3차원 시상 두뇌 자기공명영상 자동분할기법

허신 연세대학교 대학원 2000 국내석사

본 논문에서는 일련의 2차원 영상으로 구성되어 있는 3차원 시상 두뇌 자기공명영상에서 두뇌구조를 분할하는 기법을 연구하였다. 분할은 중앙시상 두뇌 자기 공명영상으로부터 시작한다. 우선 중앙시상 두뇌 자기공명영상에 문턱치 방법을 적용하여 이진영상을 얻는다. 대부분의 분할은 몇몇 기준자와 선행정보를 사용하여 두뇌구조의 인식이 용이한 이진영상에서 수행한다. 이러한 전처리후에도 여전히 남아있는 문제영역들은 연결기반 문턱치 분할기법을 이용하여 해결한다. 중앙시상 두뇌 자기공명영상의 분할이 성공적으로 이루어졌으면 그 결과를 이용하여 3차원 시상 두뇌 자기공명영상 분할을 시작한다. 즉, 성공적으로 분할된 중앙시상 두뇌 자기공명영상을 인접 영상에 마스크로 적용하여 인접 영상의 두뇌구조를 추출한다. 그러나 마스크 적용 시, 일부 영상에서 두뇌구조가 절단되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 절단영역을 복원하기 위해 마스크 영상과 마스킹 방법을 적용하여 얻은 영상의 경계를 비교하여 절단영역의 경계점을 검출한다. 검출한 경계점에 대해 원영상에서 연결기반 문턱치 분할기법을 사용하여 절단영역을 복원하면 성공적으로 두뇌구조를 추출할 수 있다. 분할된 영상은 다음 영상의 분할을 위한 마스크로 사용된다. 실험결과 제안된 분할기법은 3차원 시상 두뇌 구조의 위치에 따른 모양 및 크기 변화에 강인한 특성을 나타내었으며, 제안된 기법을 적용하여 만족할 만한 결과를 얻을 수 있었다. In this thesis, an automated segmentation algorithm for three-dimensional sagittal brain MR images is proposed. First, we segment the midsagittal brain MR images. In order to segment the midsagittal brain MR images, we apply thresholding to obtain binary images. Most segmentation is performed on the binary image using some landmark and anatomical information. To separate regions what are incorrectly merged after this initial segmentation, we use a connectivity-based threshold segmentation algorithm. After this midsagittal brain MR image segmentation, then we segment remaining slices in lateral direction using the successfully segmented midsagittal brain MR images as a mask to neighbor slices. However, there can be truncated region in the masked image by masking operation. In order to restore the truncated region, we find the end points of the truncated region by comparing the boundaries of the mask image and masked image. Finally, in original image, we can restore the truncated region using the connectivity-based threshold segmentation algorithm with the end points. The segmented image is used as a mask to segment next slice. Although the proposed algorithm produces satisfactory results, some of the results still include non-brain tissues. In order to solve this problem, post processing may be required. However, considering a large variation of the shape and size of the brain structure, it seems that the proposed algorithm works relatively well.

Model-based deep learning reconstruction methods for fast magnetic resonance imaging

전요한 Graduate School, Yonsei University 2022 국내박사

Magnetic resonance imaging (MRI) provides visualization inside the human body noninvasively and is a widely used medical imaging modality for the diagnosis of patients. Compared to other medical imaging modalities magnetic resonance (MR) images present high spatial resolution and high soft-tissue contrast, giving valuable diagnostic information. Nonetheless, MRI takes a long scan time for acquiring raw MR data in the k-space domain, which leads to motion artifacts due to patients’ discomfort and hinders the further applications of MRI. For acceleration of MRI, undersampling the k-space data can be conducted (i.e., sampling below the Nyquist rate), but it evokes aliasing artifacts in the reconstructed image. In this dissertation, three different deep learning-based reconstruction methods are introduced for fast MRI. The first method is a deep parallel imaging network (“DPI-net”) that reconstructs 3D time-of-flight magnetic resonance angiography from undersampled multi-coil k-space data using multi-stream convolutional neural networks. The second method is a joint deep model-based MR image and coil sensitivity reconstruction network (“Joint-ICNet”) that jointly reconstructs an MR image and coil sensitivity maps from undersampled multi-coil k-space data using deep learning networks and interleaved MR model-based data consistency schemes. The third method is a deep model-based MR parameter mapping network (“DOPAMINE”) that reconstructs MR parameter maps from undersampled multi-coil k-space data using deep learning networks combined with MR physical models. DPI-net, Joint-ICNet, and DOPAMINE outperformed conventional MR image reconstruction methods such as parallel imaging and compressive sensing-based methods and state-of-the-art deep learning-based methods in reconstructing MR image and MR parameter maps from undersampled multi-coil k-space data. Therefore, the proposed deep learning-based reconstruction methods can be applied to the acceleration of MRI. 자기공명영상은 비침습적으로 인체 내부를 시각화하여 환자 진단에 널리 사용되는 의료 영상 기법이다. 다른 의료 영상 기법과 비교하여 자기공명 영상은 높은 공간 해상도와 연조직 대비를 나타내어 중요한 진단 정보를 제공한다. 그러나, 자기공명영상은 k-space 영역에서 원 자기공명 데이터를 획득하는 데 긴 촬영 시간이 소요되며, 이는 환자의 불편함으로 인한 움직임 인공물을 유발하고 자기공명영상의 추가 적용을 저해한다. 자기공명영상의 가속화를 위해 k-space 전체 데이터를 획득하는 대신 나이퀴스트 샘플링 레이트 아래로 과소 샘플링 될 수 있지만 공간 영역에서 에일리어싱 인공물을 유발한다. 본 논문에서는 고속 자기공명영상을 위한 세 가지 딥러닝 기반 재구성 방법론을 소개한다. 첫 번째 방법론은 다중 스트림 컨볼루션 신경망을 사용하여 과소샘플링된 다중 코일 k-space 데이터로부터 3D time-of-flight 자기공명혈관조영술을 재구성하는 심층 병렬 이미징 네트워크(“DPI-net”)이다. 두 번째 방법론은 딥러닝 네트워크와 삽입된 자기공명 모델 기반 데이터 유지 방법을 사용하여 과소 샘플링된 다중 코일 k-space 데이터에서 자기공명 영상과 코일 감도 맵을 같이 재구성하는 조인트 심층 모델 기반 자기공명 영상 및 코일 감도 재구성 네트워크(“Joint-ICNet”)이다. 세 번째 방법론은 자기공명 물리 모델과 결합된 딥러닝 네트워크를 사용하여 과소 샘플링된 다중 코일 k-space 데이터에서 자기공명 파라미터 맵을 재구성하는 심층 모델 기반 자기공명 파라미터 매핑 네트워크(“DOPAMINE”)이다. DPI-net, Joint-ICNet, 및 DOPAMINE은 과소 샘플링된 다중 코일 k-space 데이터에서 자기공명 영상 및 자기공명 파라미터 맵을 재구성하는 데 있어 병렬 이미징 및 압축 센싱 기반 방법과 같은 기존의 자기공명 영상 재구성 방법론들과 최신 딥러닝 기반 방법론들을 능가하였다. 따라서, 제안된 딥러닝 기반 재구성 방법론은 자기공명영상 고속화에 적용될 수 있다.

시각피질 허혈 환자에 대한 기능적 자기공명영상

이영준 연세대학교 대학원 2001 국내석사

기능적 자기공명영상은 국소 혈류량 변화에 기초한다. 본 연구의 목적은 시각피질의 기능적 자기공명영상 결과와 시야검사, 고식적 자기공명영상, 혈관조영술 결과를 비교 분석하여 시각피질의 기능적 자기공명영상의 유용성을 확인하고자 함에 있다. 후대뇌동맥의 시각피질 부위에 대한 혈류공급 장애로 인하여 시각피질의 허혈 또는 경색 증후를 보이는 환자 7명을 대상으로 하였다. 기능적 자기공명영상은 경사-에코 대열(gradientecho sequence)인 2D-FLASH(fast low angle shot) 기법을 이용하였다. 조거구를 중심으로한 축상면을 선택한 후에 적색 광원을 이용하여 환자에게 시각 자극과 휴식을 번갈아 시행하여 기능적 영상을 획득하였다. 모든 환자에서 시야검사와 혈관조영술(자기공명혈관 조영술 7 명, 고식적 디지털 감산 혈관조영술 2 명), 고식적 자기공명영상을 시행하였으며 기능적 자기공명영상결과와 이들 검사 결과를 비교하였다. 모든 환자가 혈관조영술에서 후두부 혈관 이상을 보였고 이중 5 명은 고식적 자기공명영상에서 후두엽 경색이 관찰되었으며 나머지 2 명의 고식적 자기공명영상은 정상이었다. 시야검사에서는 6 명은 동측성 반맹 또는 사분맹을 보였고 나머지 1 명은 정상이었다. 기능적 자기공명영상에서는 혈관이상(7/7), 뇌경색(5/7) 또는 시야 결손(6/7)이 있는 쪽의 시각피질의 활성화 감소가 있었다. 고식적 자기공명영상에서 정상 소견이었던 2 명은 후부 순환혈관 이상이 있었고 기능적 자기공명영상에서 동측의 시각피질의 활성화 감소를 보였다. 시야검사에서 정상소견을 보인 1 명은 후대뇌동맥의 협착이 있었고 동측의 시각피질의 활성화가 이루어지지 않는 소견을 보였다. 결론적으로 시각피질의 기능적 자기공명영상은 후두부의 혈류감소 상태를 감지할 수 있는 민감한 검사 방법으로 생각된다. The purpose of this study was to evaluate the sensitivity of functional MRI (fMRI) of the visual cortex for the detection of vascular compromised status in the occipital lobe. Seven patients with the symptoms and signs of visual cortical ischemia and/or infarct were included. fMRI was performed by a gradient echo sequence which was 2D-FLASH (fast low angle shot). An axial slice including both visual cortices was selected and alternative stimulation and resting of the visual cortex was performed using a red-color photostimulator. All patients undertook visual field examination and vascular imaging (MR angiography in 7 patients, conventional catheter angiography in 2 patients). fMRI results were compared with the results of a visual field test, conventional MRI and vascular imaging. Vascular abnormalities in the posterior circulation were found in all of 7 patients. In conventional MRI, 5 patients were found to have infarction in the occipital lobe and the remaining 2 patients were normal. In visual field examination, 6 of 7 patients showed homonymous hemi- or quadrantanopsia suggesting postchiasmic abnormalities. fMRIs showed decreased activity in the visual cortices where the vascular abnormalities (7/7), infarction (5/7) or visual field defect (6/7) were found. Two patients with normal conventional MRI had vascular lesions in the posterior circulation, and fMRI showed decreased activity in the corresponding visual cortices. One patient with normal visual field test had multi-focal stenosis in the posterior cerebral artery without infarction, and fMRI showed decreased activity in the corresponding visual cortex. In conclusion, fMRI may be a sensitive method for detection of the status of decreased blood flow or vascular reserve.

두부 외상 환자에서 관류자기공명영상의 임상적 유용성

김필곤 연세대학교 대학원 2002 국내석사

두부 외상은 사망 및 만성 장애를 일으키는 중요한 원인의 하나로서 국내의 정확한 통계학적 수치는 알려져 있지 않으나 매년 많은 수의 환자들이 이로 인해 내원하고 있으며 이에 소요되는 의료비용 역시 클 것으로 보인다. 그 동안 두부 외상환자의 진단은 주로 단순 X-선 촬영술, 전산화단층 촬영술, 혹은 자기공명영상 등의 다양한 기법으로 해부학적 변화에 대한 진단방법으로 사용되어 왔다. 그러나 이들 기법은 주로 거시적인 해부학적 변화만을 나타내며, 두부 외상 후 나타날 수 있는 비정상적 뇌혈류의 변화를 알기 어려워 현 증상 또는 영구적인 증상에 비례하는 두개강 내 이상소견을 관찰하기에는 충분치 못한 점이 있었다. 그러나 최근 자기공명영상 기법의 발달과 더불어 EPI(echo planar imaging)와 같은 고속 촬영 기법을 사용하여 뇌관류 영상을 얻을 수 있게 되었고, 이로 인하여 다양한 뇌혈류역학적 정보를 알 수 있게 되었다. 현재까지 두부 외상 환자에 있어서 관류자기공명영상으로 얻은 혈류학적 상태에 대한 연구는 거의 없는 실정이어서 이번 연구는 두부 외상 환자에서 외상 후의 관류자기공명영상 소견을 알아보고 초기 Glasgow coma scale(GCS) 점수와의 관계 및 환자의 예후와의 연관성에 대해 조사하고자 하였다. 연구대상은 두부 외상 환자 중 관류자기공명영상을 시행한 42례를 후향적으로 조사하였으며, 관류자기공명영상 소견에 따라 국소형(focal type), 미만형(diffuse type) 및 혼합형(mixed type) 병변으로 나누었으며, 다시 국소형(focal type) 병변은 편측(unilateral)과 양측(bilateral)으로, 미만형(diffuse type) 병변은 대칭(symmetric)과 비대칭(asymmetric)으로 나누었다. 1.5 - tesla superconductive magnet (Gyroscan ACS-NT, Philips, Netherlands) 자기공명영상 기기를 사용하였고, Easyvision (workstation, Philips, Netherlands)의 자체 분석 소프트웨어를 이용하여 국소적 뇌혈류(regional cerebral blood flow, rCBF)를 구하였으며, 이에 해당하는 color map 영상을 얻었다. 관류자기공명영상 소견과 초기 GCS 점수와의 관계 및 예후와의 연관성을 알아보기 위해 통계분석 프로그램인 Windows용 SPSS 10.0을 이용하였고, 카이 제곱 검정(chi square test) 중 Fisher's exact test를 시행하였다. GCS 점수가 낮았던 중증 두부 외상 환자에서는 관류자기공명영상 소견 상 미만형 병변을, GCS 점수가 높았던 경증 두부 외상 환자에서는 국소형 병변을 보이는 경우가 많았으며, 관류자기공명영상 소견 상 국소형 병변을 보인 경우에 비해서 미만형 병변을 보인 환자의 예후가 더 나쁨을 알 수 있었고 이는 통계학적으로 유의하였다(p<0.05). 따라서 두부 외상 후 시행한 관류자기공명영상 소견이 환자의 예후를 예측하는데 도움을 줄 수 있으며, 앞으로 장기적인 추적 검사 및 대조군을 통한 연구를 통해 관류자기공명영상 소견과 신경학적 증상간의 연관성 및 치료계획의 수립에도 도움을 줄 수 있을 것으로 추측된다. Objective : Traumatic brain injury(TBI) is a heterogenous insult that is the leading cause of death and disability. MR perfusion image can allow the observation of changes in the regional cerebral blood flow pattern of the brain. The purpose of this study was to evaluate the findings of MR perfusion study and relation with the prognosis in the patients of head injury. Methods : 42 consecutive patients with TBI were evaluated and the findings of brain CT and MRI were compared with MR perfusion study. MRI examinations were performed on a 1.5 - tesla superconductive magnet (Gyroscan ACS-NT, Philips, Netherlands). We classified perfusion MRI findings as 5 categories and correlated with the prognosis of patients. Results : In all 42 patients with TBI, 38 cases (90.5%) showed new lesions of abnormal perfusion pattern in MR perfusion study compared to CT and conventional MR image. Causes of trauma were in the following order of frequency: motor vehicle accident (73.8%) followed by a fall (16.7%), and blows to the head (7.1%). The cumulative prevalent sites of focal abnormalities were in the following order: frontal lobe 11 cases (39.3%), basal ganglia and thalamus 9 cases (32.1%), temporal lobe 3 cases (10.7%), parietal lobe 3 cases (10.7%), occipital lobe 1 case (3.6%) and cerebellum 1 case (3.6%). The pattern of abnormalities in MR perfusion study were as follows: focal type 18 cases (42.8%), diffuse type 18 cases (42.8%), mixed type 4 cases (9.5%). MR perfusion findings showed statistically significant correlation with initial Glasgow coma scale(GCS) score and Glasgow outcome scale(GOS) score(P<0.05). Conclusion : MR perfusion study is a sensitive, and noninvasive diagnostic modality reflecting the perfusion state of the brain in the head-injured patients. The patterns of abnormality showed significant correlation with the prognosis of patients. Further study remains to define the meaning of perfusion defect area and clinical manifestation.

유방암의 역동적 자기공명영상 소견과 유방암 예후인자와의 상관성에 대한 분석

장윤우 順天鄕大學校 2006 국내석사

배경 유방의 검사방법으로는 유방 촬영술과 유방 초음파 검사가 있으나 최근 보조적인 검사법으로 유방 자기공명영상이 유방암을 발견하고 특성을 평가하는데 중요한 검사법으로 사용되고 있다. 유방의 역동적 조영증강 자기공명영상은 병변의 형태학적 분석이 가능할 뿐 아니라 역동적인 조영증강을 통한 혈역학적인 평가가 가능한 장점이 있으며 수술 전 유방암의 병기결정, 다른 곳에 전이가 있으나 기원을 찾기 어려운 유방암의 발견, 수술 후 남아있는 병변과 수술흔을 감별하거나 고위험군 여성에서 검색, 선별 목적 등으로 사용되고 있다. 유방암의 예후인자는 액와 림프절 전이유무, 종양의 크기, 종양의 분화도, 병리적 염색 표식자등이 임상경과를 예측하고 보조적 치료를 위한 대상군을 선별하는 예후인자로 이용되고 있으나 침습적인 방법으로 조직을 얻어야하는 단점이 있다. 유방암의 자기공명영상소견과 병리학적인 예후 인자와의 상관관계를 증명하기위한 연구가 시행되고 있으며 종양의 생물학적 특성을 평가하는 예후인자로 가치가 있다는 보고들이 있다. 유방암의 자기공명영상이 병리적 예후인자들과의 관계를 연구하는 것은 유방 자기공명영상에서 유방암이 조영증강 되는 병리 생태학적 기전을 이해하는데 도움이 될 뿐 아니라 자기 공명영상을 이용하여 유방암 환자에서 항암치료나 항혈관형성치료(anti-angiogenic therapy)의 대상군을 선별하는데 도움이 될 것이다. 목적 유방 자기공명영상소견을 분석하여 유방암의 특징적인 형태학적, 혈역학적 자기공명영상소견을 알아보고 자기공명영상소견과 알려진 유방암의 예후 인자들과의 관계를 분석하여 유방 자기공명영상소견으로 유방암의 예후 예측이 가능한지 분석 연구하였다. 대상 및 방법 유방암으로 진단받고 수술 전 역동적 자기공명영상을 시행한 136명의 151개의 병변을 대상으로 하였고 1.5T 자기공명영상기기를 사용하여 T1강조영상 삼차원 FLASH기법으로 역동적 자기공명상을 얻었다. 자기공명영상의 형태적 소견은 종괴 조영증강의 경우 크기, 모양, 변연, 내부조영증강을 분석하였으며 종괴가 아닌 조영증강의 경우 분포와 내부조영증강의 특성을 분석하였다. 자기공명영상의 혈역학적 소견은 시간에 따른 신호강도 변화곡선을 분석하여 최고 조영증강 시간과 지연기 유형을 분석하였으며 초기 조영 증강도를 구하였다. 병리학적 예후인자인 액와 림프절 전이, 종양의 핵등급, 에스트로겐 및 프로게스테론 수용체, c-erbB2 유전자의 과발현, Ki-67 지수, 미세혈관형성정도를 조사하여 자기공명영상소견과 병리적 예후인자들의 관계를 Pearson X2-test와 Mann Whitney U 검정법으로 단변량 분석을 시행하였으며 p 값이 0.05 이하일 때를 의미 있다고 판정하였다. 독립변수인 각각의 자기공명 소견이 종속변수인 예후인자에 미치는 영향을 알아보고자 단계선택 확률기준은 진입 0.05, 제거 0.1로 하여 로지스틱 회기분석법(logistic regression analysis)을 이용하여 다변량 분석을 시행하였다. 결과 유방암은 역동적 조영증강 자기공명영상에서 형태적으로 불규칙한 경계(56%) 혹은 침상변연(41%)을 가지며 비균질(54%) 혹은 테두리 조영증강(46%)을 보이는 경우가 많았다. 혈역학적으로 조영제 주입 후 첫 번째 영상에서 최고 조영증강이 61예(43%), 두번째 영상에서 최고 조영증강이 73예(48%)로 많았으며 지연기 조영증강은 조영증강의 빠른 감소(54%)를 보이거나 고평부 조영증강(44%)을 보이는 경우가 많았다. 초기 조영증강도를 구하였을 때 급속조영증강이 132예(87%)였다. 예후인자와의 통계분석에서 종양의 침상변연, 테두리 조영증강, 조영제 주입 후 첫 번째 영상의 최고 조영증강과 지연기 조영증강의 빠른 감소의 자기공명소견은 예후인자들과 의미있는 상관관계를 보였다. 침상변연은 저도 및 중등도의 핵등급(p<0.001)과 양성 프로게스테론 수용체(p<0.009)와, 테두리 조영증강은 종양 크기 증가(p<0.011), 액와 림프절 전이(p<0.023), Ki-67 지수의 증가(p<0.010), 미세혈관 밀도의 증가(p<0.014)와 단변량, 다변량 분석에서 통계적으로 유의하였다. 조영증강 후 첫 번째 영상에서 최고 조영증강을 가지는 경우 음성 에스트로겐 수용체(p<0.006), 양성 c-erbB2 (p<0.037)와, 지연기 조영증강의 빠른 감소는 고도의 핵등급(p<0.033), 액와 림프절 전이(p<0.029)와 단변량 분석에서 통계적으로 의의가 있었으나 다변량 분석에서 통계적 의의는 없었다. 결론 역동적 조영증강 자기공명영상에서 유방암은 불규칙 혹은 침상변연을 보이며 비균질 혹은 테두리조영증강을 보이는 예가 많았으며 첫 번째 혹은 두 번째 영상에서 최고 조영증강 되었다가 지연기 조영증강의 빠른 감소나 고평부 조영증강을 보이는 예가 많았다. 침상변연은 양호한 예후인자인 저도 및 중등도의 핵등급과 프로게스테론 수용체 양성과, 테두리 조영증강은 불량한 예후인자인 종양의 크기증가, 액와 림프절 전이, Ki-67 지수의 증가, 미세혈관 밀도의 증가와 통계적인 의미를 보이므로 이들 자기공명 영상 소견 들은 유방암의 예후를 예측하는데 도움이 될 것이다. 그러므로 유방암의 특징적인 소견을 보이는 유방의 자기공명 영상은 유방암을 감별 진단하는데 도움이 될 것이며, 침상변연이나 테두리 조영증강의 소견은 악성도를 예측하거나 미세혈관 밀도의 증가 등의 예후 인자들과 관련을 보이므로 호르몬 치료나 항 혈관형성 치료 등의 치료방법을 결정하는데 임상적으로 도움이 될 것으로 생각된다.

Comparison of 3D isotropic intermediate-weighted FSE MRI with conventional 2D MRI sequences to evaluate syndesmotic ligament injuries of the ankle

박정원 인제대학교 일반대학원 2018 국내박사

목적 발목 골절이 있는 환자에서 인대 손상을 평가하기 위해서는 MRI 검사가 도움이 된다. 본 연구에서는 발목 인대 중 경비 인대 결합의 손상 여부를 평가하는데 있어 3D 고속스핀에코 자기공명영상 (fast spin echo MRI)과 고식적 2D 고속스핀에코 자기공명영상 간의 진단율에 차이가 있는지 알아보고자 한다. 방법 2014년 1월부터 2015년 12월까지 ankle fracture가 발생한 환자 중 고식적 2D 자기공명영상과 3D 고속스핀에코 자기공명영상을 모두 촬영한 총 37명의 환자를 대상으로 하였다. 모든 환자는 관절경 수술을 하였다. 두 명의 영상의학과 의사가 후향적으로 경비 인대 결합 (전하경비인대, 후하경비인대, 하횡인대)을 분석하였으며, 2주 이상의 간격을 두고 2D, 3D 자기공명영상을 평가하였다. 통계 분석은 각 인대 별로 민감도, 특이도, 정확도를 계산하였고, McNemar 검정을 통하여 두 자기공명영상 간의 진단율 차이에 대한 분석을 수행하였다. 결과 경비 인대 결합 중 가장 흔한 손상은 전하경비인대에서 관찰되었다 (31/37, 83.8 %). 전하경비인대 손상 진단의 민감도는 3D 자기공명영상에서 100%/96.8% (판독자 1/2), 2D 자기공명영상에서 100%/96.8% 였으며, 특이도는 3D 자기공명영상에서 66.7%/50%, 2D 자기공명영상에서 33.3/66.7%를 보였다. 전하경비인대 손상의 진단율은 2D, 3D 영상 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었고 (p value = 0.114/0.558), 후하경비인대, 하횡인대에서도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 결론 경비 인대 결합의 손상을 평가함에 있어서 3D 자기공명영상과 2D 자기공명영상간에는 유의한 차이를 보이지 않았다. Purpose Magnetic resonance imaging (MRI) is helpful in assessing ligament damage in patients with ankle fracture. The purpose of this study is to compare the diagnostic performance of 3D isotropic intermediate-weighted fast spin echo (FSE) sequences with that of conventional 2D FSE sequences in MRI for the assessment of syndesmotic ligament injuries associated with ankle fracture. Materials and Methods Between January 2014 and December 2015, 37 patients who underwent both conventional 2D MRI and 3D MRI of an ankle fracture were evaluated. All patients received subsequent ankle arthroscopy. Two radiologists retrospectively reviewed the imaging findings of syndesmotic ligament injury (anterior inferior tibiofibular ligament, posterior inferior tibiofibular ligament, and transverse tibiofibular ligament), with an interval of at least 2 weeks between sessions of interpretation. Sensitivity, specificity, and accuracy were calculated for each ligament, and McNemar’s paired proportion test was performed to compare the diagnostic performance. Results Injuries of the anterior inferior tibiofibular ligament (AiTFL) were the most common finding in the patients (31/37, 83.8 %). The 3D sequences showed a sensitivity of 96.8 – 100 % and a specificity of 50 – 66.7 % for injuries of the AiTFL, whereas the 2D sequences showed a sensitivity of 96.8 – 100 % and a specificity of 33.3 – 66.7 % (p = 0.114/0.588). Injuries of the posterior inferior tibiofibular ligament (PiTFL) and transverse tibiofibular ligament (TrTFL) also showed no significant difference in diagnoses with 2D and 3D sequences. Conclusion There was no statistically significant difference in the diagnostic performance of 3D FSE sequences compared with that of 2D FSE sequences for syndesmotic ligament injuries associated with ankle fracture.

초고속 자기 공명 영상을 위한 스펙트로미터 및 영상기법 연구

김휴정 광운대학교 2003 국내박사

초고속 자기공명영상 기법은 일반적인 자기 공명 영상에서 수분에서 십여 분까지 걸리는 측정 시간을 수십 ms 이내로 단축시키는 기술로써, 대표적으로 블립드 EPI와 나선 주사 영상 등의 초고속 영상기법들이 있다. 나선 주사 영상의 경우, 영상 기법 특성에 많은 장점이 있음에도 불구하고, 구현하는 것이 어려워 실험적으로만 사용 될 뿐 일반적인 임상에서는 사용이 어려웠다. 기존의 자기공명영상제어장치(스펙트로미터)는 경사자계 파형을 미리 계산하여 메모리에 저장하여 사용하였기 때문에, 나선 주사 영상과 같이 경사자계 파형이 복잡하고 측정시간이 긴 경우, 전체 파형을 메모리에 저장하는 방식으로는 정확한 경사자계 파형을 구현하는데 문제점이 있었다. 본 논문에서는 나선 주사 영상의 정확한 경사자계 파형을 구현하기 위하여, 고속 디지털 신호처리기인 TMS320C6701을 이용한 자기 공명 영상 스펙트로미터를 제작하였다. 설계된 스펙트로미터는 경사자계 파형을 만드는 경사자계부, RF 신호의 변조를 수행하는 송신부, 수신된 자기공명신호를 복조하기 위한 수신부로 구성되어 있으며, 각 부분들은 DSP 기반의 디지털 제어부와 아날로그부로 구성되어 있다. RF 신호의 변조 및 복조회로에 디지털 기술을 사용하여, 주파수와 위상 제어의 정밀도와 안정성을 높였다. 스펙트로미터를 구성하고 있는 여러 장의 보드들 간의 정확한 동기화를 위하여 외부 클럭 보드를 이용하여 각 보드에 클럭을 인가하였으며, 보드들 간의 인터럽트 시 지터 (jitter)가 생기지 않도록 하였다. 또한, 고속 병렬 영상을 위하여 하나의 수신부 보드 당 4 채널까지 수신이 가능하도록 하였고, 고속 DSP를 이용하여 빠른 재구성이 가능하게 하였다. 개발된 스펙트로미터를 1.5 테슬라 전신 자기공명영상 시스템에 장착하여 영상을 획득하였다. 스펙트로미터의 성능을 검증하기 위하여 고속 스핀 에코 영상과 초고속 영상을 얻었다. 또한, 다중 코일을 이용하여 영상을 얻음으로써, 다중 채널 수신시스템의 성능을 검증하였다. 초고속 영상으로는 블립드 EPI와 나선 주사 영상을 얻었으며, 나선 주사 영상의 경우, 고속 DSP를 사용하여 4-interleaved와 8-interleaved 나선 주사 영상의 경사자계 파형을 실시간으로 계산하여, 128x128 영상들과 256x256 영상들을 얻었으며, 영상의 화질이 우수함을 확인하였다. 개발된 스펙트로미터를 사용함으로써 복잡한 경사자계 파형을 실시간으로 계산하고 출력하는 것이 가능해졌으며, 대화식의 파라미터 설정을 통한 회전 행렬 (rotation matrix)의 실시간 계산을 통하여 경사자계를 인가함으로써 심장의 관상 동맥과 같은 부위의 촬영이 용이해졌다. 극좌표계에서 filtered backprojection과 직각좌표계에서 Jacobian deter- minant를 이용한 보간법 (interpolation)방법으로 나선 주사 영상을 재구성하였다. 극좌표계에서 재구성 할 경우 시프트 (shift)성분 보정 과정에서 k 공간의 원점 부근의 데이터가 없게 되어 재구성 영상에서 인공물이 발생하기 때문에, dc 오프셋 보정을 이용한 향상된 영상 재구성 과정을 제안하였으며, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 기존의 알고리즘에 나타났던 영상의 인공물이 완전히 사라진 것을 확인하였다.

양성자 공명 주파수 기반의 자기공명 온도측정법에 관한 연구 : 뇌의 온도 계수 결정과 위상 차이 영상을 위한 키홀 방법의 적용

한용희 인제대학교일반대학원 2011 국내석사

본 연구에서는 양성자 공명 주파수 기반의 자기공명 온도측정법으로 정상인 뇌의 온도 계수를 결정하고, 키홀 방법이 적용된 위상 차이 영상을 최적화 하고자 하였다. 먼저 뇌 대사물질의 온도 계수를 결정하기 위해 핵자기공명분광장치를 이용한 단일 용적 기법으로 온도 분포에 따른 뇌 대사물질들의 화학적 이동 변화를 독립적으로 산출한 뒤, 분광 영상법으로 실제 정상인 뇌의 온도를 대사물질별로 지도화 하였다. 두 번째로는 위상 차이 영상에 키홀 방법을 적용하여 최소의 온도 차이로 시공간 해상도를 향상시킬 수 있는 최적화된 위상부호화의 수를 찾고자 하였다. 단일 용적 기법을 이용한 온도측정에서는 NMR장치 내부의 온도조절기를 이용하여 섭씨 25도부터 80도까지 5도 간격으로 온도의 범위를 변화시켜가며 분광 신호를 측정하였다. 각 대사물질에 대한 온도 계수는 제작된 후처리 소프트웨어를 이용하여 온도에 의해 변화된 화학적 이동 변화를 곡선 적합함으로서 산출되었다. 산출된 각각의 온도 계수는 선형 회귀분석으로 평가 및 결정되었다. 결정된 5가지 주요 뇌 대사물질(totCr, Cho, Cr, NAA, Lac)의 온도 계수는 각각 0.0086, 0.0088, 0.0091, 0.0089, 그리고 0.0088ppm/℃였으며, 이를 이용하여 자기공명영상장치의 분광 영상으로 정상인 뇌에 대한 온도를 지도화 하였다. 그 결과 각각의 뇌 대사물질; totCr, Cho, Cr, NAA에 따른 관심부위당 평균 온도는 35.849±2.149℃. 37.287±0.961℃, 34.640±0.911℃, 그리고 35.503±0.931℃로 나타났다. 위상 차이 영상법을 이용한 온도측정은 SPGR 펄스열로 조직 모사 팬텀과 돼지고기 근육 조직에서 수행되었다. 가열은 RF방식으로서 자체 제작된 동축슬롯 안테나를 이용하여 50W로 2분동안 가열하였다. 획득된 데이터는 자체 제작된 MATLAB기반의 영상처리 프로그램을 이용하였으며, 키홀 방법의 적용을 위해 k-space의 중앙 영역을 각각 128, 64, 32, 16, 8, 4로 위상부호화하여 영상을 재구성하였다. 모든 온도영상에서의 온도해상도는 TE(echo time)에 의해 5.763[°/℃] (=0.1005[rad/℃])로 나타났다. 키홀이 적용된 온도영상에서 위상부호화수가 줄어들수록 온도오차가 증가하였으나, SNR은 비교적 유지되는 경향을 나타냈다. 또한 전체가 부호화된 영상과의 paired t-test에서는 16개 이하로 위상부호화된 키홀 영상에 비해 p<0.05에서 유의한 온도차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 뇌 대사물질의 화학적 이동 변화와 온도 변화의 선형적인 관계를 객관적으로 입증하였으며, 각 대사물질별로 임상적으로 활용 가능한 온도계수를 가이드라인으로 제시하였다. 또한 위상 차이 영상법에 키홀 방법을 적용하여 최소의 온도오차의 최적화된 위상부호화수를 결정하였다. 본 연구는 이러한 자기공명분광영상법을 이용하여 넓은 범위의 비침습적 뇌 온도 측정의 가능성을 보였으며 제안된 키홀 방법으로 실시간 자기공명 온도측정에서 시간분해능을 높였다. This study is to determine the temperature coefficients of normal human brain metabolites using MR thermometry with proton resonance frequency(PRF) method, and is to optimize phase difference image utilizing keyhole method. To determine the temperature coefficients of brain metabolites, first, chemical shift changes of each metabolites of brain were independently estimated according to the temperature variation using single voxel technique(SVT) on nuclear magnetic resonance. And then, spectroscopic images were also obtained in normal human brain. Second, in phase difference imaging(PDI), we try to find optimized number of phase encoding to improve temporal and spatial resolution with minimum temperature error using keyhole method. In SVT experiment, NMR signals were obtained in the temperature range from 23℃ to 80℃ every 5℃ step increment using internal temperature controller on the machine. Temperature coefficients of each metabolite peaks were also estimated from the measured chemical shift depending on the temperature change through curve fitting with self-developed post processing tool. Each temperature coefficients were determined in linear regression analysis. The temperature coefficients of totCr, Cho, Cr, NAA, and Lac were 0.0086, 0.0088, 0.0091, 0.0089, and 0.0088ppm/℃, respectively. Using above facts, the temperature distribution in normal human brain was obtained using spectroscopic imaging technique of MRI. Estimated mean temperature of each metabolites in the region of interest were totCr = 35.849 ± 2.149℃, Cho = 37.287 ± 0.961℃, Cr = 34.640 ± 0.911℃, and NAA = 35.503 ± 0.931℃, respectively. For the PDI experiment, tissue mimic phantom and swine’s muscle tissue were used and they were heated during 2 minutes with 50W power by self-developed coaxial slot antenna as a RF heating manner. Obtained data were processed by self-developed MATLAB based image processing program. To apply the keyhole method, center part of k-space of image were acquired using SPGR pulse sequence according to 128, 64, 32, 16, 8, and 4 phase encoding lines, and then phase images were reconstructed. The temperature resolution was calculated as 5.763[°/℃] (=0.1005[rad/℃]) at TE(echo time)=25msec in all temperature images. In applied keyhole temperature images, smaller number of phase encoding, more temperature error increases, but SNR was not decreased comparably. Also keyhole image with less then 16 phase encoding is significantly different compared with full(256) phase encoded image.( p<0.05) In this study, linear relationship between temperature change and chemical shift variation of brain metabolites was proved. Moreover, the optimized phase encoding number for the PDI was found when the keyhole method was applied. Therefore, authors believe that non-invasive brain temperature measurement is possible using MR spectroscopic imaging technique and suggest that keyhole method is a powerful non-invasive tool to monitor the temperature in the deep part of the object in real time.

자기공명영상검사 시 발생하는 소음의 안전관리를 위한 음향학적 특성 및 정량분석

송현옥 한서대학교 2017 국내박사

자기공명영상(MRI) 장비는 의료 진단영역에서 인체를 표현하는 높은 해상력과 대조도 때문에 많은 가치를 차지하고 있다. 또한 X선을 이용한 방사선영상 장치나 전산화단층촬영과 다르게 비전리방사선인 고주파와 자력을 근원으로 자기장을 이용하는 검사로 인체에는 무해하여 질병의 진단에 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 검사 중에 발생하는 심각한 소음등과 같은 몇 가지 단점을 가지고 있다. 자기공명영상장치는 검사 중에 자기장영역을 둘러싼 코일이 진동하면서 심각한 소음이 발생하므로 검사를 받는 환자에게 심리적인 불안감을 주며, 검사를 진행하는 운전자 또한 지속적인 소음에 노출되어 있어 물리적·심리적으로 고통을 받고 있다. 이러한 관점에서 본 연구는 자기공명영상검사에서 발생하는 소음의 음향학적 특성을 파악하고 정량적으로 분석하여 소음에 대한 안전관의 기초적 자료를 제공하고자 한다. 자기장의 세기가 다른 4개의 자기공명영상장치를 선정하여 자기장의 세기별, 신호배열별(sequence)로 소음을 측정하였다. 측정된 소음의 주파수 특성 분석, 시간이력 곡선에 의한 파형 특성 분석을 하였으며, 소음의 영향을 청감보정음압레벨과 NR곡선(noise rating curves)을 사용하여 평가를 실시하였다. MRI 검사실, MRI 조정실, 자기장의 세기, 시퀀스별로 측정된 소음의 주파수 특성은 대체로 500~1,000Hz에서 높게 측정되었다. 소음의 파형특성을 분석 결과, MRI 검사실과 조정실에서 측정된 대부분의 소음이 정상소음과 준정상충격소음의 특성을 나타내고 있다. 특히 1.5Tesla 장비 이상의 경사자장 신호배열(gradient echo sequence)에서는 반복성 충격소음의 특성을 보였다. 측정된 소음을 청감보정음압레벨로 평가한 결과 MRI 검사실에서는 57.1~98.1dB(A) 사이로 나타났다. MRI 조정실내에서는 47.7~62.0dB(A) 사이의 값으로 나타났다. NR 곡선을 사용한 평가에서는 MRI 검사실과 조정실 모두 결정주파수가 500~1,000Hz에서 결정이 되었으며, 결정주파수를 토대로 분석된 NR값은 MRI 검사실에서는 [NR-53~98]으로 나타났다. MRI 조정실에서는 [NR-38~61]로 나타났다. MRI 검사 중에 소음은 MRI 검사실에서는 57.1~98.1dB(A) 이며, MRI 조정실내에서는 47.7~62.0dB(A) 이다. 본 연구 결과를 바탕으로 다음과 같은 제언을 한다. MRI 검사 시 환자는 청력보호구 착용을 의무화해야 하며, 종사자의 청력 보호를 위한 대책을 강구해야 한다. 소음의 피해를 예방하기 위하여 소음 방어시설의 기준을 확립되어야 하며, 환자와 검사자의 안전에 관한 시설과 규정이 제정 되어야 한다. MRI 관련 종사자의 안전 교육을 철저히 시행하며, 소음에 따른 안전사고 예방을 강구하여야 한다. 의료 영상을 책임지고 있는 MRI 관리 방사선사들은 고품질의 영상을 위해 노력하고 있다. MRI 관리 운영자는 MRI 단점에 따른 안전 문제를 숙지하고 이에 맞는 안전시설을 갖추고 안전관리를 철저히 한다면 의료서비스의 질 뿐만 아니라 환자 삶의 질 향상에 도움이 될 것이다. MRI 안전에 관한 연구는 앞으로도 계속 이루어져야하며 안전에 관한 규정들도 제정되어야 한다. 본 연구는 MRI 안전에 관한 연구와 MRI 안전관리 규정들의 제정에 활용되기를 기대한다. Magnetic resonance imaging is of great value because of the high resolution and contrast of the human body in the area of medical diagnosis. However, it has some disadvantages. One of them is the serious acoustic noise that occurs during inspection. In the case of MRI scan, the coil surrounding the magnetic field area oscillates during the scan, causing severe noise. Gives psychological anxiety to the patient being examined. Radiogical technologists are physically and psychologically suffering because they are exposed to continuous noise. The purpose of this study is to investigate the acoustic characteristics of acoustic noise generated during magnetic resonance imaging scan. Four magnetic resonance imaging devices with different magnetic fields were selected. Each acoustic noise was measured in the magnetic resonance imaging scan room and the control room. The measured acoustic noise was analyzed and evaluated. The frequency characteristics of the measured acoustic noise were generally highly measured at 500 to 1,000Hz. Most of the measured acoustic noise is characterized by steady noise and quasi-steady impulsive noise. The gradient echo sequence scan of 1.5Tesla or more showed the characteristic of repetitive an isolated burst of sound energy noise. The measured acoustic noise was evaluated by the equal loudness sound pressure level(dB (A)). The results were 57.1~98.1dB(A) in the magnetic resonance imaging scan room. In the MR control room, the value was 47.7~62.0dB(A). The measured acoustic noise was evaluated by the noise rating curve. In the evaluation, the decision frequency was determined at 500 to 1,000Hz. The risk of acoustic noise was analyzed by existing research and measured acoustic noise data. The effect of acoustic noise on the human body can cause an increase in respiration and pulse rate at about 50dB(A). In general, the health maintenance limit of noise is 60dB(A). Acoustic noise during magnetic resonance imaging scan is 57.1~98.1dB(A) in the magnetic resonance imaging scan room. And 47.7 to 62.0dB(A) in the MR control room. Having a safety facility and thorough safety management will help improve quality of life as well as the quality of medical services. In addition, safety management will be very helpful if safety management is reflected along with current quality control.

자기 공명 영상에서 퇴행성 변화 소견을 보이는 반월상 연골의 조직학적 및 생화학적 변화

정환용 아주대학교 2003 국내박사

목적 : 자기 공명 영상에서 퇴행성 변화 소견을 보이는 반월상 연골의 조직학적 및 생화학적 변화를 분석함으로써 반월상 연골의 퇴행성 변화와 자기 공명영상과의 상호관계를 분석하려 한다 예상 및 방법 : 인공 슬관절 전 치환술을 시행 받은 7 예의 외측 반월상 연골을 채취한 다음 자기 공명 영상 검사를 시행하고, 균등한 5개 부위로 나누어서 부위별 조직학적, 생화학적 분석을 시행하였다. 대조군으로 정상 슬관절의 외측 반윌상 연골 5 예를 동일한 방법으로 분석하였다. 자기 공명 영상 소견은 Lotysch 의 분류법을 사용하였고, 조직학적 소견은 Stoller 의 분류법을 사용하였다. 결과 : 대조군은 자기 공명 영상에서 grade 0 의 정상 소견을 보였고 조직학적으로도 stage 0 의 정상 소견을 보였으며 5 개 부위에서 수분, 교원절, 단백 다당이 차지하는 비율은 통계학적으로 유의성이 있는 차이를 보이지 않았다. 실험군의 자기 공명 영상에서 퇴행성 변화를 보이는 부위의 반월상 연골은 생화학적 분석에서 수분 및 단백 다당 함량은 증가되어 있었으며 교원질의 비율은 감소되어 있었다. 실험군에서 자기 공명 영상상 grade 0 의 소견을 보이는 부분과 대조군은 조직학적 분류 상으로는 일치하였으나 생화학적으로는 실험군 grade 0 에서 수분 및 단백 다당 함량은 증가되어 있었으며 교원질의 비율은 감소되어 있었으며, grade I, II의 퇴행성 변화는 조직학적으로 일치하지 않았다. 결론 : 정상 외측 반월상 연골의 부위별 생화학적인 구성 성분의 차이는 없었으며 조직학적으로도 정상 소견이었다. 고 연령의 반월상 연골은 수분 및 단백 다당의 함량은 증가하고 교원질은 감소하였으나 자기 공명 영상상으로는 정상 소견으로 보였다. 외측 반월상 연골의 퇴행성 변화는 주로 후각부에서 일어났으며 퇴행성 변화시, 수분 및 단백 다당의 함량은 증가하고, 교원질은 감소하였다. 자기 공명 영상상 grade I, II 퇴행성 변화와 조직학적 소견은 일치하지 않았으며 이는 주로 수분 성분의 차이로 사료되며 퇴행성 변화를 보이는 반월상 연골의 자기 공명 영상에서의 고 신호 강도의 정도는 생화학적으로 교원질의 감소 및 단백 다당의 증가에 의한 것으로 사료된다. 따라서 자기 공명 영상은 반월상 연골의 조직학적 퇴행성 변화의 정도를 감별할 수 없다고 사료된다. Purpose: We evaluated the relationship between the degenerated meniscus and its MRI findings by the analysis of histologic and biochemical analysis. Materials and Methods: Lateral meniscus from 7 TKR patients and 5 normal persons were imaged with MRI and divided into 5 even areas and then sectioned for histologic and biochemical analysis. Results: Control group of normal meniscus showed grade 0 on MRI and its histology was compatible to stage 0 and it showed no biochemical differences according to the location. The degenerated lateral meniscus on MRI showed that the water and proteoglycan contents increased with increasing degeneration where as the collagen content decreased. The control group of normal meniscus and grade 0 degeneration on MRI in experimental group was compatible with histology but it showed the biochemical differences. The grade I, II degeneration was not compatible with the histologic findings. Conclusion: Control group of normal meniscus showed no biochemical differences according to the location and its histology was compatible to stage 0. The degeneration of the lateral meniscus has occurred mainly posterior horn. And the water and proteoglycan contents increased with increasing degeneration where as the collagen content decreased. Grade 0 degeneration was compatible with histologic findings but not in biochemistry. Grade I, II degeneration was not compatible with the histologic findings and this may be due to the water content of the meniscus. The factors of the high signal intensity of the degenerated lateral meniscus on MRI is may be due to the decreased component of collagen and increased proteoglycan. So the MRI cannot represent the histologic degree of degeneration of the lateral meniscus.