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문제 정의
- 석회화 영역의 실제 면적 크기를 측정하기 위해 현미경 장비를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적 크기를 획득하였고, 이미지 분할기법이 적용된 MDCT영상 내 석회화 영역의 면적 크기와 비교 분석을 진행하였다. 따라서, 본 연구에서는 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 실제 면적 크기와 가장 유사하게 측정하는 이미지 분할 방법을 찾는데 그 목적이 있다.
- 본 논문에서는 MDCT영상에서 석회화로 인한 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하고, 실제 석회화 영역의 면적 크기를 정확히 측정할 수 있는 방법을 비교 분석하였다. 제작한 관상동맥 석회화 팬텀을 이용하여 MDCT영상을 획득하 였고, 8가지의 이미지 분할기법을 적용하여 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하였다.
- 본 연구에서는 MDCT영상에서 석회화로 인한 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하고, 실제 석회화 영역의 면적 크기를 정확히 측정할 수 있는 방법을 연구하고자 한다. 제작한 관상동맥 석회화 팬텀을 이용하여 MDCT영상을 획득하였고, 8가지의 이미지 분할기법을 적용하여 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하였다.
제안 방법
- 표 2. 5 mm Phantom의 석회화 면적의 현미경 및 8가지 방법 측정.
- , MATLAB R2016b)의 GUI(Graphical User Interface)를 이용하여 프로그램을 개발하였다. 관상 동맥 석회화 팬텀의 MDCT 영상에 총 8가지의 이미지 분할 기법을 적용하여 석회화 인공 음영을 최소화하고, 석회화 영역의 면적 크기를 자동으로 측정해주는 프로그램을 개발하였다. 그림 7은 이미지 분할 기법을 적용하여 석회화 인공 음영을 최소화하는 MATLAB GUI 프로그램의 순서도를 나타낸다.
- 그림 6. 관상동맥 석회화 팬텀의 MDCT 영상에서 석회화 영역 크기 측정.
- 데이터 처리를 위해 필요에 따라 영상을 회전시키고, 관심 있는 영역으로 자른다. 그리고총 8가지의 이미지 분할 기법들을 적용하여 관상동맥 석회화 MDCT영상에서 나타나는 석회화 인공 음영 효과를 최소화 하고, 석회화 영역의 크기를 측정하였다.
- 그림 6과 같이 관상동맥 석회화 팬텀의 MDCT 영상에서 석회화 영역의 면적 크기를 알아보기 위해서 MATLAB (Mathworks Co., MATLAB R2016b)의 GUI(Graphical User Interface)를 이용하여 프로그램을 개발하였다. 관상 동맥 석회화 팬텀의 MDCT 영상에 총 8가지의 이미지 분할 기법을 적용하여 석회화 인공 음영을 최소화하고, 석회화 영역의 면적 크기를 자동으로 측정해주는 프로그램을 개발하였다.
- 따라서 본 연구에서는 edge 기법들을 이용하여 관상동맥 석회화 협착에서 나타나는 석회화 인공 음영을 최소화하고, 석회화 영역과 내강 영역을 구분하기 위해 다음과 같은 기법들을 적용하였다.
- 먼저 Gaussian 필터링을 통하여 영상을 부드럽게 하고 Sobel edge를 사용하여 기울기 벡터의 크기를 계산한다. 기울기의 크기가 최댓값인 것만을 남기고 나머지는 0으로 억제하고 연결된 edge를 얻기 위하여 두 개의 임계값을 사용한다.
- Region Growing을 이용한 영상 분할은 화소값 간의 유사도를 계산하여 영역 분할을 수행한다. 먼저 Seed 화소의좌표를 설정한 후 인접 화소값의 유사도를 계산하고 인접 화소값이 Seed 화소값에 속하는지를 판단한다. 즉, 두 화소값의 차가 절대적인 임계값 안에 속하면 같은 영역으로 확장하고 임계값보다 크면 확장을 멈추고 분할을 한다[10].
- 본 연구에서는 관상동맥 경화증 환자의 MDCT영상에서 나타나는 석회화 인공 음영의 효과를 최소화하고, 석회화 영역의 면적을 측정하기 위해 Otsu, Sobel, Prewitt, Gaussian+K-Mean Clustering, Canny, DoG(Difference of Gaussian), Otsu+DoG, Region Growing의 총 8가지 이미지 분할 기법을 적용하였다. 이주원(2011) 등은 퍼지 알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 이용하여 관상동맥의 협착부 위를 검출하는 연구를 진행하였다.
- 본 연구에서는 관상동맥 석회화 협착 팬텀을 이용하여 현미경에서 측정된 석회화 영역의 면적 크기와 이미지 분할을 적용하여 석회화 인공 음영 효과가 최소화된 MDCT 영상에서 석회화 영역의 면적 크기를 비교하기 위해 SPSS20 통계 프로그램을 이용하여 급내 상관 계수(Intraclass Correlation Coefficient, 이하 ICC)를 실시하였고, 신뢰 구간 (Confidence Interval, CI)은 95%로 설정하였다. ICC는동일한 양을 측정하는데 각 측정치간의 일치 정도를 평가하기 위해 이용되는 통계 방법으로 관상동맥 석회화 팬텀의 실제 석회화 영역 면적 크기와 석회화 인공 음영 효과가 최소화 된 석회화 영역 면적 크기를 비교하기 위해 ICC 통계 분석 방법을 사용하였다[11].
- 제작한 관상동맥 석회화 팬텀을 이용하여 MDCT영상을 획득하였고, 8가지의 이미지 분할기법을 적용하여 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하였다. 석회화 영역의 실제 면적 크기를 측정하기 위해 현미경 장비를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적 크기를 획득하였고, 이미지 분할기법이 적용된 MDCT영상 내 석회화 영역의 면적 크기와 비교 분석을 진행하였다. 따라서, 본 연구에서는 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 실제 면적 크기와 가장 유사하게 측정하는 이미지 분할 방법을 찾는데 그 목적이 있다.
- 임의의 Cluster를 중심으로 소속정도를 목적함수가 최소가 될 때 까지 반복하며 Clustering을 수행 한다. 이웃화소들의 평균, 분산 값 등의 정보를 이용하여 Cluster를 형성하고, 영상 내 각 영역들에 Cluster의 레이블을 할당하여 영역을 분할한다[7].
- 이주원(2011) 등은 퍼지 알고리즘(Fuzzy Algorithm)을 이용하여 관상동맥의 협착부 위를 검출하는 연구를 진행하였다. 제안한 알고리즘은 퍼지알고리즘을 이용하여 협착이 관찰되는 혈관의 분기점과 끝점부위를 검출하는 방법으로 구성되어 있다. 알고리즘을 평가하기 위해 다양한 혈관조영영상을 사용하였으며 그 결과분기점 및 끝점에 대한 검출율이 89.
- 본 연구에서는 MDCT영상에서 석회화로 인한 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하고, 실제 석회화 영역의 면적 크기를 정확히 측정할 수 있는 방법을 연구하고자 한다. 제작한 관상동맥 석회화 팬텀을 이용하여 MDCT영상을 획득하였고, 8가지의 이미지 분할기법을 적용하여 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하였다. 석회화 영역의 실제 면적 크기를 측정하기 위해 현미경 장비를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적 크기를 획득하였고, 이미지 분할기법이 적용된 MDCT영상 내 석회화 영역의 면적 크기와 비교 분석을 진행하였다.
- 본 연구에서는 MDCT영상에서 석회화로 인한 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하고, 실제 석회화 영역의 면적 크기를 정확히 측정할 수 있는 방법을 연구하고자 한다. 제작한 관상동맥 석회화 팬텀을 이용하여 MDCT영상을 획득하였고, 8가지의 이미지 분할기법을 적용하여 석회화 인공 음영의 영향을 최소화하였다. 석회화 영역의 실제 면적 크기를 측정하기 위해 현미경 장비를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적 크기를 획득하였고, 이미지 분할기법이 적용된 MDCT영상 내 석회화 영역의 면적 크기와 비교 분석을 진행하였다.
- 05:1 비율로 희석하였다. 플라스틱 통에 칼슘 막대를 고정한 아크릴 팬텀을 고정시키고 조영제 희석액을 채워 넣어 관상 동맥 경화증을 모델링한 팬텀을 제작하였다.
- 그림 4. 현미경을 이용한 석회화 영역 크기 측정.
대상 데이터
- 표 1은 영상 획득 파라미터를 나타낸다. 1.25 mm의 슬라이스 두께, 120 kVp 관전압과 100 mA 관전류를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀을 스캔하였고, 그림 3과 같이 관상동맥 석회화 팬텀의 MDCT영상을 획득하였다.
- , Discovery CT750HD)를 이용하여 영상을 획득하였다. 관상동맥 석회화 팬텀의 내강 영역 5 mm, 석회화 영역 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm, 3.5 mm, 4.0 mm의총 7개의 관상동맥 석회화 팬텀의 MDCT영상을 획득하였다. 표 1은 영상 획득 파라미터를 나타낸다.
- Vitiny, UM12)을 이용하였다. 그림 5와 같이 현미경을 이용하여 0.1 mm 스케일로 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적을 측정하여 데이터를 획득하였다.
- 제작한 관상동맥 석회화 팬텀의 MDCT영상을 획득하기 위해서 그림 2와 같이 MDCT(General Electric Co., Discovery CT750HD)를 이용하여 영상을 획득하였다. 관상동맥 석회화 팬텀의 내강 영역 5 mm, 석회화 영역 1.
데이터처리
- 관상동맥 석회화 팬텀의 실제 석회화 영역 면적 크기와 석회화 인공 음영 효과가 최소화 된 석회화 영역 면적 크기를 비교하기 위해 ICC 통계 분석 방법을 사용하였다. 표 2 는 관상동맥 석회화 팬텀의 ICC 통계 결과를 나타낸다.
이론/모형
- 관상동맥 석회화 협착에서 나타나는 석회화 인공 음영을 최소화하기 위해서 영상의 edge 기법들을 적용하였다. edge란 영상에서 픽셀 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로, 또는 높은 값에서 낮은 값으로 급격하게 변화하는 부분을 말한다.
- 기울기의 크기가 최댓값인 것만을 남기고 나머지는 0으로 억제하고 연결된 edge를 얻기 위하여 두 개의 임계값을 사용한다. 높은 임계값을 사용하여 기울기 방향에서 낮은 임계값이 나올 때까지 추적하여 edge를 연결하는 히스테리시스 임계 값 방식을 사용한다[8].
- 이를 이용하여 영상의 특징 및 영상 내에 존재하는 각 객체 들의 경계를 검출 할 수 있다. 이러한 edge를 획득하기 위해 미분 방정식을 이용하여 영상에서 밝기 값이 급격하게 변하는 위치를 찾아낸다.
성능/효과
- 999 (95% IC)의 일치도를 나타내었다. Gaussian과 K-Mean Clustering을 혼합하여 적용하였을 때 0.997~1.000 (95% IC)의 가장 높은 일치도를 나타내었으며, 관상동맥 석회화 팬텀의 현미경 실측 크기와 가장 근접한 면적 크기로 측정하였다.
- 표 2 는 관상동맥 석회화 팬텀의 ICC 통계 결과를 나타낸다. ICC 통계 분석 결과 Region Growing 이미지 분할 기법을 적용하였을 때, 관상동맥 석회화 팬텀 의 실측 데이터와 비교 하여 2배 이상의 면적 값을 측정하였으며, 0.564~0.987 (95% IC)의 가장 낮은 일치도를 나타내었다. Sobel 이미지 분할 기법을 적용하였을 때, 0.
- 석회화 영역의 실제 면적 크기를 측정하기 위해 현미경 장비를 이용하여 관상동맥 석회화 팬텀 내 석회화 영역의 면적 크기를 획득하였고, 이미지 분할기법이 적용된 MDCT영상 내 석회화 영역의 면적 크기와 비교 분석을 진행하였다. 그 결과 Gaussian과 K-Mean Clustering을 혼합하여 적용하였을 때 0.997~1.000(95% IC)의 가장 높은 일치도를 나타내었으며, 관상동맥 석회화 팬텀의 현미경 실측 크기와 가장 근접한 면적 크기로 측정 하였다. 본 연구의 향후 발전을 위해 석회 제거 기법에 대한 계속적인 연구가 필요하며, 또한 실제 관상동맥 경화증 환자의 MDCT영상 분석을 통해 높은 재현성과 정확성을 가지는 프로그램으로 발전이 필요하다.
후속연구
- 000(95% IC)의 가장 높은 일치도를 나타내었으며, 관상동맥 석회화 팬텀의 현미경 실측 크기와 가장 근접한 면적 크기로 측정 하였다. 본 연구의 향후 발전을 위해 석회 제거 기법에 대한 계속적인 연구가 필요하며, 또한 실제 관상동맥 경화증 환자의 MDCT영상 분석을 통해 높은 재현성과 정확성을 가지는 프로그램으로 발전이 필요하다.
- 석회화 인공 음영을 최소화하여 내강 영역의 시각 화를 향상시켰지만, 고 밀도의 석회화로 인한 석회 인공 음영 효과 분석 및 평가에 대한 추가 연구가 필요할 것이라 보고하였다[13]. 이와 같이 관상동맥 경화증 환자의 MDCT 영상에서 나타나는 석회화 인공 음영 효과를 최소화 시키기 위한 많은 연구가 진행 중에 있으며, 실제 관상동맥 석회화의 크기를 정확하게 측정하기 위해 후속연구가 시도되어야할 것으로 사료된다.
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