I서 론

자기공명영상(Magnetic Resornance Imaging; MRI)은 자기장을 이용한 인체에 무해한 검사방법으로 질병 진단을 위해 많이 이용되고 있다. 그러나 검사 중 발생되는 소음은 약 100dB_A에 도달한다. 이러한 높은 수준의 소음은 환자의 불쾌감을 증가시키기도 하고 불안감이나 검사 중 언어적 의 사소통의 어려움을 준다^1,2). 또한, 극심한 소음은 청력 손실 의 원인이 되기도 한다. 특히 영·유아 또는 노인들을 비롯하 여 청력 손실 위험에 취약한 사람들에게 상당한 우려로 작 용하고 있다³⁾.

MRI 검사 중 발생하는 소음은 경사자장 코일에서 발생하 는 펄스 전류에 의해 나는 소리이다. 이 펄스 전류는 경사자 장 코일에 입력되는 전기신호가 급하게 변할수록 더욱 강한 로렌츠 힘을 받고 진동하여 큰 소음을 발생한다. 따라서 매 우 빠른 경사자장을 일으키는 MR 시퀀스에서 더 심한 소음 을 들을 수 있다⁴⁾.

이러한 문제를 해결하기 위해, 경사 코일 전체를 진공 챔 버에 넣거나 경사자장을 기계적으로 회전시키는 방법이 제 시되었지만 이러한 해결책은 막대한 제조비용이 소모되며 경사효율이 저하될 수 있다는 단점이 있다⁵⁾. 그러나 최근에 는 능동적인 음향 통제 기능을 갖춘 권선 시스템과 같이 기 계적 또는 음향적으로 균형을 맞춘 경사코일 시스템을 개발 하는 방안이 연구되었다⁶⁾. 이러한 시스템은 영상의 화질을 유지하면서 소음을 크게 감소시키는 효과가 있는 것으로 알 려져 왔다.

본 연구는 최근 연구된 뇌 자기공명영상에서 검사 중 발 생되는 소음을 줄이기 위한 기법으로 경사파형을 변경한 Quiet T₂-weighted Turbo Spin-Echo(이하 Q-T₂)와 일반 적으로 사용되는 T₂-weighted Turbo Spin-Echo(이하 T₂) 영상의 소음수준 및 영상의 질을 비교하여 그 유용성을 알 아보고자 하였다.

Ⅱ대상 및 방법

1대 상

본 연구는 2015년 08월 03일부터 2015년 09월 30일까지 3.0T MR 기기에서 뇌 MRI를 시행한 60명의 환자(남자 29 명, 여자 31명, 평균 연령 60.1세)를 대상으로 하였다.

2방 법

1)실험 장비

영상장비는 3.0 Tesla MR system (MAGNETOM Tim Trio; Siemens, Germany)의 12채널 두부 전용 코일을 사 용하였다. Q-T₂와 T2의 뇌 MR 영상을 얻기 위해 Q-T₂, T₂ 시퀀스를 사용하였으며, 두 시퀀스의 영상 변수는 TR/TE= 3500/82, slice thickess=4mm, FOV=230×230, NEX=1회, scan time=140sec, matrix size=512×256, number of slice=38개로 동일하였다.

2)소음 측정(Sound Pressure Level) 및 심박동수(Heart Rate) 측정

Noise Dosimeter (TES-1353, 대만)를 이용하여 소음의 강도를 측정하였다. 측정은 MRI 기기로부터 1.4 m 떨어진 지점에서 동일하게 시행하였고, 30초 평균 값과 피크 값은 각각 여섯번의 측정값을 평균하여 비교하였다.

심박동수 측정은 3160 Precess MRI Patient Monitering System (Philips, USA)을 이용하여 60명의 환자를 대상으 로 검사 전, 검사 중 3, 30, 60, 90, 120초의 값을 평균하여 비교하였으며, 연령과 성별에 따른 심박동수를 분석하였다.

3)정량적 분석

정량적 분석은 대뇌의 SNR (Signal to Noise Ratio)을 측정하였고, 백질과 회백질간의 CNR (Contrast to Noise Ratio), SIR (Signal Intensity Ratio)을 측정하였다. 측정 방법은 picture archiving and communication system (PACS) 모니터(Maroview image viewer, Marotech Inc., Korea)으로 Q-T₂와 T₂ 두 영상에서 동일한 관심구역 (region of interest: ROI)으로 동일한 위치에서 신호강도 를 측정하였다. SNR은 대뇌와 배경잡음이 최소인 정사각형 의 모서리 4곳의 배경신호를 측정하여 평균한 값으로 결과 를 얻었으며, CNR과 SIR은 백질, 회백질의 신호강도를 구 하여 측정하였다. 모든 신호강도는 세 번의 측정한 값을 평 균하여 평가하였다.

SNR, CNR, SIR 산출은 다음과 같다.

SI_b1/SI_b2

(SI_w-SI_g)/SI_b

(SI_w-SI_g)/SI_g

신호강도, b1=brain, b2=background, w=white matter, g=gray matter)

SNR, CNR, SIR 산출 후 SPSS(ver. 18)를 사용하여 ‘independant T-test'로 비교분석 하였다. 통계학적 결과 의 유의성 판정은 ’p값이 0.05미만인 경우를 통계학적으로 유의하다‘로 평가하였다.

4)정성적 분석

정성적 분석은 저자, 영상의학과 전문의 1명 및 숙련된 영상의학과 방사선사 3명이 Q-T₂와 T₂ 뇌 영상을 육안으로 평가하여 수치화하였다. 전체적인 영상의 질은 5점 척도로 서 우수(excellent) 5점, 양호(good) 4점, 보통(fair) 3점, 불량(poor) 2점, 평가불가(unacceptable) 1점으로 평가하 였다.

Ⅲ결 과

1)소음(Sound Pressure Level) 및 심박동수(Heart Rate) 측정

Q-T₂와 T₂ 검사의 2분간 평균소음과 peak 소음을 각각 측정한 결과 2분간 평균소음은 Q-T₂ 72.6dB_A, T2 87.6dB_A 으로 Q-T₂에서 15dB_A 낮아졌다. 또한 peak 소음은 Q-T₂ 88.8dB_A, T₂ 98.8dB_A로 T₂에 비해 Q-T₂에서 10dB_A 감소 하였다(Table 1).

Q-T₂와 T₂의 120초 동안 검사 중 심박동율의 평균값은 각각 67.3±11.46, 69.1± 11.7회로 Q-T₂에서 더 낮은 값으 로 나타났지만 통계적인 유의성은 없었다(Table 2).

또한 연령 및 성별에 따른 심박동수율을 측정한 결과 연 령에서는 Q-T₂와 T₂ 모두 70-80대에서 약간 심박동수가 낮아졌으며, 성별에 따른 차이는 유의하지 않았다(Table 3, 4)

2)정량적 분석

정량적 분석의 SNR, CNR, SIR값을 얻은 결과, SNR은 Q-T₂와 T₂ 각각 76.2± 17.6, 86.2±19.7으로 T₂에서 높은 것으로 나타났으나 CNR과 SIR은 두 기법간의 유의한 차이 는 없었다(Table 5).

3)정성적 분석

전체적인 영상의 질에 대한 평가 결과는 Q-T₂ 60명, T₂ 59명의 영상에서 우수(excellent) 5점으로 영상의 질이 우 수하게 평가되었으며, Q-T₂ 1개의 영상은 양호(good) 4점 으로 평가되었다. 양호로 평가된 1명의 Q-T₂ 영상은 환자 의 움직으로 인한 인공물로 인하여 약간 낮게 나타났다. Q-T₂와 T₂ 각각 4.98±0.12, 5.00±0.00으로 유의한 차이 는 없었다(Table 6). 또한 평가자 5명을 대상으로 신뢰도 평 가를 한 결과 급내상관분석에서 Cronbach 알파계수 0.926 이었다.

Ⅳ고 찰

자기공명영상의 소프트웨어 및 하드웨어 기술적 발전에 도 불구하고, 검사 중 발생하는 소음을 줄이는데 한계가 있 다. 1.5T의 경우, 소음은 100여 dB_A에 달한다. 고성능 자기 장 시스템인 3.0T에서는 더 심한 소음이 발생할 수 있다^7-9). MRI 검사 중 소음저감을 위해 환자들은 헤드셋 또는 귀마개 를 사용한다. 이러한 장비는 20~25 dB_A 정도의 소음을 감 소시킬 수 있다. 하지만 MRI에서 사용되는 표준 임상 시퀀 스에서 발생하는 음압수준을 저감할 경우 환자 안락도가 더 욱 더 향상될 수 있다. 따라서 소음을 줄일 수 있는 다양한 방법들이 제시되고 있다. 그 중 하나는 펄스 시퀀스를 보정 하거나 최적화할 경우 효과적으로 소음을 저감 시킬 수 있 다는 것이다. 그 예로는 경사 자장 펄스 파형의 증가 또는 감소에 소요되는 시간을 측정하여, 유도된 스캐너 진동으로 인해 이러한 증가 또는 감소가 상쇄되도록 하는 방법이 소 개되었다^10-12). 또 다른 방법으로는 경사의 진폭을 줄이고 경사파형을 변경시키는 것이 있다. 이 방법은 경사자장에 대한 저주파 필터링을 통해 진동 주파수의 증가를 억제함으 로써, 경사코일이 음향에 민감하게 반응하는 것을 방지할 수 있다¹³⁾. 또한 경사파형을 정교하게 재설계하고 병행촬영 을 실시함으로써 에코 평면영상(EPI)의 음향소음을 감소시 킬 수 있는 방법이다.

본 연구에서 사용된 Quiet 방법은 경사파형을 늘리고 영 상획득 속도를 향상시킴으로서 영상획득 속도와 에코 간격 을 유지하여 음향소음을 감소시킬 수 있다. Fig 1.와 같이 총 획득시간은 동일하게 유지하면서, 경사 파형을 변경시 키고 슬루율을 제한한다. 그러나 bandwidth (BW)가 약간 증가하여 신호 대 잡음비(SNR)가 약간 감소하는 단점이 있 다^6,14-15). Fig 2

본 연구는 경사파형만을 변경시킨 Q-T₂를 토대로 임상적 으로 적용하여 그 유용성을 확인해보고자 하였다. Q-T₂와 기존의 T₂ 영상을 비교분석한 결과 SNR은 T₂영상이 약간 우수하였으나, CNR과 SIR은 두 영상간의 차이가 없었다 (Table 5). 이와 같은 결과는 전체적인 신호강도(Signal intensity)는 기법 간에 차이가 적어 CNR과 SIR은 비슷하 지만 Q-T₂에서는 배경잡음(Noise)의 증가로 SNR이 낮아지 는 것으로 생각된다. 그러나 이 기법은 경사효율이 저하되 거나 영상 획득 시간이 증가하지 않고 CNR, SIR의 변화는 없기 때문에 육안적인 차이가 없으면서 소음을 효과적으로 감소시킬 수 있으며, SNR 감소의 문제를 충분히 상쇄할 수 있으리라 생각된다.

MRI 검사 중 불안을 느끼게 되면 심박동이 빨라지고 가 슴이 두근거리며 숨이 가빠지고 답답해짐을 느끼기도 한다. 또한 소음은 스트레스를 유발시키는 요인이며 심박수를 증 가시키고 혈압을 상승시킨다. MRI 촬영 중 인체에 미치는 심리적·생리적 스트레스 영향정도를 알아보기 위한 선행 연 구에서는 심전도 신호를 이용하여 심박동변이율 신호를 재 구성한 주파수 분석을 한 결과 소음에 의해 LF/HF 비율 값 이 증가한다고 하였다^16-18).

이번 연구에서는 인체의 생리적 영향정도를 확인해보고 자 Q-T₂와 T₂ 검사 중 심박동수를 측정하여 비교하였다 (Table 2). 그 결과 Q-T₂에서 심박동수가 약간 저하하였으 나 유의한 차이가 없었다. 생리적 영향정도에 관한 결과는 미비하였지만 추후 MRI 검사 중 발생되는 소음이 인체에 어떠한 영향을 미치는지 다양한 연구가 필요할 것으로 생 각된다.

본 연구의 제한점은 뇌 MRI를 시행한 60명의 환자 중 병 변과 뇌 실질간의 CNR과 SIR을 분석하지 않고 대뇌의 정상 조직에서 백질과 회백질 간의 CNR과 SIR을 분석하였다는 점으로 추후 더 다양한 케이스로 임상에서 Q-T₂의 연구가 이루어질 수 있으리라 생각된다.

Ⅴ결 론

Q-T₂는 기존의 MR 시스템에 쉽게 적용할 수 있으며, 기 존의 시퀀스와 같이 검사시간 및 진단의 정확도는 유지하면 서 효과적으로 소음을 감소시킬 수 있었다. 따라서 Q-T₂는 소음 감소로 인한 환자 불안 감소 및 편의에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.