[논문]6채널 SENSE Cardiac Array 코일을 이용한 검사 시 코일의 위치 변화에 따른 신호강도

최관우; 손순룡; 유병규

doi:10.7742/jksr.2018.12.5.699

초록
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본 연구는 array 코일을 이용한 검사 시 코일의 위치변화에 따른 신호강도를 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써, 동일선상에 코일들이 위치하지 않았을 경우 신호강도가 저하되는 문제점을 개선해 보고자 하였다. 연구방법은 두 부분으로 나눠져 있는 array 코일에 multi-purpose MRI 팬텀을 위치시킨 다음 array 코일의 앞부분을 상, 하, 좌, 우 네 방향으로 중심에서 2 cm 씩 10 cm 까지 이동하며 영상을 획득한 후 신호강도를 측정하여 비교평가 하였다. 연구결과, T1, T2 강조 영상 모두 상 방향을 제외한 하 방향과 좌, 우 방향의 위치변화가 2 cm 이내인 경우 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 유의한 차이가 없어 동일한 신호강도를 나타냄을 알 수 있었다. 결론적으로 array 코일을 이용한 검사 시 여러 가지 원인에 의해 동일선상에 코일들을 위치시킬 수 없을 경우 상 방향을 제외한 나머지 방향의 위치변화를 중심에서 2 cm 이내로 설정한다면 위치변화로 인해 신호강도가 저하되는 문제점을 개선할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we measured signal intensities according to array coil position changes to provide reference data of coil directions and the distances as it deters image quality unless the coils are aligned properly. The multi-purpose MRI phantom was placed in body array coils, and it was moved to th...

In this study, we measured signal intensities according to array coil position changes to provide reference data of coil directions and the distances as it deters image quality unless the coils are aligned properly. The multi-purpose MRI phantom was placed in body array coils, and it was moved to the top, bottom, left, and right directions by 2 cm from the center to 10 cm. After obtaining images, signal intensities were measured and compared. The results of this study were as follows: Except for the upward direction, the signal intensities of the reference signal was not significantly different from that of the reference signal intensity within 2cm in both T1 and T2-weighted images. In conclusion, in clinical circumstances which various challenges exist to align the coils exactly on the same lines, array coils should be positioned at least within 2 cm from the center except for the upward direction, on the same line to prevent the image qualities are lowered.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig 1. Multi-purpose MRI Phantom.
표 Table 1. Signal intensities of T1-weighted images according to vertical position of coil
표 Table 2. Signal intensities of T2-weighted images according to vertical position of coil
표 Table 3. Signal intensities of T1-weighted images according to horizontal position of coil
표 Table 4. Signal intensities of T2-weighted images according to horizontal position of coil
표 Table 5. ANOVA test of T1-weighted images according to coil position
표 Table 6. ANOVA test of T2-weighted images according to coil position
표 Table 7. Post-analysis of T1-weighted images according to coil position
표 Table 8. Post-analysis of T2-weighted images according to coil position

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 Array coil을 이용한 검사 시 코일의 위치변화에 따른 신호강도를 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써 동일선상에 코일들이 위치하지 않았을 경우 신호강도가 저하되는 문제점을 개선해 보고자 하였다. 연구를 통하여 T1, T2 강조영상 모두 상 방향을 제외한 하 방향과 좌, 우 방향의 위치변화가 2 cm 이내인 경우 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 유의한 차이가 없어 동일한 신호강도를 나타냄을 알 수 있었다.
본 연구는 신호강도를 높이기 위한 장비 교체 및 코일의 개발 없이 코일의 위치변화에 따른 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써, 임상에서 손쉽게 적용하여 영상에서 최적의 신호강도를 획득할 수 있도록 하였다. 그러나 현실적인 어려움으로 코일의 이동 방향과 거리를 세분화 할 수 없었다는 점과 인체를 이용하여 임상실험을 시행하지 못했다는 제한점으로 인해 향후 추가적으로 연구가 진행될 필요성이 있다.
이에 저자들은 Array 코일을 이용한 검사 시 코일의 위치변화에 따른 신호강도를 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써 동일선상에 코일들이 위치하지 않는 원인과 그에 따른 신호강도의 저하 문제점을 개선해 보고자 하였다.
이에 저자들은 동일선상에 코일들이 위치하지 않았을 경우 어떤 방향으로 어느 거리에 따라 신호가 저하되는지 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써 동일선상에 코일들이 위치하지 않음으로 인해 신호강도가 저하되는 문제점을 개선해 보고자 하였다. 즉 실험을 통하여 동일선상에 코일들이 위치한 경우와 신호강도가 동일한 거리를 찾아내 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시하고자 한 것이다.
이에 저자들은 동일선상에 코일들이 위치하지 않았을 경우 어떤 방향으로 어느 거리에 따라 신호가 저하되는지 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써 동일선상에 코일들이 위치하지 않음으로 인해 신호강도가 저하되는 문제점을 개선해 보고자 하였다. 즉 실험을 통하여 동일선상에 코일들이 위치한 경우와 신호강도가 동일한 거리를 찾아내 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시하고자 한 것이다.
따라서 실험을 통하여 동일선상에 코일들이 위치해 있을 경우와 통계적으로 동일한 신호강도의 방향과 거리를 찾아내 제시한다면, 코일들이 동일선상에 위치하지 않아서 발생하는 문제점을 개선할 수 있을 것이라 생각 하였다. 즉, 어떤 방향으로 어느 거리에 따라 신호가 저하되는지 측정하여 기준인 동일선상에 코일들이 위치한 경우와 동일한 신호강도를 찾아내 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시하고자 하였다.

가설 설정

이때 코일들이 동일선상에 위치하지 않았을 경우 유도기전력이 최대로 형성되지 않아 신호강도가 감소한다.^[8] 저자들은 X-Y 평면의 동일선상에서 코일들이 중심에서 각 방향에 따라 거리가 일정하게 줄어들거나 늘어나게 되면 신호강도도 일정하게 감소하거나 증가할 것이라고 가정을 하였다.

제안 방법

영상의 매개변수는 T1 강조영상의 경우 TR500ms, TE 20ms, FA 90°, FOV 250×250mm, Slice Thickness 5mm, Slice Gap 2mm, Matrix 250×250, NEX 1을 사용하였고, T2 강조영상의 경우 TR3000ms, TE 80ms, FA 90°, FOV 250×250mm, Slice Thickness 5mm, Slice Gap 2mm, Matrix 250×250, NEX 1을 사용하였다.
이를 증명하기 위해 Multi-purpose MRI 팬텀을 이용하여 Fig. 1과 같이 상, 하, 좌, 우 네 방향으로 중심에서 2 cm 씩 10 cm 까지 코일을 이동하며 영상을 획득한 다음, 코일의 위치 변화에 따른 영상의 신호강도를 측정하여 비교 평가하였다.

대상 데이터

영상획득 장비는 3.0T 초전도 자기공명영상 장치(Achieva, Philips medical system, Netherlands)와 6채널 SENSE Cardiac Array 코일을 이용하였고, 영상획득은 T1, T2 강조영상을 획득하였으며, Array 코일의 위치 변화 이외에는 모든 변수를 통제하였다.
영상의 매개변수는 T1 강조영상의 경우 TR500ms, TE 20ms, FA 90°, FOV 250×250mm, Slice Thickness 5mm, Slice Gap 2mm, Matrix 250×250, NEX 1을 사용하였고, T2 강조영상의 경우 TR3000ms, TE 80ms, FA 90°, FOV 250×250mm, Slice Thickness 5mm, Slice Gap 2mm, Matrix 250×250, NEX 1을 사용하였다. 영상획득 횟수는 팬텀의 관상면(Coronal) 영상을 코일의 위치 변화에 따라 각각 30회씩 획득하였다.

데이터처리

영상의 신호강도는 영상 평가프로그램(Image J, ver. 1.47v, NIH, USA)을 이용하였으며, 획득한 팬텀영상의 중심부에 150 mm²의 관심 영역(Region of Interest)을 설정하여 측정하였다.
47v, NIH, USA)을 이용하였으며, 획득한 팬텀영상의 중심부에 150 mm²의 관심 영역(Region of Interest)을 설정하여 측정하였다. 영상의 평가는 통계 프로그램(SPSS ver.22, SPSS Inc., Chicago IL, USA)을 이용하여 코일의 위치 변화에 따른 영상의 신호강도를 비교한 후, 일원배치분산분석(ANOVA)과 사후분석(Post hoc)을 병행하여 유의한 차이가 있는지 평가하였다.

성능/효과

세부적으로 Table 1과 같이 T1 강조영상의 신호강도는 중심을 기준(1357.25±5.35)으로 상 방향의 경우 2 cm의 위치변화가 있을 때 -2.02%(1329.77±2.68)로 가장 작은 감소를, 10 cm의 위치변화가 있을 때 –10.57%(1213.81±6.62)로 가장 큰 감소를 보였으며, 하 방향의 경우 2 cm의 위치변화가 있을 때 -0.04%(1356.73±9.67)로 가장 작은 감소를, 10 cm의 위치변화가 있을 때-7.28%(1258.46±2.47)로 가장 큰 감소를 보였다.
세부적으로 Table 3과 같이 T1 강조영상의 신호강도는 중심을 기준(1357.25±5.35)으로 좌 방향의 경우 2 cm의 위치변화가 있을 때 -0.52%(1350.26±2.19)로 가장 작은 감소를, 10 cm의 위치변화가 있을 때 –7.96% (1249.19±5.38)로 가장 큰 감소를 보였으며, 우 방향의 경우 2 cm의 위치변화가 있을 때 -0.02%(1357.01±7.99)로 가장 작은 감소를, 10 cm의 위치변화가 있을 때 -7.79%(1251.53±1.15)로 가장 큰 감소를 보였다.
연구결과 T1, T2 강조영상 모두 상 방향을 제외한 하 방향과 좌, 우 방향으로 2 cm 이내인 경우 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 유의한 차이가 없어 동일한 신호강도를 나타냄을 알 수 있었다. 이는 인체가 Bore에 들어갔을 경우 불가항력적인 여러 가지 원인에 의해 동일선상에 코일들을 위치시킬 수 없을 때 상 방향을 제외한 나머지 방향의 위치변화를 중심에서 2 cm 이내로만 설정한다면 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 통계적으로 차이가 없으므로 검사를 시행해도 된다는 것을 의미한다.
본 연구는 Array coil을 이용한 검사 시 코일의 위치변화에 따른 신호강도를 측정하여 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써 동일선상에 코일들이 위치하지 않았을 경우 신호강도가 저하되는 문제점을 개선해 보고자 하였다. 연구를 통하여 T1, T2 강조영상 모두 상 방향을 제외한 하 방향과 좌, 우 방향의 위치변화가 2 cm 이내인 경우 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 유의한 차이가 없어 동일한 신호강도를 나타냄을 알 수 있었다. 결론적으로 여러 가지 원인에 의해 동일선상에 코일들을 위치시킬 수 없을 경우 상 방향을 제외한 나머지 방향의 위치변화를 중심에서 2 cm 이내로 설정한다면 코일의 위치변화로 인해 신호강도가 저하되는 문제점을 개선할 수 있으리라 사료된다.
좌. 우 네 방향의 위치변화에 따른 신호강도를 통합하여 일원배치분산분석을 시행한 결과, Table 5와 같이 코일의 위치변화에 따른 신호강도의 차이는 T1 강조영상의 경우 집단 내 적어도 다른 하나의 매우 유의한 차이가 있는 코일 위치변화에 따른 신호강도 값이 존재함 알 수 있었다.

후속연구

연구를 통하여 T1, T2 강조영상 모두 상 방향을 제외한 하 방향과 좌, 우 방향의 위치변화가 2 cm 이내인 경우 기준 신호강도인 중심의 신호강도와 유의한 차이가 없어 동일한 신호강도를 나타냄을 알 수 있었다. 결론적으로 여러 가지 원인에 의해 동일선상에 코일들을 위치시킬 수 없을 경우 상 방향을 제외한 나머지 방향의 위치변화를 중심에서 2 cm 이내로 설정한다면 코일의 위치변화로 인해 신호강도가 저하되는 문제점을 개선할 수 있으리라 사료된다.
본 연구는 신호강도를 높이기 위한 장비 교체 및 코일의 개발 없이 코일의 위치변화에 따른 영상의 신호강도가 급격히 저하되지 않는 기준 방향과 거리를 제시함으로써, 임상에서 손쉽게 적용하여 영상에서 최적의 신호강도를 획득할 수 있도록 하였다. 그러나 현실적인 어려움으로 코일의 이동 방향과 거리를 세분화 할 수 없었다는 점과 인체를 이용하여 임상실험을 시행하지 못했다는 제한점으로 인해 향후 추가적으로 연구가 진행될 필요성이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	표면코일과 비교했을 때, Array 코일의 장점은 무엇인가?	[5] 그러나 표면코일은 거리에 비례하여 감도가 급격히 감소하는 문제점이 있기에 척추나 복부, 골반 내 장기처럼 넓은 부위의 영상화에는 Array 코일을 사용한다.[6] Array 코일이란 작은 표면코일을 여러 개 연결시켜 하나의 코일로 작동하도록 함으로써 거리에 비례하여 신호의 세기가 민감하게 변화하는 표면코일의 단점을 보완한 코일이다.[7]
	MRI 촬영 시 코일이 동일선상에 위치하지 않는 경우 어떤 문제점이 발생하게 되는가?	그러나 실제 환자의 복부 비만이나 자세, 검사자의 부주의 등에 의해 동일선상에 코일들이 위치하지 않는 경우가 빈번히 발생한다. 이 경우 검사를 시행하면 신호강도가 줄어들게 되어 병소의 경계가 불분명하게 나타나 진단과 치료에 악영향을 미친다.[9] 이와 같은 문제점이 발생함에도 불구하고 동일선상에 코일들이 위치하지 않음에 따라 신호가 어느 정도 감소되는지에 대한 연구가 전무하여 대부분의 의료기관에서는 간과하고 검사를 진행하는 실정이다.
	자기공명영상은 어떤 기법인가?	자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI 등)은 초전도 자석과 라디오파(Radio Frequency)를 이용하여 인체 내부 단면을 다양하게 영상화 하는 기법으로[1] 해상도(Resolution)와 신호강도(Signal Intensity) 및 획득시간(Scan Time)이 전체적으로 균형을 이루어야 한다.[2] 이 중 가장 중요한 것이 신호강도이며 강도가 높을수록 짧은 시간 내 고해상도의 영상을 획득할 수 있다.

참고문헌 (15)

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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, 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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