[논문]정형보철용 금속을 이용한 자기공명영상왜곡의 정량적 평가

김형균

doi:10.7742/jksr.2013.7.1.057

[국내논문] 정형보철용 금속을 이용한 자기공명영상왜곡의 정량적 평가
Quantitative evaluation of MRI distortion using orthopedic prosthetic metal 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.7 no.1, 2013년, pp.57 - 62

김형균 (차 의과학대학교 구미차병원 영상의학과)

초록
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자기공명영상은 많은 장점에도 불구하고 체내에 정형보철이 있는 경우 자화율 차이로 영상왜곡이 발생한다. 스테인리스와 티타늄 시험편을 $65{\times}15{\times}2mm$로 동일하게 제작하여 phantom과 돼지고기에 부착 한 후 자기공명영상과의 관계를 알아보았다. phantom 영상을 통해 영상왜곡의 길이와 돼지 뼈를 통한 신호강도의 변화, 피하조직의 지방억제 정도를 정량적으로 평가 하였다. 스테인리스는 티타늄에 비해 길이 방향으로 4.4배, 높이 방향으로 2.8배 영상왜곡이 크며, 신호강도는 58.5%로 상대적으로 낮았다. 피하조직 지방억제는 Normal의 56.2%에 비해 스테인리스는 16.04%, 티타늄은 54.53%로 나타났다. 실험 결과 자기공명영상의 영상학적 진단가치는 스테인리스 보다 티타늄 금속이 부착 된 경우 더 우수한 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Despite the many advantages of magnetic resonance imaging in orthopedic prosthetic body image distortion to the differences in the magnetic susceptibility occurs. Attached to the phantom and pork produced by the same $65{\times}15{\times}2mm$ stainless steel and titanium specimen examined the relationship between magnetic resonance imaging and phantom images, the signal intensity changes of the subcutaneous tissue, fat-suppressed quantitative assessment of the degree through the length of image distortion and pig bones. Stainless steel to titanium to 2.8 times 4.4 times in the longitudinal direction than in the direction of the height of large image distortion, signal strength is relatively low 58.5%. Normal 56.2% compared to the subcutaneous tissue, fat-suppressed, were stainless steel 16.04%, 54.53% titanium. Experimental results than the diagnostic value of magnetic resonance imaging (MRI) images of stainless steel with a titanium metal if better could see.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 현재 임상에서 정형보철용으로 많이 사용되고 있는 스테인리스(Stainless)와 티타늄(Titanium)금속이 MRI에 미치는 영향을 Phantom과 돼지뒷다리를 이용하여 정량적 왜곡평가를 하고자 하였다. 본 논문은 “정형보철용 금속이 자기공명영상에 미치는 영향 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ ”의^[6]-[8] 실험을 기초로 하여 영상왜곡에 대한 실험물질과 시험편의 복합적인 평가를 하고자 하였다.
하지만 MRI는 체내에 금속성 이식물(biomedical metallic implants)이 있는 경우에는 자화율(magnetic susceptibility)차이로 발생 하는 인공물의 영향으로 앞서의 여러 장점에도 불구하고 시행여부를 신중히 선택하여야 한다^[4],[5]. 이에 현재 임상에서 정형보철용으로 많이 사용되고 있는 스테인리스(Stainless)와 티타늄(Titanium)금속이 MRI에 미치는 영향을 Phantom과 돼지뒷다리를 이용하여 정량적 왜곡평가를 하고자 하였다. 본 논문은 “정형보철용 금속이 자기공명영상에 미치는 영향 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ ”의^[6]-[8] 실험을 기초로 하여 영상왜곡에 대한 실험물질과 시험편의 복합적인 평가를 하고자 하였다.

제안 방법

먼저 Phantom 영상에서 왜곡이 크게 일어난 시상면 영상을 통해 왜곡의 길이와 높이를 측정하였으며, 뼈 영상을 통해 영상왜곡이 크게 일어난 Metal의 동일한 위치에서 각 단면의 T2WI(T2 Weighted Image), T1WI(T1 Weighted Image)의 신호강도를 비교하였다. 또한 돼지고기 피하조직에 대한 지방억제영상을 통해 시편이 없을 때를 기준으로 스테인리스와 티타늄을 상호 비교하여 병리학적 진단이어려운 지방조직병변의 진단적 가치에 대해 정량적 평가를 하였다.
본 논문은 Phantom과 돼지 뒷다리의 자기공명영상을 통해 영상의 정량적 왜곡평가에 중점을 두었으며 스테인리스와 티타늄 시험편을 이용한 상대적 영상을 비교하였다. 먼저 Phantom 영상에서 왜곡이 크게 일어난 시상면 영상을 통해 왜곡의 길이와 높이를 측정하였으며, 뼈 영상을 통해 영상왜곡이 크게 일어난 Metal의 동일한 위치에서 각 단면의 T2WI(T2 Weighted Image), T1WI(T1 Weighted Image)의 신호강도를 비교하였다. 또한 돼지고기 피하조직에 대한 지방억제영상을 통해 시편이 없을 때를 기준으로 스테인리스와 티타늄을 상호 비교하여 병리학적 진단이어려운 지방조직병변의 진단적 가치에 대해 정량적 평가를 하였다.
4mm로 횡단면을 얻었으며, 격자수는 320 × 256, 여기횟수는 2, 방향은 주자장의 장축을 주파수 부호화 방향으로 하였으며 검사시간은 각각 5분22초가 소요되었다. 본 논문은 Phantom과 돼지 뒷다리의 자기공명영상을 통해 영상의 정량적 왜곡평가에 중점을 두었으며 스테인리스와 티타늄 시험편을 이용한 상대적 영상을 비교하였다. 먼저 Phantom 영상에서 왜곡이 크게 일어난 시상면 영상을 통해 왜곡의 길이와 높이를 측정하였으며, 뼈 영상을 통해 영상왜곡이 크게 일어난 Metal의 동일한 위치에서 각 단면의 T2WI(T2 Weighted Image), T1WI(T1 Weighted Image)의 신호강도를 비교하였다.
선행 연구 논문에서^[6]-[8] Phantom과 돼지 뼈, 돼지고기를 이용한 개별적인 실험연구를 하였다면 본 논문에서는 3가지 실험도구를 전부 활용하여 스테인리스와 티타늄이 자기공명영상에 미치는 영향을 실험 영상으로 왜곡평가를 하였다. Phantom의 영상왜곡 평가는 전체영상에서 왜곡이 가장 크게 일어난 영상단면을 활용하여 실제 왜곡부분의 길이와 높이방향을 측정하였다.

대상 데이터

Fig. 1 은 본 연구에 사용된 시험편으로 실제 인체에 사용하는 스테인리스 와 티타늄으로 65 x 15 x 2mm 의 크기로 제작 하였다. Table 1 은 시편 금속의 화학적 구성성분을 나타내었다.

데이터처리

돼지고기를 이용한 피하조직의 지방 신호 억제가 스테인리스와 티타늄에 따라 어느 정도인지 Normal 영상과 비교하였다. 지방성분이 밝게 나오는 T1강조영상과 T1강조영상 지방억제기법으로 피하조직에 신호강도를 3회 측정 후 평균값으로 지방 신호 억제율을 비교하였다.
돼지고기를 이용한 피하조직의 지방 신호 억제가 스테인리스와 티타늄에 따라 어느 정도인지 Normal 영상과 비교하였다. 지방성분이 밝게 나오는 T1강조영상과 T1강조영상 지방억제기법으로 피하조직에 신호강도를 3회 측정 후 평균값으로 지방 신호 억제율을 비교하였다. Fig.

이론/모형

선행연구^[6]-[8]의 실험방법과 같이 실제 임상에 적용하는 Knee MRI Coil과 영상 Protocol을 이용하여 시상면 20 Slice, 횡단면 27 Slice의 영상을 얻었다. 영상 크기는 200mm, 절편두께는 3mm, 절편간격은 0.

성능/효과

3. 돼지고기를 이용한 피하조직의 지방 억제율을 비교한 실험에서 정상적인 Normal영상은 56.02%의 지방억제율을 보였지만 스테인리스 경우는 16.04%로 지방억제가 잘 되지 않았으며, 티타늄의 경우에는 54.53%로 피하조직의 지방억제가 Normal영상에 가깝게 나타났다.
1. 내부 구성 물질이 균일한 Phantom을 이용한 영상 왜곡 실험에서 스테인리스는 티타늄에 비해 길이 방향으로 4.4배, 높이방향으로 2.8배 크게 영상왜곡이 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 시험편 양쪽 가장자리에서 영상왜곡이 모두 일어났으며 영상왜곡의 길이와 크기는 대칭적으로 모두 동일하였다.
2. 돼지 뼈를 이용한 자기공명영상의 신호강도 측정에서는 다양한 변수를 적용한 영상 모두에서 티타늄의 영상신호강도가 높게 나타났으며 결과적으로 티타늄에 비해 스테인리스 영상은 58.5%의 상대적 영상신호강도를 나타냈다. 이것은 현재 임상에서 정형보철용금속으로 사용되는 스테인리스와 티타늄 물질 상호간 자기공명영상의 신호강도에 차이가 있어 영상 진단에 많은 영향을 미칠 수 있다는 것을 반증한다.
8배 크게 영상왜곡이 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 시험편 양쪽 가장자리에서 영상왜곡이 모두 일어났으며 영상왜곡의 길이와 크기는 대칭적으로 모두 동일하였다.
본 실험을 통한 자기공명영상의 진단적 판단으로 볼 때 다양한 물질과 다양한 영상기법을 적용한 실험 모두에서 영상학적 진단가치는 스테인리스 보다 티타늄 금속이 좋은 결과를 나타냈다
5%의 상대적 영상신호강도를 나타냈다. 이것은 현재 임상에서 정형보철용금속으로 사용되는 스테인리스와 티타늄 물질 상호간 자기공명영상의 신호강도에 차이가 있어 영상 진단에 많은 영향을 미칠 수 있다는 것을 반증한다.

후속연구

이는 자기공명영상에서 동일한 크기의 시험편이지만 티타늄이 스테인리스의 구성성분보다 자장자화율에^[9] 적은 영향을 미친 것으로 판단한다. 실제 임상에서 사용하는 정형보철에 대한 영상왜곡 평가를 인체에 적응성이 높은 실험을 위해 돼지 뼈와 돼지고기를 활용하였지만 다양한 생물형태의 살아있는 조직과의 차이가 자기공명영상에 어떤 작용을 하였는지는 본 실험에서 알 수 없는 한계라 본다. 선행연구^[6]-[8]에서 스테인리스가 부착 된 경우 피하조직 지방 억제율은 33.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스테인리스와 티타늄 금속이 Phantom, 돼지 뼈, 돼지고기에 대해 자기공명영상에 미치는 영향을 실험한 결과는?	1. 내부 구성 물질이 균일한 Phantom을 이용한 영상 왜곡 실험에서 스테인리스는 티타늄에 비해 길이 방향으로 4.4배, 높이방향으로 2.8배 크게 영상왜곡이 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 시험편 양쪽 가장자리에서 영상왜곡이 모두 일어났으며 영상왜곡의 길이와 크기는 대칭적으로 모두 동일하였다. 2. 돼지 뼈를 이용한 자기공명영상의 신호강도 측정에서는 다양한 변수를 적용한 영상 모두에서 티타늄의 영상신호강도가 높게 나타났으며 결과적으로 티타늄에 비해 스테인리스 영상은 58.5%의 상대적 영상신호강도를 나타냈다. 이것은 현재 임상에서 정형보철용금속으로 사용되는 스테인리스와 티타늄 물질 상호간 자기공명영상의 신호강도에 차이가 있어 영상 진단에 많은 영향을 미칠 수 있다는 것을 반증한다. 3. 돼지고기를 이용한 피하조직의 지방 억제율을 비교한 실험에서 정상적인 Normal영상은 56.02%의 지방억제율을 보였지만 스테인리스 경우는 16.04%로 지방억제가 잘 되지 않았으며, 티타늄의 경우에는 54.53%로 피하조직의 지방억제가 Normal영상에 가깝게 나타났다.
	자기공명영상의 원리는?	자기공명영상은 자기장(magnetic field)과 전자기파(electro magnetic wave)인 라디오 주파수(radio frequency)를 이용하여 주로 인체 내의 수소원자핵과의 상호작용을 통한 공명(resonance)현상에 의해 방출되는 에너지를 검출하여 영상화하게 된다[1],[2].
	MRI의 적용에 신중해야하는 이유는?	MRI는 전리방사선(ionizing radiation)없이 다양한 단면이나 방법으로 영상을 얻을 수 있고, 조직 간 의 대조도가 우수한 장점으로 인하여 영상의학적 진단에 필수적 요소로 자리매김 되고 있다[3]. 하지만 MRI는 체내에 금속성 이식물(biomedical metallic implants)이 있는 경우에는 자화율(magnetic susceptibility)차이로 발생 하는 인공물의 영향으로 앞서의 여러 장점에도 불구하고 시행여부를 신중히 선택하여야 한다[4],[5]. 이에 현재 임상에서 정형보철용으로 많이 사용되고 있는 스테인리스(Stainless)와 티타늄(Titanium)금속이 MRI에 미치는 영향을 Phantom과 돼지뒷다리를 이용하여 정량적 왜곡평가를 하고자 하였다.

참고문헌 (9)

S.C. Bushong, Magnetic Resonance Imaging Physical and Biological Principles, pp. 1-59, 1988.
Peter A. Rinck, Timothy E. Southon, Magnetic Resonance in Medicine, 3rd Edition, pp. 5-18, 1993.
Kang Sung Jin, A Study on the Reduction of the Artifacts Due to Orthodontic Devices in Magnetic Resonance Imaging, Department of Medical imaging of Engineering The Graduate School of Bio-Medical Science Korea University, pp. 1-3, 2012.
R. L. Becker, J. F Norfray, G. P Teitelbaum, et al, MR imaging in patients with intracranial aneurysm clips, AJNR, Vol. 9, No. 5, pp. 885-889, 1988

상세보기
Shellock FG, Morisoli S, Kanal E, MR procedures and biomedical implants, materials, and devices:1993updates. Radiology, Vol. 189, pp. 587-599, 1993.
Kim Hyeong Gyun et al, Effect of Metals used in Orthopedic on Magnetic Resonance Imaging I. Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 11 No. 4, pp. 46-50, 2012.
Kim Hyeong Gyun et al, Effect of Metals used in Orthopedic on Magnetic Resonance Imaging II. Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 11 No. 5, pp. 115-120, 2012.
Kim Hyeong Gyun et al, Effect of Metals used in Orthopedic on Magnetic Resonance Imaging III. Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 11 No. 6, pp. 42-47, 2012.
Hong Hyun Sook et al. Artifacts of Biomedical Implants on Magnetic Resonance Imaging.. Korea university Journal Vol. 29, No. 1, pp. 198, 1992.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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