[논문]Sonovue 초음파 조영제를 이용한 장비 간 Mechanical Index의 변화에 따른 신호 강도 비교연구

김명석; 김상현

doi:10.7742/jksr.2019.13.1.21

Sonovue 초음파 조영제를 이용한 장비 간 Mechanical Index의 변화에 따른 신호 강도 비교연구
Comparative Study on Signal Strength of Mechanical Index Using Ultrasound Machines with SonoVue Contrast 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.13 no.1, 2019년, pp.21 - 29

초록
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본 실험의 목적은 SonoVue를 이용하여 장비 간 MI 값 및 시간 변화에 따른 관계를 유추해 보고, 신호 차이를 비교 분석하는 것이다. 비교 장비 모두 MI 값 증가에 따라 초기에 강한 신호 값을 보였다. 시간의 경과에 따라 장비 간 신호 값은 RS85A의 MI 0.1의 조건의 10분경과를 제외한 모든 조건에서 신호 감소를 보였다. 장비 간 비교에서 EPIQ7, RS85A, E9순으로 높은 값이 나왔고, RS85A와 E9의 SNR과 CNR의 정량적 평가에서 모두 p-value<0.05로 통계적으로 유의하였다. EPIQ7에서의 MI 값의 SNR을 제외한 CNR과 시간에 따른 SNR, CNR 모두 통계적으로 유의하였다. 이를 통해 조영 증강 초음파 검사에 있어 낮은 MI 값 (MI<0.5)이더라도 장비 간 신호 강도 차이가 있으므로 MI 값과 시간을 조절하여 검사하는 것이 권고된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to compare the MI using SonoVue along with different machines output and to infer the meaning of the signal difference under the same condition. All of the comparative instruments showed strong signal values at early stage as MI value increased. Over time, the inter-instrumental signal values showed signal attenuation under all conditions except for 10 min of the condition of MI 0.1 of RS85A. E9 and EPIQ7 showed signal degradation due to microbubble collapse over time at all MI values. In the comparison of equipment, the signal strengths of MI 0.1, 0.2, and 0.4 were high in order of EPIQ7, RS85A and E9. In the quantitative analysis, there were statistically significant from the SNR and CNR that were obtained from RS85A and E9 (P-value<0.05). In the quantitative analysis, Epiq7 was statistically significant except for CNR as the MI value was changed In the contrast-enhanced ultrasound, even though MI value was low (MI <0.05), it will be helpful for diagnosis, controlling the MI and scan time because a difference in signal intensity was shown between the three machines.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Basic structure of micro bubble surrounded by various shell^[5].
표 Table 1. The configuration and effective frequency and resolution of probes used for each equipment test
그림 Fig. 2. Phantoms made of self-made, equivalent materials for experiments.
그림 Fig. 3. Ultrasound laboratory diagram.
그림 Fig. 4. Set-Up for Ultrasonic Signal Strength Measurement.
표 Table 2. A component ratio of phantom
그림 Fig. 5. ROI Settings for Image Evaluation.
표 Table 3. Parameter of preset value of ultrasonic equipment
그림 Fig. 6. Signal strength comparison by MI value and time between equipment.
그림 Fig. 7. The variation of signals between equipment according to the same MI.
표 Table 4. RS85A Signal value with MI adjustment and time change
표 Table 5. E9 Signal value with MI adjustment and time change
표 Table 6. EPIQ7 Signal value with MI adjustment and time change
표 Table 7. Mean value, standard deviation and p-value of SNR, CNR according to changes in MI
표 Table 8. Mean value, standard deviation and p-value of SNR, CNR according to changes in Time
그림 Fig. 8. Show increasing visual far wall artifact (arrow) with increasing concentration of micro bubbles within the flow phantom. (A) Contrast-enhanced image is on the left and (B) B-mode reference is on the right.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

[11] 이에 우리는 대표적인 초음파 조영제인 SonoVue를 이용하여, 조영제가 파괴되지 않는 범위인 즉, MI 0.5 이하의 조건에서 초음파 장비 간 Acoustic power에 따른 MI 값의 조건을 여러 개로 나누어, 달라지는 Micro bubble의 신호 강도 변화에 따른 관계를 유추해 보고 장비 간 동일 조건 시 초음파 조영 영상을 획득하여 신호 강도의 차이를 비교 분석해보고자 한다.

제안 방법

Phantom의 정량적인 신호 획득을 위해 Distilled water 100cc당 조영제 1cc를 Mix하여 분당 300RPM의 속도로 Auto circulator를 이용하여 Phantom내 관류영상을 만들었다.
4ml이며, 지연기 영상을 위해 의사의 판단 하에 1회 더 투여가 가능한 것으로 알려져 있다. [14] 하지만 본 실험에서는 Phantom을 통한 연구로 1회 투약용량을 고려하지 않고 주입하여 검사하였다.
Phantom의 정량적인 신호 획득을 위해 Distilled water 100cc당 조영제 1cc를 Mix하여 분당 300RPM의 속도로 Auto circulator를 이용하여 Phantom내 관류영상을 만들었다. 검사의 변동성을 줄이기 위하여 장비 간 초점 (focus)과 초점거리 (depth)를각각 Phantom의 tube 중심부에 맞춰 동일하게 설정 하였고 Frequency, Frame rate, DR (dynamic range), Gain, TGC (Time gain compensation) 또한 동일한값으로 설정하였다. 장비 내에 있는 CEUS (Contrast-enhanced ultrasound) 모드에서 Transverse scan을 기준, 움직임으로 인한 변동성을 줄이기 위해 Holder를 이용하여 Fig.
Phantom의 구성 물질은 Distilled water, Gelatin, Glycerin으로 구성되어 있으며 각각의 재료를 아래 구성비율과 동일하게 혼합하여 제작하였다. 그 안에 관류영상 재현하기 위해 조영제가 지나갈 수 있는 통로를 만들기 위해 Inner Diameter (ID) / Outer Diameter (OD)가 각각 0.3*1.3mm / 2.0*3.0mm의 Medical grade material PVC 재질로 된 Extension tube를 Phantom 내에 삽입하였다. Fig.
Giles, UK), EPIQ7(Philips Healthcare, Best, the Netherlands), RS85A (Samsung Medicine, Seoul, South Korea) 이며 가장대표적으로 많은 검사를 차지하는 복부를 검사하기에 최적화된 기준을 찾기 위해 Transducer는 아래 Table1과 같이 정하였다. 그리고 Transducer의 고정을 위해 고정대를 이용하여 초음파 Transducer가 Phantom에 가해지는 압력을 동일하게 만들었다.
그리고 획득한 측정 데이터 값을 적용하여 SNR 과 CNR 산출에 필요한 데이터를 정량적으로 측정하였다.
25% 기준으로 하여 영상 Phantom의 조영제가 지나는 통로의 중심부에서 각각의 조건에 따른, 평균값과 표준편차 값을 구하였다. 또한 영상의 CNR과 SNR 을 구하기 위해 Background 신호는 조영제가 지나가는 통로의 중심부 위에서 초음파 영상기준 2cm 위의 위치에서 동일 ROI를 설정하여 Fig. 5과 같이 측정하였다.
이렇게 얻어진 신호 강도 값을 그래프로 전환하여 장비 간 상관성에 대해 비교 평가하였다.
검사의 변동성을 줄이기 위하여 장비 간 초점 (focus)과 초점거리 (depth)를각각 Phantom의 tube 중심부에 맞춰 동일하게 설정 하였고 Frequency, Frame rate, DR (dynamic range), Gain, TGC (Time gain compensation) 또한 동일한값으로 설정하였다. 장비 내에 있는 CEUS (Contrast-enhanced ultrasound) 모드에서 Transverse scan을 기준, 움직임으로 인한 변동성을 줄이기 위해 Holder를 이용하여 Fig. 3과 Fig. 4와 같이 Transducer를 고정 후 초음파를 주사하였다. 초음파장비의 Acoustic power 조절을 통해 장비 간 MI 값을 0.
조영제 주입 및 초음파 조사매질로 인체 등가물질인 Gelatin을 이용하여 Phantom을 자체 제작하였다. Phantom의 구성 물질은 Distilled water, Gelatin, Glycerin으로 구성되어 있으며 각각의 재료를 아래 구성비율과 동일하게 혼합하여 제작하였다.
4와 같이 Transducer를 고정 후 초음파를 주사하였다. 초음파장비의 Acoustic power 조절을 통해 장비 간 MI 값을 0.1, 0.2, 0.4의 값으로 설정하여 조사하였으며 Phantom 내 조영제가 순환을 시작하는 시간을 기점으로 각각 1분, 3분, 5분, 10분일 때, 영상을 획득하였고 정량적 평가를 위해 동일 조건에서 10번씩 반복하여 영상을 획득하였다.

대상 데이터

조영제 주입 및 초음파 조사매질로 인체 등가물질인 Gelatin을 이용하여 Phantom을 자체 제작하였다. Phantom의 구성 물질은 Distilled water, Gelatin, Glycerin으로 구성되어 있으며 각각의 재료를 아래 구성비율과 동일하게 혼합하여 제작하였다. 그 안에 관류영상 재현하기 위해 조영제가 지나갈 수 있는 통로를 만들기 위해 Inner Diameter (ID) / Outer Diameter (OD)가 각각 0.
본 실험에서 사용된 조영제는 2세대 초음파 조영제로서 SonoVue (Bracco, Milan)를 사용하였다. SonoVue (sulphur hexafluoride micro bubbles)는 2001년 이탈리아의 Bracco사에 의해 처음 개발 및 시판되기 시작하였으며, 특징적으로 물 및 혈액에 잘 녹지 않고 매우 안정적인 sulfur hexafluoride (SF6) gas를 2-10µm의 Phopholipidic monolayer shell 안에 담고 있는 미세기포 이다.
본 연구의 영상 실험에 사용된 장비는 LOGIQ E9(GE Healthcare, Chalfont St. Giles, UK), EPIQ7(Philips Healthcare, Best, the Netherlands), RS85A (Samsung Medicine, Seoul, South Korea) 이며 가장대표적으로 많은 검사를 차지하는 복부를 검사하기에 최적화된 기준을 찾기 위해 Transducer는 아래 Table1과 같이 정하였다. 그리고 Transducer의 고정을 위해 고정대를 이용하여 초음파 Transducer가 Phantom에 가해지는 압력을 동일하게 만들었다.
조영제의 구성은 지질막으로 구성된 미세기포(Micro bubble)이다. 이들 기체를 싸고 있는 지질막의 구성 성분은 조영제에 따라 다소 차이가 있으며그 크기가 대부분 2-10 µm 전후로 적혈구와 비슷하거나 약간 작아서 전신순환이 가능하게 되어 다양한 장기와 혈관의 검사 및 진단이 가능하다.

데이터처리

23, IMB)을 이용하였다. 모든 결과 값들은 평균과 표준 편차로 나타내었고, 그룹 간 결과 값들과 그에 따른 SNR, CNR들은 비모수 통계검정(Nonparametric statistical test) 방법인 Kruskal -Wallis test를 통하여 이를 확인하였고 통계의 유의 수준은 0.05로 p-value＜0.05 일 때 통계적으로 유의한 것으로 해석 하였다.
초음파 조사 후 획득한 조영 증강 영상은 PACS를 통해 저장하였으며 영상의 신호 값의 분석은 Window width (W/W) 256, Window level (W/L) 128의값으로 PACS 내에 있는 Analysis tool을 이용하여 ROI 를 설정하였으며, ROI Area-1.11 cm², Length-3.73 mm, Zoom-96.25% 기준으로 하여 영상 Phantom의 조영제가 지나는 통로의 중심부에서 각각의 조건에 따른, 평균값과 표준편차 값을 구하였다.
측정된 CNR과 SNR의 통계학적 검정은 SPSS (Ver. 23, IMB)을 이용하였다. 모든 결과 값들은 평균과 표준 편차로 나타내었고, 그룹 간 결과 값들과 그에 따른 SNR, CNR들은 비모수 통계검정(Nonparametric statistical test) 방법인 Kruskal -Wallis test를 통하여 이를 확인하였고 통계의 유의 수준은 0.

성능/효과

첫 번째, 육안적 평가를 위해 검사자는 다양한 조건의 변화를 조절하며 검사를 해야 할 것이다. 두 번째, 조영제 주입량을 감소시켜 검사를 하게 되면 이러한 Artifact가 감소하겠지만 반대로 신호대 잡음비를 감소시켜 영상의 질에 영향을 줄 수있다. 따라서 검사자는 검사의 목적과 방향을 잘 설정하고 장비 간 특성을 고려하여 조영 증강 초음파 검사를 해야 함을 실험을 통해 알 수 있었다.
5)의 범위에 서는 Acoustic power의 크기에 따른 신호 감소보다는 시간의 흐름에 따른 조영제 노출 시간에 의한 파괴가 더 크게 신호 감소를 만드는 원인이라 생각 된다. 또한 신호를 표현하는 데 있어 장비마다 Noise를 감소시키거나 신호를 증폭시키는 처리기술의 차이가 실제 조영 검사에서 표현되는 것을 확인하였다. EPIQ7 장비의 경우 신호 강도 값이 다른 두 장비에 비해 값이 높게 나왔으나 반대로 Noise 신호 강도 값 또한 높게 측정되었다.
5 이하의 값에서의 조영제 신호 값은 장비에 상관없이 MI 값에 비례하여 신호증가하는 것을 보였다. 또한 실험 전 Micro bubble이 MI 값의 증가에 따라 파괴되는 시간이 짧아질것이라고 보았지만 실제 실험에서는 3분이 지나는시점까지는 모든 조건에서 일정한 폭으로 감소하는 경향을 보였다. 이는 일정 값 (MI>0.
6과 같다. 세장비 모두 MI 값이 높아짐에 따라 초기 신호 모두 강한 신호 값을 보였으며 MI 0.4에서 가장 높은 신호 강도를 MI 0.1에서 가장 낮은 신호 강도를 확인하였다. 시간이 경과함에 따라 MI 간 신호 강도의 차이는 처음보다 줄어 들었다.
장비 간 MI 값에 따라 발생한 신호를 획득하여 분석해본 결과 MI 0.5 이하의 값에서의 조영제 신호 값은 장비에 상관없이 MI 값에 비례하여 신호증가하는 것을 보였다. 또한 실험 전 Micro bubble이 MI 값의 증가에 따라 파괴되는 시간이 짧아질것이라고 보았지만 실제 실험에서는 3분이 지나는시점까지는 모든 조건에서 일정한 폭으로 감소하는 경향을 보였다.
7과 같다. 장비 간 동일 MI 값에 따른 신호 강도의 차이는 EPIQ7, RS85A, E9의 순으로 신호 강도를 보였으며 MI 0.1에서 장비 간 신호 강도 차이가 가장 컸음을 확인하였다.
4에서 가장 높은 신호 강도를 보였다. 장비 별 비교에서는 MI 0.1, 0.2, 0.4 모두 EPIQ7, RS85A, E9 순으로 높은 신호 강도를 보였다. 동일 값에 따른장비 별 신호의 변화 결과는 Fig.
첫 번째, 육안적 평가를 위해 검사자는 다양한 조건의 변화를 조절하며 검사를 해야 할 것이다. 두 번째, 조영제 주입량을 감소시켜 검사를 하게 되면 이러한 Artifact가 감소하겠지만 반대로 신호대 잡음비를 감소시켜 영상의 질에 영향을 줄 수있다.

후속연구

따라서 본 실험이 관류 영상을 모방한 실험이긴 하나 이러한 변수를 적절하게 적용하지 못한 부분이 있다. 따라서 후속 연구에서는 인체특성을 더 고려한 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다.
이것은 실제 혈관의 Plaque 같은 질환을 평가하거나 이물질을 부정확하게 진단할 수 있다. 물론 조영 증강 초음파가 여러 방면에 있어 좋은 장점들이 존재하지만 이러한 Artifact를 최소화하기 위한 다양한 방법을 사용하여 검사하여야 할 것이다.
본 연구에 있어 한계점은 첫 번째로, 실제 환자의 대상이 아니라 모형 Phantom에 조영제를 적용하여 사용하였기 때문에 환자의 호흡이나 체내 순환에 있어 손실되는 신호 강도를 고려하지 못했다는 점이다. 실제 인체를 대상으로 하는 조영 증강 초음파 검사에서는 체내 순환 중 환자의 초음파 조영 제가 환자의 호흡을 통해 배출되면서 발생하는 조영 신호 감소나 체내 순환을 하는 이유로 실제 신호 값의 변화가 환자마다 다르다.
장비 간 측정 Parameter를 통일시켜 실험 하였으나 조영 신호 분석에 대한 실험의 반복횟수가 적어 일반화하기에는 어렵다는 점이다. 하지만 위 실험을 기초로 반복적 실험을 통한 지속적인 연구를 함으로서 임상에서 하기 힘든 주파수나 출력 값의 정량적 측정 및 분석을 손쉽게 할 수 있고 나아가 장비의 여러 원인에서 발생할 수 있는 Image quality 저하의 원인에 있어 주파수 혹은 MI 값의 비교 및 분석이 가능하게 되므로 Quality control적인 평가측면에서도 적용 가능할 것이라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초음파 조영제가 기존의 초음파 B-mode나 Doppler mode 초음파와의 차이점은?	초음파 조영제는 미세기포를 포함하는 현탁액의 형태로 초음파 영상의 대조도를 높이기 위한 목적으로 주로 사용 되어 왔다.[1] 이는 기존의 초음파 B-mode나 Doppler mode 초음파에서 볼 수 없었던 작은 혈관이나 모세혈관의 혈류를 실시간으로 시각화하여 보여줄 수 있을 뿐만 아니라 신체 내부 장기의 구조와 움직임을 더욱 신호를 강조하여 보여줄 수 있다. CT 나 MRI 조영제와는 다르게 초음파 조영제는 호흡을 통해 배출되므로 신장에 영향을 주지 않아 신부전이 있는 환자나 갑상선 질환이 있는 환자에게도 사용이 가능하다.
	초음파 조영제는 어떠한 목적으로 주로 사용되었는가?	초음파 조영제는 미세기포를 포함하는 현탁액의 형태로 초음파 영상의 대조도를 높이기 위한 목적으로 주로 사용 되어 왔다.[1] 이는 기존의 초음파 B-mode나 Doppler mode 초음파에서 볼 수 없었던 작은 혈관이나 모세혈관의 혈류를 실시간으로 시각화하여 보여줄 수 있을 뿐만 아니라 신체 내부 장기의 구조와 움직임을 더욱 신호를 강조하여 보여줄 수 있다.
	조영제의 구성은 무엇인가?	조영제의 구성은 지질막으로 구성된 미세기포(Micro bubble)이다. 이들 기체를 싸고 있는 지질막의 구성 성분은 조영제에 따라 다소 차이가 있으며 그 크기가 대부분 2-10 µm 전후로 적혈구와 비슷하거나 약간 작아서 전신순환이 가능하게 되어 다양한 장기와 혈관의 검사 및 진단이 가능하다.

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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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