본 논문에서는 GBCA(Gadolinium Based Contrast Agent)를 이용한 MRI 검사 시 다양한 MR 시퀀스에 따른 GBCA 몰농도별 조영증강 변화를 알아보기 위해 자체 제작한 MR 팬텀을 사용하여 정량적으로 평가 분석하고자 하였다. MR 팬텀을 제작하기 위해 28개의 용기에 500 mmol Gadoteridol을 saline과 혼합하여 각각 500 부터 0 mmol 까지 몰농도를 서로 다르게 하였다. 제작된 MR phantom을 1.5T MRI 장비에서 물리학적 기전이 서로 다른 T1 SE, T2 FLAIR, T1 FLAIR, 3D FLASH, T1 3D SPACE, 3D SPCIR 시퀀스로 스캔하여 신호강도 변화를 측정 한 후 비교 분석 하였다. T1 Spin echo는 Total SI(Signal Intensity)가 15608.7, Max peak는 1 mmol에서 1352.6, T2 FLAIR는 Total SI가 9106.4, Max peak는 0.4 mmol에서 1721.6, T1 FLAIR에서는 Total SI가 20972.5, Max peak는 1 mmol에서 1604.9, 3D FLASH는 Total SI가 20924.0, Max peak는 40 mmol에서 1425.7, 3D SPACE 1mm는 Total SI가 6399.0, Max peak는 3 mmol에서 528.3, 3D SPACE 5mm는 Total SI가 6276.5, Max peak는 2 mmol에서 514.6, 3D SPCIR의 경우는 Total SI가 1778.8, Max peak는 0.4 mmol에서 383.8의 신호강도를 보였다. T1 SE를 포함한 대부분의 시퀀스에서 몰농도가 높았을 때 보다는 대체적으로 일정이상 희석이 이루어진 비교적 낮은 농도에서 높은 신호강도를 보였다. 또한 서로 다른 물리학적 기전의 다양한 MR시퀀스에서 GBCA의 조영증강 패턴 역시 모두 달랐다. 본 연구를 통해 얻어진 시퀀스에 따른 GBCA 농도별 반응에 대한 정량적 데이터를 통하여 실제 임상에서의 조영증강검사에 있어서 효율적인 MR검사 프로토콜에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문에서는 GBCA(Gadolinium Based Contrast Agent)를 이용한 MRI 검사 시 다양한 MR 시퀀스에 따른 GBCA 몰농도별 조영증강 변화를 알아보기 위해 자체 제작한 MR 팬텀을 사용하여 정량적으로 평가 분석하고자 하였다. MR 팬텀을 제작하기 위해 28개의 용기에 500 mmol Gadoteridol을 saline과 혼합하여 각각 500 부터 0 mmol 까지 몰농도를 서로 다르게 하였다. 제작된 MR phantom을 1.5T MRI 장비에서 물리학적 기전이 서로 다른 T1 SE, T2 FLAIR, T1 FLAIR, 3D FLASH, T1 3D SPACE, 3D SPCIR 시퀀스로 스캔하여 신호강도 변화를 측정 한 후 비교 분석 하였다. T1 Spin echo는 Total SI(Signal Intensity)가 15608.7, Max peak는 1 mmol에서 1352.6, T2 FLAIR는 Total SI가 9106.4, Max peak는 0.4 mmol에서 1721.6, T1 FLAIR에서는 Total SI가 20972.5, Max peak는 1 mmol에서 1604.9, 3D FLASH는 Total SI가 20924.0, Max peak는 40 mmol에서 1425.7, 3D SPACE 1mm는 Total SI가 6399.0, Max peak는 3 mmol에서 528.3, 3D SPACE 5mm는 Total SI가 6276.5, Max peak는 2 mmol에서 514.6, 3D SPCIR의 경우는 Total SI가 1778.8, Max peak는 0.4 mmol에서 383.8의 신호강도를 보였다. T1 SE를 포함한 대부분의 시퀀스에서 몰농도가 높았을 때 보다는 대체적으로 일정이상 희석이 이루어진 비교적 낮은 농도에서 높은 신호강도를 보였다. 또한 서로 다른 물리학적 기전의 다양한 MR시퀀스에서 GBCA의 조영증강 패턴 역시 모두 달랐다. 본 연구를 통해 얻어진 시퀀스에 따른 GBCA 농도별 반응에 대한 정량적 데이터를 통하여 실제 임상에서의 조영증강검사에 있어서 효율적인 MR검사 프로토콜에 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
In this paper, we introduce how to change the reaction rate as mol concentration when we scan enhanced MRI with GBCA(Gadolinium Based Contrast Agent), Also show the changing patterns depending on diverse MRI sequences which are made by different physical principle. For this study, we made MRI phanto...
In this paper, we introduce how to change the reaction rate as mol concentration when we scan enhanced MRI with GBCA(Gadolinium Based Contrast Agent), Also show the changing patterns depending on diverse MRI sequences which are made by different physical principle. For this study, we made MRI phantom ourselves. We mixed 500 mmol Gadoteridol with Saline in each 28 different containers from 500 to 0 mmol. After that, MR phantom was scanned by physically different MRI sequences which are T1 SE, T2 FLAIR, T1 FLAIR, 3D FLASH, T1 3D SPACE and 3D SPCIR in 1.5T bore. The results were as follows : *T1 Spin echo's Total SI(Signal Intensity) was 15608.7, Max peak was 1352.6 in 1 mmol. *T2 FLAIR's Total SI was 9106.4, Max peak was 0.4 1721.6 in 1 mmol. *T1 FLAIR's Total SI was 20972.5, Max peak was 1604.9 in 1 mmol. *3D FLASH's Total SI was 20924.0, Max peak was 1425.7 in 40 mmol. *3D SPACE 1mm's Total SI was 6399.0, Max peak was 528.3 in 3 mmol. *3D SPACE 5mm's Total SI was 6276.5, Max peak was 514.6 in 2 mmol. *3D SPCIR's Total SI was 1778.8, Max peak was 383.8 in 0.4 mmol. In most sequences, High signal intensity was shown in diluted lower concentration rather than high concentration, And also graph's max peak and pattern had difference value according to the each different sequence. Through this paper which have quantitative result of GBCA's reaction rate depending on sequence, We expect that practical enhanced MR protocol can be performed in clinical field.
In this paper, we introduce how to change the reaction rate as mol concentration when we scan enhanced MRI with GBCA(Gadolinium Based Contrast Agent), Also show the changing patterns depending on diverse MRI sequences which are made by different physical principle. For this study, we made MRI phantom ourselves. We mixed 500 mmol Gadoteridol with Saline in each 28 different containers from 500 to 0 mmol. After that, MR phantom was scanned by physically different MRI sequences which are T1 SE, T2 FLAIR, T1 FLAIR, 3D FLASH, T1 3D SPACE and 3D SPCIR in 1.5T bore. The results were as follows : *T1 Spin echo's Total SI(Signal Intensity) was 15608.7, Max peak was 1352.6 in 1 mmol. *T2 FLAIR's Total SI was 9106.4, Max peak was 0.4 1721.6 in 1 mmol. *T1 FLAIR's Total SI was 20972.5, Max peak was 1604.9 in 1 mmol. *3D FLASH's Total SI was 20924.0, Max peak was 1425.7 in 40 mmol. *3D SPACE 1mm's Total SI was 6399.0, Max peak was 528.3 in 3 mmol. *3D SPACE 5mm's Total SI was 6276.5, Max peak was 514.6 in 2 mmol. *3D SPCIR's Total SI was 1778.8, Max peak was 383.8 in 0.4 mmol. In most sequences, High signal intensity was shown in diluted lower concentration rather than high concentration, And also graph's max peak and pattern had difference value according to the each different sequence. Through this paper which have quantitative result of GBCA's reaction rate depending on sequence, We expect that practical enhanced MR protocol can be performed in clinical field.
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문제 정의
그러나 과연 이런 시퀀스들이 조영증강검사에 있어서도 conventional SE 또는 T2 FLAIR와 동일한 조영증강효과를 보일 수 있는지에 대해서 정량화된 수치로는 밝혀진 바가 없으며, 이에 가돌리늄조영제가 MR장비에서 올바르게 사용 되고 있는지에 대해서 되돌아 볼 필요가 있다. 기존에 선행되었던 연구들은 아직까지 이런 부분에 대한 자료가 미비하기 때문에 본 연구를 통하여 자체 제작한 MR 팬텀 테스트로서 정량적으로 평가 분석하고자 하였다. 그 이유는 현재 임상에서 사용 중인 MR 시퀀스의 물리학적 기전은 모두 다르고, 이에 따른 GBCA반응도 서로 다를 것으로 보기 때문이다.
따라서 본 연구에서는 가돌리늄 조영제의 몰 농도를 달리하여 주로 MR조영 검사에서 많이 사용하는 다양한 시퀀스에서 조영증강 반응정도를 확인하고자 하였다.
제안 방법
모든 스캔 방향 은 coronal로 진행하였으며, 혹시 모를 MR 매개변수 조정에 따른 조영증강반응 변화를 고려하여 실제 환자 검사에 사용 중인 프로토콜을 사용하였다. 다만 T1 3D SPACE(thickness = 1mm)의 경우 SNR에 직접적인 영향을 미치는 thickness에 따라 SI(Signal Intensity)차이가 있을 수 있기 때문에, 이에 따른 conventional SE T1 (thickness = 5 mm)와의 정확한 신호 비교를 위해 1mm, 5mm 두 가지 모두 다 실험을 진행하였다. 이렇게 각각의 시퀀스에서 얻어진 영상 데이터에서 SI Mean값을 측정하였으며, 이를 데이터로 활용하였다.
모든 스캔 방향 은 coronal로 진행하였으며, 혹시 모를 MR 매개변수 조정에 따른 조영증강반응 변화를 고려하여 실제 환자 검사에 사용 중인 프로토콜을 사용하였다. 다만 T1 3D SPACE(thickness = 1mm)의 경우 SNR에 직접적인 영향을 미치는 thickness에 따라 SI(Signal Intensity)차이가 있을 수 있기 때문에, 이에 따른 conventional SE T1 (thickness = 5 mm)와의 정확한 신호 비교를 위해 1mm, 5mm 두 가지 모두 다 실험을 진행하였다.
대상 데이터
그림 1과 같이 비자성체의 bottle (diameter: 29mm)이 28개 삽입된 하나의 MR phantom을 제작하였으며, 1번부터 28번까지의 각각의 bottle에는 몰 concentration을 모두 달리하여, Gadoteridol과 saline을 서로 혼합하였다.
성능/효과
본 연구를 통해 인체 투약 후 GBCA의 신호강도는 체내 수소 스핀과 가돌리늄이 일정 농도 이상 희석 되어야 더 효과적임을 알 수 있었고, 이는 X-ray의 attenuation을 이용한 Iodine 조영제와는 전혀 다른 기전임을 확인할 수 있었다. 더불어 MR장비의 발전과 함께 출시된 물리학적 원리가 각각 다른 다양한 시퀀스에서 GBCA의 반응 패턴은 모두 달랐다. 이는 실제 임상에서 사용 중인 MR 시퀀스가 해당 indication 조영증강 검사에 있어서 적합한지를 다시 한 번 고려해 볼 수 있는 정량적 데이터가 될 수 있겠다.
본 연구를 통해 인체 투약 후 GBCA의 신호강도는 체내 수소 스핀과 가돌리늄이 일정 농도 이상 희석 되어야 더 효과적임을 알 수 있었고, 이는 X-ray의 attenuation을 이용한 Iodine 조영제와는 전혀 다른 기전임을 확인할 수 있었다. 더불어 MR장비의 발전과 함께 출시된 물리학적 원리가 각각 다른 다양한 시퀀스에서 GBCA의 반응 패턴은 모두 달랐다.
후속연구
이는 실제 임상에서 사용 중인 MR 시퀀스가 해당 indication 조영증강 검사에 있어서 적합한지를 다시 한 번 고려해 볼 수 있는 정량적 데이터가 될 수 있겠다. 또한 실제 임상에서의 환자 검사 시 본 연구의 시퀀스별 조영증강 패턴을 고려하여 MR 시퀀스를 선택하고 또 검사 프로토콜 순서를 결정한다면 더 정확하고 유용한 진단학적 가치를 얻을 수 있을 거라 사료된다.
본 연구의 데이터는 1.5T MR장비에서 얻어진 결과로 임상에서 사용 중인 MR장비는 스펙별로 다양하고 또 조영반응에 영향을 미칠 수 있는 다양한 매개변수가 사용 환경별로 모두 조금씩 차이가 있음을 감안한 다면 정확한 표준 값으로 제시하기에는 제한이 있을 수 있겠다.
더불어 MR장비의 발전과 함께 출시된 물리학적 원리가 각각 다른 다양한 시퀀스에서 GBCA의 반응 패턴은 모두 달랐다. 이는 실제 임상에서 사용 중인 MR 시퀀스가 해당 indication 조영증강 검사에 있어서 적합한지를 다시 한 번 고려해 볼 수 있는 정량적 데이터가 될 수 있겠다. 또한 실제 임상에서의 환자 검사 시 본 연구의 시퀀스별 조영증강 패턴을 고려하여 MR 시퀀스를 선택하고 또 검사 프로토콜 순서를 결정한다면 더 정확하고 유용한 진단학적 가치를 얻을 수 있을 거라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3 Dimension sequence의 장점은 무엇인가?
3 Dimension sequence는 3D voxel 원리를 이용하여 영상을 얻기 때문에 높은 SNR을 보여주는데, 이는 기존의 Spin Echo, FLAIR에서만 추출했던 MR에서의 T1 effect 또는 water sat effect를 지닌 영상을 1mm 이하의 thin section과 multi slice로 짧은 시간 안에 검사가 가능한 큰 장점이 있다. Thin section의 slice를 이용해 한 번의 검사를 통해 SAG, COR, TRS등의 다방향 post processing이 가능하기 때문에 임상에서는 섬세한 해부학적 구조를 보기 위해 조영증강이후 T1 3D SPACE, 3D SPCIR등을 판독에 이용하고 있는 추세이다.
가돌리늄이란?
원자번호 64번의 금속성 물질인 가돌리늄은 자장에 민감하게 반응하는 상자성 물질로 독성이 매우 강한 특성을 지니고 있다. 이런 강한 독성 때문에 임상에서는 가돌리늄 원자에 리간드를 결합시킨 킬레이트 구조로 안정화하여 환자에게 투약 된다.
가돌리늄 조영제가 MR 검사의 진단학적 목적으로 널리 사용된 이유는?
원자번호 64번의 금속성 물질인 가돌리늄은 자장에 민감하게 반응하는 상자성 물질로 독성이 매우 강한 특성을 지니고 있다. 이런 강한 독성 때문에 임상에서는 가돌리늄 원자에 리간드를 결합시킨 킬레이트 구조로 안정화하여 환자에게 투약 된다. 이렇게 안정화하여 투약된 GBCA는 불활성 상태로 자장 내 상자성 효과만 얻은 후 인체 내 신장을 통하여 배출된다. 이때 체내에 투약된 GBCA는 인체 내 H2O분자 중 H1 spin과 결합 하여 R1 relaxation time을 줄여주게 되는데, 이는 가돌리늄과 결합하지 않은 H1 spin에 비해 MR영상에서 높은 신호강도를 보여주게 된다[1～3]. 이러한 이유로 가돌리늄 조영제는 MR 검사의 진단학적 목적으로 널리 사용 되고 있다.
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