Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol.53, NO.3, March 2016 http://dx.doi.org/10.5573/ieie.2016.53.3.151 ISSN 2287-5026(Print) / ISSN 2288-159X(Online) 논문 2016-53-3-17 Gadoteridol 을이용한 Head & Neck MR Angiography 에서의적정 Flip Angle ( Optimization of Flip Angle at Head & Neck MR Angiography using Gadoteridol ) 정현근 *, 김민기 **, 송재준 ***, 남기창 ****, 최현성 *****, 정현도 ******, 김호철 ******** (Hyunkeun Jeong, Mingi Kim, Jaejun Song, Kichang Nam, Hyunsung Choi, Hyundo Jeong, and Hochul Kim c ) 요 약 본연구의목적은가돌리늄조영제를사용한 Head & Neck MR Angio 검사에있어서매개변수인 FA(Flip Angle) 이 MR 신호에미치는영향에대해서알아보고자하였으며, 이에따른 FA 의적정값을제시하는것이다. 실험은 FA 증가에따른 MR 팬텀실험과임상실험으로진행하였고, 이에대한정량적분석이이루어졌다. 실험결과팬텀실험에서의조영증강반응시작지점인 RSP(Reaction Starting Point) 는 FA 증가에따라 300 400 mmol 사이에서반응하였고, 최대신호강도인 MPSI(Max Peak Signal Intensity) 는 2,086, 3,705, 5,109, 6,194, 7.096, 7,192 [a.u] 를기록하였다. MPSI 가형성되는몰농도지점인 MPP(Max Peak Point) 는 FA 에증가에따라 40, 50, 50, 40, 50, 40 mmol 에서보였으며, MPSI 의증가율인 IRMPSI(Increase Rate of MPSI) 는 77.6%, 37.9%, 21.2%, 14.6%, 1.4% 임을확인하였다. 임상실험에서의평가기준인 SICB(Signal Intensity of Carotid artery Bifurcation) 는 FA 증가에따라각평균값 2392.5, 4165.2, 4270, 3502.2, 3263.7, 3119.6 [a.u] 를기록하였고, 아티팩트발생율인 ORA(Occurence Rate of Artifact) 는 0, 0, 20, 40, 50, 70% 로점차증가하였다. 본연구를통하여 FA 의증가는혈관내가돌리늄과결합한 H 1 스핀의신호강도와아티팩트에영향을미친다는사실을확인하였고, 이는실제임상에서의 CE(Contrast Enhanced)-Head&Neck MR Angio 검사에있어서본연구의데이터를활용한다면진단학적으로효율적인 MR Angiography 영상을구현할수있을것으로사료된다. Abstract In this research, we tried to suggest moderate FA(Flip Angle) for CE(Contrast Enhnaced)-Head&Neck MR Angiography with Gadoteridol. For this study, we did test MR phantom and clinical study according to FA change. After that, quantitative analysis was progressed. The results of MR phantom study were as follow: RSP(Reaction Starting Point)was recorded within 300 400 mmol. MPSI(Max Peak Signal Intensity) was 2,086, 3,705, 5,109, 6,194, 7.096, 7,192 [a.u]. MPP(Max Peak Point) was shown at 30, 50, 50, 40, 50, 40 mmol. IRMPSI(Increase Rate of MPSI) was 77.6%, 37.9%, 21.2%, 14.6%, 1.4% as increasing of FA. The results of clinical study were as follow SICB(Signal Intensity of Carotid artery Bifurcation) was recorded respectively 392.5, 4165.2, 4270, 3502.2, 3263.7, 3119.6 [a.u]. ORA(Occurence Rate of Artifact) was increased as 0, 0, 20, 40, 50, 70%. According to this research, we are not only able to assure that increase of FA can be effect on H 1 spin's SI(Signal Intensity) which was combined with gadolinium agent, but also be effect on artifact rate in blood vessel. In clinical field, we expect that CE-Head&Neck MR Angiography can be performed in a practical way with this research. Key word : Gadoteridol, Flip Angle, Head & Neck MRA, Carotid Artery, Gadolinium * 정회원, 고려대학교의용과학대학원의료영상공학과 (Medical Imaging of Engineering, Korea University) ** 정회원, 고려대학교전자정보공학과 (Electronics&Information Engineering, Korea University) *** 정회원, 고려대학교구로병원이비인후과 (Otolaryngology, Korea University Guro Hospital) **** 정회원, 동국대학교의과대학의공학교실 (Medical Engineering, Dongguk University College of Medicine) ***** 정회원, 텍사스주립대학교분자세포생물학과 (Biology science, University of Texas at Dallas) ****** 정회원, 템플턴대학교심리학과 (Department of Psychology, Templeton University) ******* 정회원, 을지대학교방사선학과 (Department of Radiological Science, Eulji University) c Corresponding Author(E-mail: tiger1005@gmail.com) Received ; January 8, 2016 Revised ; February 23, 2016 Accepted ; March 1, 2016 (461)
152 Gadoteridol 을이용한 Head & Neck MR Angiography 에서의적정 Flip Angle 정현근외 Ⅰ. 서론자기공명혈관조영술 (MR Angiography; MRA) 이란 MR 현상을이용하여인체의혈관을영상화하는방법으로써최근에는혈관자체의형태학적묘사를넘어서기능적인정보제공까지가능한기술들이집약적으로발전하였다. 기본적인 MRA를영상화하기위해서는크게두가지방법이있는데, 첫번째는 GBCA (Gadolinium Based Contrast Agent) 를사용하지않는고식적인방법과두번째는 GBCA를사용하여영상을추출하는조영증강 MRA가있다. 첫번째인 GBCA를사용치않는 MRA는다시두가지기법으로나뉘는데, 유속신호증강효과 (Flow Related Enhancement) 를이용한 TOF(Time Of Flight) 방식과경사자장내의운동성을지닌 H 1 스핀의위상이동 (Phase Shift) 현상을이용한 PC(Phase Contrast) 방식이있다. 임상에서의통상적인 Neuro Angio 검사는환자의움직임에예민하고영상획득시간이오래걸리는 PC보다는 TOF방식을선호하고있는데, TOF는다시해부학적으로다방향성을지닌 Brain의 Willis Circle같은혈관을위한 3D TOF방식과, Carotid angio같은단방향성을지닌해부학구조를위한 2D TOF같은기법들로나뉜다. 이에반해 3D PC는검사시간이오래걸리고, 환자의움직임에예민하며, 혈류속도에대한사전정보가있어야하는단점이있다. 하지만다양한속도를가진혈류를영상화할수있고, 이에대한벡터값의정보를구할수있기때문에요즘은 4D Flow같은기능적 Angio 검사에도활용되어지고있다. 이렇듯 MRA 검사는조영증강없이도혈류의속도나위상변화를이용하여혈관의형태학적묘사가가능한장점이있다. 하지만혈류의특성상이를혈관의어느위치에서측정할것인지에따라 MR영상화가어려워진다. 그이유는혈류는흐름의유형에따라층류 (Laminar Flow), 전류 (Plug Flow), 난류 (Turbulent Flow), 분리유체 (Flow Separation) 등으로나뉘는데, 이는혈류속도또는방향성에비규칙성을부여하는하는인자로 MRA 검사에있어혈관영상의형태학적묘사에영향을미치기때문이다. 이렇듯체내혈류의특성만으로혈관을영상화하기에는한계가있기때문에, 이를보완하기위한방법중하나로 CE(Contrast Enhanced) MRA를시행하고있다. 이는 MR조영제를체내투약후가돌리늄과결합한혈액 H 1 스핀의 R 1 이완시간변화로 MR영상에서높은신호강도를만들어내는원리이다 [1~5]. 이방식은위와같은혈류속도또는방향성에의한형태학적혈관묘사의오류를보완가능하며, 더불어최근에는기술적인발전으로 3D기법을적용하더라도짧은시간에고해상도영상을획득하는것이가능해졌다. 조영증강 MRA 스캔을위해서는 3D이면서 T1 effect 구현이가능한 3D FGE(Fast Gradient Echo) 테크닉을이용하고있는데 [8], 여기에는각사별로 3D FLASH(Fast Low Angle Shot Imaging), 3D SPGR(Spoiled Gradient Echo), 3D T1 FFE(Fast Field Echo) 등의시퀀스를사용하고있다. 이때해당시퀀스에서는통상적인 SE(Spin Echo) 에비해낮은 FA(Flip Angle) 과매우짧은 TR(Time to Repeat), TE(Time to Echo) 의파라메타를사용하게되는데, 이는전체적으로 heavily T1강조영상을만들게된다. 즉, 혈관을제외한주변조직들은포화되어신호를거의보이지않는반면, 단면슬라이스에포화되지않은채새로유입된가돌리늄과결합한 H 1 스핀들은강한신호를형성하게된다. 이는 MRA영상에서주변조직의신호는모두감소시키고혈관영상만추출해내는방식으로우수한대조도의영상을획득할수있다. 이때사용되어지는물리적매개변수중에서 FA를생각해볼수있는데, FA란주자장에의해형성된최종벡터값을지닌 H 1 스핀에가해지는 RF pulse의숙임각을말한다. 일반적으로 FA를 90, 180 를사용하고있는스핀에코펄스열에서는 TR과 TE에의해영상대조도가좌우되는반면에, 경사자장을이용하는 GE(Gradient Echo) 에서의영상대조도는주로 FA에의해결정된다. 그이유는경사자장의변화가 H 1 스핀의회전각에영향을미치고, 결국경사자장변화에따라발생된위상차에의해신호가결정되기때문이다. 보통 GE시퀀스의 FA가 30-90 일때는 T1 이완에의한대조도가커지는반면, 그이하에서는 T2 이완에의한대조도가커진다. 이렇듯 FA는 GE 계열의시퀀스에서영상대조도를결정하는중요인자이다. 그러나임상현장에서는다양한요인으로 FA설정이모두제각각으로사용되어지고있다. 이전연구를통하여 Angio에사용되어지는 3D FGE 시퀀스에서의 GBCA 몰농도별반응에대한데이터가발표되어진바가있는데 [1,3], 해당시퀀스에서의 (462)
2016년 3월 전자공학회 논문지 제53권 제3호 Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol.53, NO.3, March 2016 표 2. Table 2. FA에 따른 신호변화에 대한 정량적 연구는 아직 없다. 이에 본 실험에서는 자체 제작한 MR팬텀을 통하여 mol 농도와 GBCA 희석 비율 Mol concentration and GBCA rate. No Saline ( ) GBCA ( ) 1 0.00 30 2 6.00 24 3 12.00 18 4 18.00 12 5 24.00 6 6 24.60 5.4 7 25.20 4.8 8 25.80 4.2 9 26.40 3.6 10 27.00 3 11 27.60 2.4 12 28.20 1.8 13 28.80 1.2 14 29.40 0.6 15 29.50 0.54 Head & Neck MRA에서 사용되는 3D FGE 기법에서 FA의 변화가 가돌리늄과 결합한 H1스핀의 신호강도에 직접적으로 어떠한 영향을 미치는지 알아보고자 하였으 며, 더불어 이를 실제 임상에서 혈액 내 가돌리늄과 결 합한 유속을 지닌 H1스핀을 영상화하기 위해서는 적정 FA가 어느 정도인지를 제시하고자 한다. 153 Gdoteridol (mmol) 500 400 300 200 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 9 GBCA rate(%) 100 80 60 40 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 1.80 No 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Saline ( ) 29.52 29.58 29.64 29.70 29.76 29.82 29.88 29.94 29.95 29.96 29.97 29.98 29.99 30.00 GBCA ( ) 0.48 0.42 0.36 0.3 0.24 0.18 0.12 0.06 0.048 0.036 0.024 0.012 0.006 0 Gadoteridol (mmol) 8 7 6 5 4 3 2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1 0 GBCA rate(%) 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.16 0.12 0.08 0.04 0.02 0.00 그림 1(a, b)에서 보듯이 30개의 용기로 구성된 하나 Ⅱ. 대상 및 방법 의 MR팬텀을 사용하였다. 1부터 29까지의 용기에는 0.5 mol인 Gadoteridol을 0 500 mmol까지 각각의 몰농 1. MR조영제 및 MR Phantom 구성 도를 달리하여 구성하였다. 이를 통해 FA변화에 따른 MR 조영제는 0.5 mol Gadoteridol (ProHance ; 서로 다른 농도를 지닌 각 용기에서의 정량적 신호변화 를 측정하고자 하였다. Bracco, Milan, Italy)를 사용하였다. Gadoteridol은 Gadolinium을 기반으로 하는 GBCA로서 표1과 같은 특 2. MR 장치 및 프로토콜 [1~3,6,7] 성과 그림 1(c)와 같은 화학구조를 지닌다. 가. MRI Specification 표 1. Table 1. 1) Field strength: 1.5 Tesla Gadoteridol 특성 Gadoteriodol s Characteristic. Characteristic Molecular Structure Ionicity 2) Model : Signa HDxt, GE Gadoteridol 2) Gradient strength: 33 mt/m, Slew rate : 120 T/m/s Macrocyclic 3) Coil: Brain coil Nonionic Concetration (mol) 0.5 Osmolality (mosmol/kg, 37) 630 Viscosity (cp, 37) 1.3-1 -1 Relaxivity (1.5T r1mm s ) Indications 4.1 그림 2. Fig. 2. CNS, Whole body MRI 장비(a) 및 브레인 코일(b, c) MRI device(a) and Brain coil.(b, c) 실험은 그림 2(a)인 1.5 T 초전도 MRI 장비를 사용 하였고, 팬텀 장착은 그림 2(b, c)와 같이 Brain coil을 사용 하였다. 나. Sequence and Parameters 시퀀스는 조영증강 Head & Neck MRA검사에 사용 그림 1. MR 팬텀 디자인 및 화학구조 (a) 제작도 (b) 실사 (c) 화학구조 Fig. 1. Design of MR phantom and Chemical structure. (a) Drawing (b) Picture (c) Chemical structure 하는 3D SPGR을 사용하였다. 팬텀실험을 위한 FA는 최소 10 에서 최대 60 까지 10 씩 간격을 두어 프로토 콜을 세팅하였고, 이에 따라 한 번의 실험에 여섯 번의 3D SPGR 스캔이 시행되었다. 이때 FA 파라메타 변경 은 해당 MR장비의 오퍼레이팅 기능 특성상 Auto TR (463)
154 Gadoteridol 을이용한 Head & Neck MR Angiography 에서의적정 Flip Angle 정현근외 의증감을가져와일정검사시간의변화가있었다. 이를제외한다른매개변수는조정하지않았으며, 이때 3D SPGR에사용된파라메타는표3과같다. 표 3. 3D SPGR 시퀀스에서의파라메타 Table 3. Parameter at 3D SPGR sequence. Parameter unit 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th Flip Angle 10 20 30 40 50 60 TR msec 5.5 5.5 5.4 5.2 5.7 6.3 TE msec 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.4 FOV mm 320 320 320 320 320 320 Frequency# 352 352 352 352 352 352 Phase# 224 224 224 224 224 224 Thickness mm 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 NEX 1 1 1 1 1 1 Band Width khz 62.5 62.5 62.5 62.5 62.5 62.5 Scan Time 00:51 00:51 00:50 00:49 00:53 00:58 3. 팬텀실험 Brain coil에장착된팬텀은그림3과같은순서로진행하였고, 스캔횟수는모두동일한방법으로 15회를반복하였다. 반복실험에서추출된팬텀단면의 29개의영상에서각 SI(Signal Intensity) 값을측정하여평균값을구했고, FA변화에따른조영증강정도를평가하였다. 텀결과를기본으로하되혈류는속도를갖는 H 1 스핀임을감안하여, 임상검사에서의 FA는팬텀으로시행했던최대 60, 최소 10 를제외한 50, 40, 35, 30, 25, 20 으로각각 10명씩전체 60케이스를검사하였다. 조영제는 0.5 mmol Gadoteridol을 0.2cc/kg로투약하였으며, 투약속도는검사환경및환자컨디션에따라 1-1.5cc/sec 로투약하였다. 신호강도분석은이후획득한 Head & Neck MRA영상의 Rt, Lt Carotid Artery Bifurcation 에서의 SI값을측정후평균값을비교분석하였고, FA증가에따른아티팩트유무를평가기준에반영하였다. Ⅲ. 결과 1. MR 팬텀영상과 FA에따른신호강도변화가. MR 팬텀영상그림 4에서는몰농도가서로다른 30개의 MR 팬텀영상에서신호변화를확인할수있으며, 각각의팬텀영상단면에서 SI값을측정하였다. 그림 3. 스캔순서도 Fig 3. Flow chart of Scan. 4. 임상실험임상실험에사용된검사시퀀스및파라메타는팬텀실험결과를바탕으로시행하였다. 연구대상은 2015년 4 월 15일부터 2015년 9월28일까지혈관질환자를제외한검진목적의 CE-Head & Neck MRA를시행한 20세에서 45세까지의환자를대상으로하였다. FA세팅은팬 그림 4. MR phantom 영상 (a) FA 10 에서의신호변화 (b) FA 20 에서의신호변화 (c) FA 30 에서의신호변화 (d) FA 40 에서의신호변화 (e) FA 50 에서의신호변화 (f) FA 60 에서의신호변화 Fig 4. MR phantom images (a) Signal Change at FA 10 (b) Signal Change at FA 20 (c) Signal Change at FA 30 (d) Signal Change at FA 40 (e) Signal Change at FA 50 (f) Signal Change at FA 60 (464)
2016 년 3 월전자공학회논문지제 53 권제 3 호 155 Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol.53, NO.3, March 2016 나. FA에따른 GBCA 신호강도변화 MR팬텀에서의 FA변화에따른가돌리늄의몰농도별신호강도를그래프로나타내었다. 이때팬텀실험의정량적분석비교를위해아래네가지의평가기준을두었다. 첫째, RSP(Reaction Starting Point) - 조영증강반응시작지점둘째, MPSI(Max Peak Signal Intensity) - 최고신호강도셋째, MPP(Max peak point) - MPSI가형성되는가돌리늄의몰농도지점넷째, IRMPSI (Increase Rate of MPSI) - 각 FA에서의 MPSI 증가율여기서 RSP의기준은 SI(Signal Intensity) 100 [a.u] 이상을시작점으로하였다. 표 4. 팬텀평가기준에따른정량적데이터 Table 4. Quantitative data according to phantom appraisal standard. Factor Unit 3D SPGR Sequence FA10 FA20 FA30 FA40 FA50 FA60 RSP mmol 300 300 400 400 400 400 MPSI [a.u] 2,086 3,705 5,109 6,194 7,096 7,192 MPP mmol 40 50 50 40 50 40 IRMPSI % 77.6 37.9 21.2 14.6 1.4 그림 5에서는 FA에따른신호변화를그래프로나타내었다. 정량적수치로는표 4에서보듯이 3D SPGR에서의 RSP는 FA10-20 에서 300 mmol, FA30-60 에서 400 mmol로 FA증가에따라일부변화가있었으나대체적으로큰차이를보이지는않았다. 그림 6의 MPSI 는 FA10 에서 2,086 [a.u], FA20 에서 3,705 [a.u], FA30 에서 5,109 [a.u], FA40 에서 6,194 [a.u], FA50 에서 7,096 [a.u], FA60 에서 7,192 [a.u] 로 FA증강에따라최고신호강도증가후점차감소하였다. MPP는전체적으로각 FA 모두 40-50 mmol에형성되어져있어유의한차이를보이지는않았다. IRMPSI 는 FA 10 에서 FA 60 까지 10 씩증가로각각 77.6%, 37.9%, 21.2%, 14.6%, 1.4% 의증가율을보였다. 이때 FA10 에서 FA20 변화의증가율이 77.6% 로가장높았으며, FA50 에서 FA60 으로의변화는 1.4% 로 FA가 60 에가까워질수록증가율은감소하였다. 그림 5. FA에따른 MR팬텀신호강도변화그래프 Fig. 5. SI change graph of MR phantom according to FA. 그림 6. FA 증가에따른 MPSI 변화그래프 Fig. 6. MPSI change graph according to increase of FA. 2. CE-MRA 영상과 FA에따른신호강도및아티팩트그림 7에서는서로다른 FA세팅에따른 CE-Head & Neck MRA영상을확인할수있다. 신호강도는그림 7, 8에서보듯이 Carotid Artery의 Bifurcation 에 Circle ROI를설정후 SI를측정분석하였다. 더불어임상실험에서의 FA의증가는유속을지닌 H 1 스핀신호에서아티팩트를발생시켰는데, 그림 8에서보듯이이는혈류량이많은 Common Carotid Artery보다는비교적혈관의체적이작아신호량이적은 Vertebral Artery에서주로발생하였다. 이때그림 8의화살표와같이아티팩트발생유무를체크하여평가기준에반영하였다. 즉영상의평가를위하여아래의두가지정량적기준을설정하였다. 첫째, SICB (Signal Intensity of Carotid artery Bifurcation) - Carotid Artery Bifurcation 에서의신호강도 (465)
156 Gadoteridol을 이용한 Head & Neck MR Angiography에서의 적정 Flip Angle 정현근 외 둘째, ORA (Occurence Rate of Artifact) - 아티팩트 발생비율 그림 9. Fig. 그림 7. Fig 7. FA에 따른 CE Head Neck MR Angio영상 (a) FA 50 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 (b) FA 40 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 (c) FA 35 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 (d) FA 30 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 (e) FA 25 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 (f) FA 20 에서의 CE Head Neck MR Angio영상 CE Head Neck MR Angio image according to FA. (a) CE Head Neck MR Angio image at FA 50 (b) CE Head Neck MR Angio image at FA 40 (c) CE Head Neck MR Angio image at FA 35 (d) CE Head Neck MR Angio image at FA 30 (e) CE Head Neck MR Angio image at FA 25 (f) CE Head Neck MR Angio image at FA 20 FA에 따른 신호강도 및 아티팩트 발생비율 (a) FA에 따른 신호강도변화 (b) FA에 따른 아티팩트 발생비율 9. SI and occurrence rate of artifact according to FA. (a) Signal Intensity change according to FA (b) Occurrence rate of artifact according to FA 표 5. Table 5. 임상실험 평가기준에 따른 정량적 데이터 Quantitative data according to appraisal standard of clinical study Factor Unit SICB ORA 3D SPGR Sequence FA20 FA25 FA30 FA35 FA40 [a.u] 2392.5 4165.2 4270 3502.2 3263.7 3119.6 % 0 0 20 40 50 FA50 70 서로 다른 FA를 지닌 각 10케이스씩의 혈관영상에서 FA별로 신호강도 평균을 구하였고. 아티팩트 케이스를 발생비율로 수치화 하여 표 5에 표기하였다. 이를 그림 7(a)에서 보듯이 FA에 따른 신호강도 변화그래프로 나 타내었다. 이때 SICB는 FA 20 에서 2392.5 [a.u] 로 가 장 낮았고, FA 25 에서 4165.2 [a.u], FA 30 에서 4270 [a.u]를 보인 후, FA35 에서 3502.2 [a.u], FA 40 에서 3263.7 [a.u], FA 50 에서 3119.6 [a.u]로 신호강도가 점 차 감소하였다. 이는 팬텀의 MPSI 그래프인 그림 6과 그림 8. Fig. 8. 그림 7의 Vertebral Artery에서의 아티팩트 확대영상 (a) FA 50 에서의 Vertebral Artery영상 (b) FA 40 에서의 Vertebral Artery영상 (c) FA 25 에서의 Vertebral Artery영상 Magnified Artifact Image of Vertebral Artery at Fig. 7. (a) MR image of Vertebral Artery at FA 50 (b) MR image of Vertebral Artery at FA 40 (c) MR image of Vertebral Artery at FA 25 는 조금 다른 패턴으로 고정된 H1스핀과 유속을 지닌 H1스핀은 그 반응이 다르다는 것을 알 수 있었다. 더불 어 그림 7(b)의 아티팩트 발생은 FA20, FA25 에서는 한 케이스도 발생치 않았으며, FA30 에서 2케이스, FA 35 에서 4케이스, FA 40 에서 5케이스, FA50 에서 7케 이스가 확인되었다. 즉 FA의 증가는 아티팩트 발생확 률을 상승시켰다. (466)
2016 년 3 월전자공학회논문지제 53 권제 3 호 157 Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol.53, NO.3, March 2016 Ⅳ. 고찰 MR팬텀실험을통하여 3D SPGR을사용하는 CE-Head & Neck MRA검사에서통상적인 FA의증가는가돌리늄과결합한 H 1 스핀의신호를증가시킨다는것을확인할수있었다. 다만신호강도는 FA50 까지지속적증가후 FA60 에서는 MPSI의변화가거의멈추었다. 더불어 MPP는모든 FA에서 40-50 mmol에서형성되어져있는데, 이는역으로계산하면체내 Gadoteridol 의희석율이 8-10% 에도달했을때최대신호강도를보인다는해석이된다. 다만 MRI는자장강도또는 Slewrate, 자장균질도같은장비의여러하드웨어스펙및매개변수등 GBCA 몰농도별반응에영향을미칠수있는인자들이임상현장마다모두다르게세팅되어있기때문에그반응정도에는차이가있음을염두해두어야한다. 임상영상에서는혈관내유속을지니는 H 1 스핀의경우는 FA30 까지신호강도가증가후그림7(a) 와같이 FA40 부터는다시감소하는것을확인할수있었다. 이는팬텀실험과는조금다른패턴이었는데, 그이유는팬텀에서의 H 1 스핀은 FA증가에따른경사자장변화의위상차가직접적으로신호강도에영향을미치지만, 실제혈관유속을지닌내 H 1 스핀의경우는시간별위치이동에따른위상변화가신호강도를결정하는또다른팩터로작용하기때문이다. 속도를지닌 H 1 스핀이각시간대별로지속적으로혈관내에서위치가바뀌기때문에각위치에서의위상이계속변하게되는데이런인자가팬텀과는신호수신율에차이를보여주었다. 단, 분명한건 FA의증가는팬텀실험, 임상실험모두일정부분까지신호강도를증강시키는역할을하는데, 다만유속이없는팬텀실험에서는 FA60 까지 SI증가를보인후멈추었고, 유속을지닌임상실험에서는 FA30 까지신호증가를보인후다시일부감소하는패턴을보였다. 더불어임상실험에서 FA의증가는혈관내아티팩트를발생시켰다. 이는팬텀실험에서는보이지않았으나, 임상영상을통한혈액내유속을지닌 H 1 스핀의경우 FA증가에따라발생되는위상차의격이커질수록 Flow Artifact 정도가커지는것을확인하였다. 이는특히혈관의체적이넓고, 혈류량이많은 Carotid artery 보다혈류량이적은Vertebral artery에서더발생되었는데, 그정도는 FA25 까지는 0% 였으나, FA30 에서 20%, 이후 FA60에서 70% 로 FA가증가할수록아티팩트발생비율이상승하였다. 즉, 임상현장에서높은 FA를사용시 MR영상판독에서본연구의물리적기전을고려하지않는다면판독에오류가생길수있는요인이될수도있다. 결국, Gadoteridol을이용한 CE-Head & Neck MRA 에서의적정 FA에대한평가는팬텀실험에서의 RSP, MPSI, MPP, IRMPSI 와임상실험에서의 SICB, ORA를모두고려해보아야한다. 우선 RSP는 FA의증가에일부영향이있었으나큰차이를보이지않았고, 더욱이 MR Fluoroscopy 로조영효과를육안으로확인하면서검사하는 CE-MRA 프로토콜에있어서 RSP변화는큰의미를부여하기는어렵다. 다음 MPSI와 SICB는 FA 의증가에따라신호강도가상승한다는데의미가있는데, 다만실제혈관내유속을갖는임상검사에서의 SICB를고려하였을때 FA30 를넘어선세팅은오히려신호감소를보이는걸확인하였다. 그리고 MPP는모두 40-50 mmol에서형성되는바 FA와는관계없이모두동일한희석비율에서형성되었다. 더불어 IRMPSI 는 FA 가 10 에서 30 사이의증가에서 30% 이상의높은신호증강을보였으나, 되려 40 이상의 FA에서는신호상승비율이낮음을확인하였다. 마지막으로 ORA는실제임상검사에서 FA20-25 에서는 0% 였으나, FA가 30 를넘으면서발생하기시작하였는데, 무엇보다도아티팩트발생비율은 FA증가와비례하여상승하였다. Gadoteridol 을이용한 CE Head & Neck MRA 검사에서의적정 FA는위여섯가지인자를고려하였을때, 25 를사용하는것이임상적으로높은신호강도와아티팩트가적은영상을얻을수있음을알수있었다. 그이유는팬텀실험에서의 FA20-30 의 MPSI는 3,705-5,109 [a.u] 사이로 FA가 25 일경우라면 4,000-4,500 [a.u] 정도의신호강도를얻을수있음을추론할수있는데, 임상실험 FA25 에서의 SICB가 4165.2 [a.u] 로팬텀실험의 MPSI와일치하는걸확인할수있었다. 이는각다른 FA와비교했을때, 몰농도대비가장이상적인타이밍의신호강도로보여진다. 물론임상영상에서의신호강도는 FA30 에서가장높은수치를보이기는하였으나아티팩트발생율이 20% 로증가하기때문에 FA25 와비교하여선별적으로사용해야할필요성이있다. 그리고여기에는심박수, 혈류량, 혈류속도, 경동맥혈관단면의체적등검사환자의다양한내부변 (467)
158 Gadoteridol 을이용한 Head & Neck MR Angiography 에서의적정 Flip Angle 정현근외 수와이전에거론한하드웨어적인외부변수들까지더욱고려되어져야함은물론이고, 더불어검사부위까지 GBCA가공급되어지면서형성되는희석정도에대한추가적인연구들이더욱이루어져야할것이다. Ⅴ. 결론 본연구를통하여 3D SPGR을이용한 CE-Head & Neck MRA영상에있어서매개변수 FA가어떤영향을미치는지를확인할수있었다. 우선 FA의증가는가돌리늄과결합한 H 1 스핀의신호강도에영향을미쳤으며, FA가증가하게되면스핀의유속여부에따라신호강도는일정부분까지상승하였다. 더불어 FA의증가는혈관내유속을지닌 H 1 스핀에서아티팩트를발생시켰는데, 이는 FA가높을수록발생비율역시상승하는것을확인하였다. 따라서 FA에따른신호강도와아티팩트발생비율을고려한다면, 해당연구조건에서는 Gadoteridol 를이용한 CE-Head & Neck MRA영상에서 FA 25 가가장적합한값이라고할수있겠다. 그러나각임상현장에서의다양한변수요인을고려한다면, Gadoteridol 을이용한 CE-Head & Neck MRA 검사에있어서진단학적으로유용한영상을구현하기위해서는 FA를약 20 에서 30 범위내에서적절하게조절해야할것으로사료된다. References [1] HK. Jeong, H. Jung, and H. Kim, Quantitative Analysis of GBCA Reaction by Mol Concentration Change on MRI Sequence, The Institute of Electronics and Information Engineers, vol.52, No.2, pp.182-192, Feb, 2015. [2] HK. Jeong, H. Jung, K. Nam and H. Kim, Gadoteridol's Signal Change according to TR, TE Parameters in T1 Image, The Institute of Electronics and Information Engineers, vol.52, No.9, pp.117-124, Sep, 2015. [3] HK. Jeong, H. Jung, K. Nam, G. Jang and H. Kim, Comparative Analysis of Quantitative Signal Intensity between 1.0 mol and 0.5 mol MR Contrast Agent, The Institute of Electronics and Information Engineers, vol.52, No.12, pp.134-141, Dec, 2015. [4] E. Hagberg, and K. Scheffler, Effect of r(1) and r(2) relaxivity of gadolinium-based contrast agents on the T(1)-weighted MR signal at increasing magnetic field strengths, ContrastMedia MolImaging, vol.8 no.6, pp.456-65, Nov-Dec, 2013. [5] Z. Seidl, J. Vymazal, M. Mechl, M. Goyal, M. Herman, C. Colosimo, M. Pasowicz, R. Yeung, B. Paraniak-Gieszczyk, B. Yemen, N. Anzalone, A. Citterio, G. Schneider, S. Bastianello, and J. Ruscalleda, Does higher gadolinium concentration play a role in the morphologic assessment of brain tumors? Results of a multicenter intraindividual crossover comparison of gadobutrol versus gadobenate dimeglumine(the MERIT Study), AJNRAmJNeuroradiol, vol.33, no.6, pp.1050-8, Jun, 2012. [6] H. S. Thomsen, S. K. Morcos, T. Almen, M. F. Bellin, M. Bertolotto, G. Bongartz, O. Clement, P. Leander, G. Heinz-Peer, P. Reimer, F. Stacul, A. van der Molen, J. A. Webb, and E. C. M. S. Committee, Nephrogenic systemic fibrosis and gadolinium-based contrast media: updated ESUR Contrast Medium Safety Committee guidelines, EurRadiol, vol.23, no.2, pp.307-18, Feb, 2013. [7] F. G. Shellock, and A. Spinazzi, MRI safety update 2008: part 1, MRI contrast agents and nephrogenic systemic fibrosis, AJRAm JRoentgenol, vol.191, no.4, pp.1129-39, Oct, 2008. [8] M. J. Sharafuddin, A. H. Stolpen, S. Sun, C. R. Leusner, A. A. Safvi, J. J. Hoballah, W. J. Sharp, and J. D. Corson, High-resolution multiphase contrast-enhanced three- dimensional MR angiography compared with two-dimensional time-of-flight MR angiography for the identification of pedal vessels, JVascInterv Radiol, vol.13, no.7, pp.695-702, Jul, 2002. (468)
2016년 3월 전자공학회 논문지 제53권 제3호 Journal of The Institute of Electronics and Information Engineers Vol.53, NO.3, March 2016 159 저 자 소 개 정 현 근(정회원) 2014년 고려대학교 의용과학대학원 의료영상공학과 2003년~2013년 HITACHI MRI Application Specialist 2013년~현재 Bracco Imaging Korea MRI Application Specialist <주관심분야 : 의료영상처리, 의료기기> 김 민 기(정회원) 1977년 고려대학교 전기과 1985년 Columbia Univ. 석사 1991년 Polytechnique Univ. 박사 1992년~현재 고려대학교 전자.정보 공학과 교수 <주관심분야 : 3D 영상처리> 송 재 준(정회원) 1996년 고려대학교 의학과 2000년 고려대학교 대학원 의학과 석사 2006년 고려대학교 대학원 의학과 박사 2006년~2014년 동국대학교 일산병원 이비인후과 조교수 20014년~현재 고려대학교 구로병원 이비인후과 교수 <주관심분야 : 의료기기, 생체재료, 청각신호전달> 남 기 창(평생회원) 1997년 연세대학교 의용전자공학 1999년 연세대학교 대학원 생체공학협동과정 (공학석사) 2004년 연세대학교 대학원 생체공학협동과정 (공학박사) 2004년~2005년 연세대학교 의과대학 의학공학교실 연구강사 2005년~2006년 SIEMENS 선임연구원 2006년~2007년 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Post Doc.) 2007년~2010년 한국전기연구원 선임연구원 2010년~2014년 연세대학교 의과대학 의학공학교실 연구조교수 2014년~현재 동국대학교 의과대학 의공학교실 조교수 <주관심분야: 생체신호계측, 생체신호처리, 의료기기> 최 현 성(정회원) 2004년 연세대학교 생명과학과 2008년 서울대학교 대학원 의학과 석. 박사 졸업 2008년~2011년 서울대학교 대학원 의학과 연구원 2011년~2014년 Univ. of Utah School of Medicine, Cancer Biology. 연구원 2014~현재 Texas Univ. at Dallas, Biological Science 연구원 <주관심분야 : 의료기기, 생체재료, 의료영상처리> 정 현 도(정회원) 2005년 국민대학교 신소재공학과 2015년 백석대학교 교육대학원 석사 2016년 Templeton Univ. 박사 2016년 현재 Templeton Univ. Criminal Psychology 교수 <주관심분야 : 의료영상처리, 의료기기> 김 호 철(정회원)-교신저자 2002년 고려대학교 응용전자공학과 2004년 고려대학교 의학과 석사 2009년 고려대학교 의학과 박사 2012년 현재 을지대학교 방사선학과 교수 <주관심분야 : 의료영상처리, 방사선계측> (469)