3.0T Brain MRI 검사 시 치아임플란트 시술 유무와 인체의 SAR, 체온 변화와의 상관관계에 관한 연구 : XFDTD 프로그램을 이용 Study on the Correlation between the Change in SAR and Temperature of the Human Head by use Dental Implant on 3.0T Brain MRI : Using the XFDTD program원문보기
Brain MRI 검사에서는 영상을 얻기 위해 RF Pulse를 인체에 조사하게 되는데 이때 조사된 RF Pulse 에너지의 상당부분은 우리 몸에 그대로 흡수되게 되고 이로 인해 인체의 온도가 상승하게 되는데 노출 정도에 따라 인체에 영향을 주게 된다. 동일한 RF Pulse 에너지를 주었더라도 인체에 금속이 삽입되었다면 금속으로 인해 인체의 전도도가 상당히 증가하기 때문에 SAR값이 증가하고 체온도 역시 상승할 것이다. 따라서 치아임플란트를 했을 때와 하지 않았을 때 인체의 머리에 나타나는 SAR값의 변화와 인체의 온도변화는 차이가 있지 않을까라는 의문으로 이번 연구를 시작하게 되었다. 실험은 3.0 Tesla MRI장비에서 발생되는 128MHz RF Pulse 주파수대에서 치아임플란트의 사용 유무에 따른 인체가 받는 SAR와 체온의 변화를 XFDTD 프로그램을 사용하여 인체두부 모델과 치아임플란트 모델을 활성화시켜 실험하였다. MRI장비에서 치아임플란트로 인해 인체두부 모델에 흡수되는 SAR의 평균값과 체온 상승을 살펴 본 결과 모두 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한 계산 결과 평균 최대 SAR값과 뇌 부분의 최대 온도 상승이 국제 안전 기준치 이하로 나타났으나, 치아임플란트의 개수 증가에 따라 값이 변할 수 있으므로 그 영향을 간과할 수 없으며, 향후 과제로 치아임플란트 개수와 체적의 증가와 치아임플란트 재질에 따른 SAR, 온도 상승 시뮬레이션이 필요하다.
Brain MRI 검사에서는 영상을 얻기 위해 RF Pulse를 인체에 조사하게 되는데 이때 조사된 RF Pulse 에너지의 상당부분은 우리 몸에 그대로 흡수되게 되고 이로 인해 인체의 온도가 상승하게 되는데 노출 정도에 따라 인체에 영향을 주게 된다. 동일한 RF Pulse 에너지를 주었더라도 인체에 금속이 삽입되었다면 금속으로 인해 인체의 전도도가 상당히 증가하기 때문에 SAR값이 증가하고 체온도 역시 상승할 것이다. 따라서 치아임플란트를 했을 때와 하지 않았을 때 인체의 머리에 나타나는 SAR값의 변화와 인체의 온도변화는 차이가 있지 않을까라는 의문으로 이번 연구를 시작하게 되었다. 실험은 3.0 Tesla MRI장비에서 발생되는 128MHz RF Pulse 주파수대에서 치아임플란트의 사용 유무에 따른 인체가 받는 SAR와 체온의 변화를 XFDTD 프로그램을 사용하여 인체두부 모델과 치아임플란트 모델을 활성화시켜 실험하였다. MRI장비에서 치아임플란트로 인해 인체두부 모델에 흡수되는 SAR의 평균값과 체온 상승을 살펴 본 결과 모두 증가하고 있음을 알 수 있다. 또한 계산 결과 평균 최대 SAR값과 뇌 부분의 최대 온도 상승이 국제 안전 기준치 이하로 나타났으나, 치아임플란트의 개수 증가에 따라 값이 변할 수 있으므로 그 영향을 간과할 수 없으며, 향후 과제로 치아임플란트 개수와 체적의 증가와 치아임플란트 재질에 따른 SAR, 온도 상승 시뮬레이션이 필요하다.
At the Brain MRI examination, RF Pulse are irradiated on the human head in order to acquire MR images. At this time, a considerable part of the irradiated RF Pulse energy is absorbed in our body and the temperature of the human head will rise depending on the degree of exposure, so it will affect th...
At the Brain MRI examination, RF Pulse are irradiated on the human head in order to acquire MR images. At this time, a considerable part of the irradiated RF Pulse energy is absorbed in our body and the temperature of the human head will rise depending on the degree of exposure, so it will affect the human head. Even if the same RF Pulse energy is given, if the metal is inserted in the human head, the conductivity of the human head is greatly increased by the metal, so the SAR value increases and the temperature also rises. Therefore, we started this research with the question as to whether there is difference between the change in SAR value and temperature displayed on the head of the human according to use or not of the dental implant. Experiments were using the XFDTD program on a 128 MHz RF Pulse frequency by a 3.0 tesla MRI. We can see that both are increasing that the average value of SAR and temperature that absorbed by the human head model used the dental implant. In addition, the average maximum SAR value and the maximum temperature rise in the brain part are shown below the international safety standard value but the influence can not be ignored because of the result may change according to the increase in the number of dental implant. And as future tasks. we need to the simulation of temperature rise and SAR due to an increase in the number of implants and volumes of teeth, dental implant material.
At the Brain MRI examination, RF Pulse are irradiated on the human head in order to acquire MR images. At this time, a considerable part of the irradiated RF Pulse energy is absorbed in our body and the temperature of the human head will rise depending on the degree of exposure, so it will affect the human head. Even if the same RF Pulse energy is given, if the metal is inserted in the human head, the conductivity of the human head is greatly increased by the metal, so the SAR value increases and the temperature also rises. Therefore, we started this research with the question as to whether there is difference between the change in SAR value and temperature displayed on the head of the human according to use or not of the dental implant. Experiments were using the XFDTD program on a 128 MHz RF Pulse frequency by a 3.0 tesla MRI. We can see that both are increasing that the average value of SAR and temperature that absorbed by the human head model used the dental implant. In addition, the average maximum SAR value and the maximum temperature rise in the brain part are shown below the international safety standard value but the influence can not be ignored because of the result may change according to the increase in the number of dental implant. And as future tasks. we need to the simulation of temperature rise and SAR due to an increase in the number of implants and volumes of teeth, dental implant material.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
동일한 RF Pulse 에너지를 주었더라도 인체에 금속이 삽입되었다면 금속으로 인해 인체의 전도도가 상당히 증가하기 때문에 SAR값이 증가하고 체온도 역시 상승할 것이다. 따라서 치아임플란트를 했을 때와 하지 않았을 때 인체의 머리에 나타나는 SAR값의 변화와 인체의 온도 변화에 차이가 있지 않을까라는 의문으로 이번 연구를 시작하게 되었다.
11℃ 이하로 규정[9]하고 있는데 ANSI/IEEE와 ICNIRP/Japan의 안전 기준치에는 미치지 못하지만 최대 온도 상승값 역시 치아임플란트 1개만 삽입되었을 때를 감안하다면 치아임플란트 수가 1개 이상이거나 치아임플란트의 체적이 증가되었을 때 SAR값과 최대 온도 상승값의 증가는 제한치에 더욱 가까워 질 수 있다는 것을 알 수 있었으며 그 영향에 대해 절대 간과하고 있어서는 안될 것이다. 또한 SAR는 사용자 인체의 각 조직 내에 축적되는 전자기 에너지량을 나타내므로 본 논문에서는 전자파에 의한 전자기적 결합도를 평가할 수 있었고, 전자기 에너지가 인체 내에서 어떠한 형태로 분포하는가를 분석할 수 있었다. 향후 과제로 치아 임플란트 개수와 체적의 증가와 치아임플란트 재질에 따른 SAR, 온도상승 시뮬레이션이 필요하다.
제안 방법
3.0T MRI장비에서의 128Hz RF Pulse 주파수대에서 XFDTD 프로그램을 사용하여 인체두부 모델과 치아임플란트 모델을 활성화시켜 아래와 같은 방법으로 실험하였다.
본 논문에서는 인체두부 모델을 전자장 분석 소프트웨어 프로그램인 XFDTD 프로그램을 사용하여 전자파인체 결합 특성연구로 수치해석을 이용하여 MRI 사용 시 인체두부 모델에 삽입된 치아임플란트 주위의 비흡수율(SAR: Specific Absorption Rate) 분포와 온도상승(Temperature-Rise)을 분석하였다.
이상의 두 가지 실험을 각각 측정 비교하여 치아임플란트의 사용 유무에 따른 온도변화와 SAR값의 변화를 비교 평가하였다.
실험 2. 치아임플란트를 사용하지 않았을 때의 인체두부 에서 다음을 XFDTD를 이용하여 모의 측정한다.
실험 1. 치아임플란트를 사용했을 때의 인체두부에서 다음을 XFDTD를 이용하여 모의 측정한다.
대상 데이터
본 논문에 사용된 인체두부 모델은 미국의 Brigham Young University에서 MRI촬영으로 구성한 Jensen 모델로 공기를 제외한 뼈, 피부, 근육, 노, 렌즈, 수양액, 각막 등 7개의 조직으로 구성되었다. 인체 두부의 크기는 15.
이 모델링은 미국의 NLM(U.S. National Library of Medicine)에서 수행되고 있는 The Visible Human Project에서 촬영된 MRI 데이터를 기반으로 제작되었으며 한 셀의 크기는 3mm × 3mm × 3mm 이다.
이론/모형
측정 장비를 구성하기에는 많은 비용이 들고, 제품의 설계단계에 SAR 개념을 포함시켜 신속한 제품 개발을 위해서는 모의 계산 방법이 가장 적절하다.[6] 모의 계산 방법은 일반적으로 매질의 복잡성에 별다른 영향을 받지 않으면서도 전파해석이 가능한 FDTD(finite-difference time-domain)방법을 사용한다.[7] MRI RF Pulse에 의한 인체 두부의 전자파 결합분포를 해석하려면, 우선 인체 두부의 정확한 모델이 필요하다.
위 실험의 측정은 미국 램콤사의 전자장 분석 소프트 프로그램인 XFDTD 프로그램을 사용하였다.
성능/효과
MRI장비에서 치아임플란트로 인해 인체두부 모델에 흡수되는 SAR의 평균값과 체온 상승을 살펴 본 결과 모두 증가하고 있음을 알 수 있다.
치아임플란트를 사용하지 않았을 때보다 치아임플란트를 사용하였을 때의 온도변화에서 치아 임플란트 주변으로 온도변화가 발생하였다. 온도변화는 치아임플란트 상부에서 가장 높았고, 뇌 부분에는 거의 온도변화가 없어 SAR에 대한 영향이 없음을 알 수 있다.
최대 온도 상승값은 치아임플란트 주변부위에서 나타났으며, 두부 전체의 온도 상승값은 0.037767℃와 0.047153℃로 두 온도 차이는 0.009386°C로 나타났다.
치아임플란트를 사용하였을 때 SAR값은 더욱 상승하는 것으로 나타났고, 치아임플란트를 사용하였을 때 SAR값은 0.03888 W/Kg으로 산출되었다. 이는 IEEE 국제 안전 권고치 1.
치아임플란트를 사용하지 않았을 때와 비교하여 치아임플란트를 사용하였을 때 최대 체온 변화값은 상승하였고 그 차이값은 0.009386°C로 나타났다.
후속연구
향후 과제로 치아 임플란트 개수와 체적의 증가와 치아임플란트 재질에 따른 SAR, 온도상승 시뮬레이션이 필요하다. 그리고 치아임플란트에 의한 온도상승은 미약하지만 전자파에 민감한 반응을 보이는 요인에 대한 연구를 실시하여 인체에 대한 생리적, 생화학적 영향 연구가 필요하리라고 본다.
마지막으로 본 연구에서 제안된 연구결과를 근거로 두부 MRI 검사에서 치아임플란트를 시술한 환자를 대상으로 SAR에 대한 배려를 한다면 SAR의 상승과 체온상승으로 인한 의료사고를 미연에 방지할 수 있어 국민보건건강과 진단적 가치를 높일 수 있을 것이라 사료된다.
또한 SAR는 사용자 인체의 각 조직 내에 축적되는 전자기 에너지량을 나타내므로 본 논문에서는 전자파에 의한 전자기적 결합도를 평가할 수 있었고, 전자기 에너지가 인체 내에서 어떠한 형태로 분포하는가를 분석할 수 있었다. 향후 과제로 치아 임플란트 개수와 체적의 증가와 치아임플란트 재질에 따른 SAR, 온도상승 시뮬레이션이 필요하다. 그리고 치아임플란트에 의한 온도상승은 미약하지만 전자파에 민감한 반응을 보이는 요인에 대한 연구를 실시하여 인체에 대한 생리적, 생화학적 영향 연구가 필요하리라고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
RF Pulse를 인체에 조사하면 어떠한 현상이 발생하는가?
Brain MRI 검사에서는 영상을 얻기 위해 RF Pulse를 인체에 조사하게 되는데 이때 조사된 RF Pulse 에너지의 상당부분은 우리 몸에 그대로 흡수되게 되고 이로 인해 인체의 온도가 상승하게 되는데 노출 정도에 따라 인체에 영향을 주게 된다. 동일한 RF Pulse 에너지를 주었더라도 인체에 금속이 삽입되었다면 금속으로 인해 인체의 전도도가 상당히 증가하기 때문에 SAR값이 증가하고 체온도 역시 상승할 것이다.
Brain MRI 검사에서 영상을 얻기 위해 무엇을 실시하는가?
Brain MRI 검사에서는 영상을 얻기 위해 RF Pulse를 인체에 조사하게 되는데 이때 조사된 RF Pulse 에너지의 상당부분은 우리 몸에 그대로 흡수되게 되고 이로 인해 인체의 온도가 상승하게 되는데 노출 정도에 따라 인체에 영향을 주게 된다. 동일한 RF Pulse 에너지를 주었더라도 인체에 금속이 삽입되었다면 금속으로 인해 인체의 전도도가 상당히 증가하기 때문에 SAR값이 증가하고 체온도 역시 상승할 것이다.
RF Pulse의 인체 흡수로 인하여 어떠한 문제점이 발생하는가?
이렇게 인체 조직에 흡수된 RF Pulse 에너지로 인해 전자파흡수율(specific absorption rate, SAR)이 증가하게 되고 이로 인해 인체의 온도가 상승하게 되는데 노출 정도에 따라 인체에 영향을 주게 된다. 이러한 이유로 검사가 중단되거나 열감현상이 발생하고, 심지어는 화상 위험의 가능성도 발생한다.[1] 이러한 문제들로 인하여 국가기관 또는 국제 기구 등에서는 인체에 사용하는 기기에 대해서 인체의 전자파 흡수율(SAR:Specific Abso rption Rate)을 규정하고 있으며, 미국 Food and Drug Administration (FDA)과 International Electrotechnical Commission (IEC) 에서는 일정 자기장 세기 이상의 사용을 엄격히 제한하고 있다.
참고문헌 (13)
Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields(up to 300 GHz), International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection(ICNIRP) Guidelines.
M. G. Restivo, C. A. van den Berg, A. L. van Lier, D. L. Polders. A. J. Raaiijmakers, P. R. Luijten, H. Hooqduin. "Local specific absortion rate in brain tumors at 7 tesla". Magnetic Resonance Medicine, Vol. 7. No. 1, pp. 381-389, 2016.
Z. Wang, J. C. Lin. "Partial-Body SAR Calculations in Magnetic-Resonance Image(MRI) Scanning Sustems [Telecommunications Health and Safety]. IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 54. No. 2, pp. 230-237, 2012.
A. Hirata and O Fujiwara. "The correlation between mass-averaged SAR and temperature elevation in the human head model exposed to RF near-fields from 1 to 6GHz". PhyWashington, D. C., Vol. 7, pp. 40-52, sics in medicine and biology, Vol. 54, No. 23, 2009.
K. B. Baker, J. A. Tkcah, . A. Nyenhuis, M. Phillips, F. G. Shellock, J. Gonzalez-Martinez, A. R. Rezai. "Evaluation of specific absorption rate as a dosimeter of MRI-related import heating". Journal of Magnetic Resonance fo Imaging, Vol. 20, no. 2, pp. 315-320, 2004.
J. Y. Lee, N. H. Myung, M. S. Choi, H. T. Oh, S. W. Hong, K. H. Kim, "FDTD Modeling of the Korean Humaan Head using MRI Images", The Journal of Korean of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 11, no. 4, PP. 582-591, Jun, 2006.
A. D. Tinniswood, C. M. Furse, and O. P. Cahdhi, "Computations of SAR distributions for two anatomically based models of the human head using CAD files of commercial telephones and the parallelized FDTD code", IEEE Trans, Antennas Propagat, Vol. 46, pp. 829-833, Jun, 1998.
D. U. Hong, D. H. Kim, D. K. Kang, "Analysis of SAR Distribution Characteristics in a Head Model using FDTD", Journal of the KIIS, Vol. 19, No. 2, 2004.
M. S. Kim, J .W. Lee, J. E. Jung, "Effective of Body Temperature Increasing during Brain MRI scan", J. Korean Soc, Radiol, Vol. 11, No. 1, February, 2017.
G. W. Choi, "Study on RF Transmission Shielding of Localized Field of view MRI", The Transactions of the Korean institute of Electrical Engineers, Vol. 2010, No. 10, pp. 276-277, Oct, 2010.
C. Marincas, "The Thermal Effect of Radio Frequency Waves near Dental Implants during MRI Examination at 3 Tesla", Acta Electrotechnica, Vol. 54, No. 1, 2013.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.