태아 체내 MRI 변형 슬라이스‑볼륨 등록을 통한 움직임 보정

본 논문은 태아 인‑우두 MRI에서 흔히 발생하는 비강직 움직임, 즉 복부와 태반이 호흡·자세 변화에 따라 구부러지거나 늘어나는 현상을 해결하고자 한다. 기존의 슬라이스‑투‑볼륨 등록(SVR) 기법은 슬라이스와 볼륨 사이의 강체 변환만을 추정하기 때문에, 뇌와 같이 거의 강체 움직임만을 보이는 부위에만 적용 가능했다. 그러나 태아 몸통과 태반은 지역적인 비강직 변형이 빈번히 일어나며, 이때 SVR을 그대로 적용하면 재구성된 3D 볼륨이 흐릿해지거나 해부학적 구조가 왜곡된다. 이러한 문제점을 인식한 저자들은 변형 SVR(Deformable SVR, DSVR)이라는 새로운 프레임워크를 제안한다. DSVR은 크게 네 가지 핵심 요소로 구성된다. 첫 번째는 **계층적 전역 변형 보정**이다. 모든 스택을 먼저 3D‑to‑3D 강체 정렬한 뒤, 저해상도 B‑spline 제어점 간격을 사용해 전역적인 비강직 변형을 추정한다. 이 단계에서는 스택 전체를 가우시안 블러링하여 노이즈와 작은 변형을 억제하고, 큰 형태 차이만을 보정한다. 두 번째는 **슬라이스‑투‑볼륨 변형 정합**이다. 여기서는 재구성된 고해상도 볼륨을 각 2D 슬라이스에 맞추는 3D‑to‑2D 정합을 수행한다. 변형 파라미터는 매 DSVR 반복마다 B‑spline 제어점 간격을 점점 좁혀가며 세밀하게 조정한다(계층적 해상도 감소). 이 과정에서 강체 정합을 배제함으로써 초기 단계에서 얻은 전역 변형이 지역 변형을 억제하지 않도록 설계하였다. 세 번째는 **변형된 PSF 모델링**이다. 기존 SVR에서는 변환된 PSF가 회전·이동된 가우시안 형태였지만, DSVR에서는 비강직 변형을 반영해 PSF 자체가 비가우시안 형태로 변형된다. 이를 통해 시뮬레이션된 슬라이스와 실제 슬라이스 사이의 차이를 보다 정확히 모델링한다. 네 번째는 **구조 기반 이상치 제거**이다. 두 단계의 이상치 제거가 적용된다. 전역 이상치는 변환 후 슬라이스와 볼륨 사이의 정규화 상관(NCC)이 사전 정의된 임계값 이하인 경우 해당 슬라이스를 완전히 배제한다. 지역 이상치는 SSIM(구조적 유사도) 지표를 이용해 슬라이스 내부의 저유사도 영역을 가중치 0으로 설정함으로써, 국소적인 오정합이 최종 볼륨에 미치는 영향을 최소화한다. 이러한 가중치는 기존 EM 기반 로버스트 통계에서 사용하던 voxel‑level 확률 대신, NCC·SSIM 기반 이중 가중치로 대체된다. 실험에서는 먼저 시뮬레이션 데이터를 이용해 정량적 평가를 수행하였다. DSVR은 기존 SVR 및 패치‑투‑볼륨(PVR) 대비 평균 SSIM이 0.12~0.18 상승하고, RMSE가 15% 이상 감소하였다. 이어 28‑31주 임신 주수의 20건 임상 데이터에 대해 동일한 정량 지표를 적용했으며, 비강직 변형이 심한 경우에도 DSVR이 뚜렷한 해부학적 구조(척추, 장기 경계 등)를 복원함을 확인했다. 마지막으로 20‑34주 GA 범위의 100건 실제 사례에 대해 정성적으로 평가했으며, 전문가 판독 결과 DSVR 재구성 영상이 기존 방법에 비해 해부학적 세부가 더 선명하고, 진단에 필요한 구조적 정보를 충분히 제공한다는 결론에 도달했다. 본 연구는 비강직 변형이 빈번히 발생하는 태아 몸통·태반 MRI에서 신뢰성 높은 고해상도 3D 재구성을 가능하게 하며, 향후 태아 질환 진단, 성장 평가, 그리고 연구용 데이터베이스 구축에 중요한 전처리 단계로 활용될 수 있다. 또한 계층적 변형 정합과 구조 기반 이상치 제거라는 두 가지 핵심 아이디어는 다른 비강직 변형이 존재하는 의료 영상 분야에도 확장 가능성을 제시한다.