MRI용 심전도 및 혈류 게이팅 시스템 설계

Abstract

[한글]심장과 같이 움직이는 장기의 magnetic resonance (MR) 영상을 획득할 경우에는 움직임에 의해 영상에 잡음이 발생하게 된다. 이런 영상의 잡음을 제거하기 위해서는 생체신호를 이용해 영상획득 작업을 장기의 움직임과 동기화시키는 게이팅 영상법이 필요하다.본 논문에서는 하드웨어적 기법과 신호처리 알고리즘을 결합하여 magnetic resonance imaging (MRI) 영상의 획득시 발생되는 잡음을 제거할 수 있는 MRI용 심전도/혈류 게이팅 시스템을 설계하였다. 설계한 시스템은 비자성 특성을 지닌 카본 전극 및 리드를 사용해 자기장의 영향을 최소화 하였으며, 쉴드 케이스를 이용해 MRI실 내의 강한 자장으로부터 심·혈관계 생체신호 측정모듈을 보호하였다. 인체에 유기되는 자기장의 영향에 의한 심전도의 포화현상을 방지하는 심전도 회로를 설계하였으며, 광케이블을 이용한 혈류센서를 개발하여 혈류신호 측정시 자장의 영향을 최소화 한 센서 모듈부를 설계하였다. 그리고 normalized least mean square (NLMS) 알고리즘을 적용한 적응필터를 통해 자기장의 영향이 제거된 생체신호를 이용하여 발생된 게이팅 펄스를 MRI 본체로 전송하는 게이팅 모듈부를 설계하였다.개발된 시스템의 성능을 확인하기 위해 심장 및 목의 MR영상을 촬영한 결과, 움직임에 의해 발생되는 영상의 잡음이 제거된 깨끗한 영상을 얻을 수 있었다. 이에 본 논문에서 개발된 심전도/혈류 게이팅 시스템은 심장과 같이 움직이는 장기의 MR 영상획득 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

[영문]magnetic resonance (MR) image of moving organ such as heart shows serious distortion of MR image due to motion itself. To eliminate motion artifacts, magnetic resonance imaging (MRI) scan sequences requires a trigger pulse like electro-cardiography (ECG) R-wave. ECG-gating using cardiac cycle synchronizes the MRI sequence acquisition to the R-wave in order to eliminate image motion artifacts. In this paper, we designed ECG/ photo-plethysmography (PPG) gating system which is for eliminating motion artifacts due to moving organ. This system uses nonmagnetic carbon electrodes, lead wire and shield case for minimizing radio-frequency (RF) pulse and gradient effect. Also, we developed a ECG circuit for preventing saturation by magnetic field and a finger plethysmography sensor using optic fiber. And then, gating pulse is generated by adaptive filtering based on normalized least mean square (NLMS) algorithm. To evaluate the developed system, we measured and compared MR imaging of heart and neck with and without ECG/PPG gating system. As a result, we could get a clean image to be used in clinically. In conclusion, the designed ECG/PPG gating system could be useful method when we get MR imaging of moving organ like a heart.