Ⅰ. 서 론

자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI)장 치는 일반촬영(routine radiography), 전산화 단층 촬영 (computed tomography; CT), 초음파(ultrasound), 핵의 학(nuclear medicine)을 이용한 영상기법과 비교하여 대조 도 분해능(contrast resolution)이 우수하고 밀도가 비슷한 인체의 연부 조직들까지도 쉽게 식별할 수 있는 장점이 있 다. 다른 영상장비와 다르게 인체의 형태·해부학적인 단면 을 원하는 방향에서 비침습적으로 진단할 수 있으며 인체에 무해하다는 점 때문에 의료영상장치로 널리 이용되고 있다[1].

생명과학분야의 발달과 함께 소동물을 이용한 새로운 치 료방법의 개발, 유전자 정보를 이용한 의학개발 등을 위해 소동물 모델 실험을 위한 분자영상 기술이 발달하면서 마우 스와 같은 소동물 영상촬영에 대한 수요가 크게 증가하고 있 고, 영상시스템의 개발을 위해 많은 노력과 경제적 투자가 확대되고 있다[2-4]. 특히, 자기공명영상장치는 수많은 뇌 질환과 수수께끼에 대한 실마리를 제공하기 시작했지만, 공 간해상력과 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR) 같 은 물리적인 성능은 아직 요구를 충족시키기에 부족한 것이 사실이다. 이와 관련한 소동물 촬영에 필요한 마이크로 MRI 역시 시퀀스에 따른 파라메터의 기준이 부족한 실정이다.

자기공명영상에서 대조도는 중요한 요소이며, 표준 촬영 법이라고 할 수 있는 스핀 에코 T2 강조(spin echo T2weight; SET2) 영상은 대조도 대 잡음비(contrast to noise ratio; CNR)가 높아 조영증감 없이 병리학적 구조변화를 잘 나타내 어 주는 장점이 있다[5]. 시퀀스의 영상변수 중 대조도에 영향 을 주는 변수는 크게 TR, TE, Flip angle(FA)이다[6]. 긴 촬영시간으로 인한 field susceptibility artifact 및 motion artifact를 감소시키기 위한 검사방법으로 스핀에코(turbo spin echo; TSE), 경사자장에코(gradient echo; GE)법[7] 등을 이용할 수 있으며, 표준 스핀 에코 방법에서 FA을 90°이 하로 여기(partial flip angle)시켜 반복시간을 단축시키는 방법 등이 있지만, 90°이하의 FA는 SNR의 저하를 가져올 수 있어 항상 적정한 FA값이 요구되어진다[8].

복부의 MRI는 주로 간 질환 검사에서 다른 검사로 해결 되지 않은 궁금증을 풀기위한 추가적인 검사로 이용하였으 나， 최근 들어서는 간 이외의 병소의 발견 및 감별진단에 직접적인 검사로도 많이 이용하고 있다. 하지만 호흡에 의 한 artifact로 인하여 복부의 MRI 영상은 최소한의 시간을 줄이기 위한 방법을 연구하고 있다. 특히, 마이크로 MRI를 이용한 소동물의 복부촬영에서 호흡에 의한 artifact는 시 간을 단축함으로써 해결할 수 있다. 그러나 아직까지 이러 한 시간 단축과 대조도에 영향을 미치는 매개변수의 하나인 FA값의 변화에 따른 최적의 T2강조효과를 나타내기 위한 연구는 이루어지지 않고 있다.

이에 본 연구는 마이크로 MRI를 이용한 마우스의 뇌영상 과 복부영상에서 FA값 변화에 따른 신호강도와 노이즈를 측정하여 최적의 T2강조영상을 만들어 낼 수 있는 FA값을 알아보고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 실험대상 및 실험방법

본 연구에서 체중 20g인 BALB/C mice를 chamber안의 산소 내에 4%의 마취제를 주입하여 마취를 유도하고 뇌와 복부의 영상검사를 실시하였다. 마이크로 MRI 장비는 4.7T(Bruker BioSpin MRI GmbH)를 사용하였고, 코일은 Volume coil 86mm를 사용하였으며, Turbo RARE-T2(spin echo-T2)영상은 TR 3,500msec, TE 36msec로 스캔하였다 (Table 1).

FA값은 두 부위 동일하게 60°, 80°, 100°, 120°, 140°, 160°, 180°로 변화를 주어 스캔하였다. 나머지 매개변수 모 두 같은 값으로 스캔하였다.

2. 영상측정 및 분석

FA값의 변화에 따른 뇌영상의 SNR값과 CNR값의 분석은 FA를 60°∼180°까지 20° 간격으로 변화시켜 물성분이 많은 ventricle(뇌실)과 ,지방성분이 많은 시상부위(thalamus)와 내포(internal capsule), 꼬리핵(caudate putamen) 등에 동 일크기의 ROI (10㎜)를 설정하고 각각의 신호강도를 측정하 고, 조직을 벗어난 다른 두 부분의 background 신호값을 측 정하였다(Fig. 1). 복부 영상에서는 신장(kidney)과 신장주 위의 근육에 동일 ROI (10㎜)를 설정하고, FA값의 변화에 따른 각각의 신호강도를 측정하고 두 부분의 background 신 호 값을 측정하였다(Fig. 2).

뇌(시상)와 복부(신장) 조직에서 측정한 신호강도와 조직 을 벗어난 2곳의 백그라운드 표준편차 신호강도 값으로 SNR 을 산출하고, 두 영역 SNR (뇌의ventricle과 thalamus, 복부 의kidney와 muscle)값의 차이로 CNR을 산출하였다. SNR을 구하는 방법은 미국의학물리학자협회(American Association of Physicists in Medicine; AAPM)의 권고법[9]을 이용하여 관심영역(region of interest; ROI)을 설정하여 신호강도를 측정하였다.

Ⅲ. 결 과

1. T2강조영상에서 FA변화에 따른 SNR

FA변화에 따른 흰 쥐 뇌(시상)조직의 신호강도와 SNR 값을 FA60°부터 FA180°까지 20° 간격으로 측정한 결과, FA60°에서의 신호강도는 6,283, SNR은 5.05로 가장 낮았 으며, FA100°에서 신호강도는 7,433, SNR값은 6.49 로 가 장 높게 나타났다. FA100° 이후에서는 신호강도와 SNR 모 두 약간의 감소하는 추이를 보였으나 그 차이 값은 작았다 (Table 2), (Fig. 3).

복부(신장)조직의 신호강도와 SNR값을 측정한 결과는 FA60°에서의 신호강도는 14,485, SNR은 5.05로 가장 낮았 으며, FA120°에서 신호강도는 16,523으로 가장 높게 나타 났으며, SNR값은 FA140°에서 8.54로 가장 높게 나타났다. 대체적으로 FA80°에서 160°까지는 거의 같은 값을 나타냈 다(Table 3), (Fig. 3).

2. T2강조영상에서 FA변화에 따른 CNR

FA변화에 따른 흰 쥐 뇌의 시상조직과 인접한 뇌실조직을 FA60°부터 FA180°까지 20° 간격으로 측정한 CNR 값은 FA60°에서 1.38을 나타내었으며, 점진적으로 상승하여 FA180°에서 8.29의 CNR 값을 나타냈다(Table 4), (Fig. 4).

복부의 신장과 인접한 근육을 측정한 CNR 값은 FA60°에 서 2.36을 나타내었으며, 점진적으로 상승하여 FA180°에서 는 4,57의 CNR 값을 나타내었다(Table 5), (Fig. 4).

Ⅳ. 고 찰

영상의 질을 결정하는 주요인자는 SNR, CNR, 공간해상 도, 스캔시간 등이 있으며, 이들은 서로 상관관계가 있으므로 적절한 범위 내에서 조절이 필요하다. 그 밖에 coil의 선택, TR/TE, FOV, Matrix, field strength, K-space filling technique, slice thickness, bandwidth, filp angle 등의 여러 가지 parameter에 의해 영향을 받는다. 영상의 미세구 조 정보를 제공하는데 있어서 가장 중요한 매개변수는 SNR과 CNR이다[10].

영상의 질을 좌우하는 SNR과 CNR은 신호의 강도와 밀 접한 관계가 있으며 자기장의 세기에 가장 큰 영향을 미치 지만 FA값의 크기에 따라서도 신호강도는 변화된다. 특히 CNR은 T2강조영상에서 중요한 요소이다.

FA가 증가할수록 CNR이 좋아질 것이라고 생각되었던 부 분 때문에 소동물 촬영에서는 긴 검사시간으로 인한 생리학 적 Motion-artifact가 발생한다는 단점이 있었지만, 미세 한 조직의 영상을 표현해야 하는 목적 때문에 검사시간보다 는 신호의 크기에 우선하여 파라메터를 선정하고 있으며 FA의 크기는 대부분 가장 큰 160∼180°를 사용하고 있다. 이처럼 큰 FA를 사용하는 이유는 검사시간에 따르는 단점 보다 높은 신호강도와 좋은 대조도를 얻기 위함이다.

본 연구에서는 마이크로 MRI을 이용한 소동물의 뇌와 복부 검사에서 FA의 변화에 따른 각 조직의 신호강도와 background 신호값을 이용한 SNR, CNR을 측정함으로써 최적의 T2 효과를 나타내는 FA값을 알아보고자 하였다. 흰쥐의 뇌영상의 신호강 도와 SNR 값은 FA100°에서 각각 7,423과 6.49의 값으로 가장 높았고, FA60°에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 복부영상에서 신호강도는 FA120°에서 가장 높았고, SNR은 FA80°에서 FA140°사이에서 값의 차이가 미미하지만 FA140°에서 가장 높게 나타났으며, FA60°에서 가장 낮은 값을 나타내었다. 이는 임상에서 사용하는 MRI영상에서 flip angle 60° 미만까지는 긴 TE로 인해 영상 획득 시 SNR의 변화가 거의 없고, FA80°∼ FA120°의 적절한 flip angle을 사용할 경우 선예도를 향상시킬 수 있다고 한 연구와 같은 결과를 보이고 있다[11,12].

FA값의 변화에 따른 CNR은 흰 쥐의 뇌영상과 복부영상 에서 FA값이 증가할수록 CNR값이 증가하고 있음을 확인하 였고, 이는 FA가 증가하면 계속해서 CNR이 좋아 진다고 한 임상의 MRI 이론적 결과와 같은 결과를 나타났다. 따라서 마이크로 MRI을 이용한 소동물의 T2강조영상은 CNR이 가 장 높은 180°의 숙임각이 유용하다는 것을 확인하였다. 또 한 신호강도와 SNR값은 임상에서 사용하고 있는 MRI의 FA 값과 같은 90°∼120°보다 더 큰 140°의 숙임각에서도 높다 는 연구결과를 확인할 수 있었다.

마이크로 MRI 장비의 다양한 코일의 부재로 서로 다른 부위를 동일한 수신코일로 사용함으로써 발생할 수 있는 신 호값의 변화 가능성을 배제할 수 없다는 점과 복부를 검사 한 흰쥐의 불규칙한 호흡, 부정맥, 심박동수(heart rate)를 반영하지 못한 부분은 본 연구의 제한점이라 할 수 있겠다.

Ⅴ. 결 론

마이크로 4.7T고자장 MRI의 FSE T2강조영상기법에서 흰쥐의 뇌와 복부영상에서 신호강도를 측정하여 각각의 FA 의 변화에 따른 SNR과 CNR을 구하였다. FA100°∼FA140° 정도에서 SNR 값이 가장 높았으며, FA60°에서 가장 낮은 값이 나타났다. CNR 값은 FA값이 클수록 CNR값이 높아가 는 결과를 확인하였다. 결론적으로 마이크로 MRI의 소동물 영상에서 대조도가 요구되는 T2강조영상에서는 CNR이 가 장 높은 180의 숙임각이 유용하다는 것을 확인하였다. 한편 으로 임상 MRI와 같이 FA값 FA90°∼FA120°에서 신호강도 와 SNR이 높았으며, FA140°에서도 최적의 영상을 만들어 낼 수 있음을 확인하였다.

본 연구 결과로 소동물을 이용한 마이크로 MRI의 최적의 영상기법을 사용하는 다양한 연구에 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 사료된다.