5. 의료영상 및 PACS

1. 5. 의료영상및 PACS • 2011. 4. 13 • 안병익(biahn99@gmail.com) • Mcomputing.tistory.com • @LBSAHN

2. Medical Imaging Tech & PACS • CT • MRI • PET/CT • PACS • DICOM

3. Ultrasound X-ray CT MRI PET £500k - £1M £2M - £4M >£5M £20k - £100k Why use different methods of imaging ? Cost Effectiveness • A good guiding principle in many walks of life is …Always pick the simplest solution for your problem. • In many cases the cheapest solution is the best.You do not need to give every pregnant mother in the country an MRI scan. • The capital cost of installation varies widely:

4. What is the CT? • Mathematical transform to the measured data. • Reconstruct n dimension function (image) => projection data of n – 1 dimension • Radon Transform (1917)“Two dimension and three dimension object can be reconstructed from the infinite set of projection data”. • The First CT: 1973 in the U.S.4 minutes scan, thickness of 10mm

5. Concept of CT ・Getting the shape by back projection of the projection data. ・For example, outward view is the quadrangle => it is the cylinder CT Algorithm

6. (From Siemens) (From Picker) CT

7. X Blur Basic principle of CT-Reconstruction of 2 dimensional image- Projection Data curvilinear integral of absorption coefficient regarding Y y y X-ray detector array Y X x x object X X-ray tube Reconstruction field Data Acquisition field Simple Backprojection

8. y x X x ω or x Basic principle of CT -Reconstruction of 2 dimensional image- Projection Data x ＊ Filtered Projection data Reconstruction Filter Multidirectional Backprojection Filtered Backprojection

9. Reconstruction process

10. Reconstruction process Data acquisition at angle : 0 – 180 degree Obtain F(u,v) and then 2D IFFT -> reconstruction Radon Transform is equivalent to Filtered backprojection !

11. Example of Simulation Model Image SimpleBackprojection Filtered Backprojection

12. Magnetic Resonance Imaging

13. Magnetic Resonance • Uses equipment producing magnetic fields from 0.5 Tesla to 3 Tesla • Earths magnetic field is 50 microtesla • Cost of equipment is approx £700k per Tesla

14. Obtaining the Data • All atoms have a magnetic field or orientation • When placed in a strong magnetic field the atomic nuclei align with that field • Pulses of Radio Frequency aimed at area of interest in the body • Imparts high energy state to the nuclei of those areas • Relaxation of that state produces resonance which can be detected • Location and intensity will translate into pixel location and intensity

16. Slices

18. Image Processing

19. Image Manipulation and Enhancement • Two time frames T1 and T2 relate to percentages of nuclei which have resumed normal state • T1 improves resolution • T2 improves sensitivity • Contrast media can be introduced • fMR can monitor specific physiology

20. Anatomy or Physiology?

21. Using Data Manipulation

22. Image Manipulation

23. When Do We Use MRI? • Excellent for soft tissue imaging • Resolution is good • Does NOT use ionising radiation but does have some safety issues

24. MR Digital manipulation Non-ionising Non-invasive Good for soft tissue Can image physiology Technique can be altered to account for data required Expensive CT Digital manipulation Ionising Xrays Non-invasive Good for range of tissue types, soft tissue to a lesser extent Can only image physiology when used with other modalities Variation in technique possible Relatively Cheap MR Versus CT

25. PET / CT System

26. PET / CT 란 ? • PET / CT란 양전자 방출 촬영기(Positron Emission Tomography)와 컴퓨터 단층촬영기(Computed Tomography)를 하나로 합친 장비이다. • PET / CT 장비는 암 진단에 효과적으로 사용되고 특히 종양을 CT, 감마카메라 등에 비해 월등히 앞선 시기에 진단할 수 있게 되어 암의 조기 진단을 가능하게 한다. • 검사시간을 크게 단축하여 환자의 고통을 덜어주고 환자에 대한 병원의 의료서비스의 질이 한층 높아질 것으로 예상된다.

27. PET / CT 란 ?? • PET은 양전자 방출하는 방사성의약품을 이용하여 체내의 미세한 변화를 영상화 하는 최첨단 검사이고, 이용하는 약품에 따라 당 대사, 단백질 대사, 핵산대사, 혈류 등의 다양한 체내변화를 영상으로 얻을 수 있으며, 이중 포도당대사를 관찰하는 검사가 가장 흔히 쓰인다. • PET/CT는 이러한 PET과 CT를 동시에 시행하는 검사이다. • PET만 시행했을 때 생길 수 있는 정상조직에 의한 진단오류를 최소화하고 진단성능을 향상시킬 수 있게 한다.

29. PET / CT 검사원리 • PET/CT에서는 양전자를 방출하는 포도당 유사체를 이용합니다. 인체 내에 주사 된 포도당 유사체는 암세포에 집적되고 방출된 양전자(+)는 주변의 전자(-)를 만나서 소멸반응을 일으킨 후 서로 반대방향을 가지는 511 KeV 에너지의 두 개의 감마선으로 변환됩니다. 이 감마선들은 PET/CT의 원형동시계측회로에서 검출되어서 컴퓨터에 위치 정보를 전달하게 되고 컴퓨터에서는 인체 내에 어느 곳에 이상이 있는지를 영상으로 표현해 줍니다.

30. PET / CT 장점 • 암의 조기발견 • 크기가 작아 CT 나 초음파 등 기존의 검사에서 놓치기 쉬을 정확히 진단하는데 큰 도움이 된다. • 암의 분포진단 • 암이 어디까지 퍼져있는지 판단. 암의 재발진단. • 암 치료 계획에 이용 • 암이 발견될 경우 , 바로 치료방침을 세울 수 있는 정보까지 제공받을 수 있다. • 검사시간의 감소 • 최대 40% 절약하여 불편한 환자의 불편을 감소시키고 병원의 생산성도 높이고있다. • 한 번의 촬영으로 전신을 검사할 수 있다.

31. PET / CT 단점 • 분화도가 좋은 간암이나 조기위암 등의 진단성능은 조금 떨어진다. • 신장 , 요관 , 방광 , 전립선 등 비뇨생식기계 암은 소변으로 인해 진단에 주의해야 한다. • 대사항진이 높지 않은 3~4 mm 이하의 작은 암은 발견되지 않을 수도 있다는 한계점을 고려해야 한다 .

32. PET / CT로 알 수 있는 질환 • PET/CT 의 가장 대표적인 적응증은 암 입니다 . • 암에서 PET/CT 는 , 암의 발견 , 양성 및 악성의 감별 , 치료를 위한 병기 설정 , 치료 후 재평가 , 재발 진단 등 , 암 진료의 전 영역에서 활용되고 있습니다 . • 일단 암으로 진단 받고 치료 및 추적 과정에 들어 가면 담당 의료진의 책임 하에 중요한 진단 평가 수단으로 당연히 이용되지만 , 최근에는 암을 발견하는 검진에 PET/CT 를 이용하는 것이 관심을 끌고 있습니다 .

33. PET / CT 검사종류 • 전신 PET / CT • 뇌신경계 PET / CT • 심장 PET / CT

34. 전신 PET / CT • 방사선의약품을 팔에 정맥주사하고 40분 후에 몸 전체를 CT촬영을 하고, 이어서 PET검사를 시행한다. • 폐암, 유방암, 대장암, 두경부암, 림프종, 흑색종, 근골격계암, 자궁경부암, 난소암 등의 조기발견 및 전이여부, 양성과 악성 종양의 감별, 암의 병기결정, 재발여부판정, 항암화학요법제와 수술의 치료효과 한정, 환자의 예후 예측등이 가능하다.

35. 신세포암으로 수술 후 별 증상 없었으나, PET/CT시행 후 복부에 임파선 재발을 확인할 수 있다. PET/CT시행 후 간 좌우엽 전 반에 퍼져 있는 암 조직과 , 동시에 우측 갑상선에서 대사 증가를 보이는 종양이 발견되었고 , 간암으로 확정된 환자이다

36. 뇌신경계 PET / CT • 간질환자의 수술전 검사, 파킨슨씨병, 치매(알츠하이머병)의 진단. 뇌종양, 뇌혈관질환의 진단에 사용한다. • 기억력 감퇴 등 치매가 의심되는 증상이 있어 이를 조기발견해서 질병진행 억제 치료를 한다면 치매를 예방하는데 도움이 됩니다. • 일부 운동신경계 질환의 감별진단을 원할 때 이용한다. • 뇌암 진단 받고 방사선치료를 받은 뒤 잔존하는 암이 있는지의 여부를 MRI에서 알기 어려울 때 이용한다.

38. 심장 PET / CT • 협심증과 심근경색과 같은 관상동맥 질환을 진단한다. • 허혈성 심장질환에서 보다 정확한 생존심근부위의 판정을 원할 때 심근 생존능력을 평가하여 치료방법을 결정하는데 시용한다.

39. What is PACS ? P: Picture, Images & Reports A: Archive, Online, Near line, Offline C: Communication, Networking, Transfer Protocols S: System, Components & Architecture PACS: for storage and distribution of images and information when necessary

40. PACS: Small or Large Web Server Distribution

41. Scale of PACS • No. of Beds in Hospital/ Exams per year • No. of Modalities • No. of Switches Considerations: System connectivity, expandability, reliability and cost-effectiveness

42. Types of images • 1D, 2D, 3D, 4D • Different DICOM Modality type: Cardiac / PET / 4D U/S….. • Image size: Resolution and bit depth • Image quality: Bit Depth and resolution • Color / Monochromatic • Exam. Size: image size x no. of images • Structured Reports • New DICOM IOD: Endoscopic & Microscopic images / ECGs / Security Profiles…..

43. 1D, 2D, 3D, 4D, fusion

44. 1D, 2D, 3D, 4D, fusion

45. Image Resolution/ Bit depth U/S DF CR CR Mammogram 256 x 256 8 bit 65 KBytes 1k x 1k 10 bit 1.25 MByte 2k x 2.5k 12 bit 7.5 MByte 4k x 5k 12 bit 30 MByte

46. Properties of image • Bit depth • Grayscale or color • Resolution in pixel • Example image size of mammogram = 4k x 5k x 12 bit = 30 MB

47. PACS Architecture

48. PACS – Central Architecture DICOM Modality Diagnostic Workstations (DICOM) Clinical Workstations (DICOM) Image Server (RAID) Gateway or Frame Grabber Diagnostic Workstation Non-DICOM Modality Film Digitizer Web Server Data Base Server CR/ DR QA Workstation Archive Computed Radiography or DR RIS

49. Central Architecture • Image Server and Database Manager is the HEART • Any image, any where, any time • Unique central copy • Easy update of data • Requires high performance servers • Potential single point of failure at server • Bandwidth demanding

50. PACS – Distributed Architecture DICOM Modality Gateway or Frame Grabber Diagnostic Workstations (DICOM) Clinical Workstations (DICOM) Web Server Non-DICOM Modality Diagnostic Workstation CR QA Workstation Film Digitizer Data Base Server Archive Computed Radiography RIS