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SPECT 심근영상의 영상분할을 이용한 3차원 재구성
3D Reconstruction Using Segmentation of Myocardial SPECT 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.11 no.6, 2010년, pp.2240 - 2245  

정재은 (삼육의료원 의공학과) ,  이준행 (남부대학교 방사선학과) ,  최석윤 (부산카톨릭대학교 방사선학과) ,  이상복 (남부대학교 방사선학과)

초록
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심근영상의 SPECT(Single Photon Emission Computed tomography)검사는 감마선을 방출하는 방사성의약품을 환자에게 정맥주사한 후 이 의약품이 심장에 고루 퍼지면 관심부위를 촬영하여 질병으로 인한 변화를 컴퓨터를 이용하여 진단하는 검사법이다. 기능적인 정보를 담고 있는 심근관류 영상은 비침습적인 심근질환 검사에 유용한 방법이지만, 물리적 인자들에 의해 잡음과 낮은 해상도는 판도하는데 어려움을 주게 된다. 본 논문은 심근영상을 레벨 셋 알고리즘을 이용하여 영상을 분할하고 분할된 영역을 3차원으로 구현하여 판독에 도움을 주는 방안을 제안하였다. 판독의 어려움을 해결하기 위하여 레벨 셋을 이용하여 관심부위인 좌심실 영역을 분할하였고 분할된 영역을 3차원영상으로 모델링 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Myocardial imaging in SPECT (Single Photon Emission Computed tomography) scan of the gamma-ray emitting radiopharmaceuticals to patients after intravenous radiopharmaceuticals evenly spread in the heart region of interest by recording changes in the disease caused by a computer using the PSA test is...

주제어

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문제 정의

  • 본 논문에서는 2차원 심근영상을 레벨 셋 알고리즘을 이용하여 영상을 분할하고 분할된 영역을 3차원으로 구현하여 영상의 판독에 도움을 주는 방안을 제안하고자 한다. 제안된 방안은 심근기능 모델의 3차원적인 정량적 분석과 기능적 심벽의 변화에 대해서도 적용 가능할 것이다.
  • 본 논문에서는 2차원 심근영상을 레벨 셋 알고리즘을 이용하여 영상을 분할하고 분할된 영역을 3차원으로 구현하여 영상의 판독에 도움을 주는 방안을 제안하였다.
  • 이것은 노이즈가 강하고 에지의 경계가 약하며 해상도가 낮기 때문이었다. 본 논문에서는 에지함수에 의존적이지 않고 원하는 경계로 커브가 진화해 나가는 레벨 셋 알고리듬을 제안하였다. 초기에 영상을 평활화할 필요가 없고 심지어 노이즈가 강해도 경계를 잘 검출해 낼 수 있었다.

가설 설정

  • Chan 등은[13,14] gradient 정보를 사용하지 않는 다음과 같은 가변 형 모델을 제안하였다. 2차원 정상에 정의된 곡선 C에 대해서 영상은 두 개의 영역으로 분할되며 각 영역의 밝기 값은 영역 내에서 일정하다고 가정한다. 각 상태의 곡선 C에 대해서 식 (7)과 같이 정의한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
심근 영상의 SPECT 검사란? 핵의학에서 심근영상의 SPECT(Single Photon Emission Computed tomography)검사는 감마선을 방출 하는 방사성의약품을 환자에게 정맥주사한 후 이 의약품이 심장에 고루 퍼지면 관심부위를 촬영하여 질병으로 인한 변화를 컴퓨터를 이용하여 진단하는 첨단의 검사법이다. 심근관류 SPECT 검사는 허혈성심장질환이 의심되는 환자에서 관상동맥질환을 진단하는데, 관상동맥 조영술로 관상동맥질환이 확진된 환자에서 부하 유발성 허혈 부위를 찾는데, 관상동맥 우회로 수술 또는 관상동맥 혈관 성형술을 할 환자에서 수술 전 검사로서, 그리고 혈관수술이나 비 혈관수술을 할 환자에서 수술과 마취에 대한 심장위험부담을 평가하는데 사용한다.
심근관류 SPECT 영상의 판독 시 주로 단층영상인 2차원 연속영상을 판독하는데 이때, 해상도가 낮은 영상을 판독하는 어려움을 해결하기 위해 본 연구에서는 어떤 방법을 제안하였는가? 해상도가 낮은 영상을 판독한다는 것은 매우 어려운 일이 아닐 수 없다. 판독의 어려움을 해결하기 위하여 레벨 셋을 이용하여 관심부위인 좌심실 영역을 분할하였고 분할된 영역을 3차원영상으로 모델링 하였다. 제안된 방법을 이용한다면 보다 정확한 영상의 판독과 심근기능 모델의 3차원적인 정량적 분석과 기능적 심벽의 변화에 대해서도 적용 가능할 것이다.
심근관류 영상은 어떤 단점으로 인해 심근의 기능적 결절 등을 판도하는데 어려움을 주는가? 기능적인 정보를 담고 있는 심근관류 영상은 비 침습적인 심근질환 검사에 유용한 방법이지만, 감마선 광자의 감쇠, 컴퓨턴산란[1]과 같은 물리적 인자들에 의해 SPECT영상에서 잡음이 많아지고, 이로 인한 낮은 해상도는 심근의 기능적 결절(Defect) 등을 판도하는데 어려움을 주게 된다. 저해상도, 고 잡음, 불분명한 에지경계등으로 핵의학 영상은 자동 분할하기에 어렵다고 알려져 있다[1].
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참고문헌 (17)

  1. H. Malcolm Hudson, Richard S. Larkin , "Accel-eted Image Reconstruction Using Order ed Subsets of Projection Data", IEEE Trans. Med. Imag, volume. 13, pp. 601-609, 1994. 

  2. Bavelaar-Croon CD, Pauwels EK, van der Wall EE, "Gated single-photon emission computed tomographic myocardial imaging", a new tool in clinical cardiology, Am Heart J 141:383-90, 2001. 

  3. Bacher-Stier C, Muller S, Pachinger O, Strolz S, Erler H, Moncayo R, Wenger M, Donnemiller E, iccabona G. "Thallium-201 gated single-photon emi-ssion tomography for theassessment of left entricular ejection fraction and regional wall motion abnorma- lities in comparison with two-dimensional echocardi-ography", Eur J Nucl Med Volume 26, 1533-40. 1999. 

  4. Wahba FF, Bavelaar-Croon CD, Baur LH, Zwin-derman AH,van Roosmalen RP, Pauwels EK, van der all EE. "Detection of residual wall motion after sustained myocardial infarction by gated 99Tc mtetrofosmin SPECT:a comparison with echocardiography", Nucl Med Commun 

  5. Wahba FF, Lamb HJ, Bax JJ, Dibbets-Schneider P, Bavelaar-Croon CD, Zwinderman AH, Pauwels EK, van der Wall EE. "Assessment of regional myocardial wall motion and thickening by gated 99Tcm-tetrofosmin SPECT: a comparison with magnetic resonance imaging", Nucl Med Commun 22:663-71, 2001 

  6. Atsma DE, Bavelaar-Croon CD, Germano G, Dibbets-Schneider P, van Eck-Smit BL, Pauwels EK, van der Wall EE. "Good correlation between gated single photon emission computed myocardial tomography and contrast ventriculography in the assess-ment of global and regional left ventricular function", Int J Card Imaging 16:447-53, 2000 

  7. Hambye AS, van den Branden F, Vandevivere J. "Diagnostic value of Tc-99m sestamibi gated SPECT to assess viability in a patient after acute myocardial infarction", Clin Nucl Med 21:19-23, 1996 

  8. Leitha T, Gwechenberger M, Pruckmayer M, Staudenherz A, Bailer H, Kronik G. "Does motion analysis in postexercise gated sestamibi SPECT reflect rest left ventricular motion even in severe coronary artery disease?", Clin Nucl Med 26:694-700, 2001 

  9. Bavelaar-Croon CD, Atsma DE, van der Wall EE, Dibbets-Schneider P, Zwinderman AH, Pauwels EK, "The additive value of gated SPECT myocardial perfusion imaging in patients with known and suspected coronary artery disease", Nucl Med Commun 22:45-55, 2001 

  10. Kroll D, Farah W, McKendall GR, Reinert SE, Johnson LL, "Prognostic value of stress-gated Tc-99m sestamibi SPECT after acute myocardial infarction", Am J Cardiol 87: 381-6. 2001 

  11. S. Osher, J. A. Sethian, "ronts propagating with curvature dependent speed: algorithms based on Hamilton-Jacobi formulations", J. Comp. Phys., volume 79, pp. 12-49, 1988. 

  12. Zhao, H.-K., Chan,T., Merriman, B. and Osher, S, "Avariational level set approach to multiphase motion", JCP 127:179-95, 1996. 

  13. T. Chan and L. Vese, "ctive contours without edges" IEEE Trans. Imag. Proc., vol.ume 10, pp. 266-277, 2001. 

  14. Chan, T. and Vese, L, "An active contour model without edges.n Scale-Space", M. Nilsen et al. (Eds.), LNCS, 1682, 1999. 

  15. Jamshid Maddahi, Ricardo Mendez, Chuanyong Bai, Hetal Babla, "Fast SPECT myocardial perfusion imaging using a novel 3D iterative image reconstruction", J Nucl Med, 48 (Supplement 2):p221, 2007. 

  16. Mithun Prasad, Balaji Tamarappoo, Amit Ramesh, Paul Kavanagh, James Gerlach, Louise Thomson, John Friedman, Daniel Berman, "Comparison of quantitative 3D myocardial wall measurements using MRI and SPECT", J Nucl Med, 50 (Supplement 2), 2009. 

  17. Vivek Walimbe, Wael A. Jaber, Mario J. Garcia, Raj Shekhar, "Multimodality Cardiac Stress Testing: Combining Real-Time 3-Dimensional Echocardiography and Myocardial Perfusion SPECT", Nuclear Medicine Vol. 50 No. 2 226-230, 2009 

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