[논문]VAT-SEMAC을 이용한 보철물에 의한 허상 감소

김형태; 임종남; 천권수

doi:10.7742/jksr.2019.13.2.227

VAT-SEMAC을 이용한 보철물에 의한 허상 감소
Reduction of Metal Artifact by Using VAT-SEMAC in MRI 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.13 no.2, 2019년, pp.227 - 232

김형태 (대구가톨릭대학교 일반대학원 방사선학과) , 임종남 (대구가톨릭대학교 일반대학원 방사선학과) , 천권수 (대구가톨릭대학교 일반대학원 방사선학과)

초록
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자기공명영상에서 금속 물질이 삽입된 환자에서 자기감수성에 의한 허상이 발생하여 영상의 진단적 가치가 저하되는 문제가 발생하고 있다. 여러 가지 인공물 감소기법 중 VAT-SEMAC 기법을 적용하여 영상의 왜곡에 대해 연구 하였다. 정형외과 수술시 사용되는 금속 임플란트를 팬텀에 부착하여 T1WI, T2WI를 스캔 시 허상으로 인한 왜곡을 측정하였다. 감소기법의 미적용, VAT 적용, VAT-SEMAC을 호환 적용하여 검사를 실시한 후 허상을 비교 분석 하였다. 허상은 VAT-SEMAC에서 최소 8%에서 최대 26%의 감소를 보였다. VAT-SEMAC 기법을 적용하면 정형 보철물이 삽입된 환자에게도 영상의 질을 향상시켜 진단적 가치가 향상된 영상을 획득할 수 있다. 적절한 스캔시간과 영상의 질을 동시에 고려한다면 실제 임상에서 VAT-SEMAC의 적용하여 허상 감소효과를 얻을 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

MRI examination for patients with metal objects has in poor image quality. Metallic implants can result in poor image because magnetic susceptibility causes signal loss and distortion and makes poor imaging, which is called magnetic susceptibility artifact or metal artifact. There are several approaches to reduce metal artifacts. In this study, we study the reduction of metal artifact by VAT and SEMAC techniques. A metal implant used for orthopedic surgery was attached to the phatom and the distortion caused by the artifact was measured under T1WI and T2WI protocols. Several techniques of VAT only and VAT and SEMAC for the reduction of metal artifact were compared. The metal artifact showed a reduction of at least 8% to a maximum of 26% in the VAT-SEMAC. The VAT-SEMAC technique can be applied to patients with orthopedic implants to improve image quality. If scan time and image quality are simultaneously considered in VAT-SEMAC technique, metal artifact will be reduced in clinical practice.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. 3T MRI Equipment used in this study and Metal implant of 290 mm length and 10 mm diameter.
표 Table 1. MRI Scan Protocol for Foot Phantom.
그림 Fig. 2. Measurement of distortion on sagittal image (a) and coronal image (b).
그림 Fig. 3. Measurement of distortion on sagittal image (a) with VAT and coronal image (b) with VAT.
표 Table 2. Distorted image area for protocol T1WI.
표 Table 3. Distorted image area for protocol T2WI.
그림 Fig. 4. Measurement of distortion on sagittal image (a) with VAT-SEMAC and coronal image (b) with VAT-SEMAC.

AI 본문요약
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제안 방법

영상 왜곡의 측정은 Fig. 2(a) 시상면에서는 Marosis m-view(Infinitt Healthcare)의 Tool Bar를 이용하여 Foot의 3곳의 직경을 측정하였다. Fig.
Fig. 2(b)의 관상면에서 왜곡의 가로와 세로의 직경을 각각 10회씩 측정한 후 각 시퀀스 별 측정값을 비교하였다.
왜곡은 VAT 단독보다 VAT-SEMAC이 더 감소하였다. SEMAC을 적용하지 않은 Standard와 VAT를 적용한 경우 그리고 VAT-SEMAC을 사용하였을 때 허상의 직경을 측정하였다. Table 3은 프로토콜만 T2WI로 바꾸어 측정한 것으로 각각의 값이 약간 증가하였지만 전반적으로 Table 2와 비슷한 결과를 보였다.
금속 임플란트를 Fig. 1(a)의 테이블에 위치한 Ankle Phantom의 바깥쪽 부분에 부착하여 Table 1에서와 같이 Foot에 사용되는 MRI 프로토콜(Protocol)중에 T1 강조영상(T1WI; T1 Weighted Image)을 반복시간(TR; Repetition Time)과 에코시간(TE; Time Echo)을 짧게 하여 해부학적 정보를 확인하였다. 반대로TR, TE를 길게 하여 병리학적 정보를 나타내는 T2WI의 시상면과 관상면을 스캔하여 감소율을 확인하였다.
하지만 본 연구에서는 같은 영상의 해상력과 신호를 유지하기 위하여 스캔 시간은 고려하지 않고 진행 하였다. 따라서 여기 신호(NEX; Number of Excitations)를 1로 고정하였다.
^[12] 하지만 상대적으로 크기가 작은 티타늄 임플란트(Implant)에 의한 허상 감소 연구는 미진하다. 본 연구는 크기가 작은 정형외과 금속물에 대해 VAT 및 SEMAC를 적용하여 허상 감소를 평가하였다.
허상 감소 기법을 사용하지 않은 영상을 Standard로 하고, VAT 기법만을 적용한 경우, VAT 및 SEMAC SES 6과 SES 9를 적용한 경우에 대해 각각시상면과 관상면을 T1WI와 T2WI를 스캔하여 영상을 획득 후 비교 분석하였다. 스캔시 영상의 확대 또는 축소 방지를 위해 관심 영역은 169 mm × 300mm로 고정하였다.

대상 데이터

자기공명영상기기로 Fig. 1(a)과 같이 3T 자기장의 장치(SIMENSE, Magnetom Skyra)를 사용하였다. 코일은 Ankle Chanel (SIEMENSE)를 사용하였다.
자기 감수성에 의한 금속자화율 허상을 구현하기 위해 Fig. 1(b)와 같이 정형외과 수술에서 볼 수 있는 길이 290 mm 직경 10 mm인 임플란트를 사용 하였다.
1(a)과 같이 3T 자기장의 장치(SIMENSE, Magnetom Skyra)를 사용하였다. 코일은 Ankle Chanel (SIEMENSE)를 사용하였다. 자기 감수성에 의한 금속자화율 허상을 구현하기 위해 Fig.

이론/모형

그러나 VAT 의해 증가되는 흐려짐을 줄이기 위해서는 얇은 슬라이스와 높은 대역폭 검사가 필요하다.^[7,8] Z 방향에 수직인 추가 위상 인코딩의그래디언트를 적용하는 SEMAC(Slice Encoding forMetal Correction) 기법으로 평면 왜곡을 보정할 수있다. SEMAC SES로 표현되는데 여기에서 SES는 슬라이딩 인코딩 단계수를 표현한다.
크기가 작은 티타늄 임플란트에 대한 허상을 VAT와 SEMAC 기법을 적용하여 조사하였다. 왜곡은 VAT 단독보다 VAT-SEMAC이 우수한 허상 감소효과를 보였다.

성능/효과

왜곡은 VAT 단독보다 VAT-SEMAC이 우수한 허상 감소효과를 보였다. VAT와 SEMAC 기법을 동시에 적용하여 최소 8%, 최대 26%의 허상 감소 효과를 달성하였다. VAT-SEMAC 6과 9는 각각 23%와 26%의 감소율을 보였다.
금속자화율(MagneticSusceptibility) 허상은 주파수 부호화 방향으로 나타나는 특징을 가지고 있다.^[3] 자화율이 다른 두 조직의 경계면에서 국소 자기장이 왜곡되어 세차 주파수와 위상 차이가 발생하여 자기장의 세기가 다르게 되고, 신호의 중심이 TE에서 벗어나는 신호 변화를 초래한다.^[4] 금속과 혈종의 철성분이 주요 원인이고 자화율이 인체의 주변 조직보다 높은 강도를 갖는다.
^[3] 자화율이 다른 두 조직의 경계면에서 국소 자기장이 왜곡되어 세차 주파수와 위상 차이가 발생하여 자기장의 세기가 다르게 되고, 신호의 중심이 TE에서 벗어나는 신호 변화를 초래한다.^[4] 금속과 혈종의 철성분이 주요 원인이고 자화율이 인체의 주변 조직보다 높은 강도를 갖는다.^[5]
1(a)의 테이블에 위치한 Ankle Phantom의 바깥쪽 부분에 부착하여 Table 1에서와 같이 Foot에 사용되는 MRI 프로토콜(Protocol)중에 T1 강조영상(T1WI; T1 Weighted Image)을 반복시간(TR; Repetition Time)과 에코시간(TE; Time Echo)을 짧게 하여 해부학적 정보를 확인하였다. 반대로TR, TE를 길게 하여 병리학적 정보를 나타내는 T2WI의 시상면과 관상면을 스캔하여 감소율을 확인하였다.
본 연구에서는 VAT-SEMAC 6과 9는 각각 23%와 26%의 허상 감소를 보였다. 스캔 시간을 고려하지 않았을 경우 VAT-SEMAC SES가 9에서 허상이 최소가 되기 때문에 가장 감소율이 높은 시퀀스로 판단할 수 있다.
허상으로 인한 왜곡도가 2배에 가까웠다. 시상면의 경우 VAT를 적용 하였을 경우는 Standard 보다 평균 8% 감소하였다.
크기가 작은 티타늄 임플란트에 대한 허상을 VAT와 SEMAC 기법을 적용하여 조사하였다. 왜곡은 VAT 단독보다 VAT-SEMAC이 우수한 허상 감소효과를 보였다. VAT와 SEMAC 기법을 동시에 적용하여 최소 8%, 최대 26%의 허상 감소 효과를 달성하였다.
VAT와 SEMAC을 적용하였을 때 VAT 단독 보다 크게 향상되었다. 즉, VAT-SEMAC 6과 9는 각각 23%와 26%의 감소율을 보였다. 왜곡은 VAT 단독보다 VAT-SEMAC이 더 감소하였다.

후속연구

크기가 작은 티타늄 임플란트에 대해 VATSEMAC 기법을 호환 적용하되 스캔 시간을 조절하여 신호 및 해상력의 저하를 최소화 시키면 정형외과 금속물 삽입 환자에게도 질 높은 MRI 영상을 획득할 수 있을 것이다.
같은 VATSEMAC 기법을 적용하더라도 금속의 크기에 따라 허상의 감소 정도가 달랐고, 검사 부위가 머리와 다리임을 감안하면 검사 프로토콜에 따라 허상의 감소에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 향후 금속 임플란트의 크기, 자장의 세기, 프로토콜을 다양하게 적용하여 연구를 진행할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자기공명영상이란?	자기공명영상(MRI)은 방사선 피폭이 없고 우수한 공간 분해능으로 임상의학의 진단과 치료과정에 주도적인 역할을 하고 있다.[1,2] 이러한 장점에도 불구하고 자기공명영상에 허상(Artifact)이 나타나 영상의 품질이 떨어져 진단 가치가 줄어드는 경우가 발생한다.
	자기공명영상의 여러 장점에도 불구하고 보완해야될 점은?	자기공명영상(MRI)은 방사선 피폭이 없고 우수한 공간 분해능으로 임상의학의 진단과 치료과정에 주도적인 역할을 하고 있다.[1,2] 이러한 장점에도 불구하고 자기공명영상에 허상(Artifact)이 나타나 영상의 품질이 떨어져 진단 가치가 줄어드는 경우가 발생한다.
	금속자화율(Magnetic Susceptibility) 허상의 특징은?	허상은 인체의 자연적인 특성, 인공물 삽입, 장치의 결함에 의해 발생된다. 금속자화율(Magnetic Susceptibility) 허상은 주파수 부호화 방향으로 나타나는 특징을 가지고 있다.[3] 자화율이 다른 두 조직의 경계면에서 국소 자기장이 왜곡되어 세차 주파수와 위상 차이가 발생하여 자기장의 세기가 다르게 되고, 신호의 중심이 TE에서 벗어나는 신호 변화를 초래 한다.

참고문헌 (12)

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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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