간의 큰변화 없이 잔류 호흡 운동을 조절함으로써 호흡 운동에 의한 영상 오류를 줄이고, 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상을 향상시킬 수 있다는 가설을 실험하는 것이다. 가설을 확인하기 위해 건강한 다섯 사람을 대상으로 3T 지멘스 엠알아이의 호흡 탐색기가 포함된 T2 가중 스페이스 엠알 펄스 시퀀스를 이용해 두번의 게이트 자기공명 영상 연구를 시행 하였다: 자유 호흡 상태와 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡상태, 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템은 알피엠(RPM) 시스템(실시간 위치 관리시스템, 베리안)을 사용하여, 복부의 외부 위치를 측정하고, 음향과 시각적으로 각각의 호흡주기의 90% 위치에서 2초 숨을 정지하도록 안내하는 방법을 사용했다. 평가방법은 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템을 이용시 간 상부의 호흡정지모습의 재현성이 게이팅 영역 내에서 향상되는지를 지원자의 실험을 통해 평가하였다. 자유호흡상태와 의사호흡정지 바이오 피드백상태에서 3차 흉부자기공명영상내에 호흡 운동에 의한 영상 오류와 게이팅영역 내에서의 잔류 호흡 운동 조절여부도 함께 평가했다. 또한, 복부 변위의 RMSE도 (제곱근오차) 조사되었다. 의사호흡정지 바이오 피드백방법을 사용함으로 자유호흡의 경우보다 게이트 3차 흉부 엠알 영상에서 폐와 간에서 호흡운동에 의한 영상오류의 감소 결과를 획득했다(영상획득시간: ~6분). 이는 의사호흡정지 바이오 피드백사용시, 게이팅 영역에서 복부 운동 감소와 횡경막의 잔류 움직임 감소가 일치함을 의미한다. 따라서, 알피엠을 통해 얻은 복부 변위의 전체 자료에서평균 RMSE는 (제곱근오차) 자유 호흡의 2.0 mm에 비해 7 mm (67% 감소, p값=0.02)로 감소하였으며, 게이팅영역만을 고려했을때는 자유 호흡의 1.7 mm가 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡을 사용함으로써 0.7 mm (58 % 감소, p값=0.14) 로 개선되었다. 선형 피팅을 사용하여 얻은 평균 기준 이동값은 의사호흡정지 바이오 피드백 을 사용하면 자유 호흡 5.5 mm/분보다 0.6 mm/분(89% 감소, p값=0.017)으로 감소되었다. 이 연구는 의사호흡정지 바이오 피드백을 이용해 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상 중에 간 상부의 호흡정지 재현성이 향상되는 것을 보여 주었다. 이 시스템은 내부 해부학의 운동을 조절함으로써 게이트 의료 영상과 방사선 치료에 임상적으로 적용 할 수 있다.