자기공명 영상장치를 활용한 석회화의 정량화 기법에 관한 연구 : X-ray CT와의 비교연구 A Study on Quantification Technique of Calcification Using Magnetic Resonance Imaging: A Comparison with X-Ray Computed Tomography원문보기
목적: 본 연구는 고 밀도 석회화를 MRI로 정량화 할 수 있는 기법을 제안하고, 이를 Computed Tomography (CT)로 획득한 영상과 비교 분석 및 정량적 분석을 통하여 MRI를 이용한 고 밀도 석회화 영상화 기법의 효율성을 검증한다.
대상 및 방법: CT와 X-ray 촬영한 환자 중 석회화를 갖고있는 환자와 동물의 뼈, 팬텀을 대상으로 CT와 MRI의 T1 강조영상, ...
목적: 본 연구는 고 밀도 석회화를 MRI로 정량화 할 수 있는 기법을 제안하고, 이를 Computed Tomography (CT)로 획득한 영상과 비교 분석 및 정량적 분석을 통하여 MRI를 이용한 고 밀도 석회화 영상화 기법의 효율성을 검증한다.
대상 및 방법: CT와 X-ray 촬영한 환자 중 석회화를 갖고있는 환자와 동물의 뼈, 팬텀을 대상으로 CT와 MRI의 T1 강조영상, T2 강조영상, Gradient echo (GRE) T2* 강조영상, 자화 율 강조 영상 (Susceptibility Weighted Imaging; SWI), Zero Echo Time (ZTE) 영상을 촬영하였다. 팬텀은 원형으로 제작 하였으며 탄산칼슘(CaCO3)의 농도를 0.5 g/ml, 1.0 g/ml, 1.5 g/ml, 2,0g/ml로 6개씩 제작하여 대각선으로 일정하게 배열하였고, 바이알 주변은 증류수와 CuSO4를 15g/L로 채워 공기가 들어가지 않도록 봉합 하였다.
결과: 팬텀 실험 결과, CT 영상에서는 농도에 따라 일정하게 신호가 증가하는 경향을 보였다. MRI의 ZTE 영상은 농도가 증가에 따라 신호가 감소하는 경향을 보였다. CT 영상과 MRI 영상을 동일한 위치 관심영역 (Region-Of-Interest; ROI)을 지정하여 선형회귀모델 통한 상관관계를 분석한 결과, 결정계수는 0.9674 (p<0.001)로 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다. GRE T2* 영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 변화가 없었다. GRE T2* 영상과 CT와의 상관관계분석 결과, 결정계수는 0.7177 (p<0.001)로 나타났다. SWI 영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 증가하는 양상을 보였다. SWI 영상과 CT와의 상관관계분석 결과, 결정계수는 0.6091 (p<0.001)로 나타났다. T1 강조영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 증가하는 양상을 보였다. T1 강조영상과 CT와의 상관 관계분석 결과, 결정계수는 0.002124 (p<0.8307)로 나타났다. T2 강조영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 양상을 보였다. T2 강조영상과 CT와의 상관 관계분석 결과, 결정계수 0.7434(p<0.001)로 나타났다. 동물 뼈의 실험에서 CT 영상과 MRI 영상을 동일한 위치 관심영역 (Region-Of-Interest; ROI)을 지정하여 선형회귀모델 통한 상관관계를 분석한 결과, MRI의 ZTE 영상의 결정계수는 0.8748 (p<0.0196)로 나타났다. MRI의 GRE T2* 영상의 결정계수는 0.3133(p<0.3265)이고, SWI 영상의 결정계수는 0.2634 (p<0.3765)로 나타났다. T1 강조영상의 결정계수는 0.7414 (p<0.0609)이고, T2 강조영상의 결정계수는 0.5265(p<0.1653)로 나타났다.
결론: MRI ZTE 검사기법은 MRI의 일반적인 검사기법과 다르게 고 밀도 석회화 검사 시 CT 영상과 일정한 상관관계가 있고, 정량화 할 수 있다. 이에 뼈와 석회화를 위한 MRI의 ZTE 검사는 CT의 불필요한 추가 검사를 줄일 수 있고, 더불어 환자의 피폭 선량 감소효과 얻을 수 있다고 사료된다.
목적: 본 연구는 고 밀도 석회화를 MRI로 정량화 할 수 있는 기법을 제안하고, 이를 Computed Tomography (CT)로 획득한 영상과 비교 분석 및 정량적 분석을 통하여 MRI를 이용한 고 밀도 석회화 영상화 기법의 효율성을 검증한다.
대상 및 방법: CT와 X-ray 촬영한 환자 중 석회화를 갖고있는 환자와 동물의 뼈, 팬텀을 대상으로 CT와 MRI의 T1 강조영상, T2 강조영상, Gradient echo (GRE) T2* 강조영상, 자화 율 강조 영상 (Susceptibility Weighted Imaging; SWI), Zero Echo Time (ZTE) 영상을 촬영하였다. 팬텀은 원형으로 제작 하였으며 탄산칼슘(CaCO3)의 농도를 0.5 g/ml, 1.0 g/ml, 1.5 g/ml, 2,0g/ml로 6개씩 제작하여 대각선으로 일정하게 배열하였고, 바이알 주변은 증류수와 CuSO4를 15g/L로 채워 공기가 들어가지 않도록 봉합 하였다.
결과: 팬텀 실험 결과, CT 영상에서는 농도에 따라 일정하게 신호가 증가하는 경향을 보였다. MRI의 ZTE 영상은 농도가 증가에 따라 신호가 감소하는 경향을 보였다. CT 영상과 MRI 영상을 동일한 위치 관심영역 (Region-Of-Interest; ROI)을 지정하여 선형회귀모델 통한 상관관계를 분석한 결과, 결정계수는 0.9674 (p<0.001)로 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다. GRE T2* 영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 변화가 없었다. GRE T2* 영상과 CT와의 상관관계분석 결과, 결정계수는 0.7177 (p<0.001)로 나타났다. SWI 영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 증가하는 양상을 보였다. SWI 영상과 CT와의 상관관계분석 결과, 결정계수는 0.6091 (p<0.001)로 나타났다. T1 강조영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 후 농도 1.5g/mL 이상에서는 증가하는 양상을 보였다. T1 강조영상과 CT와의 상관 관계분석 결과, 결정계수는 0.002124 (p<0.8307)로 나타났다. T2 강조영상은 농도에 따라 일정하게 신호가 감소한 양상을 보였다. T2 강조영상과 CT와의 상관 관계분석 결과, 결정계수 0.7434(p<0.001)로 나타났다. 동물 뼈의 실험에서 CT 영상과 MRI 영상을 동일한 위치 관심영역 (Region-Of-Interest; ROI)을 지정하여 선형회귀모델 통한 상관관계를 분석한 결과, MRI의 ZTE 영상의 결정계수는 0.8748 (p<0.0196)로 나타났다. MRI의 GRE T2* 영상의 결정계수는 0.3133(p<0.3265)이고, SWI 영상의 결정계수는 0.2634 (p<0.3765)로 나타났다. T1 강조영상의 결정계수는 0.7414 (p<0.0609)이고, T2 강조영상의 결정계수는 0.5265(p<0.1653)로 나타났다.
결론: MRI ZTE 검사기법은 MRI의 일반적인 검사기법과 다르게 고 밀도 석회화 검사 시 CT 영상과 일정한 상관관계가 있고, 정량화 할 수 있다. 이에 뼈와 석회화를 위한 MRI의 ZTE 검사는 CT의 불필요한 추가 검사를 줄일 수 있고, 더불어 환자의 피폭 선량 감소효과 얻을 수 있다고 사료된다.
Purpose: This study proposes a quantification method to visualize the calcification with Magnetic Resonance Imaiging (MRI), and verifies the effectiveness of the calcification visualization using MRI through comparative and quantitative analysis with X-ray Computed Tomography (CT).
Material...
Purpose: This study proposes a quantification method to visualize the calcification with Magnetic Resonance Imaiging (MRI), and verifies the effectiveness of the calcification visualization using MRI through comparative and quantitative analysis with X-ray Computed Tomography (CT).
Materials and Methods: CT image, T1 weighted MR image, T2 MR weighted image, Gradient echo (GRE) T2* weighted MR image, Susceptibility Weighted MR Image (SWI), and Zero Echo Time (ZTE) MR image were obtained using ex-vivo bovine bone, phantom, and patient with calcification. The phantom used in this study consists of six circular vials with concentrations of calcium carbonate (CaCO3) (0.5 g/ml, 1.0 g/ml, 1.5 g/ml, and 2.0 g/ml). Vials with different concentrations were arranged diagonally to check the effect of possible nonuniformity due to the inhomogeneity of B1 and B0.
Results: As a result of the phantom experiment, the CT image showed a tendency to increase the signal uniformly with the concentration. ZTE images tended to decrease in signal with increasing concentration. In a linear regression model of the CT image and the ZTE image, as a result of correlation analysis between ZTE and CT images, the coefficient of determination was 0.9674 (p <0.001). GRE images did not change at CaCO3 concentrations above 1.5 g/ml. As a result of correlation analysis between GRE T2* image and CT, the coefficient of determination was 0.7177 (p <0.001). The SWI image showed a tendency to increase at concentrations above 1.5 g/ml. As a result of correlation analysis between SWI image and CT, the coefficient of determination was 0.6091 (p <0.001). T1-weighted images showed a tendency to increase at concentrations above 1.5g/mL after a constant decrease in signal with concentration. As a result of correlation analysis between T1-weighted images and CT, the coefficient of determination was 0.002124 (p <0.8307). T2-weighted images showed a constant decrease in signal with concentration. As a result of correlation analysis T2-weighted images, the coefficient of determination was 0.7434 (p <0.001). As a result of animal bone experiment, the ZTE linear regression model with the same position ROI as the CT image showed y = 2043.9552 + -0.3173x and the coefficient of determination was 0.8748 (p <0.0196). The linear regression model of GRE T2* was y = 849.3827 + -0.4953x and the coefficient of determination was 0.3133 (p <0.3265). The linear regression model of SWI was y = 793.2637 + -0.06246x and the coefficient of determination was 0.2634 (p <0.3765). The linear regression model of the T1-weighted image was y = 1483.7843 + -0.2009x and the coefficient of determination was 0.7414 (p <0.0609). The linear regression model of the T2-weighted image is y = 1178.4471 + -0.2205x and the crystal coefficient is 0.5265 (p <0.1653).
CONCLUSIONS: The MRI ZTE technique is highly correlated with CT imaging and can be used to quantify the high density calcification. MRI ZTE test for bone and calcification can reduce the unnecessary additional examination of CT and reduce the dose of patients. Key word: Calcification, Zero TE (ZTE: Zero Echo Time), X-Ray Computed Tomography (CT)
Purpose: This study proposes a quantification method to visualize the calcification with Magnetic Resonance Imaiging (MRI), and verifies the effectiveness of the calcification visualization using MRI through comparative and quantitative analysis with X-ray Computed Tomography (CT).
Materials and Methods: CT image, T1 weighted MR image, T2 MR weighted image, Gradient echo (GRE) T2* weighted MR image, Susceptibility Weighted MR Image (SWI), and Zero Echo Time (ZTE) MR image were obtained using ex-vivo bovine bone, phantom, and patient with calcification. The phantom used in this study consists of six circular vials with concentrations of calcium carbonate (CaCO3) (0.5 g/ml, 1.0 g/ml, 1.5 g/ml, and 2.0 g/ml). Vials with different concentrations were arranged diagonally to check the effect of possible nonuniformity due to the inhomogeneity of B1 and B0.
Results: As a result of the phantom experiment, the CT image showed a tendency to increase the signal uniformly with the concentration. ZTE images tended to decrease in signal with increasing concentration. In a linear regression model of the CT image and the ZTE image, as a result of correlation analysis between ZTE and CT images, the coefficient of determination was 0.9674 (p <0.001). GRE images did not change at CaCO3 concentrations above 1.5 g/ml. As a result of correlation analysis between GRE T2* image and CT, the coefficient of determination was 0.7177 (p <0.001). The SWI image showed a tendency to increase at concentrations above 1.5 g/ml. As a result of correlation analysis between SWI image and CT, the coefficient of determination was 0.6091 (p <0.001). T1-weighted images showed a tendency to increase at concentrations above 1.5g/mL after a constant decrease in signal with concentration. As a result of correlation analysis between T1-weighted images and CT, the coefficient of determination was 0.002124 (p <0.8307). T2-weighted images showed a constant decrease in signal with concentration. As a result of correlation analysis T2-weighted images, the coefficient of determination was 0.7434 (p <0.001). As a result of animal bone experiment, the ZTE linear regression model with the same position ROI as the CT image showed y = 2043.9552 + -0.3173x and the coefficient of determination was 0.8748 (p <0.0196). The linear regression model of GRE T2* was y = 849.3827 + -0.4953x and the coefficient of determination was 0.3133 (p <0.3265). The linear regression model of SWI was y = 793.2637 + -0.06246x and the coefficient of determination was 0.2634 (p <0.3765). The linear regression model of the T1-weighted image was y = 1483.7843 + -0.2009x and the coefficient of determination was 0.7414 (p <0.0609). The linear regression model of the T2-weighted image is y = 1178.4471 + -0.2205x and the crystal coefficient is 0.5265 (p <0.1653).
CONCLUSIONS: The MRI ZTE technique is highly correlated with CT imaging and can be used to quantify the high density calcification. MRI ZTE test for bone and calcification can reduce the unnecessary additional examination of CT and reduce the dose of patients. Key word: Calcification, Zero TE (ZTE: Zero Echo Time), X-Ray Computed Tomography (CT)
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