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X-선 CT 영상에서의 Metal Artifact Correction의 핵심 이론 및 기반 기술 개발

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X-선 CT 영상에서의 Metal Artifact Correction의 핵심 이론 및 기반 기술 개발 분야는

상용화된 CT 역투영 알고리즘은 선형성을 기반으로 하나 금속물이 존재할 경우, 이 가정은 성립하지 않음. 본 연구에서는 금속물 영상왜곡 현상을 수학적으로 분석하고 이를 바탕으로 금속물 영상 왜곡 보정에 관한 효과적인 MAR 알고리즘을 개발하고 있다.

연구 소개

  • X선-CT에서 인체 내 금속성 보철물 부위는 흰색-검은색 줄무늬 (streaking)의 metal artifact로 표현되어 금속과 인접 부위의 영상을 왜곡함. 
  • 상용화된 CT 역투영 알고리즘은 선형성을 기반으로 하나 금속물이 존재할 경우, 이 가정은 성립하지 않음. 본 연구에서는 금속물 영상왜곡 현상을 수학적으로 분석하고 이를 바탕으로 금속물 영상 왜곡 보정에 관한 효과적인 MAR 알고리즘을 개발하고 있음.

연구의 필요성

노년층 진료에서의 인공 보형-보철물 소유자 급증, CT영상에서 나타나는 metal artifact는 영상의 정확한 판독 및 이용에 상당한 지장을 초래하고 있음. 금속 보형-보철물의 기하학적 구조를 반영하는 맞춤형 metal artifact reduction 알고리즘 개발이 필요함.

연구내용

X-ray CT에서 metal artifacts는 지난 40여년간 많은 연구가 이루어졌음에도 불구하고 현상을 정확 히 분석하지 못한 채 난제로 남아있음. 그 이유는 금속물질의 기하학적인 구조에 따라 X-ray data가 비선형적으로 변하고, CT backprojection이 이에 매우 민감(instable)하기 때문임. 본 연구에서는,

  • 기존 원리의 새로운 규명:

    - 상용화된 복원 알고리즘 (Filtered backprojection algorithm)의 구조를 분석하여, X-ray data의 비 선형성이 CT영상 전체를 왜곡하게 되는 근본적인 이유를 wavefront set을 이용하여 엄밀하게 규명함.

  • 새로운 원리에 기반한 보정방법 개발:

    - 복원 알고리즘에서 발생하는 mismatch를 수식적으로 유도하였으며, 수식을 바탕으로 금속 인공물을 효과적으로 제거하는 알고리즘을 개발함.

기대효과

  • 현재 국내 의료기기를 포함한 의료용구 시장은 80% 이상의 대외 종속성을 가지고 있으며 세계적인 다국적 기업의 특허 기반 기술 독점으로 인한 의료 장비 산업이 후진화 되고 있음. 원천기술을 확보함으로써 신기술의 대외 의존성을 탈피할 것으로 기대함. 
  • 국내 의료영상 전문기업과의 산학협동을 통하여 새로운 복합 의료영상 및 모니터링 용 진단기기의 상품화가 가능할 것으로 기대함. 
Schematic diagram of data inconsistency correction in X-ray CTResult of the proposed method
산업수학전략연구부 pin박형석
연락처 042-717-5732
camp - Center for Applications of Mathematical Principles

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컨텐츠담당자         최종수정일 2018-05-28
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