KR100623090B1

KR100623090B1 - 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용팬텀

Info

Publication number: KR100623090B1
Application number: KR1020060021269A
Authority: KR
Inventors: 우동철; 최보영; 윤성익; 윤문현; 홍승탁
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-09-13
Also published as: EP1840588B1; US7408354B2; EP1840588A3; US20070210796A1; EP1840588A2

Abstract

본 발명은 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 이동 영상(Chemical Shift Imaging) 자기공명분광(Magnetic Resonance Spectroscopy) 측정 시 획득되는 스펙트럼의 해상도를 정량적으로 평가할 수 있는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀은, 상부가 개방되어 있는 외부용기; 상기 외부용기 내부에 배치되며 몸체 내부에 대사물질을 수용할 수 있도록 구성되는 복수 개의 내부용기; 및 상기 외부용기의 상부를 덮는 외부용기 덮개;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

자기공명영상, MRI, 자기공명분광법, MRS, 팬텀, 스펙트럼, 콘 타입(cone type), 대사물질

Description

자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀{A phantom for testing the Magnetic Resonance Spectroscopy(MRS) efficiency}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 도시한 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 팬텀의 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀에서 여러 가지 다양한 대사물질을 주입한 내부용기들의 일 예를 보여주는 개념도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 이용하여 자기공명분광 측정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 외부용기 12 : 고정판

14 : 고정홈 20 : 외부용기 덮개

22 : 고무패킹 24 : 방향표시수단

30 : 내부용기 32 : 내부용기 마개

40 : 체결수단

일반적으로 자기공명분광법은 화학 및 생화학 분야에서 사용되는 분석 방법들 중에서 우수한 기법으로 알려져 있으며, 1990년도 이후에는 임상 분야에서도 활발히 활용되고 있지만, 여러 가지 기술적인 제약으로 인하여 대부분이 부동의 장기인 뇌를 대상으로 하는 뇌신경 과학 분야에서 이용되고 있다.

자기공명분광법은 어떠한 검사 대상이 자기장에 놓여져 있을 때, 가해진 RF펄스에 대한 자기공명신호(주파수)의 변화를 정밀하게 관측하고, 그 대상의 구조, 성분, 상태 등을 정량적으로 분석하는 방법이다. 따라서 측정 대상체에 무해한 방법으로 주어진 표본에서 대사 물질의 기계작용에 따른 생화학적 정보를 얻을 수 있으며, 이러한 생화학적 정보는 표본 내 분자 구성의 종류에 따라 결정된다.

자기공명분광법의 원리는 인체에 존재하는 무수히 많은 양성자가 미세한 차이로 각기 고유한 자기공명주파수를 갖는 것을 이용하여 분석 화학적으로 개개의 원소 성분을 구별하고, 분자 구조를 결정하도록 하는 것이다. 자기공명분광 데이터 는 기준점의 주파수를 제공하는 기준 화합물을 사용하여 여러 가지 신호 강도를 표시하는 스펙트럼으로 표출하며, 각각의 피크 위치는 주파수의 함수(Hz)로 표시된다. 각각의 다른 조직을 구성하는 양성자들은 같은 양성자일지라도 주변의 환경 때문에 화학적, 자기적 성질의 미세한 차이, 즉 국소부위 자기장의 차이가 있다. 이로 인하여 공명 주파수 또한 미세한 차이를 보이므로 스펙트럼으로 쉽게 구별할 수 있다.

한편, 인체구조는 대사성분이 다른 여러 종류의 부위로 이루어져 있기 때문에 자기공명분광법을 임상적으로 응용하기 위하여 정위선정과정은 필수불가결한 과정이 되었다. 이러한 정위선정과정이 불완전하게 되면 관심영역(region of interest ; ROI) 밖의 조직의 영향으로 인해 신호가 오염되어 관심영역에서 원하는 스펙트럼을 얻을 수 없다.

정위선정과정 중 한 가지인 국소화 방법은 어떤 특정한 하나의 복셀(voxel)을 선택하여 그 부위에서만 자기공명 스펙트럼을 획득하는 단위체적 선택방법과, 여러 개의 연속적인 절편을 나누어 각 절편 속에서의 자기공명 스펙트럼을 동시에 획득하는 화학적 이동선택방법으로 이루어진다. 상기 단위체적선택방법은 간편하고 짧은 시간 내에 자료를 획득할 수 있고, 자료의 크기가 작기 때문에 대용량의 저장매체가 필요 없으며 비교적 동요인공물에 민감하지 않고 신호오염 가능성이 적다. 반면에 화학적 이동선택방법은 여러 부위의 대사물질의 변화를 동시에 측정할 수 있으므로 조직 간의 동시비교가 가능하고, 대사물질들의 선택적 영상을 산출할 수 있는 장점을 가지고 있다.

자기공명분광 측정 시 측정 대상이 장비 내에 들어가면 측정 대상의 각 부위의 자화율 차이로 자기장이 불균일해지기 때문에 자기장의 뒤틀림 현상을 보상하고 자기장의 균질성을 회복하기 위하여 자기장 교정 작업, 즉 쉬밍(Shimming)을 실시하여야 한다.

이렇게 자기장의 균질성을 회복하기 위해서는 자기공명분광 측정 시 획득되는 스펙트럼을 미리 측정하여 정확한 오차분석이 용이하도록 하는 팬텀을 필요로 한다. 상기 팬텀은 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 측정 대상으로서, 그 내부에 함유되어 있는 대사물질의 스펙트럼을 얻을 수 있도록 함은 물론 획득된 스펙트럼을 통해 자기공명영상장비의 쉬밍 상태를 파악하여 자기공명분광 측정 시 정위를 선정할 수 있게 하는 하나의 도구이다.

종래에는 단위체적 선택방법에서 여러 가지 대사물질을 섞어 놓은 팬텀을 사용하여 왔으며, 화학적 이동선택방법에서는 전용 팬텀을 사용함 없이 단위체적 선택방법에 사용되는 팬텀을 사용함으로써 각 복셀에서 얻어지는 스펙트럼의 신뢰성을 평가하는데 어려움이 있어 정확한 진단 및 치료를 할 수가 없다는 문제점이 있어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 매트릭스 형태로 배열되며, 각각 동일한 형태로 이루어진 다수 개의 내부용기 각각에 여러 가지 다양한 대사물질을 주입하여 구성된 팬텀을 이용하여 화학적 이동 영상 기법을 통한 자기공명분광 측정을 실시하여, 획득한 스펙트럼 분석을 통해 자기공명분광 측정 시 자 기공명영상장비 내에서의 정위를 선정할 수 있게 함으로써 스펙트럼의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 하는 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀은,

상부가 개방되어 있는 외부용기;

상기 외부용기 내부에 배치되며 몸체 내부에 대사물질을 수용할 수 있도록 구성되는 복수 개의 내부용기; 및
상기 외부용기의 상부를 덮는 외부용기 덮개;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 팬텀의 단면도로서, 서로 연관지어 설명한다.

본 실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀은, 상부가 개방된 원통형으로 이루어져 있으며, 몸체 내부가 증류수로 채워지는 외부용기(10)와, 상기 외부용기(10) 내부에 매트릭스형태로 배열되며, 대사물질을 수용할 수 있도록 구성된 다수 개의 내부용기(30)와, 상기 내부용기(30)를 밀봉하 는 다수 개의 내부용기 마개(32)와, 상기 외부용기(10)를 덮는 외부용기 덮개(20) 및 상기 외부용기(10)와 외부용기 덮개(20)를 체결하는 체결수단(40)으로 이루어진다.

본 실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀의 구성에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에 따른 팬텀의 외형을 이루는 외부용기(10)는 투명한 아크릴재질로 이루지고, 상부가 개방되어 있는 원통형의 구조를 갖는다. 또한, 상기 외부용기(10)에는 하부로부터 소정 거리 이격된 부분에 상기 외부용기(10) 몸체를 폭방향으로 가로지르며 분리하는 고정판(12)이 구비되고, 상기 고정판(12)에는 상기 내부용기(30)의 위치를 설정하는 동시에 고정시킬 수 있도록 다수 개의 고정홈(14)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 외부용기(10)는 직경의 크기를 25㎝로 사용하였다.

상기 외부용기(10) 내부에는 다수 개의 내부용기(30)가 차지하는 영역 이외의 부분에는 증류수로 채워진다.

상기 내부용기(30)는 폴리머 수지계열의 재질로 이루어져 있고, 상기 외부용기(10) 내에 n×n 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 본 실시예에서 내부용기(30)는 8×8 매트릭스 형태로 배열하였다. 상기 내부용기(30)는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 각각의 용기 내부에 여러 가지 다양한 대사물질을 구분하여 주입함으로써 한 번의 자기공명분광 측정을 통해 여러 가지 스펙트럼 영상을 얻기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 직경 2㎝, 높이 8㎝인 콘 타입으로 형성하였다. 본 실시예에서 내부용기(30)를 콘 타입으로 형성한 이유는, 콘 타입의 용기를 이용하면 상기 내부용기(30)의 높이에 따라 측정 단면적에 포함되는 대사물질의 양이 달라지기 때문에 자기공명분광 측정 시 최적의 스펙트럼을 얻을 수 있도록 위치를 변경하면서 자기공명분광 측정을 수행하기 위한 것으로서, 자세한 설명은 이 후 도 4에 대한 설명에서 상세하게 기술하기로 한다.

또한, 상기 내부용기(30) 상측은 원기둥형태의 내부용기 마개(32)로 밀봉할 수 있도록 구성된다.

상기 내부용기 마개(32)는 상기 내부용기(30) 내에 주입된 대사물질이 외부로 흐르는 것을 방지하기 위해 상기 내부용기(30) 상단부를 밀봉하기 위한 것으로서, 원기둥형태의 고무 재질로 이루어져 있다.

상기 내부용기(30)는 상기 외부용기(10) 하측의 고정판(12)에 형성되어 있는 고정홈(14)에 끼워져 고정된다.

상기 외부용기 덮개(20)는 상기 외부용기(10)와 같은 재질로 이루어지고, 상기 외부용기 덮개(20)와 외부용기(10)가 결합되는 위치에는 상기 외부용기(10) 내부를 채우고 있는 증류수가 외부로 흐르지 않도록 고무패킹(22)이 형성되어 있다.

또한, 상기 외부용기 덮개(20) 상측 표면에는 본 실시예에 따른 팬텀의 방향을 표시해주기 위한 방향표시수단(24)이 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 팬텀의 외부용기(10)가 원통형으로 이루어져 있고, 상기 외부용기(10) 내부에 장착되는 내부용기(30)는 n×n 매트릭스 형태로 배열되어 있기 때문에 상기 내부용기(30)에 주입되는 대사물질의 종류를 파악하기 위해서 별도의 방향표시수단(24)이 필요하다.

상기 체결수단(40)은 상기 외부용기(10)와 외부용기 덮개(20)를 단단하게 결 합시켜 상기 외부용기(10) 내에 채워져 있는 증류수가 외부로 빠져나오지 않도록 한다. 본 실시예에서 체결수단(40)은 스크류가 사용되었다.

첨부된 도면을 참고로 하여, 상기와 같은 구성을 갖는 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 이용하여 자기공명분광 측정하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀에서 여러 가지 다양한 대사물질을 주입한 내부용기들의 일 예를 보여주는 개념도이다.

우선, 본 실시예에서는 8×8 매트릭스 형태로 내부용기를 배열하였고, 상기 내부용기는 콘 타입으로 형성하였다. 상기 내부용기에 주입되는 대사물질들은 주로 뇌를 구성하는 대사물질로 이루어져 있으며, 상기 대사물질은 아래의 [표 1]및 [표 2]에 기재되어 있는 대사물질들을 사용하였다.

	대사물질 명칭	대사물질주입량(mM)
1	NAA(N-Acetyl-L-asparticl acid)	12.5
2	GABA(4-Aminobutyric acid)	10.0
3	Choline chlorid	3075
4	Creatine	10.0
5	L-Glutamic acid	12.5
6	L-Glutamin	12.5
7	Myo-Inositol	7.5
8	L-Lactic acid	5.0
9	L-Alanine	10.0
10	Magnevist	1㎖/ℓ

	대사물질 명칭	대사물질주입량(mM)
1	Potassium phosphate monobasic	50.0
2	Sodium bydroxide	56.0
3	NAA(N-Acetyl-L-asparticl acid)	12.5
4	GABA(4-Aminobutyric acid)	10.0
5	Choline chlorid	3.75
6	Creatine	10.0
7	L-Glutamic acid	12.5
8	L-Glutamin	12.5
9	Myo-Inositol	7.5
10	L-Lactic acid	5.0
11	L-Alanine	10.0
12	Sodium azide	0.01%
13	Magnevist	1㎖/ℓ

상기 [표 1]에 기재되어 있는 대사물질들은 자기공명분광 측정 대상으로서, 본 실시예에서는 각각의 동일한 대사물질을 인접하는 4개의 내부용기에 동일하게 주입하였다. 이는 자기공명분광 측정 시 인접하는 다른 대사물질의 영향으로 원하지 않는 스펙트럼이 획득되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, [표 2]에 기재되어 있는 대사물질들은 모두 혼합되어 [표 1]에 기재되어 있는 대사물질들이 주입된 내부용기들을 제외한 나머지 내부용기들에 주입된다. [표 2]에 기재되어 있는 대사물질들을 모두 혼합한 용액은 인체를 구성하는 대사물질과 유사한 비율로 혼합되어 있으며, [표 1]에 기재되어 있는 대사물질들 중 적어도 한 가지 이상을 포함하고 있기 때문에 [표 1]의 대사물질들을 자기공명분광 측정할 때 주변 내부용기에 주입되어 있는 대사물질로부터의 영향을 완화시킨다.

도 3은 상기 [표 1] 및 [표 2]에 기재되어 있는 대사물질을 내부용기에 주입한 상태를 나타내는 일 예로서, 해칭되어 있는 부분은 [표 1]에 기재되어 있는 대사물질이 주입된 내부용기를 나타내고, 해칭되어 있지 않은 부분은 [표 2]에 기재되어 있는 대사물질들의 혼합용액이 주입된 내부용기를 표시한다. 여기에서 같은 무늬로 해칭되어 있는 부분은 동일한 대사물질이 주입되어 있는 내부용기들을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이 대사물질을 내부용기에 주입하는 이유는, 정위선정이 불완전하면 관심영역 밖의 내부용기에서 신호가 오염되어 스펙트럼 상에 원하지 않은 신호가 나타나기 때문에 이를 방지하기 위하여 동일한 대사물질을 인접하는 4개의 내부용기에 각각 주입하고, 그 이외의 내부용기에는 여러 가지 대사물질들이 혼합된 혼합용액을 주입함으로써 주변의 내부용기에 주입된 대사물질로 인해 신호가 오염되는 것을 방지한 것이다. 즉, 상기 [표 1]에 기재되어있는 대사물질들 중 동일한 대사물질을 인접하는 4개의 내부용기에 각각 주입하여 자기공명분광 측정 시 측정 대상으로 선정된 대사물질이 주변 내부용기에 주입되어 있는 다른 대사물질로부터 영향을 받는 것을 최소화하고, 상기 [표 1]에 기재되어 있는 대사물질들 중 적어도 한 가지 이상을 포함하도록 구성된 혼합용액을 주변 내부용기들에 주입함으로써 자기공명분광 측정 대상이 되는 내부용기에 주입되어 있는 대사물질의 스펙트럼이 주변 대사물질의 영향에 오염되는 것을 완화시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀을 자기공명영상장비 내에 장착하고, 콘 타입 내부용기를 사용하는 경우 단면의 위치에 따라 대사물질의 함량이 다르기 때문에 최적의 해상도를 갖는 스펙트럼을 얻기 위하여 내부용기의 단면 위치를 변경하면서 자기공명분광 측정을 수행하는 예를 보여주는 개념도이다.

본 실시예에서는 동일한 형태로 이루어진 다수 개의 내부용기를 사용함으로써 한 번의 자기공명분광 측정을 수행하여 여러 가지 스펙트럼을 한 번에 얻을 수 있고, 상기 내부용기를 콘 타입으로 사용하여 자기공명분광 측정 위치를 변경하면서 원하는 스펙트럼을 얻을 수 있도록 한다. 상기 내부용기를 콘 타입으로 사용하면 내부용기의 끝부분으로 갈수록 내부용기 간에 거리가 멀어지므로 주변 내부용기에 주입되어 있는 대사물질로 인해 신호가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 자기공명분광 측정 시 내부용기의 끝부분으로 갈수록 대사물질의 양이 감소되어 획득된 스펙트럼의 해상도가 작아질 수 있다. 따라서 이를 해결하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 내부용기의 단면 위치를 변경하면서 자기공명분광 측정을 수행하면 적절하게 대사물질을 함유하고 있는 단면을 선정하여 최적의 해상도를 갖는 스펙트럼을 얻을 수 있다.

상기와 같은 방법으로 자기공명분광 측정을 수행함으로써 획득된 스펙트럼을 분석하여 자기공명영상 장비 내에서 최적의 스펙트럼을 획득할 수 있는 정위를 선정할 수 있다.

이와 같이 인체를 대상으로 하는 자기공명분광 측정을 수행하기 전에 팬텀을 이용하여 정위선정이 제대로 되었는지 여부를 팬텀을 자기공명분광 측정하여 얻어진 스펙트럼을 분석하여 알아낼 수 있으므로, 스펙트럼의 해상도에 따른 자기장의 분포 상태를 파악하여 자기공명분광 측정을 위한 정위를 선정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀은 한 번의 자기공명분광 측정을 통해 여러 가지 대사물질에 대한 스펙트럼을 다양하게 얻을 수 있고, 팬텀의 측정위치에 따라 다양한 스펙트럼을 얻을 수 있으므로 자기공명영상 장비의 자기장 불균일화에 의해 스펙트럼이 오염되지 않는 정위를 선정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 측정 시, 획득되는 스펙트럼의 해상도를 평가하는데 이용되는 자기공명분광 성능 평가용 팬텀에 있어서,

상부가 개방되어 있는 외부용기;

상기 외부용기 내부에 배치되며 몸체 내부에 대사물질을 수용할 수 있도록 구성되는 복수 개의 내부용기; 및

상기 외부용기의 상부를 덮는 외부용기 덮개;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 외부용기는 원통형인 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
(삭제)
제 1 항에 있어서,

상기 외부용기와 외부용기 덮개를 체결하는 체결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 외부용기의 하부에는 상기 내부용기를 고정시키기 위한 다수 개의 고정홈이 형성되어 있는 고정판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 내부용기는 상기 외부용기 내에 매트릭스 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 6 항에 있어서,

상기 내부용기는 8×8 매트릭스 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 복수 개의 내부용기는 모두 동일한 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 내부용기는 콘 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.
제 1 항에 있어서,

상기 내부용기의 상부를 밀봉하는 내부용기 마개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 장비를 이용한 자기공명분광 성능 평가용 팬텀.