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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 3 T 고자장에서 우수한 균질성을 유지하면서 효율적인 시간 안에 제작할 수 있는 솔레노이드 코 일을 제작하여 동물영상 획륵 시 높은 신호대 잡옴비와 Q.factor값을 획륵하고자 한다. 이를 틍해서 동물 전신촬영 시 고 자장 MRI장비에서 보다 우수한 영상을 얻을 수 있는 방법으로 솔레노이드 형태의 RF코일이 사옹 가능한 지 확인하고자 하였다.
- factor값을 획륵하고자 한다. 이를 틍해서 동물 전신촬영 시 고 자장 MRI장비에서 보다 우수한 영상을 얻을 수 있는 방법으로 솔레노이드 형태의 RF코일이 사옹 가능한 지 확인하고자 하였다.
제안 방법
- MRI 영상을 획득할 때 외부 자기장 (B0 magnetic field) 에 수직이 되도록 코일을 정렬시켰다 (Figure3). Copper sulfate 수용액 팬텀 (CuS%; 0.7g/L) 및 동물을 촬영할 때 각각 네트워크 분석 기 (network analyzer; Hewlet - Packard, HP4195A) 로 공명주파수 (123.48 MHz; proton Larmor frequency)를 정확히 일치시킨 후 최적화된 영상이 산출할 수 있도록 조정하였다
- 7 g/L) 과 길이 20 cm의 동물 (rat)을 이용하였다. 또한 T1 - 강조 MR영상을 획득하기 위하여 사용한 MRI 매 개 변수 (parameter) 은 FOV (field of view) = 150X 150 mm, TR (repetition time) / TE (echo time) = 300/ 15 ms, NEX=2, slice thickness/gap = 5.0/0.5, Matrix= 256X 128 이었고, 펄스시퀀스는 spin echo 방식을 이용하였다. 결과물로 서 획득한 팬톰 영상 (Figure 5)에서 영상의 왜곡 없이 균질 한 용액 상태를 잘 보여주고 있다.
- (8). 본 연구에서는 3번을 감아 인덕턴스를 조정하여 높은 민감도를 얻을 수 있도륵 조정하였다.
- 제작된 코일의 Q-factor와 bandwidth의 값은 Table 1에 제 시되어 있다. 제작된 코일을 네트워크 분석기를 이용하여 3T 에서 작동할 수 있는 정확한 공명주파수를 확보하였다.
대상 데이터
- 동물은 쥐 (rat)를 사용하였고, 쥐의 무게는 240g이었다.Ketamin Hydrosulfate 마취제를 이용하여 안락사 시 킨 후 24 시간이 경과되지 않은 상태에서 영상을 획득하였다. 여기서 안 락사를 시킨 이유는 실험장소까지 동물 수송을 용이하게 하며, 실험 시에도 동물의 움직임을 최소화하여 실험을 용이하게 하기 위함이었다.
- 동물은 쥐 (rat)를 사용하였고, 쥐의 무게는 240g이었다.Ketamin Hydrosulfate 마취제를 이용하여 안락사 시 킨 후 24 시간이 경과되지 않은 상태에서 영상을 획득하였다.
- 본 연구에 수행한 모든 실험은 국내 주아이솔테크날로지 (ISOL Technology) 에 설치되어 있는 인체 전신형 Forte U (ISOL-HITACHI) 3T MRWRS 장비를 이옹하여 수행되었다.
- 솔레노이드 코일은 아크릴 구조물에 너비 2 cm, 두께 0.05 cm, 길이 10 cm외 구리 테잎으로 3번 감긴 형태로 제작하였다. 구리 테잎을 감을 때는 실린더 축과 수직이 되도륵 감았으 며 테잎간외 간격은 2 cm으로 하였다.
- 제작된 코일의 주파수를 공명주파수에 일치시킬 때 사용한팬텀 (phantom)은 직접 제작한 copper sulfate 수용액 팬텀 (CuSO4; 0.7 g/L) 과 길이 20 cm의 동물 (rat)을 이용하였다. 또한 T1 - 강조 MR영상을 획득하기 위하여 사용한 MRI 매 개 변수 (parameter) 은 FOV (field of view) = 150X 150 mm, TR (repetition time) / TE (echo time) = 300/ 15 ms, NEX=2, slice thickness/gap = 5.
이론/모형
- 솔레노이드 코일의 내부에서 발생하는 유도 자기장은 앙페 르 법칙(Ampere's Law)에 따라 투과도(permeability) 및 길 이 당 솔레노이드 코일의 감긴 수 그리고 전류의 세기에 비례 한다. (7).
- 제작된 코일을 실제 실험에 사옹하기 전에 XFDTD-™ (Finite Difference Time Domain-method)을 이옹하여 시뮬 레이션을 하였다. 사옹된 XFDTD-™ method는 현재 3D 전 자기장 장비 등외 시뮬레이션 해석에 가장 널리 쓰이는 방식 이다.
성능/효과
- Figure 7은 시상(coronal) T1-강조 영상으로서 쥐 의 머리부터 꼬리 부분 까지 비교적 선명한 영상을 보여준다.또한 척추, 근육과 내부 장기 등의 구분이 비교적 선명하게 구 분 가능하고, 개체 전신이 하나의 영상 안에 전체적으로 균질 하게 나타났다.
- 본 연구를 통하여 3 T 이상의 horizontal bore를 장착한 MRI 장비에서 고해상도 영상을 얻기 위해서 솔레노이드 코일이 우 수할 것이라는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 최근 전세계 적인 관심이 모아지고 있는 줄기세포의 방사선 물질을 표지화 하여 즐기세포외 위치 추적을 하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데 (16), 본 연구에서 개발한 솔레노이드 코일을 사옹하여 높은 해상도의 영상을 틍하여 즐기세포 추적이 매우 옹이하리 라 사료된다.
- 본 연구에서 개발된 솔레노이드 코일은 고자장에서 매우 효 율적으로 작동하였고 비교적 높은 해상도의 영상들을 제공하였다. 물론, 다른 연구와 실험 설계가 달라 직접적인 비교는 어렵다.
후속연구
- MRI를 이용하여 동물의 조직 영상을 보는데 있어 , RF design 코일이 쓰이는데, 같은 코일을 이용하여서도 고자장에 맞는 주 파수에서 공명이 되는 코일을 제작함으로써 좀 더 향상된 영상 을 얻을 수 있을 것이다. 특히 동물과 같은 작은 대상의 영상 을 얻는데는 자기장의 균질성 보다는 SNR값이 더욱 중요하므 로 솔레노이드 코일이 이런 면에서 가장 적합하다고 판단된다.
- 면 민감도가 향상된 영상을 얻을 수 있기 때문에 지금까지 진 단하기 어렵거나, 지나쳤던 병변을 찾아낼 수 있을 것으로 기 대할 수 있다. 단, 현재로서는 초전도체 시스템 상에서 성인 대 상보다 신생아 혹은 저체중아 그리고 미숙아과 같은 크기가 작은 인체를 대상으로 활용 가능성을 기대할 수 있다.
- 본 연구에서 개발한 솔레노이드 코일의 특성 분석에서 3 T 와 L5 T 장비에서 적응했을 때 자장의 세기에 따라 SNR외 변화 (17) 에 대한 정량적 영가와 솔레노이드 코일 사이즈에 따라 영상을 커버하는 FOV외 사이즈 또한 매우 민감하다는 보 고 (18, 19)에 따라 실제로 FOV외 정량적 변화에 따른 분석 을 후속 연구로서 수행할 필요가 있다고 판단된다. 또한 추가 적으로 SNR을 최적화하기 위해서 솔레노이드 코일의 반지틈 이나 구리 테잎의 감는 흿수의 변화를 틍해 SNR외 변화 양상 을 보는 (20, 21) 추가적인 연구 또한 필요하다고 사료된다.또한 이번 연구에서 얻은 영상이 움직임이 없는 대상으로부터 얻은 것이므로, 실제 살아있는 동물의 장기의 영상을 얻을 경우에는 비교적 움직임이 적은 뇌와 같은 장기에 좀 더 적합할 가능성도 있다.
- 본 연구를 통하여 3 T 이상의 horizontal bore를 장착한 MRI 장비에서 고해상도 영상을 얻기 위해서 솔레노이드 코일이 우 수할 것이라는 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 최근 전세계 적인 관심이 모아지고 있는 줄기세포의 방사선 물질을 표지화 하여 즐기세포외 위치 추적을 하려는 연구가 활발히 진행되고 있는데 (16), 본 연구에서 개발한 솔레노이드 코일을 사옹하여 높은 해상도의 영상을 틍하여 즐기세포 추적이 매우 옹이하리 라 사료된다.
- 본 연구를 틍하여 현재 사옹되고 있는 고자장 3 T MRI 장 비에서 솔레노이드 코일을 이옹하면 고해상도의 영상을 획륵할 수 있기 때분에 더욱더 미세한 병변을 발견할 수 있으므로 조 기 및 정밀 진단에 매우 도움을 즐 수 있다고 판단되고, 이에 따라 기초외학 연구 및 임상연구의 발전에 매우 중요한 외외 가 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 개발한 솔레노이드 코일의 특성 분석에서 3 T 와 L5 T 장비에서 적응했을 때 자장의 세기에 따라 SNR외 변화 (17) 에 대한 정량적 영가와 솔레노이드 코일 사이즈에 따라 영상을 커버하는 FOV외 사이즈 또한 매우 민감하다는 보 고 (18, 19)에 따라 실제로 FOV외 정량적 변화에 따른 분석 을 후속 연구로서 수행할 필요가 있다고 판단된다. 또한 추가 적으로 SNR을 최적화하기 위해서 솔레노이드 코일의 반지틈 이나 구리 테잎의 감는 흿수의 변화를 틍해 SNR외 변화 양상 을 보는 (20, 21) 추가적인 연구 또한 필요하다고 사료된다.
- 그러나 본 연구의SNR값이 약 1000에 가까웠던 것은 다른 몇 몇 연구에서의 RF코일에서 보여준 SNR값이 10에서 부 터700전후였던 것을 감안 한다면 매우 향상된 값임을 알 수 있다(13, 14, 22). 이를 통해서 동물실험에서 안정성을 확보한 후 생 체외 (in vitro) 영상이나 혹은 신생아(neonate) 의 영상을 얻는 등의 임상에의 이용이 충분히 가능할 것으로 기대할 수 있다. 이는 고해상도 산출이 가능한 솔레노이드 코일을 사용하여 신생아의 전신 영상을 획득할 수 있다는 점에서 더욱 유용 성이 높다 (13).
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