KR20090130773A

KR20090130773A - 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀

Info

Publication number: KR20090130773A
Application number: KR1020080056553A
Authority: KR
Inventors: 최보영; 우동철
Original assignee: 가톨릭대학교 산학협력단
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-24
Also published as: KR100961892B1; WO2009154338A1

Abstract

본 발명은 자기공명영상(MRI)장비를 이용한 생체 내 대사물질이 생체조직에 침투하여 발생하는 생화학적 변화를 연속적이고, 반복적이며 비침습적인 방법으로 측정할 수 있는 자기공명분광법인 양자자기공명 단용적분광기법(Proton Magnetic Resonance Single Voxel Spectroscopy)에 대한 자기공명영상장비의 성능평가를 위한 팬텀에 관한 것이다. 자기공명분광법과 관련한 자기공명영상장비의 분광해상도 및 자기장의 보정(Shimming)의 정도에 대한 성능평가를 수행하는 데 있어서, 이를 정량화 할 수 있는 기준이 필요한데, 본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀이 그 역할을 수행할 수 있다. 팬텀의 내부에 위치한 장구형의 내부용기 안에는 사람 뇌에 분포하는 각 대사물질들을 희석한 수용액이 존재하기 때문에 자기공명분광영상을 팬텀으로부터 얻었을 때 각 물질의 스펙트럼이 인체 뇌에서 얻었을 때와 같이 제대로 나오는지 알 수 있다. 또한, 팬텀의 내부용기가 장구형 또는 아령형(Layered Dumbbell Shape)모양으로 되어 있기 때문에 각 층에서 복셀(Voxel)내에 포함되는 대사물질의 양을 조절하여 관심용적(VOI, Volume of Interest)의 위치정확도 및 대사물질의 정량정확도를 측정할 수 있다.

자기공명영상(MRI), 팬텀, 복셀

Description

자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀 {PHANTOM FOR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY}

본 발명은 자기공명영상(MRI)장비를 이용하여 대사물질을 분석할 수 있는 자기공명분광기법(MRS)에 대한 성능평가를 수행할 수 있는 팬텀에 관한 것이다.

자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)은 인체의 뇌기능을 측정할 수 있는 대표적인 영상기법이며, 다양한 영상대비를 주는 구조영상을 제공하여 뇌조직의 화학적 구성물을 탐지할 수 있는 자기공명분광영상(MRS, Magnetic Resonance Spectroscopy)이 다양하게 사용되고 있다.

과거, 화학적변위영상(CSI, Chemical Shift Imaging)용 팬텀으로서, 다용적분광기법(MVS, Multi-Voxel Spectroscopy)에 적합하도록 고깔형 8*8 CSI 팬텀 (Cone-Type 8*8 CSI Phantom)이 발명된 바 있었으나, 종래의 고깔형 팬텀은 다용적분광기법(MVS)에 주안점을 두었기 때문에 그 내부구조가 복잡하였다.

이러한 복잡한 내부구조는 자기공명분광영상시 자기장의 보정(Shimming)에 영향을 주어 고화질의 이미지(High Quality Image)를 얻는 데에 한계가 있었다.

또한, 고깔형 팬텀의 내부용기는 복셀(Voxel)의 선정 시에 불가피하게 복셀 이 위치한 영역의 영상강도가 변화되는 부분용적효과(PVE, Partial Volume Effect)가 유발되는 문제가 있었다.

특히, 종래의 고깔형 8*8 CSI팬텀은 각 장비의 자기장의 보정(Shimming)상태가 열악한 경우 팬텀으로부터 전혀 스펙트럼을 얻을 수 없는 단점이 있어 그 효용성이 크지 않았다.

본 발명은 종래의 기술에서의 문제점을 보완하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다용적분광기법(MVS)보다는 단일용적분광기법(SVS, Single Voxel Spectroscopy)에 집중하여 그 내부를 보다 간결하게 하고 내부용기를 장구형 또는 아령형(Layered Dumbbell Shape)으로 하여 종래의 고깔형 팬텀이 갖는 단점을 회피할 수 있는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀을 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀은 외부용기와, 외부용기의 내부에 배치되고, 길이방향으로 연장되며, 내경이 서로 다른 복수의 층이 형성되는 내부용기를 포함하여 구성된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기는 내경이 서로 다른 복수의 층이 구비되므로, 복셀이 위치한 영역의 영상강도가 변화되는 부분용적효과(PVE, Partial Volume Effect)를 최소화할 수 있으며, 복수의 층이 복셀이 설정되는 관심용적(VOI, Volume of Interest)을 선정하는 데에 가이드가 될 수 있으므로, 자기공명영상(MRI)장비의 성능평가 시 관심용적(VOI)의 위치정확성을 정확하게 측정할 수 있다.

외부용기는 인체의 머리모양과 유사한 실질적으로 구형의 형상으로 형성되는 것이 자기장의 보정(Shimming)이 효율적으로 수행되도록 하여 자기공명분광영상의 성능평가를 정확하게 수행하는 데에 바람직하다.

내부용기의 복수의 층의 내경은 내부용기의 단부에서 중앙쪽으로 갈수록 순차적으로 변화되며, 내부용기는 그 중앙을 기준으로 대칭형의 형상으로 형성되는 것이 부분용적효과를 방지하고 성능평가에 관한 데이터를 정확하게 측정/분석하는 데에 있어 바람직하다.

바람직하게는, 내부용기는 복수의 층의 내경이 내부용기의 단부에서 중앙쪽으로 갈수록 감소되도록 형성될 수 있다.

내부용기는 그 양단이 외부용기를 관통하여 외부로 노출되며, 내부용기의 양단에는 내부용기의 내부와 연통되는 출입구가 각각 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 내부용기가 그 양쪽이 모두 개방할 수 있는 튜브모양을 하도록 하여 내부용기의 내부에 성능평가의 오류(Susceptibility Effect)의 원인이 되는 공기방울이 유입된 경우, 유입된 공기방울을 용이하게 제거할 수 있다.

외부용기 및 내부용기는 강한 자기장내에서도 자성을 띄지 않는 아크릴재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

외부용기의 내부에는 자기공명영상(MRI)시나 자기공명분광(MRS)시에 영상신호의 강도를 크게 할 수 있도록 황산구리수용액이 주입될 수 있으며, 내부용기의 내부에는 대사물질을 모사한 다양한 수용액이 주입될 수 있다.

본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀은 외부용기의 내부에 배치되며 내경이 서로 다른 복수의 층이 형성되는 내부용기를 포함하여 구성됨으로써, 복셀에 포함되는 대사물질의 양의 조절이 가능하므로, 동일한 복셀을 설정하여 복셀의 내부에 대사물질의 양이 많을 경우에는 큰 스펙트럼 신호를 보이도록 하고, 복셀의 내부에 대사물질의 양이 적을 경우에는 작은 스펙트럼 신호를 보이게 함으로서 대사물질의 양에 따른 관심용적(VOI)의 정량정확성을 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 장구형 또는 아령형 내부용기의 복수의 층이 복셀이 설정되는 관심용적(VOI, Volume of Interest)을 선정하는 데에 가이드가 될 수 있으므로, 자기공명영상(MRI)장비의 성능평가 시 관심용적(VOI)의 위치정확성을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 팬텀은 다용적분광기법(MVS)보다는 단일용적분광기법(SVS)에 중점을 두고, 하나의 장구형 또는 아령형 내부용기를 외부용기에 배치하는 구조로 형성되므로, 팬텀의 구조를 보다 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 자기공명분광영상용 장구형 팬텀은 자기공명분광기법(MRS)에 의한 영상에 있어서, 각 장비들의 정량적인 성능평가를 할 수 있는 팬텀으로써, 종래의 고깔형 8*8 CSI팬텀과 같이 다양한 영상을 얻을 수 있는 슬라이스 위치를 제공할 뿐만 아니라 더 세밀하고 정확하게 분석, 평가할 수 있는 구조로 이루어져 있어, 관심용적(VOI)에 대한 위치정확도 및 관심용적(VOI)에 대한 대사물질의 정량정확도를 측정할 수 있는 효과가 있다.

본 발명을 통하여 자기공명분광영상(MRS)의 성능평가에 있어서 관심용 적(VOI)의 위치정확도나 관심용적(VOI)의 정량정확도를 측정할 수 있게 하고, 8*8 CSI 팬텀에 비하여 자기장의 보정(Shimming)이 우수하도록 하여, 이전보다 정확하고 다양한 시각에서 성능을 분석/평가 할 수 있도록 하였고, 본 발명에 따른 팬텀을 통하여 자기공명영상(MRI)장비의 자기공명분광영상에 대한 지표를 제시할 수 있고 장비의 성능유지를 원활하게 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 팬텀이 도시된 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팬텀의 사진이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀은, 실질적으로 구형인 외부용기(20)와, 외부용기(20)의 중앙의 내부에 배치되고, 길이방향으로 연장되며, 장구형 또는 아령형(Layered Dumbbell Shape)의 형상을 갖는 내부용기(30)를 포함하여 구성된다.

외부용기(20)는 지름이 약 20cm의 인체의 머리크기와 유사하도록 제작되며, 그 일측에는 외부용기(20)의 내부로 물질을 주입할 수 있도록 적어도 하나의 투입구(21)가 형성된다. 외부용기의 재질은 강한 자기장내에서도 자성을 띄지 않는 아크릴재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

내부용기(30)는 그 양단이 외부용기(20)를 관통하여 외부로 노출되도록 배치된다. 내부용기(30)의 내부로 공기가 유입된 경우 유입된 공기의 제거가 용이하도 록 내부용기(30)의 양단에는 내부용기(30)의 내부와 연통되는 출입구(31)(32)가 형성되는 것이 바람직하다.

내부용기(30)는 소정의 연결부재(50)를 통하여 외부용기(20)에 견고하게 결합될 수 있다. 내부용기(30)도 강한 자기장 안에서 자성을 띄지 않는 아크릴재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

내부용기(30)는 그 내경이 서로 다른 복수의 층을 갖는 튜브형상으로 형성된다. 이와 같은 내부용기(30)의 복수의 층은 복셀이 설정되는 관심용적(VOI, Volume of Interest)을 선정하는 데에 가이드가 될 수 있으므로, 정확한 관심용적의 선정으로부터 부분용적효과(PVE)를 방지할 수 있고, 자기공명영상(MRI)장비의 성능평가 시 관심용적(VOI)의 위치정확성을 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 그 양단에서 중앙으로 갈수록 내경이 순차적으로 감소하는 복수의 층(layer)(41)(42)(43)(44)이 형성된 내부용기(30)를 갖는 팬텀이 제시된다. 다만, 내부용기(30)는 이와 같은 실시예에서 제시한 형상에 한정되지 아니하며, 복수의 층의 수가 다른 형상, 복수의 층의 내경이 내부용기(30)의 양단에서 중앙으로 갈수록 순차적으로 증가하는 형상, 또는, 내경이 다른 복수의 층이 서로 반복적으로 위치되는 형상 등 다양한 형상이 적용될 수 있다.

한편, 팬텀의 내부용기(30)가 그 양단보다 그 중앙의 내경이 작은 장구형 또는 아령형으로 형성되는 경우에는, 내부용기(30)내에 유입된 공기방울이 내부용기(30)의 양단 측으로 개방된 출입구(31)(32)쪽으로 용이하게 이동될 수 있으므로, 장구형 또는 아령형의 내부용기(30)가 다른 형상을 갖는 내부용기에 비하여 그 내부에 유입된 공기방울을 제거하는 데에 보다 유리하다고 할 수 있다.

내부용기(30)의 총 길이는 약 15cm내외이며, 내부용기(30)의 양단에 인접되는 순서로 위치되는 각각 한 쌍의 제1층(41), 제2층(42) 및 제3층(43)은 그 높이(폭)가 약 20mm이고, 내부용기(30)의 중앙에 위치되는, 즉, 한 쌍의 제3층(43)의 사이에 위치되는 제4층(44)은 그 높이(폭)가 약 30mm이다.

또한, 제1층(41)의 내경은 20mm, 제2층(42)의 내경은 15mm, 제3층(43)의 내경은 10mm, 제4층(44)의 내경은 5mm로 이루어진다. 내부용기(30)의 정가운데에는 제4층(44)이 위치되며 그 중심을 기준으로 제1층(41), 제2층(42) 및 제3층(43)이 대칭형으로 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기(30)의 전체적인 형상이 장구형 또는 아령형(Dumbbell Shape)의 형상을 갖는다.

외부용기(20)의 내부, 즉, 외부용기(20)와 내부용기(30)와의 사이에는 황산구리수용액(CuSO₄)(0.7g/L)이 주입되며, 황산구리(CuSO₄)는 물(Water)의 T1 이완시간을 짧게 하는 역할을 하여 자기공명영상(MRI)시나 자기공명분광(MRS)시에 영상신호의 강도를 크게 하는 역할을 수행한다.

장구형 또는 아령형(Layered Dumbbell Shape)의 내부용기(30)의 내부에는 아래의 표 1과 같은 인체 뇌 대사물질을 모사한 수용액이 주입되며, 최대한 공기방울의 유입을 억제하였다.

순번	수용액	Molar(mM)
1	NAA (N-Acetyl-L-aspartic acid)	12.5
2	GABA (4-Aminobutyric acid)	10.0
3	Choline chloride	3.75
4	Creatine	10.0
5	L-Glutamic acid	12.5
6	L-Glutamine	12.5
7	Myo-Inositol	7.5
8	L-Lactic acid	5.0
9	L-Alanine	10.0
10	Magnevist	1ml/l

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 팬텀에 대하여 복셀(voxel)사이즈에 대한 민감성 테스트 및 장비의 안정성에 대한 후속(follow-up)테스트를 수행하였으며, 이와 같은 테스트의 파라미터 조건 및 테스트 결과는 아래와 같다.

1. 복셀(voxel)사이즈에 대한 민감성 테스트

가. 테스트를 위한 MRS 파라미터

(1) Philips 3T (Univ. of California, Irvine)

(2) STEAM Pulse sequence

(3) TR/TM/TE = 2000/12/30ms

(4) Voxel size: 2cm×2cm×2cm, 1.5cm×1.5cm×1.5cm , 1cm×1cm×1cm

(5) Post-Processing: jMRUI 사용

(6) Gaussian fitting, AMARES 분석법

(7) 복셀(voxel)의 설정(Localization)

도 3은 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 2cm×2cm×2cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 1.5cm×1.5cm×1.5cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이며, 도 5는 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 1cm×1cm×1cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 복셀의 사이즈에 대한 민감성 테스트에서, 복셀(voxel)은, 내부용기(30)의 그 일단으로부터 중앙쪽으로 그리고 내경이 서로 다른 각 층(41)(42)(43)(44)에 위치되도록 제1복셀, 제2복셀, 제3복셀, 제4복셀로 순차적으로 설정하였다.

여기에서, 2cm×2cm×2cm의 사이즈의 복셀은 제1층(41)의 체적에 대응되며, 1.5cm×1.5cm×1.5cm의 사이즈의 복셀은 제2층(42)의 체적에 대응되며, 1cm×1cm×1cm의 사이즈의 복셀은 제3층(43)의 체적에 대응된다.

나. 테스트 결과

(1) 신호대잡음비(SNR):

수분억제전의 스펙트럼을 사용한 경우, 수분신호강도(Water Signal Intensity)는 0.3385이었고, 노이즈신호강도(Noise Signal Intensity (mean value)): 2.88×10^-5는 이었으며, 다음과 같은 식을 통하여 신호대잡음비(SNR)은 29383.68임을 알 수 있었다.

신호대잡음비(SNR) =

(2) 화학적이동(Chemical shift)

수분억제전의 스펙트럼을 사용한 경우 화학적이동은 ±0.1 ppm 이내이었다.

(3) 선폭 (Line width: Full Width at Half Maximum-FWHM)

수분억제전의 스펙트럼을 사용한 경우 측정치 약 0.45ppm선폭은 5.1(Hz)(0.04×127.74 = 5.1 (Hz))임을 알 수 있었다.

(4) 수분억제정도 (Water Suppression Percent)

수분억제전의 수분신호(Water Signal)는 0.3385이었고, 수분억제후의 수분신호(Water Signal)는 6.857×10^-4이었으며, 아래의 식을 통하여 수분억제정도는 99.85%임을 알 수 있었다.

수분억제정도 =

(5) 수분신호의 대칭성

수분억제전의 수분신호의 경우 양쪽 Shoulder 부근에서 약간의 파동(Fluctuation)을 보였다.(도 6 및 도 7 참조)

(6) 팬텀을 통한 체적위치정확도 및 체적정량정확도

대사물질 대 수분의 비(Metabolite Reference Water Ratio)로서 데이터를 분석하였다. 이때, 수분신호(reference water signal)로 동일복셀(voxel)의 동일위치, 동일사이즈에서 수분신호억제를 하지 않고 얻은 수분신호를 사용하였다.

또한, 복셀(voxel)안에 장구형 용기의 아크릴 외형이 일부 포함되기 때문에 아래의 식으로부터 도출되는 보정계수(Correction factor)로 보정하였다.

이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 상기한 바와 같이 수행된 체적위치정확도 및 체적정량정확도에 관한 테스트의 결과를 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 1cm×1cm×1cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 1.5cm×1.5cm×1.5cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이며, 도 10은 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 2cm×2cm×2cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 복셀의 사이즈가 1cm×1cm×1cm로 제3층(43)의 체적에 대응하는 복셀이 설정된 경우(도 5 참조), 복셀내의 대사물질의 양이 거의 동일한 제1복셀, 제2복셀 및 제3복셀에서 대사물질의 양이 서로 거의 같게 나오는 것이 관찰되었고, 복셀의 크기가 제4층(44)의 체적보다 큰 제4복셀에서는 제1복셀, 제2복셀 및 제3복셀에 비하여 대사물질의 양이 적게 나오는 것이 관찰되었다.

도 9에 도시된 바와 같이, 복셀의 사이즈가 1.5cm×1.5cm×1.5cm로 제2층(42)의 체적에 대응하는 복셀이 설정된 경우(도 4참조), 복셀내의 대사물질의 양이 거의 동일한 제1복셀 및 제2복셀에서 대사물질의 양이 거의 같게 나오는 것이 관찰되었으며, 스펙트럼상의 영상강도도 거의 비슷하게 나오는 것이 관찰되었다. 그리고, 복셀의 크기가 제3층(43) 및 제4층(44)의 체적보다 큰 제3복셀 및 제4복셀에서는 제1복셀 및 제2복셀에 비하여 대사물질의 양이 적게 나오는 것이 관찰되었다. 또한, 제3층(43)과 제3복셀의 체적의 차이보다 제4층(44)과 제4복셀의 체적의 차이가 더 크므로, 제4복셀내의 대사물질의 양이 제3복셀내의 대사물질의 양보다 적게 나오는 것이 관찰되었다.

도 10에 도시된 바와 같이, 복셀의 사이즈가 2cm×2cm×2cm로 제1층(41)의 체적에 대응하는 복셀이 설정된 경우(도 3참조), 복셀내의 대사물질의 양은 서로 다르게 나오는 것이 관찰되었으며, 각 층(41)(42)(43)(44)의 체적과의 차이가 적은 순서대로, 즉, 제1복셀, 제2복셀, 제3복셀, 제4복셀의 순서대로, 복셀내의 대사물질의 양이 순차적으로 적게 나오는 것이 관찰되었다.

이와 같은 결과에 비추어볼 때, 대사물질 대 수분의 비는 복셀의 크기에 관계없이 복셀내의 대사물질의 양에 따라서 선형적으로 비례하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에 따른 팬텀은 체적위치 및 체적정량에 대하여 충분히 정확하다는 것을 알 수 있다.

2. 장비의 안정성에 대한 후속(follow up)테스트

가. 테스트를 위한 파라미터

(1) Philips 3T (경희대학교 동서신의학병원)

(2) STEAM Pulse sequence

(3) TR/TM/TE = 2000/12/30ms

(4) 복셀의 사이즈(Voxel Size): 2cm × 2cm × 2cm

(5) 복셀의 위치설정(Voxel Localization): 제1복셀, 제2복셀, 제3복셀, 제4복셀(도 3 내지 도 5 참조)

(6) Post-Processing: jMRUI 사용

(7) Gaussian fitting, AMARES 분석법

(8) 수분신호들(수분억제 전, 후)은 제4복셀에서 측정된 데이터를 사용하였다(도 11 내지 도 14 참조). 이는, 제4복셀이 중앙부근(Iso-center)에 위치되기 때문에 자기장의 보정(Shimming)상태가 가장 양호하기 때문이다.

나. 테스트 결과

테스트는 제1차 테스트와 제2차 테스트를 동일한 조건에서 소정의 기간(약 3개월)을 두고 수행하였다.

(1) 신호대잡음비(SNR)

(가) 제1차 테스트 시

수분신호강도(water signal intensity)는 0.3013이었고, 노이즈신호강도(Noise signal intensity (mean value))는 1.70×10^-4이었으며, 다음과 같은 식을 통하여 신호대잡음비(SNR)은 4430.80임을 알 수 있었다.

신호대잡음비(SNR) =

(나) 제2차 테스트 시

수분신호강도(water signal intensity)는 0.3909이었고, 노이즈신호강도(noise signal intensity (mean value))는 5.02×10^-5이었으며, 다음과 같은 식을 통하여 신호대잡음비(SNR)은 19467.13임을 알 수 있었다.

신호대잡음비(SNR) =

(2) 화학적이동(Chemical shift)

(가) 제1차 테스트 시

화학적이동은 ± 0.2 ppm 이내이었다.

(나) 제2차 테스트 시

화학적이동은 ± 0.1 ppm 이내이었다.

(3) 선폭 (Line width: Full Width at Half Maximum-FWHM)

(가) 제1차 테스트 시

측정치 약 0.05ppm으로, 선폭은 6.39(Hz)(0.05 × 127.74 = 6.39 (Hz))임을 알 수 있었다.

(나) 제2차 테스트 시

측정치 약 0.032 ppm으로, 선폭은 4.09(Hz)(0.032 × 127.74 = 4.09 (Hz))임을 알 수 있었다.

(4) 수분억제정도 (Water Suppression Percent)

(가) 제1차 테스트 시

수분억제전의 수분신호(Water Signal)는 0.3013이었고, 수분억제후의 수분신호(Water Signal)는 1.183×10^-3이었으며, 아래의 식을 통하여 수분억제정도는 99.60%임을 알 수 있었다.

수분억제정도 =

(나) 제2차 테스트 시

수분억제전의 수분신호(Water Signal)는 0.3909이었고, 수분억제후의 수분신호(Water Signal)는 3.22×10^-4이었으며, 아래의 식을 통하여 수분억제정도는 99.92%임을 알 수 있었다.

수분억제정도 =

(5) 수분신호의 대칭성

제1차 및 제2차 테스트 시 완전한 대칭을 이루지 못했으나, 대체적으로 제1차 테스트보다는 제2차 테스트의 결과가 대칭에 가까웠다.

(6) 팬텀을 통한 체적위치정확도 및 체적정량정확도

대사물질 대 수분의 비(Metabolite Reference Water Ratio)로서 상기에서 설명한 바와 같은 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트 시와 데이터를 분석방법을 동일하게 하였다.

도 15는 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제1차 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이고, 도 16은 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제2차 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 대체적으로 복셀내의 대사물질의 양이 클수록 각 대사물질의 신호가 크게 나타나는 것이 관찰되었다. 이에 따라, 본 발명에 따른 팬텀은 체적위치 및 체적정량에 대하여 충분히 정확하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 자기 공명 영상 장비의 자기공명분광영상, 특히 Single Voxel Spectroscopy (SVS) 성능을 평가하기 위하여 그 정량적인 지표가 필요하였고, 기존 성능평가용 팬텀이 가지는 자기장 보정(Shimming)의 어려움, 고깔 형태의 내부용기로 인해 발생되는 부분용적효과(Partial volume effect) 및 공기방울 유입가능성을 회피할 수 있는 방법으로 대사물질을 넣는 용기를 장구형 또는 아령형(Layered Dumbbell Shape)형태로 개선한 팬텀을 제시함으로써, 내부용기(30)내의 각 층의 위치에 따른 다양한 스펙트럼 지도를 얻을 수 있으며, 이에 따라, 자기공명영상(MRI)장비의 성능을 정확하게 평가할 수 있도록 하였다.

이외에도, 본 발명의 실시예에서 제시한 테스트와 같이, 본 발명에 따른 팬텀은, 물(Water)을 용매로 하는 인체 뇌의 대사물질 수용액으로 이루어지는 내부용기(30)내의 내부물질에 대하여 수분피크를 이용한 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio: SNR 혹은 S/N), 화학이동정도(Chemical Shift), 수분억제정도(Water Suppression Percent), 선폭(Full Width at Half Maximum: FWHM)을 측정하여 자기공명분광법에 대한 다양한 성능 평가를 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀은 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용이 가능하며 상기한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기한 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 상기한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등한 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 팬텀이 도시된 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 팬텀이 도시된 사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 2cm×2cm×2cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이다.

도 4는 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 1.5cm×1.5cm×1.5cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이다.

도 5는 본 발명에 따른 팬텀의 내부용기에 대하여 1cm×1cm×1cm의 사이즈를 갖는 복셀이 설정된 상태가 도시된 상태도이다.

도 6은 본 발명에 따른 팬텀에서의 수분억제전의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 팬텀에서의 수분억제후의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 8은 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 1cm×1cm×1cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 1.5cm×1.5cm×1.5cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따른 팬텀의 복셀 사이즈에 대한 민감성 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 복셀의 사이즈가 2cm×2cm×2cm 인 경우에 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제1차 테스트에서 수분억제전의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 12는 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제1차 테스트에서 수분억제후의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 13은 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제2차 테스트에서 수분억제전의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 14는 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제2차 테스트에서 수분억제후의 수분신호가 도시된 그래프이다.

도 15는 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제1차 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

도 16은 본 발명에 따른 팬텀에 대한 장비의 안정성에 관한 제2차 테스트의 결과를 도시한 그래프로, 각 복셀에서 관찰되는 대사물질의 양의 변화를 도시한 그래프이다.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

20: 외부용기 30: 내부용기

Claims

외부용기; 및

상기 외부용기의 내부에 배치되고, 길이방향으로 연장되며, 내경이 서로 다른 복수의 층이 형성되는 내부용기;

를 포함하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항에 있어서, 상기 외부용기는 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항에 있어서, 상기 내부용기의 복수의 층의 각 내경은 상기 내부용기의 단부에서 중앙쪽으로 갈수록 순차적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항에 있어서, 상기 내부용기의 복수의 층의 각 내경은 상기 내부용기의 단부에서 중앙쪽으로 갈수록 순차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항에 있어서, 상기 내부용기는 그 중앙을 기준으로 대칭형의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부용기의 양단에는 상기 내부용기의 내부와 연통되며 상기 외부용기의 외측으로 노출되는 출입구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부용기 및 상기 내부용기는 아크릴재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부용기의 내부에는 황산구리수용액이 주입되며, 상기 내부용기의 내부에는 대사물질을 모사한 수용액이 주입되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상의 성능평가용 팬텀.