[논문]자기공명영상검사 시 Array coil에서 element를 선택하여 신호를 수집하는 기법의 유용성

최관우; 손순룡

doi:10.5392/jkca.2018.18.06.461

자기공명영상검사 시 Array coil에서 element를 선택하여 신호를 수집하는 기법의 유용성
Usefulness of the Technique of Collecting Signals by Selecting Elements from RF Receive Phase Array Coil in Magnetic Resonance Imaging 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.18 no.6, 2018년, pp.461 - 466

초록
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본 연구는 자기공명영상에서 array coil을 이용한 부분영역의 영상화 시 SNR을 증가시킬 수 있는 방안으로 element를 선택하여 신호를 수집하는 기법의 유용성에 대해 알아보고자 하였다. 연구방법은 array coil에 두 개의 원통형 fluid phantom을 나란히 위치시킨 다음, 부분영역인 한 개의 fluid phantom 영상화 시 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 선택한 경우로 나누어 SNR을 비교하였다. 연구결과, T1, T2 강조영상 모두 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우가 전체를 사용한 경우보다 T1강조영상은 5.49%, T2강조영상은 14.64% 유의하게 증가하였다. 결론적으로 array coil을 이용한 부분영역의 영상화 시 element를 선택하여 신호를 수집하면 손쉽게 SNR을 증가시킬 수 있으리라 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigated the signal intensity changes by activating all and partially selected coil elements as a way to increase the SNR in a single region MR imaging. Two cylindrical fluid phantoms were placed side by side in a phase array coil and MRI scans were repeated by turning on the entire elements and selected elements. As a result, on both of the T1 and T2 weighted images signal intensities were significantly increased by 5.49% and 14.64%, respectively. In conclusion, if only a single region was to be imaged, selecting appropriate elements and collecting signals only from them could easily improve image qualities and signal intensities.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 array coil을 이용한 부분영역의 영상화 시 SNR을 증가시킬 수 있는 방안으로 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우의 유용성에 대해 알아보고자 하였다.
그러나 임상에서는 array coil을 이용한 부분 영역의 영상화 시 대부분 SNR이 저하되는 문제점을 고려하지 않고 검사를 시행하거나 이를 간과하여 검사를 시행하고 있는 실정이다. 이에 저자들은 신호의 세기가 거리의 역수에 비례하는 surface coil의 특성을 이용하여 coil의 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 선택하여 신호를 수집하는 경우를 비교함으로써 손쉽게 SNR을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 한 것이다.
저자들은 신호의 세기가 거리의 역수에 비례하는 surface coil의 특성을 이용한다면 부분영역의 영상화에 국한되지만, 즉시 적용이 불가능한 다른 방법에 비해 임상에서 손쉽게 적용하여 SNR을 증가시킬 수 있으리라 판단하였다. 즉 parallel 영상기법의 적용이 불가능한 부분영역의 영상화 시 신호강도가 저하됨을 간과하여 검사를 시행하고 있는 실정에서 coil의 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 일부를 선택하여 신호를 수집하는 경우를 비교함으로써 손쉽게 SNR을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다.
저자들은 신호의 세기가 거리의 역수에 비례하는 surface coil의 특성을 이용한다면 부분영역의 영상화에 국한되지만, 즉시 적용이 불가능한 다른 방법에 비해 임상에서 손쉽게 적용하여 SNR을 증가시킬 수 있으리라 판단하였다. 즉 parallel 영상기법의 적용이 불가능한 부분영역의 영상화 시 신호강도가 저하됨을 간과하여 검사를 시행하고 있는 실정에서 coil의 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 일부를 선택하여 신호를 수집하는 경우를 비교함으로써 손쉽게 SNR을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다.

제안 방법

영상회득 장비는 3.0T 초전도 자기공명영상장치(Achieva, Philips, Netherlands)와 6 channel SENSE cardiac array coil을 사용하였고, 영상획득은 fluid phantom 축상면(axial)의 T1과 T2 강조영상을 획득하였으며, element의 선택에 따른 거리 이외에는 모든 변수를 통제하였다. 영상의 매개변수는 T1 강조영상의 경우, TR 500ms, TE 20ms, Slice thickness 5mm, Slice gap 1mm, FOV 150X150mm, FA 90°, Matrix 256x256, Slice number 10, NEX 1을 사용하였고, T2 강조영상의 경우, TR 3000ms, TE 80ms, Slice thickness 5mm, Slice gap 1mm, FOV 150X150mm, FA 90°, Matrix 256x256, Slice number 10, NEX 1을 사용하였으며, 영상획득횟수는 각각 30회씩 영상을 획득하였다.
이를 위해 본 연구에서는 원통형 fluid phantom 두개를 상하 3채널 씩 총 6channel array coil에 나란히 위치시킨 다음, 부분영역인 1개의 fluid phantom 영상화 시 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 선택하여 신호를 수집하는 경우로 나누어 영상을 획득하였다. 이후 element 선택으로 인한 거리변화에 따른 신호강도와 배경잡음(background noise) 및 표준편차, 그리고 SNR을 비교하였다.
이를 위해 본 연구에서는 원통형 fluid phantom 두개를 상하 3채널 씩 총 6channel array coil에 나란히 위치시킨 다음, 부분영역인 1개의 fluid phantom 영상화 시 element 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우와 선택하여 신호를 수집하는 경우로 나누어 영상을 획득하였다. 이후 element 선택으로 인한 거리변화에 따른 신호강도와 배경잡음(background noise) 및 표준편차, 그리고 SNR을 비교하였다.

대상 데이터

영상의 매개변수는 T1 강조영상의 경우, TR 500ms, TE 20ms, Slice thickness 5mm, Slice gap 1mm, FOV 150X150mm, FA 90°, Matrix 256x256, Slice number 10, NEX 1을 사용하였고, T2 강조영상의 경우, TR 3000ms, TE 80ms, Slice thickness 5mm, Slice gap 1mm, FOV 150X150mm, FA 90°, Matrix 256x256, Slice number 10, NEX 1을 사용하였으며, 영상획득횟수는 각각 30회씩 영상을 획득하였다.

데이터처리

영상의 비교평가는 대응표본 T검정(SPSS ver. 22, SPSS Inc., Chicago IL, USA)을 이용하여 측정 및 산출된 값에 유의한 차이가 있는지 비교하였으며, 유의 수준이 0.05 이하일 경우 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다.
획득한 영상은 영상 평가프로그램(Image J, ver.1.47v, NIH, USA)을 이용하여 10mm²의 관심영역(Region of Interest, ROI)을 설정한 후, 팬텀영상 중심부의 신호강도와 주변부의 배경잡음 및 표준편차를 측정하였으며, SNR은 측정된 값을 이용하여 산출하였다.

성능/효과

그러나 관련 연구가 전무한 상태에서 element 선택에 따른 SNR 값을 최초로 정량적으로 제시하였다는 점과 많은 연구와 비용, 그리고 안전성이 담보되어야 하는 기존의 방법을 개선한 surface coil의 특성을 이용하여 임상에서 손쉽게 SNR을 증가시킬 수 있는 방안을 마련하였다는 데에 학술적 의의가 있다고 하겠다. 본 연구 결과를 임상 검사에 적용한다면 영상의 SNR을 용이하게 높일 수 있으리라 판단된다.
연구결과, T1, T2 강조영상 모두 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우가 전체를 사용하여 신호를 수집 하는 경우보다 T1강조영상은 5.49%, T2강조영상은 14.64% 유의하게 증가하였다. 이는 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우 영상화하려는 대상물체와 거리가 가까워지기 때문에 신호강도가 증가하는 surface coil의 특성을 그대로 반영하는 것이다.
최종적으로 element 선택으로 인한 거리변화에 따른 영상의 SNR은 element 전체를 사용하여 신호를 수집 하는 경우, T1 강조영상은 42.80±2.51, T2 강조영상은 37.16±1.71로 나타났고, element를 선택하여 신호를 수집하는 경우, T1 강조영상은 45.15±2.87, T2 강조영상은 42.60±1.91로 나타났다.
통계적 분석결과 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우, 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우보다 T1, T2 강조영상 모두 신호강도가 유의하게 감소하였는데, T1강조영상은 13.16%(165.28), T2강조영상은 13.59%(159.25) 감소하였다[Table 1].
통계적 분석결과 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우가 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우보다 T1, T2 강조영상 모두 SNR이 유의하게 증가하였는데, T1강조영상은 5.49%(2.35), T2강조영상은 14.64% (5.44) 증가하였다[Table 4].
통계적 분석결과 element를 선택하여 신호를 수집하는 경우가 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우보다 T1, T2 강조영상 모두 배경잡음의 표준편차가 유의하게 감소하였는데, T1강조영상은 17.61%(5.18), T2강조 영상은 24.60%(7.77) 감소하였다[Table 3].
통계적 분석증결과 element를 선택하여 신호를 수집 하는 경우가 전체를 사용하여 신호를 수집하는 경우보다 T1, T2 강조영상 모두 배경잡음이 유의하게 감소하였는데, T1강조영상은 22.57%(18.87), T2강조영상은 27.54%(19.12) 감소하였다[Table 2].

후속연구

그러나 관련 연구가 전무한 상태에서 element 선택에 따른 SNR 값을 최초로 정량적으로 제시하였다는 점과 많은 연구와 비용, 그리고 안전성이 담보되어야 하는 기존의 방법을 개선한 surface coil의 특성을 이용하여 임상에서 손쉽게 SNR을 증가시킬 수 있는 방안을 마련하였다는 데에 학술적 의의가 있다고 하겠다. 본 연구 결과를 임상 검사에 적용한다면 영상의 SNR을 용이하게 높일 수 있으리라 판단된다.
본 연구는 전체가 아닌 부분영역의 영상화시에만 국한된다는 점과 coil 내 element를 전부 사용해야 하는 parallel 영상기법을 구현할 수 없다는 제한점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	array coil이란?	자기공명영상(magnetic resonance imaging, 이하 MRI) 검사 시 사용되는 array coil은 거리에 비례하여 감도가 급격히 저하되는 surface coil의 단점을 보완한 coil이다[1]. 주로 척추와 같이 넓은 부위의 영상화에 이용되며, 작은 surface coil을 여러 개 연결시켜 하나의 코일로 작동시키는 원리를 이용한다.
	element는 무엇이고, 이것의 특징은?	주로 척추와 같이 넓은 부위의 영상화에 이용되며, 작은 surface coil을 여러 개 연결시켜 하나의 코일로 작동시키는 원리를 이용한다. 이때 array coil을 구성하는 작은 surface coil을 element 라고 하는데, 이 element는 신호의 세기가 거리의 역수에 비례하는 surface coil의 특성에 비례한다. 따라서 영상화하려는 물체와 element의 거리가 가까울수록 신호의 세기가 증가하며 멀어질수록 신호의 세기가 감소한다[2].
	array coil의 주 사용 용도와 작동 원리는?	자기공명영상(magnetic resonance imaging, 이하 MRI) 검사 시 사용되는 array coil은 거리에 비례하여 감도가 급격히 저하되는 surface coil의 단점을 보완한 coil이다[1]. 주로 척추와 같이 넓은 부위의 영상화에 이용되며, 작은 surface coil을 여러 개 연결시켜 하나의 코일로 작동시키는 원리를 이용한다. 이때 array coil을 구성하는 작은 surface coil을 element 라고 하는데, 이 element는 신호의 세기가 거리의 역수에 비례하는 surface coil의 특성에 비례한다.

참고문헌 (14)

G. Shou, L. Xia, F. Liu, M. Zhu, Y. Li, and S. Crozier, "MRI coil design using boundaryelement method with regularization technique: A numerical calculation study," IEEE Transactions on Magnetics, Vol.46, No.4, pp.1052-1059, 2010.

상세보기
H. Lee, 자기공명 영상과 분광법의 이해, 계명대학교출판부, 2016.
M. A. Ohliger and D. K. Sodickson, "An introduction to coil array design for parallel MRI," NMR in Biomedicine, Vol.19, No.3, pp.300-315, 2006.

상세보기
E. Plenge, D. H. Poot, M. Bernsen, G. Kotek, G. Houston, P. Wielopolski, W. J. Niessen, and E. Meijering, "Super-resolution methods in MRI: can they improve the trade-off between resolution, signal-to-noise ratio, and acquisition time?," Magn Reson Med, Vol.68, No.6, pp.1983-1993, 2012.

상세보기
D. M. Brian, A. B. Mark, and C. S. Richard, MRI basic principles and applications, John Wiley & Sons, 2015.
K. W. Choi and S. Y. Son, "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 cooperation Society, Vol.13, No.11, pp.5299-5304, 2012.

원문보기 상세보기
D. K. Seo, S. Na, J. H. Park, K. W. Choi, H. B. Lee, and D. K. Han, "Effectiveness of a silicone device for foot MRI in order to obtain homogeneous fat suppression images," Acta Radiologica, Vol.56, No.4, pp.471-476, 2015.

상세보기
L. Axel, J. Costantini, and J. Listerud, "Intensity correction in surface-coil MR imaging," AJR Am J Roentgenol, Vol.148, No.2, pp.418-420, 1987.

상세보기
T. W. Redpath, "Signal-to-noise ratio in MRI," The British Journal of Radiology, Vol.71, pp.704-707, 1998.

상세보기
N. H. Koo, H. B. Lee, K. W. Choi, S. Y. Son, and B. G. Yoo, "The Study on Signal to Noise Ratio of Single-Shot Turbo Spin Echo to Reduce Image Distortion in Brain Stem Diffusion MRI," Journal of the Korean Society of Radiology, Vol.10, No.4, pp.241-246, 2016.

원문보기 상세보기
T. J. Lawry, M. W. Weiner, and G. B. Matson, "Computer modeling of surface coil sensitivity," Magnetic resonance in medicine, Vol.16, No.2, pp.294-302, 1990.

상세보기
R. Buchli, M. Saner, D. Meier, E. B. Boskamp, and P. Boesiger, "Increased rf power absorption in MR imaging due to rf coupling between body coil and surface coil," Magn Reson Med, Vol.9, No.1, pp.105-112, 1989.

상세보기
D. H. Lee, C. Hong, M. W. Lee, and B. S. Han, "Signal intensity correction for multichannel MR images using radon transformation," International Journal of Imaging Systems and Technology, Vol.25, No.2, pp.148-152, 2015.

상세보기
C. M. Collins, Q. X. Yang, J. H. Wang, X. Zhang, H. Liu, S. Michaeli, X. H. Zhu, G. Adriany, J. T. Vaughan, P. Anderson, H. Merkle, K. Ugurbil, M. B. Smith, and W. Chen, "Different excitation and reception distributions with a single-loop transmit- receive surface coil near a head-sized spherical phantom at 300 MHz," Magn Reson Med, Vol.47, No.5, pp.1026-1028, 2002.

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저자의 다른 논문 :

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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