조직 분할 영상과 그룹 기반 템플릿을 이용한 해마 영역 자동 분할 방법 연구

Abstract

Hippocampus 영역은 뇌에서 인지능력과 기억력을 관장하는 부분이다. 이 영역은 Alzheimer 의 진행과 큰 연관이 있다고 알려져 있다. Hippocampus 영역을 추출하는 것은 기존에는 전문의들이 손으로 그리는 방법을 많이 사용하였다. 이 경우 시간과 노력이 많이 들고 일관성을 보장하기 어렵다. 그래서 컴퓨터를 사용하여 자동으로 추출하는 방법이 많이 개발되어왔다. 그 중 ICBM Template 위에 수동으로 Hippocampus 를 그리고 SPM5 tool을 이용하여 추출하는 방법이 개발되었다. 이 방법의 단점은 ICBM Template는 젊고 건강한 사람들로 구성하여 만든 Template이기 때문에 연구에 사용할 Alzheimer 환자와 이에 대조군으로 사용할 병이 없는 노인의 data와는 잘 맞지 않는 점이다. 이를 해결하기 위해서 우리는 나이든 사람의 group data를 대상으로 나이든 사람들의 data에 적합한 Template 를 만들고 이를 바탕으로 hippocampus 영역을 자동으로 추출하였다 본 연구의 모든 처리는 CIVET program pipeline 을 사용하여 처리되었다. 먼저 Group Template과 Hippocampus Template를 만들기 위해 12명 정상 노인의 T1 영상 위에 전문의가 좌,우 Hippocampus 영역을 그렸다. 다음으로 12개의 T1 데이터를 ICBM Template 위에 registration 시키고 이를 평균화하여 Group T1 Template를 만든다. 마지막으로 손으로 그린 Hippocampus 영역 또한 앞에서 사용한 registration matrix를 사용하여 Group Template위에 올리고 평균화하여 Hippocampus Template를 만들었다. 실험 데이터의 hippocampus 영역을 자동으로 추출하기 위하여 실험 데이터의 T1 영상을 먼저 Gray matter, White matter, CSF영역으로 분할하고 각각 분할한 영상을 non-linear registration 방법을 통해 앞서 만든 Group Template 위에 registration 하였다. Hippocampus는 Gray matter의 부분 영역이므로 Gray matter 영상과 Hippocampus template을 계산하여 Hippocampus 영역을 찾았다. Dice similarity index와 Overlap ratio를 이용하여 비교한 결과 Group Template을 사용하여 추출한 hippocampus 영역 template (Left SI : 0.74(0.08), Right SI : 0.77(0.07), Left OR : 0.61(0.09), Right OR : 0.63(0.09)) 이 ICBM Template을 사용하여 추출한 hippocampus 영역(Left SI : 0.63(0.06), Right SI : 0.71(0.05), Left OR : 0.46(0.06), Right OR : 0.55(0.06)) 보다 전문의가 수동으로 직접 그린 영역과 더 비슷함을 볼 수 있었다. 노인 데이터에 대한 Group Template 를 사용함으로 ICBM Template 를 사용했을때보다 hippocampus 추출에 대한 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 그 이유는 노인 데이터를 사용한 group template이 젊은 피험자의 데이터를 사용한 template 보다 더 적합했기 때문이라고 생각하고 또한 좀 더 높은 해상도를 가진 template를 만들었기 때문이라고 생각한다. 앞으로 이 방법을 Alzheimer 등의 노인 대상 연구에 유용하게 사용할 수 있을 것이라고 기대된다.