Introduction to Medical Image Analysis - Image Acquisition

1. Endoscopy

위와 같은 장을 검사하는 내시경이다. 앞 부분에 light source와 sensor가 있다.

2. Microscopy

조직 검사를 하는 경우 사용된다.

원리는 대물렌즈로 대상을 확대하고 접안렌즈를 통해 사람이 보게 되는 원리이다.

3. X-ray

Light source는 X-ray tube이다. 통과된 신호를 detector에서 받아들이는 과정이 위 그림의 오른쪽에 나타나 있다. X-ray가 몸의 tissue, lung, bone등을 통과한다. 그리고 X-ray가 통과하는 정도에 따라 intensity가 달라지는 것이다. X-ray에서 bone이 밝은 이유는 X-ray가 잘 통과되지 않기 때문이다.

4. Computed Tomography(CT)

2D images(X-ray)를 3D image로 reconstruction한 것이다.

하지만 X-ray를 많이 촬영하면 방사선에 많이 노출되기 때문에 적게 촬영하고 고품질의 3D image를 얻는 것이 중요하다.

5. Positron Emission Tomography(PET)

X-ray와 동일하게 방사선을 이용한 방법이다. 위 그림에서 왼쪽 그림은 X-ray를 나타낸다.

가운데 그림은 PET를 나타내는데 주입된 방사선 물질이 몸에서 나오는 것을 detect 하는 원리이다.

CT 경우에는 detector를 움직여가며 촬영하지만 PET는 360도 반경에서 한번에 detect하게 되며 취득 된 영상은 3D Image로 reconstruction 된다.

신진대사를 확인할 수 있으며 암을 조기 진단하는데 유용하게 사용된다.

두 가지 영상을 같이 촬영해 reconstruction을 수행하는 PET-CT, PET-MR 장비도 개발되었다.

6. Magnetic Resonance Imaging(MRI)

몸의 수소 원자핵들은 random한 방향을 갖고 있는데 강한 magnetic field를 적용하면 수소 원자핵들이 특정한 방향을 가리키며 세차운동을 하게 된다. 세차운동을 하는 속도는 magnetic field의 자기장 세기에 따라 다르다.

세차운동의 속도는 공식을 통해 구할 수 있는데 동일한 주기의 RF pulse를 주면 공명 현상이 일어나게 된다. 그리고 한 방향을 가리키던 수소 원자핵들은 점점 random한 방향을 가리키게 된다.

특정 시점에서 RF pulse를 끄면 여전히 magnetic field는 적용되어 있기 때문에 random한 방향을 가리키던 수소 원자핵들이 특정한 방향을 가리키도록 돌아가게 된다.

이 때, receiver coil을 Y, Z 축 방향에 놓으면 Y 축 방향의 신호는 감소하게 되고 Z 축 방향의 신호는 증가하게 된다. Z 축 방향의 신호가 일정 수준 증가했을 때 imaging을 한 것이 T1-image이며 Y 축 방향의 신호가 일정 수준 감소했을 때 imaging을 한 것이 T2-image이다.

Receiver coil에서 얻은 signal을 fourier transform을 하면 tissue마다 특정 주파수를 나타내는데 이를 통해 imaging이 가능하다.

MRI는 서로 다른 type의 tissue에 contrast를 줄 수 있어 soft tissue의 imaging에 유리하다.

MRI의 구조는 위 그림과 같다. Gradient coils는 magnet에 비해 매우 작은 자기장을 환자의 몸의 point마다 다르게 줘서 수소 원자핵의 세차운동의 속도를 다양하게 한다.

MRI는 CT와 다르게 방사선 노출 위험이 없고 soft tissue의 구분이 잘 된다는 장점이 있으나 촬영 시간이 오래 걸리고 소음이 심하며 비싸다는 단점이 있다.

7. CT, MRI ,PET의 장단점