KR101674326B1 - Functional magnetic resonance imaging method without baseline epochs information by mapping true T2* change with multi-echo EPI signal similarity analysis - Google Patents
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Abstract
fMRI(functional magnetic resonance imaging) 영상법 및 fMRI 영상 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 fMRI 영상법은, (a) 대상체의 관심 부위에 대한 멀티-에코 EPI(multi-echo Echo Planar Imaging: ME-EPI) 데이터를 얻는 단계; (b) 상기 ME-EPI 데이터의 복수의 TE(echo time) 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출하는 단계; (c) 산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정하는 단계; 및 (d) 추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시에 의해 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는 단계;를 포함한다.A functional magnetic resonance imaging (fMRI) imaging method and an fMRI imaging system are disclosed. According to an embodiment of the present invention, there is provided an fMRI imaging method comprising the steps of: (a) obtaining multi-echo echo planar imaging (ME-EPI) data for a region of interest of a subject; (b) calculating a standard deviation of a pure signal component in which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE time data of the ME-EPI data; (c) estimating T2 * deviation information of the ME-EPI data based on the calculated standard deviations; And (d) displaying a functional image of a region of interest of the object by an intensity indication proportional to the estimated T2 * deviation information.
Description
본 발명은 fMRI(functional MRI) 영상법에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는, 멀티-에코 EPI(Echo Planar Imaging) 신호들 간의 유사성 분석에 의해 기준 시간대 정보(baseline epochs information) 없이 T2* 변화 성분만을 반영할 수 있는 fMRI 영상법에 대한 것이다.The present invention relates to a fMRI (functional MRI) imaging method, and more specifically, it relates to a method and apparatus for detecting a T2 * change component without baseline epochs information by analyzing a similarity between multi-echo EPI And the fMRI imaging method that can be used.
fMRI 영상법에 사용되는 EPI(Echo Planar Imaging) 데이터 값은 복셀 내에 있는 수소 분자의 양(SO)과 수소 분자가 포함된 물질들의 T2(T2*) 값에 의해 결정된다. 그리고 뇌에 신경 활동이 일어나면 모세혈관 내의 옥시헤모글로빈(OxyHb) 밀도가 늘어나면서 T2* 값이 증가하여 EP데이터 값이 증가한다. 그러나 뇌의 영역들 사이의 S0 및 T2* 편차에 의한 EPI 데이터 값이 차이가 신경활동성 변화에 따른 EPI 데이터 값이 변화보다 크기 때문에, 특정 복셀의 EPI 데이터 값 만으로 그 복셀에서의 신경활동성의 크기를 판가름할 수 없다.The EPI (Echo Planar Imaging) data value used in the fMRI imaging method is determined by the amount of hydrogen molecules (SO) in the voxel and the value of T2 (T2 *) of substances containing hydrogen molecules. When neuronal activity occurs in the brain, the concentration of oxyhemoglobin (OxyHb) in the capillaries increases and the value of T2 * increases and EP data increases. However, because the EPI data values due to S0 and T2 * deviations between regions of the brain are greater than the EPI data values due to changes in neuronal activity, the EPI data values of a particular voxel alone are used to determine the magnitude of neural activity in the voxel I can not judge.
이러한 한계점으로 인해, 종래의 fMRI 영상법에서는 특정조건에 따른 신경활동으로 증가 또는 감소된 T2* 값을 확인하기 위해 그에 대한 비교 기준이 되는 T2*값 정보를 제공하는 기준 시간대(baseline epoch) 데이터가 이용되며, 기준 시간대 데이터와 특정조건 시간대 데이터 간의 신호 값 차이를 통계적으로 분석하는 방식으로 EPI 데이터에 기초한 기능성 영상화가 수행된다.Due to this limitation, in the conventional fMRI imaging method, baseline epoch data providing T2 * value information serving as a comparison reference for the T2 * value increased or decreased due to nerve activity according to a specific condition And functional imaging based on EPI data is performed in a manner that statistically analyzes the signal value difference between the reference time zone data and the specific condition time zone data.
하지만 기준 시간대(baseline epoch) 정보를 이용하는 종래의 fMRI 영상법에 따르면, 기준자극의 시간대 설정이 필요하고 그 시간대의 정보가 필수적으로 요구되므로 기준자극 설정이 곤란하거나 기준자극 시간대의 정보를 파악하기 어려운 상황에서는 정상적인 fMRI 실험 및 분석이 수행될 수 없다는 한계가 있다.However, according to the conventional fMRI imaging method using the baseline epoch information, since the time zone setting of the reference stimulus is required and the information of the time zone is indispensably required, it is difficult to set the reference stimulus or difficult to grasp the information of the reference stimulus time zone There is a limitation that a normal fMRI experiment and analysis can not be performed.
또한, 전술한 종래의 fMRI 영상법에서는 자극 프로토콜로부터 HRF(Hemodynamic response function) 모델링을 통해서 데이터 분석이 수행되는데, HRF는 뇌 영역마다 다를 수 있고 같은 영역에서도 자극마다 다를 수 있기 때문에 작은 신경활동 신호는 손실되고 관련 없는 신경활동 신호가 강조되는 등의 이유로 오차가 발생될 가능성이 높은 문제점이 있다.In the above-described conventional fMRI imaging method, data analysis is performed through HRD (hemodynamic response function) modeling from a stimulus protocol. Because HRF may be different for each brain region and may vary from stimulus to stimulus in the same region, There is a high possibility that an error is generated because the lost and irrelevant neural activity signal is emphasized.
그리고, 전술한 종래의 fMRI 영상법에 따른 분석 결과에는 신경활동과 관련된 뇌활성 특성 성분 뿐만 아니라 뇌 혈류 활동이나 뇌의 움직임과 같은 신경활동과 관련 없는 뇌활성 특성 성분들까지도 반영되는 문제점이 있다.In addition, the analysis result of the above-described conventional fMRI imaging method has a problem that not only the brain activity characteristic component related to nerve activity but also the brain activity characteristic components not related to the nerve activity such as cerebral blood flow activity and brain movement are reflected.
본 발명은 기준 시간대 정보를 사용하지 않고 뇌기능 영상화가 가능하면서도 뇌신경활동과 무관한 신호 성분들을 제거할 수 있는 fMRI 영상법을 제공하고자 한다.The present invention provides an fMRI imaging method capable of imaging brain functions without using reference time zone information, but also removing signal components irrelevant to neural activity.
따라서 본 발명은, (a) 대상체의 관심 부위에 대한 멀티-에코 EPI(multi-echo Echo Planar Imaging: ME-EPI) 데이터를 얻는 단계; (b) 상기 ME-EPI 데이터의 복수의 TE(echo time) 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출하는 단계; (c) 산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정하는 단계; 및 (d) 추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시에 의해 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는 단계;를 포함하는 fMRI(functional magnetic resonance imaging) 영상법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a method comprising: (a) obtaining multi-echo echo planar imaging (ME-EPI) data for a region of interest of a subject; (b) calculating a standard deviation of a pure signal component in which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE time data of the ME-EPI data; (c) estimating T2 * deviation information of the ME-EPI data based on the calculated standard deviations; And (d) displaying a functional image for a region of interest of the object by an intensity indication proportional to the estimated T2 * deviation information.
상기 (b) 단계에서 상기 순수 신호 성분에 대한 표준편차의 산출은 TE 데이터들 간의 신호 유사도(SS: signal similarity) 분석에 기초하여 수행될 수 있다.In step (b), the calculation of the standard deviation of the pure signal component may be performed based on a signal similarity (SS) analysis between the TE data.
상기 (c) 단계는, (c1) 상기 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 산출된 표준편차 값을 각 TE 데이터의 평균값을 나누어 각 TE 데이터에 대한 분산 계수(CV: coefficient of variance)을 산출하는 단계; 및 (c2) 산출된 분산 계수 값을 가지고, 상기 분산 계수가 Y축 변수이고 TE가 X축 변수인 1차 함수 그래프의 기울기 값을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (c) includes the steps of: (c1) calculating a coefficient of variance (CV) for each TE data by dividing an average value of each TE data by the standard deviation value calculated for the at least two TE data; And (c2) calculating a slope value of the primary function graph having the calculated dispersion coefficient value, wherein the dispersion coefficient is a Y-axis variable and TE is an X-axis variable.
상기 (d) 단계에서의 기능성 영상 표시는 상기 (c2) 단계에서 산출된 기울기 값을 상기 T2* 편차 정보를 반영하는 지표로 적용하여 수행될 수 있다.The functional image display in the step (d) may be performed by applying the slope value calculated in the step (c2) as an index reflecting the T2 * deviation information.
또한 본 발명은, 대상체의 관심 부위에 대한 멀티-에코 EPI(multi-echo Echo Planar Imaging: ME-EPI) 데이터를 얻는 MRI 장비; 상기 ME-EPI 데이터의 복수의 TE(echo time) 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출하고, 산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정하는 마이크로프로세서; 및 추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시에 의해 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 fMRI 영상 시스템을 제공한다.The present invention also relates to an MRI apparatus for obtaining multi-echo echo planar imaging (ME-EPI) data on a region of interest of a target object; Calculating a standard deviation of a pure signal component from which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE time data of the ME-EPI data, calculating ME-EPI based on the calculated standard deviations, A microprocessor for estimating T2 * deviation information of the data; And a display unit for displaying a functional image for a region of interest of the target object by an intensity indication proportional to the estimated T2 * deviation information.
상기 마이크로프로세서는 TE 데이터들 간의 신호 유사도(SS: signal similarity) 분석에 기초하여 상기 순수 신호 성분에 대한 표준편차의 산출을 수행할 수 있다.The microprocessor can calculate the standard deviation of the pure signal component based on a signal similarity (SS) analysis between the TE data.
상기 마이크로프로세서는, 상기 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 산출된 표준편차 값을 각 TE 데이터의 평균값을 나누어 각 TE 데이터에 대한 분산 계수(CV: coefficient of variance)를 산출하고, 산출된 분산 계수 값을 가지고, 상기 분산 계수가 Y축 변수이고 TE가 X축 변수인 1차 함수 그래프의 기울기 값을 산출하여, 그 기울기 값을 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보의 추정 값으로 사용할 수 있다.The microprocessor calculates a coefficient of variance (CV) for each TE data by dividing the average value of each TE data by the standard deviation value calculated for the at least two TE data, , The slope value of the linear function graph in which the dispersion coefficient is the Y-axis variable and TE is the X-axis variable is calculated, and the slope value can be used as the estimated value of the T2 * deviation information of the ME-EPI data.
상기 디스플레이부는 상기 T2* 편차 정보를 반영하는 지표로서 상기 기울기 값을 사용하여 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시할 수 있다.The display unit may display the functional image for the region of interest of the target object using the slope value as an index reflecting the T2 * deviation information.
본 발명에 따른 fMRI 영상법에 의하면, 종래 기술에서와 같이 기준 시간대 정보를 사용하지 않고도 뇌의 신경기능활동성 분석에 유용한 영상을 얻을 수 있다.According to the fMRI imaging method of the present invention, it is possible to obtain an image useful for analyzing the neural activity activity of the brain without using the reference time zone information as in the prior art.
그리고, 본 발명의 fMRI 영상법에서는, 기준 시간대(baseline epoch) 정보가 요구되지 않으므로, 기준자극 설정이 곤란하거나 기준자극 시간대의 정보를 파악하기 어려운 상황에서도 정상적인 fMRI 실험 및 분석이 수행될 수 있고, HRF(Hemodynamic response function) 모델링이 적용될 필요가 없으므로 그 적용에 따른 오차 발생의 문제점이 해소될 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, since the baseline epoch information is not required, the normal fMRI experiment and analysis can be performed even in a situation where the setting of the reference stimulus is difficult or the information of the reference stimulus time period is difficult to grasp, Since there is no need to apply HRF (Hemodynamic response function) modeling, the problem of error generation can be solved.
그리고, 본 발명의 fMRI 영상법에서는, TE 데이터에서 잡음 성분과 신경외 활동 특성 성분을 배제하고 신경활동과 직접적으로 관련된 T2* 편차 정보만을 이용하므로 신경활동과 관련 없는 신호 성분들이 기능성 영상에 반영되는 문제점이 해소될 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, only the T2 * deviation information directly related to the neural activity is excluded from the TE data and the signal components not related to the neural activity are reflected in the functional image The problem can be solved.
그리고, 본 발명의 fMRI 영상법에서는 TE 데이터들 간의 상관성 분석을 통해 잡음이 제거된 순수 신호에 대한 편차 정보를 이용하므로, 익스포넨셜 피팅(exponential fitting) 기법 적용에 따라 잡음(white noise) 성분에 의해 무시할 수 없는 추정 오차가 발생되는 문제점이 해소될 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, since deviation information on a pure signal from which noises are removed is used through correlation analysis between TE data, it is possible to obtain a white noise component according to the application of an exponential fitting technique. A problem that an estimation error can not be ignored can be solved.
또한, 본 발명의 fMRI 영상법에서는, TE 데이터들 간의 상관성 분석을 통해 각 데이터의 표준편차를 산출하고 이로부터 TE 데이터와 TE에 대한 1차 함수 그래프의 기울기를 산출하여 이를 지표로 기능성 영상을 표시하므로, 기능성 영상 획득을 위한 데이터 연산 과정이 종래에 비해 상당히 간단해질 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, the standard deviation of each data is calculated through the correlation analysis between the TE data, and the slope of the first-order function graph for the TE data and TE is calculated therefrom, and the functional image is displayed Therefore, the data operation procedure for functional image acquisition can be considerably simplified as compared with the prior art.
도 1의 본 발명의 실시예에 따른 fMRI 영상 시스템을 보이는 블록도이다.
도 2는 ME-EPI 데이터에 포함된 TE 데이터들의 표준편차와 TE 간의 1차 함수 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3(a)에는 기준 시간대(baseline epoch) 정보를 이용하여 종래 기술에 따른 뇌 기능성 영상의 예가 도시되어 있고, 도 3(b)에는 이상 설명한 본 실시예의 fMRI 영상법을 적용하여 얻어진 뇌 기능성 영상의 예가 도시되어 있다.1 is a block diagram illustrating an fMRI imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a linear function relationship between the standard deviation of TE data included in ME-EPI data and TE.
3 (a) shows an example of a brain functional image according to the prior art using baseline epoch information. FIG. 3 (b) shows a brain functional image obtained by applying the fMRI imaging method of the present embodiment Is shown.
이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1의 본 발명의 실시예에 따른 fMRI 영상 시스템을 보이는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an fMRI imaging system in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 fMRI 영상 시스템(100)은, MRI 장비(110), 메모리(120), 마이크로프로세서(130), 사용자 인터페이스(140) 및 디스플레이부(150)를 포함한다.1, an fMRI
MRI 장비(110)는 기능성 영상화를 위한 멀티-에코 EPI(multi-echo Echo Planar Imaging) 데이터를 제공한다. 여기서 멀티-에코(multi-echo) 방식은 대상체에 가한 동일 RF 펄스에 대해 복수의 TE(echo time)에서 MR 신호들을 얻는 방식을 말하며, 이는 대상체에 가한 동일 RF 펄스에 대해 단일의 TE에서만 MR 신호를 얻는 방식과 구별된다.The
메모리(120)는 MRI 장비(110)를 통해 얻은 MR 신호들을 저장한다. 또한 메모리(120)는 본 발명에 따른 fMRI 영상법을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있다. 도 1에서 메모리(120)는 MRI 장비(110)와 분리되어 있지만 대안적인 실시예에서 메모리(120)는 MRI 장비(110)에 통합될 수도 있다.The
마이크로프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 컴퓨터 프로그램과 사용자 인터페이스(140)를 통한 사용자 입력 정보에 기초하여 MRI 장비(110)와 디스플레이부(150)의 동작을 제어하는 한편 본 발명에 따른 fMRI 영상법을 위한 데이터의 처리 및 연산을 수행한다. 도 1에서 마이크로프로세서(130)는 MRI 장비(110)와 분리되어 있지만 대안적인 실시예에서 마이크로프로세서(130)는 MRI 장비(110)에 통합될 수도 있다.The
사용자 인터페이스(140)는 사용자 입력을 위한 것으로 키보드, 마우스 등의 입력 장치로 구비될 수 있다.The
디스플레이부(150)는 MRI 장비(110)가 제공하는 EPI 데이터들과 본 발명에 따른 fMRI 영상법에 의해 얻어진 기능성 영상 등을 화면 상에 표시한다.The
이상 설명한 fMRI 영상 시스템(100)을 통해 본 발명에 따른 fMRI 영상법이 실행될 수 있다. 본 발명에 따른 fMRI 영상법이 상술한 fMRI 영상 시스템(100)을 통해서만 제한적으로 실행 가능한 것은 아니지만, 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 fMRI 영상법은 예로써 전술한 fMRI 영상 시스템(100)에 의해 실행되는 것으로 설명한다.The fMRI imaging method according to the present invention can be performed through the
본 실시예에 따른 fMRI 영상법에 따르면, 먼저 MRI 장비(110)를 사용하여 대상체에 대한 멀티-에코(multi-echo: ME) EPI 데이터를 얻는다(S10).According to the fMRI imaging method of the present embodiment, first, multi-echo (ME) EPI data for a target object is obtained using the MRI apparatus 110 (S10).
전술한 바와 같이, 멀티-에코(ME) 방식은 대상체에 RF 펄스를 가하고 복수의 TE(echo time)에서 MR 신호들을 얻는 방식을 말한다. 본 실시예와 달리, 기준 시간대(baseline epoch) 정보를 이용하여 기능성 영상화를 수행하는 종래 기술에서는 대상체에 RF 펄스를 가하고 단일 TE에서 MR 신호를 얻는다.As described above, the multi-echo (ME) method refers to a method of applying RF pulses to an object and obtaining MR signals at a plurality of TE (echo time). Unlike the present embodiment, in the prior art in which functional imaging is performed using baseline epoch information, an RF pulse is applied to a target object to obtain an MR signal from a single TE.
MRI 장비(110)를 통해 얻어진 ME-EPI 데이터의 개별 신호(각각의 TE 신호)는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.Individual signals (each TE signal) of ME-EPI data obtained through the
MRI(t)= S0(t)*exp(-TE/T2(t)) + white noise(t)M (t) = S0 (t) * exp (-TE / T2 (t)) + white noise (t)
이 수식에서 T2(t)는 뇌의 신경기능활동과 관련된 데이터이다. 그리고, S0(t)는 뇌의 움직임이나 뇌혈관 내의 혈액유입, 또는 뇌실의 CSF활동성등과 관련된, 신경기능활동과 직접적인 관련 없는 뇌활동 데이터이다. 그리고, white noise(t)은 외부 잡음으로서 뇌의 활동과 아무런 관련성을 갖지 않는다. TE는 에코 타임(echo time)이다. 여기서 T2(t)는 뇌의 신경기능활동을 반영하는 데이터인 반면 S0(t)와 Wn는 뇌의 신경기능활동과 무관하므로, 본 실시예 따른 기능성 영상화 과정에서 S0(t)와 white noise(t)는 제거되어야 할 대상들이다. 그 제거 과정에 대해서는 후술한다.In this equation, T2 (t) is the data related to the neural function of the brain. S0 (t) is brain activity data not directly related to neural function activity related to brain movement, blood flow into cerebral blood vessels, or CSF activity of the ventricle. And, white noise (t) is external noise and has nothing to do with brain activity. TE is the echo time. (T) and white noise (t) in the functional imaging process according to the present embodiment, since T2 (t) is data that reflects the neural activity of the brain, while S0 ) Are the objects to be removed. The removal process will be described later.
다음으로, ME-EPI 데이터의 복수의 TE 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출한다(S20).Next, a standard deviation of a pure signal component from which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE data of the ME-EPI data is calculated (S20).
이러한 S20 단계는 마이크로프로세서(130)에 의해 수행될 수 있다. 한편, S20 단계에서 ME-EPI 데이터에 포함된 복수의 TE 데이터들 각각에 대해 순수 신호 성분에 대한 표준편차가 산출될 수도 있고, 시간 절약을 위해 복수의 TE 데이터들 중에서 선택된 2개의 TE 데이터에 대해서만 순수 신호 성분에 대한 표준편차가 산출될 수도 있다.The step S20 may be performed by the
예를 들어, ME-EPI 데이터가 3개의 TE 데이터 즉 TE1 데이터, TE2 데이터 및 TE3 데이터를 포함하는 경우, S20 단계에서 TE1 및 TE2 데이터에 대해 순수 신호 성분에 대한 표준편차가 산출될 수 있으며, 대안적으로 TE1 및 TE3 데이터에 대해 순수 신호 성분에 대한 표준편차가 산출되거나 또는 TE2 및 TE3 데이터에 대해 순수 신호 성분에 대한 표준편차가 산출될 수도 있다.For example, if the ME-EPI data includes three TE data, i.e., TE1 data, TE2 data, and TE3 data, the standard deviation for pure signal components can be calculated for TE1 and TE2 data in step S20, The standard deviation for pure signal components may be calculated for TE1 and TE3 data or the standard deviation for pure signal components for TE2 and TE3 data may be calculated.
S20 단계에서 표준편차 산출이 진행될 대상 TE 데이터의 선택은, 메모리(120)에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수도 있고 사용자 인터페이스(140)를 통해 사용자에 의해 직접 수행될 수도 있다.The selection of the TE data to be subjected to the standard deviation calculation in step S20 may be performed by a computer program stored in the
전술한 바와 같이, 각 TE 데이터는 아래와 같은 수식으로 표현될 수 있다.As described above, each TE data can be expressed by the following equation.
MRI(t)= S0(t)*exp(-TE/T2(t)) + white noise(t)M (t) = S0 (t) * exp (-TE / T2 (t)) + white noise (t)
여기서, white noise(t)는 특히 MRI 신호가 약한 뇌의 영역에서 강조됨으로써 T2* 편차에 기초하는 뇌기능 영상을 왜곡시키므로 제거되어야 하며, S20 단계는 이러한 white noise(t)의 제거를 위한 과정이다.Here, the white noise (t) is particularly emphasized in the region of the brain where the MRI signal is weak, thereby distorting the brain function image based on the T2 * deviation, and step S20 is a process for removing such white noise (t) .
S20 단계는 TE 데이터들 간의 신호 유사도(SS: signal similarity) 분석에 기초하여 수행되며, 두 개의 TE 데이터를 X(t), Y(t)라고 하면 그 데이터들 간의 신호 유사도(SS)는 아래의 수식으로 산출될 수 있다.Step S20 is performed based on signal similarity analysis between TE data. If two TE data are X (t) and Y (t), the signal similarity SS between the data is SS It can be calculated as a formula.
SS(X(t),Y(t))=CC(X(t),Y(t))^2/(CC(X(t),X(t))*CC(Y(t),Y(t)))CC (X (t), Y (t)) = CC (X (t), Y (t)))
여기서, CC(X(t),Y(t))=mean( (X(t)-mean(X(t)))*(Y(t)-mean(Y(t))) ) (X (t) -mean (Y (t)))) = CC (X (t), Y
그리고 산출되어진 신호 유사도(SS)에 기초하여 다음과 같은 일련의 연산 과정들이 전개될 수 있다.Based on the calculated signal similarity SS, the following series of arithmetic operations can be developed.
CC(X(t),X(t))=Var(X(t)) =std(X(t))^2X (t)) = Var (X (t)) = std (X (t)) ^ 2
Assume, Wn(t)= mean 0, white noise Assume, Wn (t) =
put, sTE1(t)=S0(t)*exp(-TE1/T2(t))put, sTE1 (t) = S0 (t) * exp (-TE1 / T2 (t)
put, sTE2(t)=S0(t)*exp(-TE2/T2(t))put, sTE2 (t) = S0 (t) * exp (-TE2 / T2 (t))
put, mean(sTE1(t))=m1, put, mean(sTE2(t))=m2 put, mean (sTE1 (t)) = m1 , put, mean (sTE2
put, sTE1(t)-m1=d1(t), put,sTE2(t)-m2=d2(t)(t) -m1 = d1 (t), put, sTE2 (t)
put, m2/m1=alpha ~= exp((TE1-TE2)/mean(t2))put, m2 / m1 = alpha ~ = exp ((TE1-TE2) / mean (t2))
put, m1/m2=beta ~= exp((TE2-TE1)/mean(t2))put, m1 / m2 = beta ~ = exp ((TE2-TE1) / mean (t2))
put, std(sTE1(t))=X1, put, std(sTE2(t))=X2 put, std (sTE2 (t)) = X1 , put, std (sTE2
put, std(Wn(t))/X1 =R1, put, std(Wn(t))/X2 =R2 (tn) / X1 = R1 , put, std (Wn (t)) / X2 = R2
put, TE1(t) = sTE1(t) + Wn(t) put, TE1 (t) = sTE1 (t) + Wn (t)
put, TE2(t) = sTE2(t) + Wn(t) put, TE2 (t) = sTE2 (t) + Wn (t)
X1 ~= m1* sqrt((std(s0)/mean(s0))^2+(TE1*std(T2)/mean(T2)^2 )^2)2) (TE1 * std (T2) / mean (T2) ^ 2) (2)
X2 ~= m2* sqrt((std(s0)/mean(s0))^2+(TE2*std(T2)/mean(T2)^2 )^2)(T2) / mean (T2) ^ 2) 2) (2 / mo> st2 / mo>
X2/X1= m2/m1 * sqrt((std(s0)/mean(s0))^2+(TE2*std(T2)/mean(T2)^2 )^2)(T2) / mean (T2) ^ 2) 2) (2 / mo>
/ sqrt((std(s0)/mean(s0))^2+(TE1*std(T2)/mean(T2)^2 )^2)/ sqrt ((std (s0) / mean (s0)) ^ 2+ (TE1 * std (T2) / mean (T2) ^ 2)
~= m2/m1 = alpha (if, std(t2)^2/mean(t2)^4 << (std(s0)/mean(s0))^2)(t2) ^ 2 / mean (t2) ^ 4 << (std (s0) / mean (s0)) ^ 2)
CC(X(t), Wn(t))= mean( (X(t)-mean(X(t)))*Wn(t)) ~= 0 (X (t)) = Wn (t)) = 0 (t)
mean(TE1)=mean(sTE1)=m1, mean(sTE2)=mean(TE2)=m2 mean (TE1) = mean (sTE1) = m1, mean (sTE2) = mean (TE2) = m2
CC(TE1(t), TE2(t)) = mean( (TE1(t)-m1)*(TE2(t)-m2) )(TE1 (t) - m2) TE2 (t) - TE2 (t) = mean
= mean( (d1(t) + Wn(t))*(d2(t) + Wn(t)) ) = mean ((d1 (t) + Wn (t)) * (d2 (t) + Wn (t)))
= CC(d1(t),d2(t))+CC(Wn(t),d1(t))+CC(Wn(t),d2(t))+CC(Wn(t),Wn(t)) = CC (d1 (t), d2 (t)) + CC (Wn (t), d1 ))
= CC(d1(t),d2(t)) = CC (d1 (t), d2 (t))
= mean( (sTE1(t)-m1)*(sTE2(t)-m2) ) = mean ((sTE1 (t) -m1) * (sTE2 (t) -m2))
~= mean( (sTE1(t)-m1)*alpha* (sTE1(t)-m1)) ~ = mean ((sTE1 (t) -m1) * alpha * (sTE1 (t) -m1))
= alpha* Var(sTE1(t)) = alpha * Var (sTE1 (t))
= alpha* X1^2 ~=1/alpha*X2^2 =beta*X2^2= alpha * X1 ^ 2 ~ = 1 / alpha * X2 ^ 2 = beta * X2 ^ 2
CC(TE1(t), TE1(t)) = mean( (TE1(t)-m1)*(TE1(t)-m1) ) (TE1 (t) -m1) * (TE1 (t) - TE1 (t)) = mean
= mean( (sTE1(t)-m1 + Wn(t))*(sTE1(t) -m1 + Wn(t)) ) (sTE1 (t) -m1 + Wn (t))) < / RTI >
= mean( (sTE1(t)-m1)* (sTE1(t)-m1)) + mean( Wn(t)*Wn(t)) = mean (sTE1 (t) -m1) * (sTE1 (t) -m1) + mean Wn (t) * Wn (t)
= X1^2 + (X1*R1)^2 ~= 1/alpha^2*X2^2 + (X2*R2)^2= beta^2*X2^2 + (X2*R2)^2 2 ? X2? 2? X2? 2 + X2? R2? 2? X2?
CC(TE2(t), TE2(t)) = mean( (TE2(t)-m2)*(TE2(t)-m2) ) (TE2 (t) -m2) * (TE2 (t) - TE2 (t)) = mean
= mean( (sTE2(t)-m2 + Wn(t))*(sTE2(t) -m2 + Wn(t)) ) (t) -m2 + Wn (t)) = mean ((sTE2 (t) - m2 + Wn
= mean( (sTE2(t)-m2)* (sTE2(t)-m2)) + mean( Wn(t)*Wn(t)) = mean (sTE2 (t) -m2) * (sTE2 (t) -m2) + mean Wn (t) * Wn (t)
~= mean( alpha*(sTE1(t)-m1)*alpha*(sTE1(t)-m1)) + mean( Wn(t)*Wn(t))(t) * Wn (t)) + = mean (alpha * (sTE1 (t) -m1) * alpha * (sTE1
= alpha^2*mean( (sTE1(t)-m1)*(sTE1(t)-m1)) + mean( Wn(t)*Wn(t)) (t) * wn (t)) = alpha2 * mean ((sTE1 (t) -m1) * (sTE1
= alpha^2*X1^2 + (X1*R1)^2 ~= X2^2 + (X2*R2)^2= alpha ^ 2 * X1 ^ 2 + (X1 * R1) ^ 2 ~ = X2 ^ 2 + (X2 * R2) ^ 2
SS(TE1(t),TE2(t)) = CC(TE1(t), TE2(t)) ^2/(CC(TE1(t), TE1(t))* CC(TE2(t), TE2(t))) (TE1 (t), TE2 (t)) = CC (TE1 (t), TE2 (t)))
= (alpha* X1^2)^2/((X1^2 + (X1*R1)^2)*( alpha^2*X1^2 + (X1*R1)^2)) 2? X1? 2 + X1? R1 + 2? X1? 2 + X1? R1?
= X1^4*alpha^2 / (X1^4* (1+R1^2)*(alpha^2+R1^2)) = X1 ^ 4 * alpha ^ 2 / (X1 ^ 4 * (1 + R1 ^ 2) * (alpha ^ 2 + R1 ^ 2)
= alpha^2/ (alpha^2+R1^2*(1+alpha^2)+R1^4) = alpha ^ 2 / (alpha ^ 2 + R1 ^ 2 * (1 + alpha ^ 2) + R1 ^ 4)
then, SS(TE1(t),TE2(t))*(alpha^2+R1^2*(1+alpha^2)+R1^4) =alpha^2(1 + alpha ^ 2) + R1 ^ 4) = alpha ^ 2 (t)
then,SS(TE1(t),TE2(t))*R1^4+SS(TE1(t),TE2(t))*(1+alpha^2)*R1^2+ alpha^2*(SS(TE1(t),TE2(t))-1)=0(1 + alpha ^ 2) * R1 ^ 2 + alpha ^ 2 * (SS1 (t), TE2 (TE1 (t), TE2 (t)) - 1) = 0
put,P1=SS(TE1(t),TE2(t)),put, P1 = SS (TE1 (t), TE2 (t)),
P2=SS(TE1(t),TE2(t))*(1+alpha^2), P2 = SS (TE1 (t), TE2 (t)) * (1 + alpha ^ 2)
P3=alpha^2(SS(TE1(t),TE2(t))-1) P3 = alpha ^ 2 (SS (TE1 (t), TE2 (t)) - 1)
then, R1^2=(-P2+sqrt(P2^2-4P1P3)) / (2*P1) (by 2nd order simultaneous equations) ----> 등식① then, R1 ^ 2 = (- P2 + sqrt (P2 ^ 2-4P1P3)) / (2 * P1) (by 2nd order simultaneous equations) ---->
with same method,P1=SS(TE1(t),TE2(t)),with the same method, P1 = SS (TE1 (t), TE2 (t)),
P2=SS(TE1(t),TE2(t))*(1+beta^2), P2 = SS (TE1 (t), TE2 (t)) * (1 + beta2)
P3= beta^2(SS(TE1(t),TE2(t))-1)P3 = beta ^ 2 (SS (TE1 (t), TE2 (t)) - 1)
then, R2^2=(-P2+sqrt(P2^2-4P1P3)) / (2*P1) (by 2nd order simultaneous equations) ----> 등식② then, R2 ^ 2 = (- P2 + sqrt (P2 ^ 2-4P1P3)) / (2 * P1) (by 2nd order simultaneous equations) ---->
std(TE1(t)) = std(sTE1(t) + Wn(t))std (TE1 (t)) = std (sTE1 (t) + Wn (t))
= sqrt(std(sTE1(t))^2+std(Wn(t))^2) = sqrt (std (sTE1 (t)) ^ 2 + std (Wn (t)) ^ 2)
= sqrt(X1^2+(X1*R1)^2) = sqrt (X1 ^ 2 + (X1 * R1) ^ 2)
then, X1= std(TE1(t))/sqrt(1+R1^2)) ----> 등식③ then, X1 = std (TE1 ( t)) / sqrt (1 + R1 ^ 2)) ---->
with same method, X2= std(TE2(t))/sqrt(1+R2^2)) ----> 등식④ with same method, X2 = std ( TE2 (t)) / sqrt (1 + R2 ^ 2)) ----> equation ④
위의 등식③에서 X1은 TE1 데이터에서 잡음을 제외한 순수 신호 성분에 대한 표준편차이고 R1은 그 X1에 대한 잡음(white noise)의 표준편차의 비(ratio)이다. 마찬가지로 위의 등식④에서 X2은 TE2 데이터에서 잡음을 제외한 순수 신호 성분에 대한 표준편차이고 R2은 그 X2에 대한 잡음의 표준편차의 비(ratio)이다. 이때, R1 및 R2는 위의 등식① 및 등식②로부터 계산될 수 있으며, 등식① 및 등식②에 기재된 P1, P2, P3은 TE1 데이터와 TE2 데이터 간의 유사도(SS), TE1 데이터의 평균(m1), TE2 데이터의 평균(m2)으로부터 계산될 수 있는 상수들이다.In the above equation (3), X1 is the standard deviation of pure signal components excluding noise in the TE1 data, and R1 is the ratio of the standard deviation of the noise to the X1. Similarly, in the above equation (4), X2 is the standard deviation of the pure signal components excluding noise in the TE2 data, and R2 is the ratio of the standard deviation of the noise to the X2. P1, P2, and P3 described in equations (1) and (2) can be calculated from the similarity (SS) between TE1 data and TE2 data, the average (m1) of TE1 data, , And the average (m2) of the TE2 data.
다음으로, 적어도 2개의 TE 데이터의 순수 신호 성분에 대해 산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정한다(S30). 이 단계에서 수행되는 T2* 편차 정보의 추정 산출은 마이크로프로세서(130)에 의해 수행될 수 있다.Next, T2 * deviation information of the ME-EPI data is estimated based on the standard deviations calculated for the pure signal components of at least two TE data (S30). The estimated computation of the T2 * deviation information performed at this stage may be performed by the
먼저 각 TE 데이터에 대해 표준편차를 평균으로 나눈 값을 CV로 정의한다. 즉 CV는 아래와 같이 정의된다.First, the value obtained by dividing the standard deviation by the average for each TE data is defined as CV. That is, CV is defined as follows.
CV = coefficient of variance = (standard deviation / mean)CV = coefficient of variance = (standard deviation / mean)
그리고, 각 TE 데이터가 잡음(white noise)을 포함하는 않는 것으로 가정하면 각 TE 데이터는 다음과 같은 수식으로 표현될 수 있다.Assuming that each TE data contains no white noise, each TE data can be expressed by the following equation.
MRI(t)= S0(t)*exp(-TE/T2(t))MRI (t) = S0 (t) * exp (-TE / T2 (t))
이상의 CV에 대한 정의 및 TE 데이터에 대한 가정에 기초하면 후술하는 일련의 연산 과정들이 전개될 수 있다.Based on the above definition of CV and the assumption for TE data, a series of arithmetic operations described below can be developed.
put, ET(t)=exp(-TE/T2(t))put, ET (t) = exp (-TE / T2 (t))
put, mean(S0(t))=msput, mean (S0 (t)) = ms
put, mean(ET(t))=mtput, mean (ET (t)) = mt
put, S0(t)-ms=ds(t)put, S0 (t) - ms = ds (t)
put, ET(t)-mt=dt(t)put, ET (t) -mt = dt (t)
put, std(S0(t))=std(ds(t))=ssput, std (S0 (t)) = std (ds (t)) = ss
put, std(T2(t))=sdt(dt(t))=st2put, std (T2 (t)) = sdt (dt (t)) = st2
put, std(ET(t))=st, st~=mt*TE*st2/mean(T2(t))^2st, st = st, mt * TE * st2 / mean (T2 (t)) ^ 2
then, MRI(TE,t) = S0(t)*ET(t) = (ms+ds(t))*(mt+dt(t))(t) = ET (t) = (ms + ds (t)) * (mt + dt
then, mean(MRI(t)) ~=ms*mt then, mean (MRI (t)) - = ms * mt
then, std(MRI(t))=std((ms+ds(t))*(mt+dt(t))) then, std (MRI (t) ) = std ((ms + ds (t)) * (mt + dt (t)))
=std(ms*mt + mt*ds(t) + ms*dt(t) + ds(t)*dt(t)) dt (t) + ds (t) * dt (t)) = std (ms * mt +
=std(mt*ds(t) + ms*dt(t) + ds(t)*dt(t)) = std (mt * ds (t) + ms * dt (t) + ds (t) * dt
=sqrt(mt^2*ss^2 + ms^2*st^2 + st^2*ss^2) = sqrt (mt ^ 2 * ss ^ 2 + ms ^ 2 * st ^ 2 + st ^ 2 * ss ^ 2)
~= sqrt(mt^2*ss^2 + ms^2*st^2) ~ = sqrt (mt ^ 2 * ss ^ 2 + ms ^ 2 * st ^ 2)
then, CV(TE)^2 = std(MRI(t))^2 / mean(MRI(t))^2Then, CV (TE) ^ 2 = std (MRI (t)) ^ 2 / mean (MRI (t)) ^ 2
= (mt^2*ss^2 + ms^2*st^2) / (ms^2*mt^2) = (mt ^ 2 * ss ^ 2 + ms ^ 2 * st ^ 2) / (ms ^ 2 * mt ^ 2)
= st^2/mt^2 + ss^2/ms^2 = st ^ 2 / mt ^ 2 + ss ^ 2 / ms ^ 2
= (mt*TE*st2/mean(T2)^2 )^2/mt^2 + ss^2/ms^2 = (mt * TE * st2 / mean (T2) ^ 2) ^ 2 / mt ^ 2 + ss ^ 2 / ms ^ 2
= (TE*st2)^2/mean(T2)^4 + ss^2/ms^2 = (TE * st2) ^ 2 / mean (T2) ^ 4 + ss ^ 2 / ms ^ 2
2*(st2*ss*TE)/(ms*mean(T2)^2)의 값을 무시하면,2 * (st2 * ss * TE) / (ms * mean (T2) ^ 2)
CV(TE) = st2*TE/mean(T2)^2 +ss/ms ----> 등식⑤ CV (TE) = st2 * TE / mean (T2) ^ 2 + ss / ms--
위의 연산 과정에 따른 최종 수식인 등식⑤에서, CV(coefficient of variance)는 앞서 정의한 바와 같이 각 TE 데이터에 대해 표준편차를 평균으로 나눈 값이다. 그리고, 상기의 등식⑤에서 st2는 T2(t)의 표준편차이고 TE는 에코 타임(echo time)이고 mean(T2)는 T2(t)의 평균이고 ss는 S0(t)의 표준편차이며 ms는 S0(t)의 평균이다.In equation (5), which is the final formula according to the above calculation procedure, the coefficient of variance (CV) is the value obtained by dividing the standard deviation for each TE data by the average, as defined above. In Equation (5), st2 is the standard deviation of T2 (t), TE is the echo time, mean (T2) is the mean of T2 (t), ss is the standard deviation of S0 Is the average of S0 (t).
위의 등식⑤에서 CV 및 TE를 변수로 보면 CV는 TE에 대한 1차 함수임을 알 수 있다. 그리고, CV를 Y축 변수로 그리고 TE를 X축 변수라 하면, 1차 함수 그래프에서 기울기는 st2/mean(T2)^2로서 T2(t)의 표준편차인 st2에 비례하고 Y 절편은 ss/ms로서 S0(t)의 표준편차인 ss에 비례함을 알 수 있다.If CV and TE are variables in equation (5) above, CV is a linear function of TE. The slope in the first order graph is st2 / mean (T2) ^ 2, which is proportional to st2, the standard deviation of T2 (t), and the Y intercept is ss / ms, which is proportional to ss, which is the standard deviation of S0 (t).
이러한 1차 함수 그래프의 예를 도시한 도 2를 살펴보면, X축 변수 TE에 대해 Y축 변수인 CV(TE 데이터의 표준편차를 그 평균으로 나눈 값)은 1차 함수 관계에 있다.Referring to FIG. 2 showing an example of such a linear function graph, the Y-axis variable CV (a value obtained by dividing the standard deviation of the TE data by the average thereof) with respect to the X-axis variable TE has a first-order function relationship.
이러한 TE와 CV 간의 1차 함수 관계에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The T2 * deviation information of ME-EPI data can be estimated based on the linear function relationship between TE and CV. This will be described in detail as follows.
앞서 S20 단계에서 산출된 각 TE 데이터의 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 그에 대한 평균으로 나누면 각 TE 데이터에 대한 CV값을 얻어낼 수 있다. 즉, CV1=X1/m1, CV2=X2/m2. 이로부터 1차 함수 그래프 상에 놓이는 2개의 좌표가 얻어질 수 있다. 즉, (TE1, CV1) 및 (TE2, CV2). 이러한 두 좌표로부터 상술한 1차 함수 그래프의 기울기와 Y 절편을 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 그 기울기는 T2(t)의 표준편차에 비례하고 그 Y 절편은 S0(t)의 표준편차에 비례한다. 이와 같이, 두 좌표 (TE1, CV1) 및 (TE2, CV2)를 이용하여 얻어진 기울기 값은 T2(t)의 표준편차에 비례하므로 그 기울기 값을 T2* 편차 정보를 나타내는 지표로 사용할 수 있다. 한편, 두 좌표 (TE1, CV1) 및 (TE2, CV2)를 이용하여 얻어진 Y 절편 값은 S2(t)의 표준편차에 비례하므로 그 Y 절편 값을 S0 편차 정보를 나타내는 지표로 사용할 수 있지만, 기능성 영상화 과정에서 관심 정보는 T2* 편차 정보이며 S0 편차 정보는 뇌의 신경기능활동과 무관한 정보이므로 제거 대상 정보에 해당한다.The CV value for each TE data can be obtained by dividing the standard deviation of the pure signal components of each TE data calculated in step S20 by the average thereof. That is, CV1 = X1 / m1 and CV2 = X2 / m2. From this, two coordinates lying on the linear function graph can be obtained. That is, (TE1, CV1) and (TE2, CV2). From these two coordinates, the slope and the Y intercept of the above-mentioned first order function graph can be obtained. As mentioned above, the slope is proportional to the standard deviation of T2 (t) and the Y intercept is proportional to the standard deviation of S0 (t). Since the slope values obtained using the two coordinates (TE1, CV1) and (TE2, CV2) are proportional to the standard deviation of T2 (t), the slope value can be used as an index for indicating the T2 * deviation information. On the other hand, since the Y intercept value obtained by using the two coordinates (TE1, CV1) and (TE2, CV2) is proportional to the standard deviation of S2 (t), the Y intercept value can be used as an index representing the S0 deviation information. In the imaging process, the information of interest is T2 * deviation information, and the S0 deviation information is irrelevant to the neural activity of the brain.
다음으로, 이전 단계에서 추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시를 통해 대상체의 관심 영역에 대한 기능성 영상을 표시한다(S40). 이러한 기능성 영상은 마이크로프로세서(130)의 명령에 따라 상술한 디스플레이부(150)에 의해 표시될 수 있다.Next, the functional image for the region of interest of the object is displayed through the intensity display proportional to the T2 * deviation information estimated in the previous step (S40). Such a functional image can be displayed by the
S30 단계에서 추정 산출된 T2* 편차 정보는 관심 영역(예로써 뇌)의 신경기능활동성 관련된 T2*와 관련된 지표이므로 이 지표 값에 상응하는 강도를 표시하는 방식으로 관심 영역에 대한 기능성 영상을 표시할 수 있다.Since the T2 * deviation information estimated in step S30 is an index related to T2 * related to neurofunctional activity of the region of interest (for example, the brain), the functional image for the region of interest is displayed in such a manner that the intensity corresponding to the index value is displayed .
도 3(b)에는 이상 설명한 본 실시예의 fMRI 영상법을 적용하여 얻어진 뇌 기능성 영상의 예가 도시되어 있으며, 도 3(a)에는 기준 시간대(baseline epoch) 정보를 이용하여 종래 기술에 따른 뇌 기능성 영상의 예가 도시되어 있다.FIG. 3 (b) shows an example of a brain functional image obtained by applying the fMRI imaging method of the present embodiment described above. FIG. 3 (a) shows a brain functional image according to the prior art using baseline epoch information Is shown.
도 3(b)의 기능성 영상에 나타난 뇌의 신경기능활동성 분포는 도 3(a)의 기능성 영상에 나타난 뇌의 신경기능활동성 분포와 상당히 유사함을 볼 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 fMRI 영상법에 의하면 종래 기술에서와 같이 기준 시간대 정보를 사용하지 않고도 뇌의 신경기능활동성 분석에 유용한 영상을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.The distribution of the neural functional activity in the functional image of FIG. 3 (b) is quite similar to the distribution of the neural functional activity of the brain in the functional image of FIG. 3 (a). Therefore, according to the fMRI imaging method according to the present embodiment, it is possible to obtain an image useful for the analysis of the neural functional activity of the brain without using the reference time zone information as in the prior art.
더욱이, 본 발명에 따른 fMRI 영상법은 종래의 fMRI 영상법과 비교하여 후술하는 추가적인 이점들을 갖는다.Furthermore, the fMRI imaging method according to the present invention has the following additional advantages as compared with the conventional fMRI imaging method.
본 발명의 fMRI 영상법에서는, 기준 시간대(baseline epoch) 정보가 요구되지 않으므로, 기준자극 설정이 곤란하거나 기준자극 시간대의 정보를 파악하기 어려운 상황에서도 정상적인 fMRI 실험 및 분석이 수행될 수 있고, HRF(Hemodynamic response function) 모델링이 적용될 필요가 없으므로 그 적용에 따른 오차 발생의 문제점이 해소될 수 있다.Since the baseline epoch information is not required in the fMRI imaging method of the present invention, normal fMRI experiment and analysis can be performed even in the case where the setting of the reference stimulus is difficult or the information of the reference stimulus time period is difficult to grasp, Since hemodynamic response function modeling does not need to be applied, the problem of error generation can be solved.
그리고, 본 발명의 fMRI 영상법에서는, TE 데이터에서 잡음 성분과 신경외 활동 특성 성분을 배제하고 신경활동과 직접적으로 관련된 T2* 편차 정보만을 이용하므로 신경활동과 관련 없는 신호 성분들이 기능성 영상에 반영되는 문제점이 해소될 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, only the T2 * deviation information directly related to the neural activity is excluded from the TE data and the signal components not related to the neural activity are reflected in the functional image The problem can be solved.
그리고, 본 발명의 fMRI 영상법에서는 TE 데이터들 간의 상관성 분석을 통해 잡음이 제거된 순수 신호에 대한 편차 정보를 이용하므로, 익스포넨셜 피팅(exponential fitting) 기법 적용에 따라 잡음(white noise) 성분에 의해 무시할 수 없는 추정 오차가 발생되는 문제점이 해소될 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, since deviation information on a pure signal from which noises are removed is used through correlation analysis between TE data, it is possible to obtain a white noise component according to the application of an exponential fitting technique. A problem that an estimation error can not be ignored can be solved.
또한, 본 발명의 fMRI 영상법에서는, TE 데이터들 간의 상관성 분석을 통해 각 데이터의 표준편차를 산출하고 이로부터 TE 데이터와 TE에 대한 1차 함수 그래프의 기울기를 산출하여 이를 지표로 기능성 영상을 표시하므로, 기능성 영상 획득을 위한 데이터 연산 과정이 종래에 비해 상당히 간단해질 수 있다.In the fMRI imaging method of the present invention, the standard deviation of each data is calculated through the correlation analysis between the TE data, and the slope of the first-order function graph for the TE data and TE is calculated therefrom, and the functional image is displayed Therefore, the data operation procedure for functional image acquisition can be considerably simplified as compared with the prior art.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 아래의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that it is possible.
100 : 시스템
110 : MRI 장비
120 : 메모리
130 : 마이크로프로세서
140 : 사용자 인터페이스
150 : 디스플레이부100: System
110: MRI equipment
120: Memory
130: Microprocessor
140: User interface
150:
Claims (8)
(b) 상기 ME-EPI 데이터의 복수의 TE(echo time) 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출하는 단계;
(c) 산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정하는 단계; 및
(d) 추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시에 의해 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는 단계;를 포함하는,
fMRI(functional magnetic resonance imaging) 영상법.
(a) obtaining multi-echo echo planar imaging (ME-EPI) data for a region of interest of a subject;
(b) calculating a standard deviation of a pure signal component in which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE time data of the ME-EPI data;
(c) estimating T2 * deviation information of the ME-EPI data based on the calculated standard deviations; And
(d) displaying a functional image for a region of interest of the subject by an intensity indication proportional to the estimated T2 * variance information.
functional magnetic resonance imaging (fMRI) imaging.
상기 (b) 단계에서 상기 순수 신호 성분에 대한 표준편차의 산출은 TE 데이터들 간의 신호 유사도(SS: signal similarity) 분석에 기초하여 수행되는,
fMRI 영상법.
The method according to claim 1,
In the step (b), the calculation of the standard deviation of the pure signal component is performed based on a signal similarity (SS) analysis between the TE data.
fMRI imaging method.
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 산출된 표준편차 값을 각 TE 데이터의 평균값을 나누어 각 TE 데이터에 대한 분산 계수(CV: coefficient of variance)을 산출하는 단계; 및
(c2) 산출된 분산 계수 값을 가지고, 상기 분산 계수가 Y축 변수이고 TE가 X축 변수인 1차 함수 그래프의 기울기 값을 산출하는 단계;를 포함하는,
fMRI 영상법.
The method according to claim 1,
The step (c)
(c1) calculating a coefficient of variance (CV) for each TE data by dividing an average value of each TE data by the standard deviation value calculated for the at least two TE data; And
(c2) calculating a slope value of a linear function graph having the calculated dispersion coefficient value, wherein the dispersion coefficient is a Y-axis variable and TE is an X-axis variable.
fMRI imaging method.
상기 (d) 단계에서의 기능성 영상 표시는 상기 (c2) 단계에서 산출된 기울기 값을 상기 T2* 편차 정보를 반영하는 지표로 적용하여 수행되는,
fMRI 영상법.
The method of claim 3,
The functional image display in the step (d) is performed by applying the slope value calculated in the step (c2) as an index reflecting the T2 * deviation information.
fMRI imaging method.
상기 ME-EPI 데이터의 복수의 TE(echo time) 데이터들 중에서 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 잡음 성분이 제외된 순수 신호 성분에 대한 표준편차를 산출하고,
산출된 표준편차들에 기초하여 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보를 추정하는 마이크로프로세서; 및
추정된 T2* 편차 정보에 비례하는 강도 표시에 의해 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는 디스플레이부;를 포함하는,
fMRI 영상 시스템.
MRI equipment for obtaining multi-echo echo planar imaging (ME-EPI) data for a region of interest of a subject;
Calculating a standard deviation of a pure signal component from which noise components are excluded for at least two TE data among a plurality of TE time data of the ME-EPI data,
A microprocessor for estimating T2 * deviation information of the ME-EPI data based on the calculated standard deviations; And
And a display unit for displaying a functional image for a region of interest of the object by an intensity display proportional to estimated T2 *
fMRI imaging system.
상기 마이크로프로세서는 TE 데이터들 간의 신호 유사도(SS: signal similarity) 분석에 기초하여 상기 순수 신호 성분에 대한 표준편차의 산출을 수행하는,
fMRI 영상 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the microprocessor performs a calculation of a standard deviation of the pure signal component based on a signal similarity (SS) analysis between TE data,
fMRI imaging system.
상기 마이크로프로세서는,
상기 적어도 2개의 TE 데이터에 대해 산출된 표준편차 값을 각 TE 데이터의 평균값을 나누어 각 TE 데이터에 대한 분산 계수(CV: coefficient of variance)를 산출하고, 산출된 분산 계수 값을 가지고, 상기 분산 계수가 Y축 변수이고 TE가 X축 변수인 1차 함수 그래프의 기울기 값을 산출하여, 그 기울기 값을 ME-EPI 데이터의 T2* 편차 정보의 추정 값으로 사용하는,
fMRI 영상 시스템.
6. The method of claim 5,
The microprocessor,
Calculating a coefficient of variance (CV) for each TE data by dividing an average value of each TE data by the standard deviation value calculated for the at least two TE data, and calculating the dispersion coefficient Is the Y-axis variable and TE is the X-axis variable, and uses the slope value as the estimated value of the T2 * deviation information of the ME-EPI data.
fMRI imaging system.
상기 디스플레이부는 상기 T2* 편차 정보를 반영하는 지표로서 상기 기울기 값을 사용하여 상기 대상체의 관심 부위에 대한 기능성 영상을 표시하는
fMRI 영상 시스템.8. The method of claim 7,
The display unit displays the functional image for the region of interest of the target object using the slope value as an index reflecting the T2 *
fMRI imaging system.
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