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7.0T MRI 와 HRRT-PET 퓨전영상 시스템은 분자 또는 유전자 영상(PET)을 초고분해능의 해부학적 이미지로 구체화한다. 고급 퓨전영상 시스템을 사용하여, 아직 밝혀지지 않은 뇌의 영역을 탐구하고자 한다.

• World's First HRRT-7.0T MRI Fusion System for Molecular Imaging

Fig. 1. Diagram and photograph of the newly installed HRRT-PET and 7.0T MRI fusion system – truly the first PET-MRI fusion system in the world (2005)


분자 영상과 고해상도 영상을 결합시키려는 시도는 오랜 기간 이뤄져 왔다. 양전자방출 단층촬영(PET)과 자기공명영상(MRI)은 임상 분야는 물론 신경과학 연구 분야에서 가장 널리 사용되는 영상 장비들이다. 이들 영상은 수많은 뇌 질환과 수수께끼에 대한 실마리를 제공하기 시작했지만, 공간해상력과 SNR(신호 대 잡음 비율)과 같은 물리적인 성능은 아직 신경과학자들의 요구를 충족시키기에 너무나 부족하다. 현재 최첨단 기술을 사용한 PET와 MRI에는 각각 고해상 연구 단층촬영기(HRRT)-PET와 7.0T-MRI가 있다. HRRT는 전통적으로 사용돼온 포도당 대사 측정은 물론, 기존 스캐너의 5-6 mm FWHM 해상도에 비해 2.5mm FWHM으로 낮춘 해상도로 수용체배위자 상호작용도 측정할 수 있다. 7.0T MRI는 0.2mm FWHM까지 정밀한 해상도로 생체내 인간의 다양한 뇌 구조를 영상화시킬 수 있다. 이렇게 눈부신 발전에도 불구하고, 분자 영상은 여전히 요구되는 뇌의 해부학적 정확도를 제공하지 못하고 있으며, 또 한편으로 MRI는 인간 뇌의 분자 및 화학적 서명을 영상화하는 능력이 부족하다. 따라서 PET와 MRI 등 이들 2개 종류를, 보다 명확하게 말하자면 이들의 한계를 극복하기 위해 HRRT-PET 와 7.0T-MRI 등 2개의 최첨단 장비를 결합시키는 것이 바람직하다. 셔틀시스템은 분명 PET와 MRI 등 2개 시스템의 영상 좌표를 물리적으로 맞추는데 사용되는 중요한 부분이다. 셔틀시스템은 레일웨이 시스템, 셔틀 시스템, 요람 등 4개 부품으로 이뤄져 있다. 셔틀 시스템의 모든 부품은 자성이 없는 부품과 7.0T 자력의 고자기장을 견뎌낼 수 있는 물질로 만들어져야 한다는 점을 주의해야 한다. 레일웨이는 수송침대 운반을 위해 HRRT-PET로부터 7.0T MRI까지 연결돼 있어야 한다.

• First PET-MRI fusion imaging - Metabolic activities in the hippocampus

Fig. 2. Experimentally obtained PET-MRI image of a human subject showing the details of the hippocampus and localized metabolic activity – this the first of its kind submillimeter details of the hippocampus and local metabolic activity is achieved with NRI's PET-MRI fusion system.


인간 시험대상이 조정된 PET-MRI 신형 시스템으로 스캔 되었다. MRI영상이 30분 동안 포착되는 사이 7.0T MRI에서 FDG섭취가 실행됐다. 시험 대상은 MRI 스캐닝을 끝낸 뒤 셔틀시스템을 이용해 HRRT PET스캐너로 옮겨져 30분 동안 PET영상이 실시됐다. 스캔된 FDG PET 영상은 T1-강조 영상의 회색질과 공간적으로 잘 조화됐다.

• Advanced PET-MRI Fusion Algorithm

Fig. 3. PET-MRI fusion algorithm used for the PET-MRI system at the Neuroscience Research Institute.


PET 영상의 내재 해상도는 주로 섬광검출기 또는 결정 크기에 의해 결정되며 대략 검출기 넓이의 절반 정도 된다. 실제 측정된 해상도는 원본의 크기, 양전자 이동 거리, 인접검출기로의 통과 영향, 그리고 소멸 광자의 비대응 직선성 등 기타 영상 흐림 요인으로 인해 내재 해상도보다 뒤떨어진다. PET 시스템은 공간적으로 변하지 않는 시스템으로 가정될 수 있으며, 시스템의 흐림 현상은 점확산함수(PSF)로 정의될 수 있다. 시스템의 정확한 PSF가 적절하게 측정되고 나면, 이 PSF는 디콘볼루션으로 주로 알려진 영상 복원 작업에 사용된다. PET 영상 복원 작업은 신경 화학 및 분자 정보에서 추출된 다양한 변수뿐 아니라 MRI로부터 얻을 수 있는 영상 해상도 정보를 사용해 실행될 수 있다. 예를 들어 세포의 포도당 활용이 CFS 또는 백색질 지역보다는 회색질 지역에서 발생하는 것으로 잘 알려져 있다. PET-MRI에서 분엽 회색질은 영상 혼합의 기본으로 사용되며, 이것은 PET의 흐린 분자 영상 데이터를 “구속”으로 명명된 절차에 따라 MRI의 회색질 경계로 구속되는 것이다. 다시 말해서, MRI로부터의 분엽 회색질 영상이 기하학적으로 같이 지정된 위치의 PET 영상에 투사되며, 그 다음으로 분사 영상 데이터를 MRI의 제대로 정의된 형상 데이터에 "구속" 시킨다. 실제 영상 처리 관점에서 볼 때, 이것은 PET의 해상도를 강화하기 위해 MRI 데이터에서 얻어진 가우스 점확산함수(PSF)로 측정된 PET 부비강조영상의 디컨볼루션에 상응하는 것이다.

• 참고문헌

- Zang-Hee Cho, Young-Don Son, Hang-Keun Kim, Kyoung-Nam Kim, Se-Hong Oh, Jae-Yong Han, In-Ki Hong, Young-Bo Kim. A hybrid PET-MRI: An integrated molecular-genetic imaging system with HRRT-PET and 7.0-T MRI. International Journal of Imaging Systems and Technology. 17(4):252-265 (2007)

- Z. H. Cho, Y. D. Son, H. K. Kim, K. N. Kim, S. H. Oh, J. Y. Han, I. K. Hong, and Y. B. Kim, “A fusion PET-MRI system with a high-resolution research tomograph-PET and ultra-high field 7.0 T-MRI for the molecular-genetic imaging of the brain,” Proteomics. 8(6),1302-1323 (2008).

• 관심연구분야

PET-MRI 퓨전영상 시스템 개발
PET-MRI 퓨전영상 알고리즘 개발
PET-MRI 퓨전영상 시스템의 응용
동작 추적 시스템의 개발