혈류 역학 이해를 위한 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 이용한 MRI 방법

Abstract

[한글]

관류 자기 공명 영상은 혈류 역학과 미소 순환의 이상을 살펴보는데 유용한 방법으로 뇌의 허혈성 부위 감별, 신장 기능 평가, 종양의 등급 평가와 예후 판단 등에 유용한 정보를 제공하여 많은 연구가 진행 중이나, 아직까지 기초적인 원리 이해가 부족하다. 본 논문에서

는 자화율 대조법을 사용한 관류 영상의 실질적인 기초적 원리의 이해를 위해 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열, 영상 후처리 과정을 개발하였고, 이들을 새로 고안한 관류팬텀을 사용한 실험으로 증명하고자 하였다.

동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열은 기존의 이중 경사 자장 에코 펄스열을 기반으로 하여, 역동적 영상화를 위한 multi-phase 방법과 시간 해상도를 높이기 위한 key-hole 방법을 추가하였다. 기존의 방법에서는 Gd-DTPA에 의한 T2* 감소 혹은 T1 감소효과 중 하나만을 강조하여 각각 따로 관류 정보를 얻었으나, 본 논문에서는 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 사용하여 Gd-DTPA를 한번만 일시 주입해서 T2* 감소와 T1 감소 효과를 모두 얻을 수 있었다.

영상 후처리 과정에서 이 두가지 효과를 수학적으로 분리하여 T2* 감소만을 분리하여 정한 (=1/T2*,t-1/T2*,0)와 T1 감소 효과만을 분리한 보정한 (=1/T1,t-1/T1,0)를 산출하였다.

보정한 -, -Gd 농도 곡선은 Gd-DTPA의 농도와 선형 비례 관계를 만족하였고, 단위 농도당 이완도 2*, 1 (mM-1sec-1)은 보정한 -, -Gd 농도 곡선에서 얻은 값이 보정하지 않은 곡선에서 얻은 값에 비해 큰 값을 보였다.

관류 팬텀으로 Sepadex 팬텀과 투석기를 사용하였다. Gd-DTPA를 일시 주입하여 얻은 Sephadex 팬텀의 관류 영상으로부터 관류량인 을 구했다. 의 Sephadex G25 팬텀과 G10 팬텀 사이의 적분값의 비(G25/G10)는 오차 범위 내에 이론적으로 구한 비가 포함되었다.

투과도를 구하기 위해서는 hollow fiber 형의 투석기를 혈관 모형으로 사용하여 hollow fiber 외부는 높은 농도의 Gd 용액 (약 4mM)으로 채우고, fiber 내부로 이보다 낮은 농도의 Gd 용액 (1.0~2.0 mM)을 관류 시켰다. 보정하지 않은값은 보정한 값에 비해 작았고, 이는 Mathematica 4를 이용한 컴퓨터 가상 실험 (computer simulation)에서도 확인할 수 있었다. Fiber의 외부에서 내부 쪽으로의 투과도는 2구획 모델을 기반으로 한 biexponential 함수로 fitting하여 구했다. Fiber 내부의 관류 속도가 클수록 투과도는 크게

나왔고, 관류 용액의 농도와는 상관없는 값을 보였다. 보정한 -시간 곡선으로부터 구한 투과도가 보정하지 않은 경우에 비해 큰 값을 가졌다.

본 실험에서는 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 이용하여 Gd-DTPA에 의한 T2* 감소와 T1 감소 효과를 구별하여 얻을 수 있었다. 기존의 방법에서 사용되었던 T1 감소 효과를 무시한 혹은 T2* 감소 효과를 무시한 은 본 논문에서 사용한 방법으로 두 효과를 구별하여 구한 보정한 혹은 보정한 보다 작은 값을 가졌고, 이들로부터 구한

관류량, 투과도도 마찬가지로 보정하지 않은 경우의 값이 작았다. 기존의 방법에서 하나의 효과를 단순 강조하고 다른 하나는 무시하여 작게 측정된 것을 본 논문에서는 두가지 효과를 구별하여 기존의 방법으로 얻은 값보다 큰 값을 얻었다. 따라서 본 실험에서 개발한 방법을 사용한다면 관류량과 투과도와 같은 미세한 혈류 변화에 관한 좀더 실질적인 정보를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

[영문]

The perfusion images provided useful information about grade of tumor and prognosis, but the basic principle was not fully understood yet. To understand these basic principles, we developed a simultaneous T1/T2* weighted gradient echo pulse

sequence, perfusion phantoms and post processing method.

The simultaneous T1/T2* weighted gradient echo pulse sequence based on conventional dual gradient echo pulse, and multi-phases method for dynamic scan and key-hole technique for improving temporal resolution were added.

The perfusion information by conventional methods was obtained from simply weighted T2* shortening or T1 shortening effect by bolus injection of Gd-DTPA respectively. In this study, using simultaneous T1/T2*weighted gradient echo pulse sequence, both T2* shortening and T1 shortening effects could be obtained during

one injection. These two effects were separated perfectly.

Through post processing, corrected (=1/T2*,t-1/T2*,0) could be acquired from separated T2* shortening effect, and corrected (=1/T1,t-1/T1,0) from separated T1 shortening effect. These corrected and -curves satisfied linear correlation corresponding to Gd-DTPA concentration. The relaxivity 2*, 1 (mM-1sec-1) values

from corrected and -Gd concentration curves were greater than those from uncorrected and curves. Sephadex and dialyzer were used as a perfusion phantom.

The Sephadex phantom perfusion images were acquired during a bolus injection of Gd-DTPA. The water volume could be obtained from. The ratio (Sephadex G25/G10) of was included in the tolerance of the theoretical value.

To obtain permeability, the hollow fiber type dialyzer was used as a blood vessel phantom. The outside of hollow fiber was filled with high concentration of Gd-DTPA solution (about 4 mM). The low concentration Gd solution (1.0~2.0 mM) was perfused through the inside of hollow fiber. The uncorrected values were less than corrected values, which was confirmed by computer-simulation using Mathematica

4. The permeability from outside to inside of hollow fiber was obtained by fitting of biexponential function which was based on two compartments model. When the flow rate was high, the permeability was greater than that of low flow rate and it was

independent of Gd-concentration inside of fiber. The permeability obtained from corrected -time curve was greater than that from uncorrected -time curve.

In this study, T2* and T1 shortening effects by Gd-DTPA were separated perfectly by using simultaneous T1/T2* weighted gradient echo pulse sequence. The perfusion values (water volume, permeability) calculated by our method using corrected or were

greater than those by conventional methods. These improved results gave more practical information related with angiogenesis.