• 제목/요약/키워드: Brain MR

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An improved fuzzy c-means method based on multivariate skew-normal distribution for brain MR image segmentation

  • Guiyuan Zhu;Shengyang Liao;Tianming Zhan;Yunjie Chen
    • KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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    • 제18권8호
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    • pp.2082-2102
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    • 2024
  • Accurate segmentation of magnetic resonance (MR) images is crucial for providing doctors with effective quantitative information for diagnosis. However, the presence of weak boundaries, intensity inhomogeneity, and noise in the images poses challenges for segmentation models to achieve optimal results. While deep learning models can offer relatively accurate results, the scarcity of labeled medical imaging data increases the risk of overfitting. To tackle this issue, this paper proposes a novel fuzzy c-means (FCM) model that integrates a deep learning approach. To address the limited accuracy of traditional FCM models, which employ Euclidean distance as a distance measure, we introduce a measurement function based on the skewed normal distribution. This function enables us to capture more precise information about the distribution of the image. Additionally, we construct a regularization term based on the Kullback-Leibler (KL) divergence of high-confidence deep learning results. This regularization term helps enhance the final segmentation accuracy of the model. Moreover, we incorporate orthogonal basis functions to estimate the bias field and integrate it into the improved FCM method. This integration allows our method to simultaneously segment the image and estimate the bias field. The experimental results on both simulated and real brain MR images demonstrate the robustness of our method, highlighting its superiority over other advanced segmentation algorithms.

뇌 MR 영상의 매핑을 위한 뇌 구성 요소의 특징 추출 (Feature Extraction of Brain Structural Elements for Brain MR Images Mapping)

  • 채정숙;조경은;여인효;김준태;엄기현
    • 한국멀티미디어학회:학술대회논문집
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    • 한국멀티미디어학회 2001년도 춘계학술발표논문집
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    • pp.204-207
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    • 2001
  • 뇌 MR 영상에서 질환을 자동적으로 진단하고 판별하는 작업은 정상인의 뇌 영상과의 비교를 통해서 가능하다. 정상인과의 뇌 영상 비교를 통하여 보다 정확하게 질병에 대한 근거를 제시할 수가 있기 때문에 이러한 접근 방법들이 여러 의료영상 연구 분야에서 시도되고 있다. 정상인의 뇌 영상과의 비교를 위해서는 우선적으로 해결되어야 하는 것이 현재의 대상 영상이 정상인 뇌의 어느 위치의 영상과 일치하는 지를 판별하는 문제이다. 따라서 본 연구는 이러한 뇌 매핑에 사용될 수 있는 특징들을 추출하기 위한 것으로, 뇌 매핑에 사용되는 특징들을 추출하기 위해서 뇌 MR 영상으로부터 대리영역, 뇌영역, 뇌척수액영역 그리고 눈영역을 분할한 후 이들의 윤곽선, 최소사각형과 각 영역들의 픽셀 정보들을 찾아낸다. 이는 추후 연구할 뇌 매핑을 위한 대분류에 사용될 수 있다.

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오류 역전파 알고리즘을 이용한 자기 공명 영상 자동 세그멘테이션 (Automatic segmentation of magnetic resonance images using error back-propagation algorithm)

  • 최재호;조범준
    • 한국통신학회논문지
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    • 제22권11호
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    • pp.2425-2431
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    • 1997
  • 자기 공명 영상의 사용이 빈번해 짐에 따라 환자의 해부학적인 정확한 정보와 이를 빠르고 효과적으로 진단하는데 유용한 자동 영상 세그멘테이션 방법이 요구되고 있다. 본 논문에서는 오류 역전파 알고리즘으로 학습한 신경망을 이용하여 뇌의 자기 공명 영상을 자동적으로 세그멘테이션하는 방법을 제안한다. 특정 환자의 자기 공명 영상을 분할하여 학습시킨 신경망은 다른 환자의 자기 공명 영상도 자동적으로 세그멘테이션하여 뇌의 윤곽을 뚜렷하게 나타내었다.

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MR 영상을 이용한 뇌경색 시기판단과 전이방향에 관한 연구 (A Study on Prediction of the brain infarction period and transition direction using MR image)

  • 하광;정필수;박병래;예수영;김학진;전계록
    • 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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    • 대한의용생체공학회 1998년도 추계학술대회
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    • pp.267-268
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    • 1998
  • In this paper, we analysis 3 types of magnetic resonance image for determining whether brain infarction period is hyperacute or not. If its peirod is hyperacute, we can predict brain infarction transition direction. We use EPI(Echo Planar Image) for prediction of brain infarction transition direction. EPI is a good image for detecting brain infarction because EPI can detect the moving of water in brain which play an important role in deciding method of medical treatment. We utilize characteristics of 3 type of MRI and their relation in brain infarction patient for determining brain infarction period. By this method, we obtain each period characteristics and predict brain infarction transition direction more accurately comparing past method.

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Development of a Brain Phantom for Multimodal Image Registration in Radiotherapy Treatment Planning

  • H. S. Jin;T. S. Suh;R. H. Juh;J. Y. Song;C. B. Y. Choe;Lee, H .G.;C. Kwark
    • 한국의학물리학회:학술대회논문집
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    • 한국의학물리학회 2002년도 Proceedings
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    • pp.450-453
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    • 2002
  • In radiotherapy treatment planning, it is critical to deliver the radiation dose to tumor and protect surrounding normal tissue. Recent developments in functional imaging and radiotherapy treatment technology have been raising chances to control tumor saving normal tissues. A brain phantom which could be used for image registration technique of CT-MR and CT-SPECT images using surface matching was developed. The brain phantom was specially designed to obtain imaging dataset of CT, MR, and SPECT. The phantom had an external frame with 4 N-shaped pipes filled with acryl rods, Pb rods for CT, MR, and SPECT imaging, respectively. 8 acrylic pipes were inserted into the empty space of the brain phantom to be imaged for geometric evaluation of the matching. For an optimization algorithm of image registration, we used Downhill simplex algorithm suggested as a fast surface matching algorithm. Accuracy of image fusion was assessed by the comparison between the center points of the section of N-shaped bars in the external frame and the inserted pipes of the phantom and minimized cost functions of the optimization algorithm. Technique with partially transparent, mixed images using color on gray was used for visual assessment of the image registration process. The errors of image registration of CT-MR and CT-SPECT were within 2mm and 4mm, respectively. Since these errors were considered within a reasonable margin from the phantom study, the phantom is expected to be used for conventional image registration between multimodal image datasets..

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Functional MR Imaging of Working Memory in the Human Brain

  • Dong Gyu Na;Jae Wook Ryu;Hong Sik Byun;Dae Seob Choi;Eun Jeong Lee;Woo In Chung;Jae Min Cho;Boo Kyung Han
    • Korean Journal of Radiology
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    • 제1권1호
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    • pp.19-24
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    • 2000
  • Objective: In order to investigate the functional brain anatomy associated with verbal and visual working memory, functional magnetic resonance imaging was performed. Materials and Methods: In ten normal right handed subjects, functional MR images were obtained using a 1.5-T MR scanner and the EPI BOLD technique. An item recognition task was used for stimulation, and during the activation period of the verbal working memory task, consonant letters were used. During the activation period of the visual working memory task, symbols or diagrams were employed instead of letters. For the post-processing of images, the SPM program was used, with the threshold of significance set at p < .001. We assessed activated brain areas during the two stimulation tasks and compared the activated regions between the two tasks. Results: The prefrontal cortex and secondary visual cortex were activated bilaterally by both verbal and visual working memory tasks, and the patterns of activated signals were similar in both tasks. The superior parietal cortex was also activated by both tasks, with lateralization to the left in the verbal task, and bilaterally without lateralization in the visual task. The inferior frontal cortex, inferior parietal cortex and temporal gyrus were activated exclusively by the verbal working memory task, predominantly in the left hemisphere. Conclusion: The prefrontal cortex is activated by two stimulation tasks, and this is related to the function of the central executive. The language areas activated by the verbal working memory task may be a function of the phonological loop. Bilateral prefrontal and superior parietal cortices activated by the visual working memory task may be related to the visual maintenance of objects, representing visual working memory.

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다양한 두개강내 질환의 확산강조 자기공명영상 : 임상적 유용성 (Diffusion-Weighted MR Imaging of Various Intracranial Diseases : Clinical Utility)

  • 김영준
    • Investigative Magnetic Resonance Imaging
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    • 제2권1호
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    • pp.104-112
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    • 1998
  • 목적 : 다양한 두개강내 질환을 가진 환자들을 대상으로 확산강조영상을 시행하여 병변의 신호강도를 분석함으로써 확산강조영상의 임상적 유용성을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 전향적으로 무작위 추출하여 확산강조영상을 시행한 70명의 환자(급성 뇌경색 20명, 만성 뇌경색 또는 소혈관 질환 21명, 두개강내 원발성 종양 14명, 뇌전이 3명, 뇌종양 5명, 뇌혈종 5명, 퇴행중의 유구낭미충 1명, 유피낭종 1명)를 대상으로 하였다. 확산강조영상은 1.5T 장치를 사용하여, single shot spin echo EPI 기법을 사용하여, 6500ms TR, 107ms TE, $128{\times}128$ matrix, 1 number of excitation, $24{\times}24{\;}cm$ field of view, 5-7mm slice thickness, 2-3 mm inter-slice gap으로, x, y, z 세방향으로 확산경사자기($b=1000s{\;}/{\;}textrm{mm}^2$)를 가하여 얻었다. 병변의 신호강도의 평가는 정성적인 분석에서는 병변의 신호강도를 임의의 5단계로 구분하여 분석하였고, 정량적 분석에서는 ROI(region of interest)를 이요하여 병변의 신호강도를 측정하여, 반대쪽 정상 뇌실질에서 얻은 신호강도와의 상대적 신호강도비를 구하였다. 결과 : 정성적 분석에서 매우 높은 신호강도를 보인 병변은 모든 예의 급성 뇌경색, 뇌농양, 유피낭종, 그리고 퇴행성 유구낭미충의 낭성 병변이었다. 뇌혈종은 모든 예에서 병변내에 매우 높은 신호강도와 낮은 신호강도가 혼재되어 있었다. 1명의 종양환자에서는 고형성 부분에 국소적인 매우 높은 신호강도가 보였다. 이들 병변 각각의 뇌실질에 대한 평균 신호 강도비는 모두 2.5 이상이엇다. 정성적 분석에서 죄실질과 같은 정도의 신호강도를 보인 경우는 실경교증(71%), 뇌종양의 고형성 부분(64%), 뇌전이 (100%), 혈관성 부종(67%)이었으며, 이들 병변의 뇌실질에 대한 평균 신호강도비는 1.15에서 1.28로 서로간에 의미있는 차이는 없었다.(p>0.1). 매우 낮거나 약간 낮은 신호강도를 보인 경우는 낭성 뇌연화증과 종양내 괴사로서, 평균 신호강도비는 각각 0.45와 0.42였다. 결론 : 급성 뇌경색, 뇌농양, 유피낭종, 퇴행중의 유구낭미충은 확산강조영상에서 매우 높은 신호강도를 보여, 다른 실환과의 감별 진단에 유용할 것으로 생각되며, 특히 뇌농양과 괴사나 낭성 부분을 포함한 뇌종양과의 감별에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

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Migration of Sparganosis from the Brain to the Cervical Spinal Cord

  • Jang, Se-Youn;Kim, Choong-Hyun
    • Journal of Korean Neurosurgical Society
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    • 제51권3호
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    • pp.170-172
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    • 2012
  • Central nervous system (CNS) sparganosis is a rare parasitic infestation caused by ingestion of the raw or inadequately cooked snakes or frogs. Sparganum is well known for its ability of migrating though the tissue, therefore, it can cause various neurological symptoms if it involves neurological systems. A 51-year-old male patient visited our department of neurosurgery complaining of the motor weakness and radiating pain on both upper extremities over 4 months. He had a history of ingesting raw snakes untill his late twenties. The magnetic resonance (MR) images of. cervical spine revealed an intramedullary ill-defined enhancing lesion with the aggregated cysts in the upper cervical spinal cord. Under presumptive diagnosis of sparganosis, we took brain MR image. The brain MR images revealed the signal change in right fronto-temporallobe suggesting the trajectory of parasitic migration via ventricular systems. He underwent a midline myelotomy and granuloma removal followed by the posterior laminoplasty. Pathologic findings showed inflammatory changes and necrosis with keratinized tissue suggesting the CNS sparganosis. We report an uncommon case of CNS sparganosis migrated from the brain to the spinal cord with literature review.

알츠하이머 치매와 미세뇌혈관병리: 혈액뇌장벽 투과도 영상 (Alzheimer Dementia and Microvascular Pathology: Blood-Brain Barrier Permeability Imaging)

  • 문원진
    • 대한영상의학회지
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    • 제81권3호
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    • pp.488-500
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    • 2020
  • 최근의 연구들은 알츠하이머병의 병리가 단순히 아밀로이드와 타우단백질의 축적만이 아닌, 혈액뇌장벽(blood brain barrier; 이하 BBB) 이상과 같은 미세혈관병리와 밀접한 관련이 있음을 밝히고 있다. BBB 투과도 변화는 아밀로이드 및 타우 단백질 축적뿐 아니라 신경염증과 신경 퇴행성변화를 일으킴으로써 결국 임상 치매를 야기한다. 최근에는 알츠하이머 및 관련 질환의 BBB 이상을 보기 위한 MR 영상의 이용이 증가하고 있다. 이 종설에서는 알츠하이머병에서 BBB와 관련된 병리를 소개하고, BBB 투과도 변화에 대한 MR 영상 연구들을 소개할 것이다. 또한 BBB 투과도 측정을 위한 MR 방법론 개요와 문제점들을 제시할 것이다.

Assessment of Malignancy in Brain Tumors by 3T MR Spectroscopy

  • 최보영;전신수;김범수;이재문;정성택;안창범;오창현;김선일;이형구
    • 대한자기공명의과학회:학술대회논문집
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    • 대한자기공명의과학회 2003년도 제8차 학술대회 초록집
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    • pp.84-84
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    • 2003
  • Purpose: To assess clinical proton MR spectroscopy (MRS) as a noninvasive method for evaluating tumor malignancy at 3T high field system. Materials and methods: Using 3T MRI/MRS system, localized water-suppressed single-voxel technique in patients with brain tumors was employed to evaluate spectra with peaks of N-acetyl aspartate (NAA), choline-containing compounds (Cho), creatine/phosphocreatine (Cr) and lactate. On the basis of Cr, these peak areas were quantificated as a relative ratio.

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