Spiral Scan Fast Imaging의 재구성 알고리즘의 비교 ( Comparision of Reconstruction Algorithms for Spiral Scan Fast Imaging )

김휴정,오창현,이윤,이홍규,안창범 대한전자공학회 1997 대한전자공학회 학술대회 Vol.1997 No.1

프로젝션 타입 고속 스핀 에코 영상

김휴정,김치영,김상묵,안창범 대한자기공명의과학회 2000 Investigative Magnetic Resonance Imaging Vol.4 No.1

Purpose: Projection-type Fast Spin Echo (PFSE) imaging is robust to patient motion or flow related artifact compared to conventional Fast Spin Echo (FSE) imaging, however, it has difficulty in controlling $T_2$ contrast. In this paper, Tz contrast in the PFSE method is analyzed and compared with those of the FSE method with various effective echo times by computer simulation. The contrasts in the FSE and PFSE methods are also compared by experiments with volunteers. From the analysis and simulation, it is shown that ${T_2}-weighted$ images can well be obtained by the PFSE method proposed. Materials and methods: Pulse sequence for the PFSE method is implemented at a 1.0 Tesla whole body MRI system and $T_2$ contrasts in the PFSE and FSE methods are analyzed by computer simulation and experiment with volunteers. For the simulation, a mathematical phantom composed of various $T_2$ values is devised and $T_2$ contrast in the reconstructed image by the PFSE is compared to those by the FSE method with various effective echo times. Multi-slice ${T_2}-weighted$ head images of the volunteers obtained by the PFSE method are also shown in comparison with those by the FSE method at a 1.0 Tesla whole body MRI system. Results: From the analysis, $T_2$ contrast by the PFSE method appears similar to those by the FSE method with the effective echo time in a range of SO-lOOms. Using a mathematical phantom, contrast in the PFSE image appears close to that by the FSE method with the effective echo time of 96ms. From experiment with volunteers, multi-slice $T_2-weighted$ images are obtained by the PFSE method having contrast similar to that of the FSE method with the effective echo time of 96ms. Reconstructed images by the PFSE method show less motion related artifact compared to those by the FSE method. Conclusion: The projection-type FSE imaging acquires multiple radial lines with different angles in polar coordinate in k space using multiple spin echoes. The PFSE method is robust to patient motion or flow, however, it has difficulty in controlling $T_2$ contrast compared to the FSE method. In this paper, it is shown that the PFSE method provides good $T_2$ contrast (${T_2}-weighted$ images) similar to the FSE method by both computer simulation and experiments with volunteers. 목적: Projection-type Fast Spin Echo (PFSE) 영상 기법은 일반적인 Fast Spin Echo (FSE) 기법과 비교하여 환자의 움직임과 혈류에 강한 장점이 있는 반면. $T_2$ 대조도(contrast)를 조절하기가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 PFSE의 대조도를 이론적으로 분석하였고 컴퓨터 모의실험을 통하여 다양한 effective echo time (TE) 을 갖는 일반적인 FSE와 비교, 분석하였다. 또한 인체 실험을 통하여 제안한 PFSE 영상기법으로 움직 임과 혈류에 강인한 $T_2$ 강조 영상을 얻을 수 있음을 보였다. 대상 및 방법: 본 연구에서는 1.OT 전신 MRI 시스템에서 새로운 k-space의 배치를 갖는 PFSE 펠스 시권스를 구현하여, PFSE와 FSE 방식의 $T_2$ 대조도를 컴퓨터 모의설험과 인체 실험을 통하여 비교, 분석하였다. 컴퓨터 모의실험에서는 서로 다른 $T_2$ 값을 갖는 팬텀을 구현하여 다양한 effective TE에 대한 FSE 영상과 PFSE 영상을 재구성하여 대조도를 비교하였다. 인체 설험에서는 multi-slice $T_2$ 강조 두부 영상을 PFSE와 FSE로 얻어 영상기법간의 $T_2$ 대조도를 비교하였다. 결과: 이론적인 분석에서 PFSE의 $T_2$ 대조도는 effective TE가 80-l00ms 정도의 FSE 영상과 등가하게 나타나 $T_2$ 강조 영상을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다. 컴퓨터 모의실험에서 PFSE 재구성 영상은 effective TE가 96ms인 FSE 영상과 대조도가 비슷하게 나타났다. 인체 실험에 서도 PFSE 영상은 effective TE가 96ms인 FSE 영상과 비슷하게 나타났으며. PFSE 방법이 FSE 방법에 비하여 움직 엄과 혈류와 관련한 artifact에 강인함을 확인 할 수 었었다. 결론: PFSE 기법은 k-space의 극좌표계에서 서로 다른 각도를 갖는 여러 line틀을 다중 스핀 에코 기법으로 측정하는 방식이다. PFSE기법은 FSE와 비교하여 환자의 움직임과 혈류에 강한 장점이 있는 반면, $T_2$ 대조도를 조절하기가 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 PFSE 방식으로 FSE와 대등한 $T_2$ 대조도 ($T_2$ 강조 영상)를 얻을 수 있음을 이론과 컴퓨터 모의실험 밝히고, 인체 실험을 통하여 확인하였다.

1-GFLOPS DSP를 이용한 자기공명영상 스펙트로미터 설계

김휴정,고광혁,이상철,정민영,장경섭,이동훈,이흥규,안창범 대한자기공명의과학회 2003 Investigative Magnetic Resonance Imaging Vol.7 No.1

목적 : 기존의 일반적인 스펙트로미터보다 향상된 성능을 가진 새로운 스펙트로미터를 설계 및 제작하였다. 대상 및 방법 : 초당 10억번의 부동 연산 능력을 갖춘 TMS320C6701 DSP를 이용하여 연속적으로 변하는 복잡한 경사자계파형을 실시간으로 계산하여 출력할 수 있고, 선택 단면을 interactive하게 조절할 수 있는 스펙트로미터를 설계, 제작하였다. 설계된 스펙트로미터는 DSP 기반의 디지털 제어부와 파형을 만들고 변조 및 복조를 수행하는 아날로그부로 구성되어 있다 RF 신호의 변조 및 복조는 디지털 기술을 사용하여 정밀도와 안정성을 높였다. 고속 병렬영상을 위하여 하나의 측정 보드당 4채널까지 측정할 수 있도록 하였고, 고속 DSP를 이용하여 빠른 재구성이 가능하도록 하였다. 결과 : 제작된 스펙트로미터를 1.5 테슬라 전신자기공명영상 시스템에 장착하여 다양한 방법으로 성능을 시험하였다. 디지털 변조/복조 방식에서 요하는 정밀한 위상 제어를 확인할 수 있었고, phase array 코일 영상을 통하여 다중 채널 측정시스템의 성능을 검증할 수 있었다. 개발된 스펙트로미터를 기존의 상품화된 스펙트로미터와 비교해 볼때 보다 정밀한 위상 제어가 가능한 것으로 나타났다. 결론 : Interactive하게 영상의 단면을 선택하고, 실시간 계산에 의한 파형출력은 나선주사 심장영상과 같은 첨단의 영상기법에 요구되는 스펙트로미터의 기능이다 또한 다채널 측정시스템도 병렬영상을 위한 필수적인 기능이다. 본 논문에서는 초당 10억번의 부동소수점 연산이 가능한 TMS320C6701 디지털신호처리기를 사용하여 이러한 기능들을 가진 스펙트로미터를 설계, 제작하였다. 디지털 방식의 변조/복조 기술을 채택하여 정밀한 위상제어가 가능하였다. 개발된 스펙트로미터를 FSE, GE, angiography 등 다양한 영상방법에 적용하여 성능을 확인하였으며, 기존의 제품보다 뛰어난 화질의 영상을 얻을 수 있었다. Purpose : In order to overcome limitations in the existing conventional spectrometer, a new spectrometer with advanced functionalities is designed and implemented. Materials and Methods : We designed a spectrometer using the TMS320C6701 DSP capable of 1 giga floating point operations per second (GFLOPS). The spectrometer can generate continuously varying complicate gradient waveforms by real-time calculation, and select image plane interactively. The designed spectrometer is composed of two parts: one is DSP-based digital control part, and the other is analog part generating gradient and RF waveforms, and performing demodulation of the received RF signal. Each recover board can measure 4 channel FID signals simultaneously for parallel imaging, and provides fast reconstruction using the high speed DSP. Results : The developed spectrometer was installed on a 1.5 Tesla whole body MRI system, and performance was tested by various methods. The accurate phase control required in digital modulation and demodulation was tested, and multi-channel acquisition was examined with phase-array coil imaging. Superior image quality is obtained by the developed spectrometer compared to existing commercial spectrometer especially in the fast spin echo images. Conclusion : Interactive control of the selection planes and real-time generation of gradient waveforms are important functions required for advanced imaging such as spiral scan cardiac imaging. Multi-channel acquisition is also highly demanding for parallel imaging. In this paper a spectrometer having such functionalities is designed and developed using the TMS320C6701 DSP having 1 GFLOPS computational power. Accurate phase control was achieved by the digital modulation and demodulation techniques. Superior image qualities are obtained by the developed spectrometer for various imaging techniques including FSE, GE, and angiography compared to those obtained by the existing commercial spectrometer.

자기 공명 영상을 이용한 불균일 자계 측정 알고리즘

김휴정(H. J. Kim),김치영(C. Y. Kim),한수영(S. Y. Han),윤종호(J. H. Yoon),안창범(C. B. Ahn) 대한전기학회 1999 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.1999 No.7

원불교사상 특별대담 Ⅱ

김도공,이종원,조휴정,조경철,박혜훈 원광대학교 원불교사상연구원 2005 원불교사상과 종교문화 Vol.30 No.-

MPI 프로그램을 위한 사건기반 성능 분석 시스템

진휴정(Hyujeong Jin),김종렬(Jongryul Kim),김정선(Jungsun Kim),문영식(Youngshik Moon) 한국정보과학회 1997 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2Ⅳ

사건 기반 성능 분석 시스템은 오류가 없고 성능이 우수한 메시지 전달 병렬프로그램을 개발하는 데 필수 도구이다. 본 고에서는 MPI (Message Passing Interface) 프로그램의 효과적 개발을 위한 사건 기반 성능 분석 시스템의 설계 및 구현에 대하여 기술한다. 본 시스템은 확장성 및 이식성을 고려하여 인스트루멘테이션층, 인터페이스층, 가시화층으로 구성된 계층 구조를 갖도록 설계 되었다. 프로그램 실행중에 사건의 수집을 위하여 사건 포획 라이브러리인 ECL을 개발하였고 MPI 프로화일링 표준안에 따라 구현된 라이브러리와 함께 인스트루멘테이션층을 형성한다. 그리고 인스트루멘테이션층과 가시화층간의 확장성 있는 고수준의 인터페이스(EDL/PAL 인터페이스)를 제공하기 위하여 사건 기술 언어 및 문제 중심의 엑세스 라이브러리를 개발하였다. 한편, 프로토타입의 빠른 구현을 위하여 EDL/PAL 인터페이스를 사용할 수 있도록 기존 가시화 모듈인 OOPG(Obect-oriented ParaGraph)의 하부 구조를 수정하므로써 시각적으로 MPI 프로그램의 성능 및 동적 동작의 분석의 가능하도록 하였다.

척추 및 경막외마취 전 도포형 국소마취제의 진통효과

김연재,정미화,최영룡,박휴정,원임수,이진영,정진경 대한마취통증의학회 2008 Korean Journal of Anesthesiology Vol.54 No.4

We evaluated the analgesic efficacy of a 5% eutectic mixture of lidocaine and prilocaine (EMLAⓇ) topically applied before performing skin puncture for spinal or epidural anesthesia. Methods: The patient population consisted of 75 ASA physical status 1 and 2 adults scheduled for operations of the lower abdominal region, the perineal region or the lower extremities. The patients were randomly allocated to one of five groups of equal size: group A - topical application of EMLAⓇ cream 120 min before spinal block; group B - subcutaneous infiltrationof 2 ml of 2% lidocaine immediately before spinal block; group C - no pretreatment before spinal block; group D - topical application of EMLAⓇ cream 120 min before epidural block; and group E - subcutaneous infiltration of 2 ml of 2% lidocaine immediatelybefore epidural block. Pain experienced during the whole procedure was rated using a 10 cm visual analogue scale. Results: Patients in group A experienced less pain compared with those in groups B and C (2.0 ± 1.9 cm vs 4.1 ± 1.9 cm and 3.9 ± 2.2 cm, respectively; P < 0.05). However there was no significant difference between group D and group E (3.6 ± 2.4 cm vs 4.1 ± 2.5 cm). The patients in group A and group D were highly satisfied with the method of analgesia (P < 0.05). Conclusions: EMLAⓇ cream is an effective alternative to subcutaneous infiltration of local anesthetic for analgesia during skin puncture using a 25 G spinal needle. It provides insufficient analgesia however for epidural anesthesia. We evaluated the analgesic efficacy of a 5% eutectic mixture of lidocaine and prilocaine (EMLAⓇ) topically applied before performing skin puncture for spinal or epidural anesthesia. Methods: The patient population consisted of 75 ASA physical status 1 and 2 adults scheduled for operations of the lower abdominal region, the perineal region or the lower extremities. The patients were randomly allocated to one of five groups of equal size: group A - topical application of EMLAⓇ cream 120 min before spinal block; group B - subcutaneous infiltrationof 2 ml of 2% lidocaine immediately before spinal block; group C - no pretreatment before spinal block; group D - topical application of EMLAⓇ cream 120 min before epidural block; and group E - subcutaneous infiltration of 2 ml of 2% lidocaine immediatelybefore epidural block. Pain experienced during the whole procedure was rated using a 10 cm visual analogue scale. Results: Patients in group A experienced less pain compared with those in groups B and C (2.0 ± 1.9 cm vs 4.1 ± 1.9 cm and 3.9 ± 2.2 cm, respectively; P < 0.05). However there was no significant difference between group D and group E (3.6 ± 2.4 cm vs 4.1 ± 2.5 cm). The patients in group A and group D were highly satisfied with the method of analgesia (P < 0.05). Conclusions: EMLAⓇ cream is an effective alternative to subcutaneous infiltration of local anesthetic for analgesia during skin puncture using a 25 G spinal needle. It provides insufficient analgesia however for epidural anesthesia.

객체지향과 멀티미디어 기술을 이용한 전산화 신경 심리 검사 시스템

안창범,김휴정,신진교,박준모,이성훈 대한의용생체공학회 1999 의공학회지 Vol.20 No.5

임상적인 응용을 목적으로 하는 전산화 신경 심리 검사 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 국소적 뇌기능 장애 진단에 뛰어난 14개의 검사록 구성되어 있으며 집중력·언어능력, 공간 및 도형 인지 능력, 기억력, 운동 집중 능력 등을 진단하게 된다. 개발된 시스템은 멀티미디어 객체지향개념에 의거하여 설계 구현되었고, 마이크로소프트 Windows 에 기반을 둔 그래픽 인터페이스를 채용하여 운용이 용이하도록 하였다. 또한 마우스와 터치스크린을 이용하여 피검사자로부터 입력을 손쉽게 받아들 일수 있도록 하였으며, 색체 단어검사, 범주화검사, 언어기억검사들을 한글화하여 검사의 효용성을 향상시켰다. 개발된 시스템을 정상인 그룹과 환자에 적용한 결과 뇌기능 장애 진단에 유용하게 사용될 수 있음을 확인할수 있었다.

DC offset을 보정한 나선 주사 초고속 자기공명영상의 재구성 알고리즘

안창범,김휴정 대한의용생체공학회 1998 의공학회지 Vol.19 No.3

초고속 자기공명 영상 기법의 일종인 나선 주사 영상의 재구성을 위하여 k-공간에서 극좌표와 직각 좌표계를 기초로한 재구성방법들을 분석하였다. 나선 주사 영상의 재구성은 나선 궤적상에서 측정된 데이터를 극좌표나 직각 좌표계로 변환시키기 위하여 보간 기술들이 사용된다. 나선주사 영상의 다양한 재구성 알고리즘들을 시험하여 보았고, 재구성된 영상의 질을 비교하였다. 본 연구진이 제안한 투영 영역에서 dc-offset보정을 한 향상된 재구성 알고리즘이 시뮬레이션을 통하여 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 기존의 재구성 방법들에서 나타났던 영상 artifact도 제안된 방법에서는 완전히 사라짐을 확인할 수 있었다. Reconstruction aspects of spiral scan imaging for ultra fast magnetic resonance imagine(MRI) have been investigated with polar and rectangular coordinates-based reconstruction. For the reconstruction of the spiral scan imaging, acquired data in spiral trjectory should be converted to polar or rectangular grids, where interpolation techniques are used. Various reconstruction algorithms for spiral scan imaging are tested, and reconstructed image qualities are compared with computed phantom. An improved reconstruction algorithm with dc-offset correction in projection domain is proposed, which provides the best reconstructed image quality from the simulation. Image artifact with existing algorithms is completely removed with the proposed method.

고속 DSP를 이용한 실시간 자기공명영상시스템 제어

안창범,김휴정,이흥규 대한전자공학회 2003 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.40 No.5

고속 디지털신호처리기를 사용한 자기공명영상 실시간 대화형 제어기(스펙트로미터)를 개발하였다. 개발린 제어기는 rf 파형과 경사자계 파형을 만들고, 신호 측정을 위한 다중 측정기를 제어한다. TMS320C6701과 간은 높은 계산 능력을 가진 디지털신호처리기를 사용함으로써 복잡한 경사자계파형의 실시간 계산 및 출력이 가능해졌다. 또한 회전 행렬을 실시간으로 계산함으로써 심장과 같이 움직임이 큰 장기의 실시간 영상에서 얻고자하는 평면을 대화식으로 조절이 가능해졌다. 개발된 스펙트로미터를 1.5 테슬라 전신자기공명 영상시스템에 성공적으로 적용하였다. 개발된 스펙트로미터를 고속스핀에코나 echo planar imaging(EPI) 등과 같은 초고속자기공명영상에 적용하여 성능을 검증하였다. 이것은 이들 초고속 자기공명영상기법들이 측정 시간을 단축해주는 대신에 스펙트로미터의 송신부와 수신부 또는 경사자계부간의 동기나 위상에 에러가 있을 경우 문제점을 크게 부각시켜 시스템의 성능 평가에 적합하기 때문이다. A real time interactive controller (spectrometer) for magnetic resonance imaging (MRI) system has been developed using high speed digital signal processors (DSP). The controller generates radio frequency (rf) waveforms and audio frequency gradient waveforms and controls multiple receivers for data acquisition. By employing DSPs having high computational power (e.g., TMS320C670l) real time generation of complicated gradient waveforms and interactive control of selection planes are possible, which are important features in real-time imaging of moving organs, e.g., cardiac imaging. The spectrometer was successfully implemented at a 1.5 Tesla whole body MRI system for clinical application. Performance of the spectrometer is verified by various experiments including high- speed imaging such as fast spin echo (FSE) and echo planar imaging (EPI). These high-speed imaging techniques reduce measurement time, however, usually intensify artifact if there is any systematic phase error or jitter in the synchronization between the transmitter, receiver, and gradients.