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문제 정의
- 또한 Solenoid RF 코일의 Geometry는 전자석에서의 Plant study에서는 이상적이나, 1) Transverse geometry로 인해 초전도 고자 장내에서 행해지는 연구에는 적당치 않다. 따라서 본 연구에서는 기존에 사용해 왔던 Head, Knee 코일보다 크기가 작은 Low-pass type Birdcage 코일의 SNR을 측정, 평가하여 지름 2 cm이하의 뇌를 가진 동물(개나 쥐)들을 위해 설계된 RF 코일의 유용성에 대하여 보여주고자 한다.
제안 방법
- 팬톰 영상과 Rat의 영상을 얻기 위해 사용된 Sequence는 다음과 같다. Spin echo pulse sequence를 사용하여 T1 강조 영상을 얻었으며 매개변수는 TR/TE=300/17 ms, Matrix=256x256, Field of view (FOV)=150 mm, Slice thickness=2 mm, Slice 개수는 10장이었고, T2 강조 영상을 얻기 위해 사용된 Fast spin echo pulse sequence의 매개변수는 TR/TE=3000/96 ms, Matrix=256 x 256, FOV=150 mm, Slice Thickness-2 mm, Slice 개수는 10장이었다.
- (SD)이었다. Rate 표준치 실험실 먹이를 섭취하였으며 MRI 촬영을 위하여 마취를 하였다. 마취할 때 사용된 약품은 ketamin hydrochloride이었으며 용량은 75 ㎎/㎏이었다.
- 사용한 팬톰은 지름 10 cm, 길이 18 cm의 원통형으로 팬톰 안에는 증류수를 채웠다. 각각의 코일을 사용하여 얻은 영상의 각 Slice 중심에서 Signal을 측정하였고, Background의 Signal을 측정하여 SNR을 계산하였다Q 측정한 Slices는 총 10장이었으며 각 Slice 당 신호평균(Signal average), 잡음 평균(Noise average), 신호대잡음비를 얻었다.
- 12개의 Elements를 가진 코일은 7개의 공명 Mode가 잘 나타남을 볼 수 있었다, "(2) 7개의 Mode 가운데 가장 균일한 B1 자기장을 형성하는 두 번째 Mode (Mode 1)를 3T 공명주파수(127.75 MHz)에 Tuning 시켰다. Q값의 경우, 제작된 코일의 매개변수에 의해 수식으로 계산되어진 값은 93.
- 동물용 코일의 향상된 SNR을 수치적으로 보이기 위하여 Knee 코일과 동물용 코일을 사용하여 얻은 팬 톰 영상으로부터 SNR을 측정한 뒤 계산하였다(Table 1). Table 1에서 보여주는 것과 같이 동물용 코일의 SNR 은 평균 243.
- SNR의 평가를 위하여 동물용 Birdcage 코일과 Knee coil을 비교 검토하였다. 사용한 팬톰은 지름 10 cm, 길이 18 cm의 원통형으로 팬톰 안에는 증류수를 채웠다.
대상 데이터
- Magnum 3.0T (Madinus Co, Korea) MRI scanner를 사용하였고, Birdcage type의 Knee 코일과 직접 제작한지름이 작은 동물용 코일(F0 1)을 사용하여 영상을 얻었다. Body coil이 갖추어지지 않은 상태이므로 제작된 코일은 Transceive type이다.
- 사용된 동물은 가톨릭의과학연구원 동물실험실에서 사육한 Rat으로서 품종은 Sprague-dawley (SD)이었다. Rate 표준치 실험실 먹이를 섭취하였으며 MRI 촬영을 위하여 마취를 하였다.
- Rate 표준치 실험실 먹이를 섭취하였으며 MRI 촬영을 위하여 마취를 하였다. 마취할 때 사용된 약품은 ketamin hydrochloride이었으며 용량은 75 ㎎/㎏이었다.
- 직접 제작한 동물용 Birdcage 코일은(Fig. 1)의 구조와 같이 내경 13 cm의 아크릴 원통틀을 사용하였고, 원통의 두께는 5 mm이다. 총 12개의 띠ements로 이루어진 동물용 Birdcage 코일은 폭 6 mm, 길이 20 cm, 두께 0.
- 1)의 구조와 같이 내경 13 cm의 아크릴 원통틀을 사용하였고, 원통의 두께는 5 mm이다. 총 12개의 띠ements로 이루어진 동물용 Birdcage 코일은 폭 6 mm, 길이 20 cm, 두께 0.05 mm의 구리테이프을 사용하였다. Elements의 양쪽 끝을 둘러싼 Ringe 폭 8 mm의 동일한 구리테이프를 사용하였다.
- 05 mm의 구리테이프을 사용하였다. Elements의 양쪽 끝을 둘러싼 Ringe 폭 8 mm의 동일한 구리테이프를 사용하였다.
- 비교 검토하였다. 사용한 팬톰은 지름 10 cm, 길이 18 cm의 원통형으로 팬톰 안에는 증류수를 채웠다. 각각의 코일을 사용하여 얻은 영상의 각 Slice 중심에서 Signal을 측정하였고, Background의 Signal을 측정하여 SNR을 계산하였다Q 측정한 Slices는 총 10장이었으며 각 Slice 당 신호평균(Signal average), 잡음 평균(Noise average), 신호대잡음비를 얻었다.
데이터처리
- 설계 제작된 3T 동물용 Birdcage 코일은 실험적 수치 (Q값, Channel 간의 Isolation)와 Rat의 MR 영상을 통해 그 성능이 평가되었다. 동물용 코일과 Knee 코일의 신호강도는 큰 차이를 나타내지 않았지만, 동물용 코일의 잡음평균이 Knee 코일에 비하여 상당히 감소되어나온 것은 코일자체의 Quality가 우수하다는 것을 추정할 수 있다.
성능/효과
- 잘 알려져 있다.6)다른 형태의 Volume 코일인 Saddle type의 코일이나 Slotted tube resonator에 비해 RF field uniformity가 뛰어나고, Signa-to-noise ratio (SNR)이 높고, " Circularly polarized field를 만들어 내기 위해 Quadrature type로 제작하기 쉬운 구조이다.7,8) 또한 이 코일은 대개 Whole-body system에서 사용되어지고 근래 Mini-imaging을 위해서도 적용되어지고있다.
- 1). Table 1에서 보여주는 것과 같이 동물용 코일의 SNR 은 평균 243.2 이었고 Knee 코일은 평균 129.7로서 약 두 배 정도로 증가함을 알 수 있었다. 각각의 코일에서 얻은 슬라이스의 SNRe 거의 비슷한 수치를 기록하였다.
- 각각의 코일에서 얻은 슬라이스의 SNRe 거의 비슷한 수치를 기록하였다. 동물용 코일과 Kee코일의 신호강도는 약 5600대로서 큰 차이를 나타내지 않았지만, 동물용 코일의 잡음 평균이 Knee 코일에 비하여 35 dB 이상 상당히 감소되었다.
- 2에서와 같이 Rat의 뇌 (Brain)와 척수(Spinal cord)가 증가된 SNR로 인해 높은 Contrast의 영상을 얻을 수 있었다. 또한 복강 장기에 있어서도 간, 위, 장간막, 소장 등의 정확한 해부학적 정보를 얻을 수 있었으며, 흉강에서도 심장과 종격동, 기관, 대동맥 등의 구분을 확인할 수 있었다. 그리고 높은 Quality의 전체적인 신체근육 영상을 획득할 수 있었다.
- 연구에 주로 사용되어지고 있다. 또한 위의 결과에서 보듯 이처럼 향상된 Techniquee 용적이 작은 뇌를 가진 동물의 영상을 얻는 데에도 유용함을 알 수 있었다.
후속연구
- 또한 고자장 3T 자기공명영상 시스템에서는 작은 Field-of-view (FOV)에서 보다 향상된 해상도와 높은 Signal-to-noise ratio (SNR) 의 영상을 얻을 수 있다. 따라서 보다 효율적인 Radio frequency (RF) 코일의 개발이 동반된다면 더 높은 SNR의 영상을 얻을 수 있을 것이다.
- 이 때, 고자장이 제공하는 높은 SNR의 동물 영상을 이용한다면 연구에 큰 도움이 될 것이다.
- 따라서 높은 질의 동물영상을 얻기 위해 적절한 크기의 동물 코일 개발이 절실히 요구되는 상황이다. 동물의 Brain (fMRI, MRA, MRS) 뿐만 아니라 복강 장기, 근육 등 특히 해부학적 형태의 차이에 따른 질병의 진단에 있어서 결과에서 제시한 질 높은 영상을 얻기 위해 동물용 코일의 개발은 수의임상진단의 영역을 획기적으로 확대시키는 결정적 역활을 할 것으로 사료된다.
- 5 T MRI에 비하여 높은 신호대잡음비를 이용하여 고해상도의 영상을 얻어낼 수 있는 것은 큰 장점 중의 하나이다. 이러한 장점을 인체에 비해 모든 기관이 작은 동물 영상을 얻는데 적용할 수 있다면, 동물을 이용한 다양한 임상적 실험에서도 더 많은 해부학적 및 기능적 정보를 얻을 수 있을 것이다. 또한 고자장 3T 자기공명영상 시스템에서는 작은 Field-of-view (FOV)에서 보다 향상된 해상도와 높은 Signal-to-noise ratio (SNR) 의 영상을 얻을 수 있다.
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