위상영상 획득 시 T1 shortening effect를 이용한 혈관의 신호 증가에 관한 연구 The increase of blood vessels using a signal during the image acquisition phase T1 shortening effect원문보기
본 연구는 가돌리늄 조영제의 T1 shortening effect를 이용하여 말초동맥으로 갈수록 신호강도가 낮아지는 위상영상의 단점을 근본적으로 개선함으로써 진단에 유용한 영상을 획득하고자 하였다. 연구기간은 2014년 10월부터 동년 12월까지 시행하였으며, 심장질환자를 제외한 AVM 환자 30명을 대상으로 하였다. 연구방법은 T1 shortening effect에 따른 신호강도의 차이를 알아보기 위해 가돌리늄 조영제 주입 전 후 자화강조영상을 획득한 다음, 위상영상을 비교평가 하였다. 연구결과, 가돌리늄 조영제 주입 전, 후 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도는 가돌리늄 조영제 주입 후가 주입 전에 비해 전두엽 19.45%, 측두엽 23.09%, 두정엽 18.82%, 후두엽 25.45%, 소뇌 20.93%로 증가 하였고 통계적으로 유의하였다. 그러므로 위상영상 획득 시 가돌리늄 조영제의 T1 shortening effect를 이용하면 위상영상의 단점을 보완할 수 있어 진단 및 치료에 유용한 영상을 획득할 수 있으리라 사료된다.
본 연구는 가돌리늄 조영제의 T1 shortening effect를 이용하여 말초동맥으로 갈수록 신호강도가 낮아지는 위상영상의 단점을 근본적으로 개선함으로써 진단에 유용한 영상을 획득하고자 하였다. 연구기간은 2014년 10월부터 동년 12월까지 시행하였으며, 심장질환자를 제외한 AVM 환자 30명을 대상으로 하였다. 연구방법은 T1 shortening effect에 따른 신호강도의 차이를 알아보기 위해 가돌리늄 조영제 주입 전 후 자화강조영상을 획득한 다음, 위상영상을 비교평가 하였다. 연구결과, 가돌리늄 조영제 주입 전, 후 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도는 가돌리늄 조영제 주입 후가 주입 전에 비해 전두엽 19.45%, 측두엽 23.09%, 두정엽 18.82%, 후두엽 25.45%, 소뇌 20.93%로 증가 하였고 통계적으로 유의하였다. 그러므로 위상영상 획득 시 가돌리늄 조영제의 T1 shortening effect를 이용하면 위상영상의 단점을 보완할 수 있어 진단 및 치료에 유용한 영상을 획득할 수 있으리라 사료된다.
The purpose of this study is to obtain a useful diagnostic image by increasing the signal strength of the peripheral artery, was to use a T1 shortening effect of gadolinium contrast agents to improve the disadvantages of the phase image. From october to december 2014 thirty patients were underwent t...
The purpose of this study is to obtain a useful diagnostic image by increasing the signal strength of the peripheral artery, was to use a T1 shortening effect of gadolinium contrast agents to improve the disadvantages of the phase image. From october to december 2014 thirty patients were underwent the MRI scanning, except for heart disease. Research method was evaluated comparing the image after gadolinium contrast MR image acquisition step before evaluating the difference between the signal intensity for T1 shortening effect. In frontal lobe 19.45%, temporal lobe 23.09%, occipital lobe 25.45%, parietal lobe 18.82%, cerebellum 20.93% after peripheral arterial signal strength results of gadolinium contrast agent injection was increased significantly after injection of gadolinium both statistically significant. After injecting a contrast agent gadolinium in SWI by increasing the signal strength of the T1 shortening effect can be obtained when using the phase image to give a useful image in diagnosis and treatment.
The purpose of this study is to obtain a useful diagnostic image by increasing the signal strength of the peripheral artery, was to use a T1 shortening effect of gadolinium contrast agents to improve the disadvantages of the phase image. From october to december 2014 thirty patients were underwent the MRI scanning, except for heart disease. Research method was evaluated comparing the image after gadolinium contrast MR image acquisition step before evaluating the difference between the signal intensity for T1 shortening effect. In frontal lobe 19.45%, temporal lobe 23.09%, occipital lobe 25.45%, parietal lobe 18.82%, cerebellum 20.93% after peripheral arterial signal strength results of gadolinium contrast agent injection was increased significantly after injection of gadolinium both statistically significant. After injecting a contrast agent gadolinium in SWI by increasing the signal strength of the T1 shortening effect can be obtained when using the phase image to give a useful image in diagnosis and treatment.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
Hartnell[17]은 SWI에 관한 연구에서 주자장의 세기가 높을수록, TE와 FOV가 클수록, voxel 크기가 클수록, 상자성(paramagnetic) 물질의 농도가 높을수록 자화율에 의한 차이가 커지며 영상의 개선이 이루어진다고 하였다. 본 연구는 이에 착안하여, 여러 매개변수 중 상자성 물질의 농도가 높을수록 자화율 효과가 강조된다는 전제하에 대표적인 상자성 물질인 가돌리늄 조영제를 이용하여 말초동맥으로 갈수록 신호강도가 낮아지는 위상영상의 단점을 근본적으로 개선하고자 하였다.
가설 설정
기존의 위상영상은 뇌실질 내 말초동맥으로 갈수록 혈류량 및 혈류속도의 감소와 인접 조직과의 자화율 차이로 인해 신호강도가 낮아진다. 그러므로 가돌리늄 조영제를 주입하면 가돌리늄의 T1 shortening effect로 인해 말초동맥의 신호강도가 주입 전보다 높은 신호를 나타낼 것이라고 가정하였다.
제안 방법
사용된 영상기법은 혈류 보정된 고해상도3D T2* GRE sequence를 사용하였으며, 영상변수는 반복시간(TR) 17 msec, 에코시간(TE) 24 msec, 숙임각(flipangle) 15°, FOV(field of view) 220 × 220 mm, 화소배열수(matrix) 284 × 284, 절편두께(slice thickness) 2mm, 절편간격(slice gap) 0 mm, 절편수(slices) 65 slice,NEX(number of excitation) 1 이었고, 총 검사시간(scantime)은 5분 43초였다.
이 가정 하에 T1 shortening effect에 따른 신호강도의 차이를 알아보기 위해 가돌리늄 조영제 주입 전·후 SWI영상을 획득하여 조영제 주입 전 기존의 위상영상과 조영제 주입 후 새로운 위상영상의 신호강도(signalintensity)를 비교하였다.
이에 SWI 영상 획득 시 가돌리늄 제제를 이용하면 말초동맥에서 T1 shortening effect로 인하여 높은 신호강도를 보이는 반면, 주변부의 다른 조직에서는 T1 강조영상이 아니므로 영상의 대조도에 큰 변화가 없다는 사실에 근거하였으며, 이에 착안하여 가돌리늄 조영제의 T1shortening effect를 이용하여 말초동맥으로 갈수록 신호강도가 낮아지는 위상영상의 단점을 근본적으로 개선함으로써 진단에 유용한 영상을 획득하여 임상에 적용코자 하였다.
획득한 영상은 영상평가 프로그램인 ImageJ(Ver.1.47v, NIH, USA)를 이용하여 좌·우 대뇌의 전두엽(frontal lobe), 측두엽(temporal lobe), 두정엽(parietallobe), 후두엽(occipital lobe)의 4개 엽과 소뇌(cerebellum)의 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도를 측정하였다.
대상 데이터
2014년 10월부터 동년 12월까지 SWI 검사를 받은AVM 환자 36명 중 연구의 정확성을 높이기 위해 심장질환자나 혈관질환자를 제외한 30명을 연구대상으로 하였다(Table 1). G-power (ver.
연구에 사용된 조영제는 상자성 전이금속 이온인 가돌리늄(Gd3+)을 사용한 조영제로 T1과 T2 이완시간을 줄임으로써[8,9], T1과 T2 조영제로 모두 사용이 가능한 조영제이다[10].
영상은 3.0T 초전도 MRI 장치(Philips Achieva 3.0TMR system)와 8 channel SENSE Head coil을 사용하여 획득하였다. 사용된 영상기법은 혈류 보정된 고해상도3D T2* GRE sequence를 사용하였으며, 영상변수는 반복시간(TR) 17 msec, 에코시간(TE) 24 msec, 숙임각(flipangle) 15°, FOV(field of view) 220 × 220 mm, 화소배열수(matrix) 284 × 284, 절편두께(slice thickness) 2mm, 절편간격(slice gap) 0 mm, 절편수(slices) 65 slice,NEX(number of excitation) 1 이었고, 총 검사시간(scantime)은 5분 43초였다.
데이터처리
47v, NIH, USA)를 이용하여 좌·우 대뇌의 전두엽(frontal lobe), 측두엽(temporal lobe), 두정엽(parietallobe), 후두엽(occipital lobe)의 4개 엽과 소뇌(cerebellum)의 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도를 측정하였다. 통계적 분석방법은 대응표본 T검정(paired sample T-test, SPSS 버전 18)을 이용하여 T1 shortening effect에 따른 신호강도의 차이를 알아보았으며, p값이.05보다 작은 경우 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다.
성능/효과
T1 shortening effect에 따른 신호강도의 차이를 알아보기 위한 가돌리늄 조영제 주입 전·후 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도는 가돌리늄 조영제 주입 후 영상에서 주입 전에 비해 전두엽 19.45%(좌 18.39%, 우 20.51%), 측두엽 23.09%(좌 20.24%, 우 25.94%), 두정엽 18.82%(좌19.20%, 우 18.45%), 후두엽 25.45%(좌 25.20%, 우25.69%), 소뇌 20.93%(좌 24.13%, 우 17.74%)로 증가하였다(Table 3).
가돌리늄 조영제 주입 후 뇌실질 내 말초동맥의 신호강도는 전두엽 19.45%, 측두엽 23.09%, 두정엽 18.82%, 후두엽 25.45%, 소뇌 20.93% 로 증가하였고, 통계적으로 유의하였다. 이는 가돌리늄 조영제 주입 후 신호강도가 유위하게 증가함을 나타내는 것으로 가돌리늄의 T1 shortening 효과에 의해 위상영상의 단점을 극복할 수 있음을 보여주는 의미라 하겠다.
가돌리늄 주입에 따른 대응표본 T검정 결과, 전두엽(좌 p=0.004, 우 p=0.003), 측두엽(좌 sig=.004, 우sig=.016), 두정엽(좌 p=0.000, 우 sig=.002), 후두엽(좌p=0.000, 우 p=0.011), 소뇌(좌 p=0.001, 우 p=0.002) 모두 통계적으로 유의하여 가돌리늄 조영제 주입 후에서 주입 전에 비해 T1 shortening 효과로 신호강도가 증가함을 알 수 있었다.(Table 4).
반면, Qu Liu[21]는 혈관벽(vessel wall)의 평가 시 조영제를 사용하여 위상영상을 획득하면 유용하다고 하였다. 이는 혈관벽에 국한하였고, 비교기법에서는 상이하지만, 본 연구의 결과를 뒷받침하는 것으로 가돌리늄 조영제의 사용으로 인한 T1 shortening effect를 이용하면 부가적인 영상 획득이나 고자장 장비교체, 다중채널코일의 사용에 비해 간단하고 유용하게 적용할 수 있는 효과적인 방법임을 의미한다.
T1 shortening effect는 RF를 맞아 여기된 핵이 주변조직에 열전달(spinlattice relaxation)을 촉진시켜 신호강도를 증가시키고, T2 shortening effect는 조영제가 들어간 부분의 국소자기장을 왜곡시켜 T2*를 크게 하여 신호강도를 감소시킨다[7]. 즉, 혈류 보정된 고해상도 3D T2* GRE sequence로 BOLD 효과에 따라 신호강도가 좌우되는 위상영상이라도 T2 shortening effect 보다 T1 shortening effect를 증가시키면 말초동맥으로 갈수록 신호강도가 낮아지는 단점을 보완할 수 있다.
후속연구
본 연구는 T1 shortening effect를 일으키기 위해 조영제를 추가로 사용해야 하는 제한점이 있다. 그러나 T1shortening effect를 이용한 위상영상 획득 시 혈관의 신호증가는 뇌혈관 질환의 판별에 있어서 보다 정확한 정보를 제공할 수 있으며, 동정맥 기형과 같이 feedingartery 구별이 중요한 질병에서 위상영상의 단점을 보완할 수 있는 방법으로 진단 및 치료에 유용한 영상을 획득할 수 있는 방안이라 사료된다.
본 연구는 T1 shortening effect를 일으키기 위해 조영제를 추가로 사용해야 하는 제한점이 있다. 그러나 T1shortening effect를 이용한 위상영상 획득 시 혈관의 신호증가는 뇌혈관 질환의 판별에 있어서 보다 정확한 정보를 제공할 수 있으며, 동정맥 기형과 같이 feedingartery 구별이 중요한 질병에서 위상영상의 단점을 보완할 수 있는 방법으로 진단 및 치료에 유용한 영상을 획득할 수 있는 방안이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자화율 강조영상은 어디에 사용되고 있는가?
자화율 강조영상(susceptibility weighted image, 이하SWI)은 최근에 개발된 자기공명영상(magnetic resonanceimage, 이하 MRI) 기법으로 동맥과 정맥의 혈관 신호와 출혈성 병변에 매우 민감하고[1], 뇌출혈의 발생 가능성을 예측할 수 있는 5-10 mm 미만의 뇌 실질 내 미세출혈(micro bleeds)과 급성 뇌출혈의 감별진단에 매우 유용하며, 뇌혈관 질환자의 혈관상태 평가에 광범위하게 적용되고 있다[2,3].
SWI 영상은 무엇을 나타내는가?
SWI 영상은 자기강도영상(magnitude image)과 위상영상(phase image)을 함께 나타낸다. 그 중 위상영상은 혈액 내 산소 포화정도에 따라 신호강도가 변화되는BOLD(blood oxygen level dependent) effect를 극대화한 것으로 인체의 일부를 이루고 있는 인접한 두 조직의 자성이 다르면 각 조직 내의 스핀이 느끼는 자기장도 서로 다르다[4].
뇌 동정맥기형의 진단 및 치료의 제한점은?
또한 정맥 및 출혈성 병변에서 상자성 효과(paramegnetic effect)에 의한 자기장의 국소적 불균일성에 의해 주변조직과 뚜렷한 경계를 보이는 저음영의 신호와 신호강도가 낮아지는 말초혈관들이 다양하게 혼재되어 구분이 용이하지 않다. 특히 AVM은 치료 전·후 feeding artery와 drainage vein의 구별이 매우 중요한데, 이를 정확히 평가할 수 없어 치료 전 계획과 치료 후 예후평가에 심각한 영향을 초래한다. 또한 뇌종양, 동맥과 정맥의 미세출혈, 혈관의 혈전 등 뇌혈관 질환감별에 제한점을 가진다[8].
참고문헌 (21)
Ogilvy CS, Stieg PE, Awad I, Brown RD Jr, Kondziolka D, Rosenwasser R, Young WL Hademenos G, "AHA Scientific Statement: recommendations for the management of intracranial arteriovenous malformations: a statement for healthcare professionals from a special writing group of the Stroke Council, American Stroke Association. Stroke, 32(6), pp.1458-1471, 2001. DOI: http://dx.doi.org/10.1161/01.STR.32.6.1458
Goldfarb JW, Hasan U, Zhao W, Han J, "Magnetic resonance susceptibility weighted phase imaging for the assessment of reperfusion intramyocardial hemorrhage Magnetic resonance in medicine", Magn Reson Med. doi: 10.1002/mrm.24747. 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/mrm.24747
Bai X, Wang G, Wu L, Liu Y, Cui L, Shi H, Guo L, "Deep-gray nuclei susceptibility-weighted imaging filtered phase shift in patients with Wilson's disease", Pediatric research 75(3) pp.436-442, 0031-3998, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1038/pr.2013.239
Bernhard D, Klumpp, Sandstede, Klaus P, Lodmann, Achim S, Tobias H, Michael F, Ulrich K, Claus D, Claussen, Stephan M, "Intraindividual comparison of myocardial delayed enhancement MR imagion using gadobenate dimeglumine at 1.5T and 3T", European Radiology, 19(5), pp.1124-1131, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00330-008-1248-7
Gustav A, Johnnes M, Juerg H, Dominik W, Verena B, Christian W, Chris B, Daniel N, "Direct MR Arthrography at 1.5 and 3.0T: Singal Dependence on Gadolinium and Iodine Concentrations-Phantom Study", Radiology, 247(3), pp.706-716, 2008. DOI: http://dx.doi.org/10.1148/radiol.2473071013
Maunder A, Fallone B, Daneshmand M, "Exp1erimental verification of SNR and parallel imaging improvements using composite arrays", NMR in biomedicine 28(2), pp.141-153, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1002/nbm.3230
Choi KW, Son SY, Lee HB, "A research on improving signal to noise ratio for magnetic resonance imaging through increasing filling factor inside surface coil", Journal of the Korea Academia-Industrial, 13(11), pp. 5299-5304, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.11.5299
Noebauer H, Iris-Melanie, Pinker K, Barth M, Mlynarik V, Ba-Ssalamah A, Saringer W F, Weber M, Benesch T, Witoszynskyj S, Rauscher A, Reichenbach JR, Trattnig, S, "Contrast- Enhanced, High-Resolution, Susceptibility- Weighted Magnetic Resonance Imaging of the Brain: Dose-Dependent Optimization At 3 Tesla and 1.5 Tesla In Healthy Volunteers" Investigative radiology, 41(30, pp.249-255, 2006.
Hori M, Ishigame K, Kabasawa H, Kumagai H, Ikenaga S, Shiraga N, Aoki S, Araki T,"Precontrast and postcontrast susceptibility- weighted imaging in the assessment of intracranial brain neoplasms at 1.5 T", Jpn J Radiol, 28(4), pp.299-304, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s11604-010-0427-z
Liu Q, Fan Z, Yang Q, Li D, "Peripheral arterial wall imaging using contrast-enhanced, susceptibility-weighted phase imaging", J Comput Assist Tomogr, 36(1), pp.77-82, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1097/RCT.0b013e3182388cdf
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.