[논문]Compressed sensing을 이용한 TOF MRA 검사에서 Flow rate와 CS factor의 변화에 따른 영향

김성호; 정현근; 유세종

doi:10.7742/jksr.2021.15.3.281

Compressed sensing을 이용한 TOF MRA 검사에서 Flow rate와 CS factor의 변화에 따른 영향
Effects of Flow Rates and CS Factors on TOF MRA using Compressed Sensing 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.3, 2021년, pp.281 - 291

김성호 (대전보건대학교 방사선(학)과) , 정현근 (HK 리서치센터) , 유세종 (대전보건대학교 방사선(학)과)

초록
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본 연구는 자기공명영상을 이용한 TOF MRA 검사에서 flow rate 2.0 ml 이하의 유속을 표현함에 있어 Compressed sensing의 사용에 따른 영상의 변화를 정량적으로 측정하고자 하였다. Auto-injector와 Flow phantom을 이용하여 각각의 혈류속도 구간을 설정하고 CS를 사용하지 않은 TOF without CS 기법과 CS를 이용한 TOF with CS 기법에서 CS factor의 변화에 따른 SNR, CNR, SSIM, RMSE 등을 측정하여 비교하였다. CS factor의 증가에 따라 나타나는 영상의 영향을 검증하고자 일원배치 분산분석(One-way ANOVA)을 시행하였다. 실험 결과 CS를 사용한 TOF MRA는 CS를 사용하지 않은 TOF MRA와 비교하여 SNR 및 CNR의 유의한 차이 없이 scan time이 현저하게 감소하였다. 반면 CS factor의 증가에 따라 SSIM 및 RMSE는 TOF without CS 영상과의 차이가 증가함을 나타내었다. 따라서 TOF MRA 검사 시 CS 기법을 통해 scan time을 효율적으로 감소시키되 적절한 CS factor의 범위를 충분히 고려해야 한다. 또한 CS factor와 영상의 유사도, 정밀성에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aimed to measure the quantitative changes in images according to the use of compressed sensing in expressing the slow flow rate in TOF MRA test using magnetic resonance imaging. This study set different blood flow rate sections by using auto-injector and flow phantom and compared changes in the SNR, CNR, SSIM, and RMSE measurements by different CS factors between TOF with CS and TOF without CS. One-way ANOVA was performed to test the effect on the image induced by the increase of the CS factor. The results revealed that TOF MRA with CS significantly decreased scan time without significantly affecting SNR and CNR compared to TOF MRA with CS. On the other hand, the differences in SSIM and RMSE between TOF with CS and TOF without CS increased as the CS factor increased. Therefore, it is necessary to efficiently reduce scan time by adapting the CS technique while considering the appropriate range of the CS factor. Additionally, more studies are needed to evaluate CS factors and the similarity precision of images further.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. MR Flow Phantom.
그림 Fig. 2. MR Equipment and RF Coil.
그림 Fig. 3. MR auto-injector saline phshing.
그림 Fig. 4. SNR Multiple acquisition method; Flow signal intensity and noise standard deviation measurement.
표 Table 1. MR imaging parameter
표 Table 2. SNR and CNR p Values of The Flow Rate According to the CS Factor Increase.
그림 Fig. 5. Graph of SNR and CNR changes according to various flow rate and CS factor.
표 Table 3. SNR and CNR group p values of the flow rate according to the TOF without and with CS.
그림 Fig. 6. Graph of SSIM and RMSE changes according to various flow rate and CS factor.
표 Table 4. SSIM and RMSE values of the flow rate according to the CS factor increase.

AI 본문요약
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제안 방법

Phantom은 유속 신호를 측정하기 위해 flow의 단면을 수직으로 16 slice scan 하였으며, TOF without CS를 기준으로 TOF with CS에서 CS factor를 각각 1.2, 1.4, 1.6, 1.8로 변경하며 측정하였다. 이때 온도의 영향에 따른 순자화 벡터의 차이를 최소화하기 위해 검사실의 온도를 20~22°로 유지하였다.
이때 정상인의 중대뇌동맥(Middle cerebral artery) 의 평균 혈류 속도 2.0 ml보다 느린 유속에 대한 실험을 하기 위해 생리식염수의 flow rate를 각각 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2 ml로 0.2 ml 간격으로 측정하였다.

데이터처리

Flow phantom을 scan 하여 획득한 DICOM 파일의 영상을 정량적으로 분석하기 위해 각각 SNR, CNR SSIM, RMSE 등을 평가하였다.
GE workstation(version 2016b, MathWorks, Natick, MA, USA)을 이용하여 flow phantom에서 획득한 DICOM 영상에 ROI를 설정하여 SNR을 측정하였다. SNR의 측정은 Multiple acquisition method를 사용하였으며, TOF로 획득한 각각의 slice에서 영상 중앙의 flow 신호강도와 영상의 상·하·좌·우에서 획득한 noise의 표준편차로 측정하였다.
SNR의 측정은 Multiple acquisition method를 사용하였으며, TOF로 획득한 각각의 slice에서 영상 중앙의 flow 신호강도와 영상의 상·하·좌·우에서 획득한 noise의 표준편차로 측정하였다.

성능/효과

자기공명영상을 이용한 느린 유속의 TOF MRA 검사에서 CS를 적용한 TOF with CS 기법은 TOF without CS 기법의 검사와 비교하여 SNR 및 CNR의 유의한 차이 없이 검사 소요 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 하지만 CS factor의 증가에 따라 유사도와 왜곡도가 변화하며 너무 높은 CS factor를 사용할 경우 왜곡도가 급격히 증가하게 된다.
자기공명영상을 이용한 느린 유속의 TOF MRA 검사에서 CS를 적용한 TOF with CS 기법은 TOF without CS 기법의 검사와 비교하여 SNR 및 CNR의 유의한 차이 없이 검사 소요 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다. 하지만 CS factor의 증가에 따라 유사도와 왜곡도가 변화하며 너무 높은 CS factor를 사용할 경우 왜곡도가 급격히 증가하게 된다. 따라서 TOF MRA를 이용하여 미세 혈관을 검사할 경우 CS 기법을 적용하여 검사 소요 시간을 감소시켜 효율적인 검사를 진행함과 동시에 적절한 CS factor의 범위를 충분히 고려해야 한다.

후속연구

따라서 TOF MRA를 이용하여 미세 혈관을 검사할 경우 CS 기법을 적용하여 검사 소요 시간을 감소시켜 효율적인 검사를 진행함과 동시에 적절한 CS factor의 범위를 충분히 고려해야 한다. 따라서 CS factor의 증가에 따른 영상의 유사성과 정밀도에 대한 지속적인 검증과 연구가 필요할 것으로 사료된다.
하지만 CS factor의 증가에 따라 유사도와 왜곡도가 변화하며 너무 높은 CS factor를 사용할 경우 왜곡도가 급격히 증가하게 된다. 따라서 TOF MRA를 이용하여 미세 혈관을 검사할 경우 CS 기법을 적용하여 검사 소요 시간을 감소시켜 효율적인 검사를 진행함과 동시에 적절한 CS factor의 범위를 충분히 고려해야 한다. 따라서 CS factor의 증가에 따른 영상의 유사성과 정밀도에 대한 지속적인 검증과 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구의 제한점으로는 다양한 장비의 CS 기법을 비교할 수 없었기 때문에 장비에 대한 변수를 고려하지 못한 점이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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