KR101620834B1 - Sar measuring device for mri and method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 MRI 장비로부터 방출되는 전자기파의 SAR값과 인체가 느끼는 온도변화를 정확히 측정할 수 있는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for measuring the absorption rate of electromagnetic waves in a magnetic resonance imaging apparatus, and more particularly to a magnetic resonance imaging apparatus capable of accurately measuring a SAR value of electromagnetic waves emitted from an MRI apparatus and a temperature change of a human body To an apparatus for measuring the absorption rate of an electromagnetic wave human body and a method thereof.
최근 MR engineering 및 MRI 기술 발전으로 인해 초고자장(≥ 3 T) MRI 장비가 개발되어 고해상도의 의료영상을 제공하지만 자기장의 세기가 올라갈수록 RF 코일에 의한 강한 RF 에너지가 환자 몸에 영향을 줄 수 있다.Due to recent advances in MR engineering and MRI technology, ultrahigh-field (≥ 3 T) MRI equipment has been developed to provide high-resolution medical imaging, but stronger RF energy from the RF coil can affect the patient's body as the magnetic field increases .
MRI 장비에 대한 인체 유해성 연구로서, 영국 표준기관 NPL에서는 2000년부터 MRI SAR 안전사고에 대한 심각성을 인식하고 전기장 측정 프로브를 개발했고, 이를 이용한 3 T MRI 장비에 대한 SAR 측정 연구를 진행 중이며, 또한 독일 표준기관 PTB에서도 고자장에서의 MRI 안전문제의 중요성을 인식하고 MRI SAR에 관한 연구를 진행 중임. 또한 EMRP(European Metrology Research Programme) project을 통해 영국 NPL와 공동연구를 진행하고 있다. Since 2000, the UK standard organization NPL has been aware of the seriousness of MRI SAR safety accidents, developed an electric field measurement probe, and is conducting research on SAR measurement for 3T MRI equipment using MRI equipment. The German Standards Institution PTB is also working on the MRI SAR, recognizing the importance of MRI safety issues in high field. We are also conducting joint research with the UK NPL through the European Metrology Research Program (EMRP) project.
우리나라의 경우에도 한국전자파학회 주관으로 매년 전자기장의 생체영향관한 workshop을 통해 산학연 연구 결과를 공유하고 있지만, MRI SAR에 관한 연구는 미미한 실정이다.In Korea, the Korea Electromagnetic Engineering Society (KEMEM) is sharing the research results of industry, academia and research through the workshop on the biological effects of electromagnetic fields annually. However, the research on MRI SAR is very limited.
한편, 고해상도의 영상을 나타내기 위해서는 고자장 또는 초고자장이 필요하다. 그런데 자기장의 세기가 올라갈수록 RF(Radio Frequency) 코일에 의한 강한 RF 에너지가 환자의 몸체 축적될 수 있다. 이와 같이 축적된 강한 RF 에너지는 환자의 피부 및 신체 조직의 온도를 상승시켜 열감을 느끼게 하거나 심할 경우 화상을 초래하는 심각한 MRI 안전사고를 초래할 수 있다.On the other hand, a high-field or ultra-high field is required to display a high-resolution image. However, as the magnetic field strength increases, strong RF energy due to RF (Radio Frequency) coil can accumulate in the body of the patient. The accumulated strong RF energy can raise the temperature of the skin and body tissues of the patient to cause a feeling of warmth or severe MRI safety accidents that cause burns in severe cases.
또한, MRI 장비 사용연한에 따른 장비 노후화로 인해 심각한 SAR 안전문제를 초래할 수 있다. 더욱 문제가 되는 것은 MRI영상촬영 시 MRI 장비가 계산해서 리포트하는 SAR값은 부정확하고 실제 환자가 느끼는 SAR값과 차이를 보이고 있다.
In addition, equipment aging due to the use of MRI equipment can lead to serious SAR safety problems. The more problematic is that the SAR value calculated by the MRI equipment during MRI imaging is inaccurate and differs from the SAR value experienced by the actual patient.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, MRI 장비가 계산하고 리포트하는 부정확한 SAR값과 무관한 실제로 인체가 받는 SAR 및 온도 변화 측정 및 평가하기 위한 장치 및 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for measuring and evaluating changes in SAR and temperature actually received by a human body, irrespective of an inaccurate SAR value calculated and reported by an MRI apparatus. .
또한, MRI 장비로부터 방출되는 전자기파의 SAR값과 인체가 느끼는 온도변화를 정확히 측정하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide an apparatus and method for accurately measuring the SAR value of an electromagnetic wave emitted from an MRI apparatus and a temperature change of the human body.
그리고 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 아울러 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.
본 발명에 따른 전자파인체흡수율을 측정하기 위한 인체모사 팬텀 용기는, 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어지며, 인체의 상반신 몸통만으로 형성된 토르소(TORSO) 형상이고, 상기 상부 플레이트의 지점 - 인체의 명치와 대응하는 지점 - 에는 진공밸브가 장착된다.The phantom container for human body simulation for measuring the absorption rate of electromagnetic waves according to the present invention is a torso shape formed by only an upper half body of a human body and composed of an upper plate and a lower plate, Is equipped with a vacuum valve.
또한, 상기 인체모사 팬텀 용기는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene Styrene) 플라스틱 재료를 사용하며, 앉은목뒤높이= 67 cm, 가슴둘레= 96.5 cm, 몸통두께= 23.1 cm, 두께= 20 mm의 크기로 형성된다.
The human phantom container is made of ABS (Acrylonitrile-Butadiene Styrene) plastic material and has a sitting height of 67 cm, a chest circumference of 96.5 cm, a body thickness of 23.1 cm, and a thickness of 20 mm.
본 발명에 따른 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치는 인체모사 팬텀 용기와, 상기 인체모사 팬텀 용기의 상부 플레이트와 하부 플레이트의 내부에 설치되는 광섬유 전기장 센서 및 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서와, 상기 인체모사 팬텀 용기의 내부에 채워지는 팬텀 용액을 포함하여 이루어진다.An apparatus for measuring the absorptance of electromagnetic waves in a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention includes a human body phantom container, an optical fiber electric field sensor and a fiber Bragg grating (FBG) optical sensor provided inside the upper plate and the lower plate of the human body phantom container, And a phantom solution filled in the human phantom container.
또한, 상기 광섬유 전기장 센서는 인체모사 팬텀의 내측의 명치 지점, 목과 어깨 사이의 지점, 몸통에서 팔이 형성되는 모서리 지점, 다리가 형성되는 모서리 지점에 각각 설치된다.In addition, the optical fiber electric field sensor is installed at an inner point of a human simulated phantom, a point between a neck and a shoulder, a corner point where an arm is formed in a torso, and a corner point where a leg is formed.
또한, 상기 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서는 상부 플레이트와 하부 플레이트의 내측에 일정 간격으로 이격되도록 복수 개 설치된다.In addition, the FBG (Fiber Bragg Grating) optical sensors are installed in the upper and lower plates so as to be spaced apart from each other at regular intervals.
또한, 상기 팬텀 용액은 HEC(hydroxy-ethylcellulose) powder= 1351.6 g, 염화나트륨= 67.58 g, deionzed water= 43.6 L를 혼합하여 형성한다.
The phantom solution is formed by mixing 1351.6 g of HEC (hydroxy-ethylcellulose) powder, 67.58 g of sodium chloride, and 43.6 L of deionzed water.
본 발명에 따른 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법은 팬텀 용기의 내부에 광섬유 전기장 센서 및 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서를 설치하는 단계와, 상기 광섬유 전기장 센서 및 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서가 안착된 수용부에 팬텀 용액을 채우는 단계와, 상기 팬텀 용기에 설치된 진공밸브로부터 흡기하여 팬텀의 기포를 제거하는 단계를 포함한다.A method of measuring the absorption rate of electromagnetic waves in a magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention includes the steps of installing an optical fiber electric field sensor and a fiber Bragg grating (FBG) optical sensor in a phantom container, ) Filling a phantom solution in a receiving portion on which the optical sensor is placed, and removing the bubbles of the phantom by sucking the vacuum valve installed in the phantom container.
또한, 상기 기포의 제거는 진공밸브에 연결된 진공펌프를 작동시킨 후, 진공밸브를 조금씩 열면서 상기 팬텀용기의 진공 상태를 확인한 다음, 진공밸브를 완전히 개방하여 일정 시간동안 유지하고, 이어서 팬텀용액의 상측에 형성된 거품을 제거한다.
After the vacuum pump connected to the vacuum valve is opened, the vacuum valve is opened little by little to check the vacuum state of the phantom container. Then, the vacuum valve is fully opened and held for a predetermined time, and then the phantom solution The foam formed on the upper side is removed.
본 발명에 따르면, 의료기관에서 사용 중인 MRI 장비에 대한 SAR 안전성 진단 및 평가 가능하고, 인체가 받는 온도 변화를 검출하여 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to diagnose and evaluate the SAR safety of the MRI equipment in use in a medical institution, and to detect a temperature change of a human body, thereby preventing a safety accident in advance.
또한, 병원 등과 같은 의료기관에서 사용 중인 MRI 장비에 대한 SAR 안전성을 진단하고 평가할 수 있다.In addition, it is possible to diagnose and evaluate SAR safety for MRI equipment used in medical institutions such as hospitals.
또한, MRI 장비로부터 방출되는 전자기파의 SAR 값을 정확히 측정하여 인체가 느끼는 온도변화를 정확히 측정함으로써 MRI 스캔이 이루어지는 동안에 안전사고 미연에 방지할 수 있다.
In addition, it is possible to precisely measure the SAR value of the electromagnetic wave emitted from the MRI apparatus and accurately measure the change in the temperature sensed by the human body, thereby preventing a safety accident during the MRI scan.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체모사 팬텀 용기를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 MRI SAR 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 인체모사 팬텀의 상부 플레이트(Upper Plate)와 하부 플레이트(Lower Plate)의 내부에 광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)와 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)를 설치한 위치를 나타낸 것이다.
도 4 내지 6은 서로 다른 회사의 MRI장비를 사용하였을 때의 온도 변화값을 나타낸 이미지이다. FIG. 1 illustrates a phantom container of a human body according to an embodiment of the present invention.
2 shows the results of an MRI SAR simulation according to the present invention.
3 is a view showing a position where an optical fiber electric field probe and an FBG optical sensor are installed in an upper plate and a lower plate of a human simulated phantom.
4 to 6 are images showing temperature change values when MRI equipment of different companies is used.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
< 인체모사 팬텀용액 및 진공 가능한 한국인 성인 표준 몸통 팬텀 용기 제작 ><Human body phantom solution and vacuumable Korean adult body body phantom container production>
우선, 인체모사 팬텀에 사용되는 용액으로는 HEC powder= 1351.6 g, 염화나트륨= 67.58 g, deionzed water= 43.6 L를 혼합하여 HEC(hydroxy-ethylcellulose) gel을 만들었다. 이와 같이 준비된 HEC gel은 팬텀 용기에 채운다.First, HEC (hydroxy-ethylcellulose) gel was prepared by mixing HEC powder = 1351.6 g, sodium chloride = 67.58 g, and deionzed water = 43.6 L as the solution used in human phantom. The prepared HEC gel fills the phantom container.
이하, 한국인 성인 표준 몸통 팬텀 용기 제작하는 것을 설명하다.
Hereinafter, it is described that a Korean adult adult body phantom container is manufactured.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인체모사 팬텀용기를 나타낸 것이다.FIG. 1 illustrates a phantom container of a human body according to an embodiment of the present invention.
도면을 참조하면, 팬텀용기는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene Styrene) 플라스틱 재료를 사용하였으며, 앉은목뒤높이= 67 cm, 가슴둘레= 96.5 cm, 몸통두께= 23.1 cm, 두께= 20 mm의 크기로 진공 팬텀 용기를 제작하였다. 이와 같은 팬텀의 크기는 한국인 성인 20세 ~ 69세의 표준 신체 크기를 기준으로 한 것이다. 이와 같은 팬텀용기는 미국재료시험학회(ASTM) F2182-11a의 가이드라인과, 국가참조표준센터(NCSRD)의 한국인 인체치수 데이터를 참조하였다.Referring to the drawings, the phantom container was made of ABS plastic material, and a vacuum phantom container having a size of a seat back height = 67 cm, a chest circumference = 96.5 cm, a body thickness = 23.1 cm, Respectively. The size of such a phantom is based on the standard body size of Korean adults aged 20 to 69 years. These phantom containers refer to the guidelines of the American Society for Testing and Materials (ASTM) F2182-11a and the Korean human body dimension data from the National Reference Standards Center (NCSRD).
팬텀용기는 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어지며, 인체의 명치부분에 대응되는 부분에는 진공을 위한 밸브가 연결되어 있다. 상부 플레이트와 하부 플레이트에 광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)와 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)를 설치한 후, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 결합한 팬텀용기에 준비한 팬텀 용액(HEC gel)을 팬텀 용기에 채운 다음, 팬텀용기 내부를 완전한 밀패한 후 진공을 형성한다. 참고로, 광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)와 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)의 설치위치는 SAR 분포 시뮬레이션 결과에 따라 정하여 진다.The phantom container is composed of an upper plate and a lower plate, and a valve for vacuum is connected to a portion corresponding to the human body. A fiber optic electric field probe and an FBG optical sensor were installed on the upper plate and the lower plate, and a phantom solution (HEC gel) prepared in a phantom container combining the upper plate and the lower plate was placed in a phantom container After filling, the inside of the phantom container is completely sealed and a vacuum is formed. For reference, the location of optical fiber electric field sensor (Optic Electrical Field Probe) and FBG optical sensor (FBG Optic Sensor) are determined according to SAR distribution simulation results.
상부 팬텀용기의 상부 플레이트 상부에 형성되어 있는 진공밸브에 진공펌프와 연결하여 팬텀용기 내의 공기를 흡기한다. 이때, 진공펌프를 작동시킨 후 진공밸브를 조금씩 열면서 상기 팬텀용기의 진공 상태를 확인한 다음 진공밸브를 완전히 개방한다. 급격한 진공밸브의 개방은 팬텀용액 표면 가까운 기포만 제거할 수 있으며 밑바닥에 있는 기포는 제거하지 못하는 경우가 발생하기 때문이다.The vacuum valve formed on the upper plate of the upper phantom vessel is connected to a vacuum pump to draw air in the phantom vessel. At this time, after operating the vacuum pump, the vacuum valve is slightly opened to check the vacuum state of the phantom container, and then the vacuum valve is fully opened. The sudden opening of the vacuum valve can only remove air bubbles close to the surface of the phantom solution, and the bubbles at the bottom can not be removed.
이와 같은 방법으로 24시간 동안 진공을 형성하고, 팬텀 용액 내부의 기포를 완전히 제거하였다. 이때 팬텀 용기의 외형 변화가 없음을 확인하였다.
Vacuum was formed in this manner for 24 hours, and bubbles in the phantom solution were completely removed. At this time, it was confirmed that the outer shape of the phantom container did not change.
< CST Microwave studio를 이용 SAR 분포 시뮬레이션 ><Simulation of SAR distribution using CST Microwave studio>
SAR 분포 시뮬레이션을 위해 전자파 수치해석 기법인 FDTD(유한차분시간영역법) 방법을 이용하고, 팬텀용액 내의 전자기장 및 SAR를 계산한다. 이를 위해 3차원 고주파 time domain 전자기장 시뮬레이션 소프트웨어 CST microwave studio를 이용하여 SAR 시뮬레이션 수행하였다. 이 실험에서는 실제 SAR 측정 실험에 사용하는 3 T MRI 장비 및 volume transmit coil에 맞도록 다음과 같은 조건을 설정한다.To simulate the SAR distribution, the electromagnetic field and the SAR in the phantom solution are calculated using the FDTD (finite difference time domain method) method. To do this, SAR simulation was performed using 3 - D high frequency time domain electromagnetic field simulation software CST microwave studio. In this experiment, the following conditions are set to suit the 3T MRI equipment and volume transmit coil used in actual SAR measurement experiments.
- 3 T @ 128 MHz - 3 T @ 128 MHz
- 2 channel volume coil (길이= 1 m, 직경= 0.8 m) - 2 channel volume coil (length = 1 m, diameter = 0.8 m)
- B1= 0.1 μT - B1 = 0.1 μT
이때, 교정 시험을 통해 얻은 HEC gel phantom의 전기적인 특성 및 밀도, 비열을 사용하였다. 한편, 교정시험은 정확한 전자파인체흡수율 측정을 위해서 수행되는데, 교정 소급성(calibration traceability)를 유지하는 측정장치를 사용하여 젤 팬텀의 전기적인 특성, 밀도 및 비열 등 필요한 데이터를 측정하고, 측정된 데이터를 이용해 전자파인체흡수율을 계산한다.The electrical characteristics, density and specific heat of the HEC gel phantom obtained from the calibration test were used. On the other hand, calibration tests are performed to measure the exact absorption rate of electromagnetic waves. Using a measurement device that maintains calibration traceability, necessary data such as electrical characteristics, density and specific heat of the gel phantom are measured, Is used to calculate the electromagnetic wave absorption rate.
HEC gel phantom의 전기적인 특성 및 밀도, 비열 등에 대한 설정 조건은 다음과 같다.The electrical properties of HEC gel phantom and the conditions for density, specific heat, etc are as follows.
- electrical conductivity= 0.49 S/m - electrical conductivity = 0.49 S / m
- dielectric constants(ε´ and ε″)= 78.68/63.39 - dielectric constants (? 'and? ") = 78.68 / 63.39
- magnetic permeability= 1 - magnetic permeability = 1
- heat capacity=0.0151 kJ/K/kg - heat capacity = 0.0151 kJ / K / kg
- density= 1.00805 g/cm3
- density = 1.00805 g / cm < 3 >
도 2는 본 발명에 따른 MRI SAR 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.2 shows the results of an MRI SAR simulation according to the present invention.
도면을 참조하면, 신체 부위의 어깨, 가슴, 복부, 허리, 옆구리, 등, 엉덩이에서 높은 SAR값을 나타내었다. 특히, 피부 근처에서 높은 SAR값을 보이며 몸속으로 들어 갈수록 SAR값이 감소하였다. 이와 같은 시뮬레이션 결과는 기존에 발표된 연구 논문(Ho, JMRI, 14:472-477, 2001; Collins et al., MRM, 65:14701482, 2011)과 일치함을 알 수 있다.
Referring to the drawings, high SAR values were shown in the shoulders, chest, abdomen, waist, side, back, and back of the body part. In particular, the SAR value decreased near the skin as it entered the body with a high SAR value near the skin. This simulation result is consistent with the previously published research (Ho, JMRI, 14: 472-477, 2001; Collins et al., MRM, 65: 14701482, 2011).
< 자장세기별, MRI 제조사별, sequence별 광섬유 전기장 측정 센서 이용 SAR 측정 ><Measurement of SAR using optical fiber electric field measuring sensor by magnetic field strength, MRI manufacturer, sequence>
SAR의 측정은 다음과 같이 계산된다. SAR은 3축의 전기장 스칼라량의 합의 제곱에 비례한다.
The measurement of SAR is calculated as follows. The SAR is proportional to the square of the sum of the electric field scalar amounts of the three axes.
여기서, σ= electrical conductivity, ρ= the mass density of HEC gel phantom, E = electric field 이다.Where σ = electrical conductivity, ρ = mass density of HEC gel phantom, and E = electric field.
SAR의 측정은 TEM cell을 이용하며, 광섬유 전기장 측정 센서 교정 시험을 통해 보정계수를 구한다. The SAR is measured using a TEM cell, and the correction factor is obtained by a calibration test of the optical fiber electric field measurement sensor.
- input standard E-field= 10, 50, 100 V/m
- input standard E-field = 10, 50, 100 V / m
시뮬레이션 결과를 바탕으로, 도 3과 같이, SAR값이 높은 4 지점에 해당하는 곳에 전기장 측정 센서(Optic Electrical Field Probe)를 위치시킨다.Based on the simulation results, as shown in FIG. 3, an electric field measurement sensor (Optic Electrical Field Probe) is positioned at a position corresponding to four SAR points.
우선, 전기장 측정한 후 보정계수를 곱하여 실제 전기장을 구하고, 보정된 전기장 세기를 계산식에 대입하여 SAR값을 구한다. 사용된 장비는 3 RF sequences at 1.5 T 및 3 T (T1w TSE, T1w SPIR, T2w TSE)이고, 2-channel volume coil를 transmit coil로 사용하였으며, Torso coil를 receive coil로 사용하였다.
First, the electric field is measured, the actual electric field is obtained by multiplying by the correction coefficient, and the SAR value is obtained by substituting the corrected electric field intensity into the calculation formula. The equipment used was 3 RF sequences at 1.5 T and 3 T (T1w TSE, T1w SPIR, T2w TSE), a 2-channel volume coil as a transmit coil, and a Torso coil as a receive coil.
도 3은 인체모사 팬텀의 상부 플레이트(Upper Plate)와 하부 플레이트(Lower Plate)의 내부에 광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)와 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)를 설치한 위치를 나타낸 것이다.3 is a view showing a position where an optical fiber electric field probe and an FBG optical sensor are installed in an upper plate and a lower plate of a human simulated phantom.
본 발명에 따른 인체모사 팬텀 용기는 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어져 있고, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 상호 대응시켜 결합하면, 마치 목부분, 팔부분, 다리부분이 없는 트루소(torso)와 같은 형상과 같다. 도면을 참조하면, 상부 플레이트와 하부 플레이트의 가장자리에는 나사결합하기 위한 홀이 일정 간격을 따라 복수 개 형성되어 있다.The human phantom container according to the present invention is composed of an upper plate and a lower plate. When the upper plate and the lower plate are coupled to each other in correspondence with each other, a torso-like shape having no neck, arm, same. Referring to FIG. 1, a plurality of holes for screwing are formed at predetermined intervals on the edges of the upper plate and the lower plate.
인체모사 팬텀 용기 내부에는 전자기장을 측정하기 위한 광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)와 온도 변화를 측정하기 위한 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)가 설치된다.
Inside the human phantom container, a fiber optic electric field probe for measuring the electromagnetic field and an FBG optical sensor for measuring the temperature change are installed.
광섬유 전기장 센서(Optic Electrical Field Probe)는 SAR를 측정하기 위한 Probe로서, 프루브 지그(Probe zig)와 SAR probe로 이루어져 있다. 4개의 광섬유 전기장 센서(SAR probe)는 각각 명치 지점에 SAR probe 1, 목과 어깨 사이의 지점에 SAR probe 2, 몸통에서 팔이 형성되는 모서리 지점에 SAR probe 3, 다리가 형성되는 모서리 지점에 SAR probe 4가 인체모사 팬텀의 내측에 각각 설치된다. 인체의 명치 부분을 중심으로 좌측에 설치였지만, 인체의 몸통은 좌우가 대칭이므로 우측에 SAR probe 2~4를 설치할 수 있다.
The Optic Electrical Field Probe is a probe for measuring the SAR, which consists of a probe jig and a SAR probe. The four optical fiber electric field sensors (SAR probes) are composed of a
본 발명에 따른 FBG 광센서(FBG Optic Sensor)는 인체모사 팬텀의 상부 플레이트 내측과 하부 플레이트 내측에 각각 설치된다. 도면에서는 상부 플레이트와 하부 플레이트의 내부를 나타낸 것인데, 상부 플레이트의 내부를 바라다보면, 우측 가장자리 영역에 8개, 좌측 가장자리 영역에 9개, 좌우측 목선을 따라서 몸통의 내측에 10개가 설치된다. 또한 하부 플레이트의 내부를 바라다보면, 우측 가장자리 영역에 8개, 좌측 가장자리 영역에 9개, 좌우측 목선을 따라서 몸통의 내측에 10개가 설치된다.The FBG optical sensor according to the present invention is installed inside the upper plate and the lower plate of the human simulated phantom, respectively. In the drawing, the inside of the upper plate and the lower plate are shown. When the inside of the upper plate is looked at, eight are provided in the right edge region, nine in the left edge region, and ten in the inner side of the body along the left and right necklines. In addition, when the inside of the lower plate is viewed, eight are provided in the right edge area, nine in the left edge area, and ten in the inside of the body along the left and right neck lines.
이어서, 상부 플레이트와 하부 플레이트를 마주하여 결합하면, 상부 플레이트가 하부 플레이트의 상측에서 결합되므로, 상부 플레이트의 좌우측 가장자리 영역은 바뀌게 된다.When the upper plate and the lower plate are coupled to each other, the upper and lower edge regions of the upper plate are changed because the upper plate is coupled to the upper plate.
한편, 좌우측 목선을 따라서 몸통의 내측에 설치되는 FBG 광센서는 12개가 좌우로 한 쌍으로 하여 맨 위에 형성된 1열로부터 맨 아래 형성된 6열에 모두 형성되어야 하나, 4열에 해당하는 지점에는 FBG 광센서가 설치되어 있지 않다. 이 지점에는 시뮬레이션 결과로부터 온도 변화 및 온도 상승이 나타나지 않아, 설치하지 않았다.On the other hand, the FBG optical sensors installed on the inner side of the body along the left and right neck lines are formed from 12 rows to 6 rows formed from the top row to the bottom row. FBG optical sensors It is not installed. At this point, there was no temperature change and no temperature rise from the simulation results, and it was not installed.
또한 도면을 참조하면 제4열과 제5열 사이 중간 지점에는 Temperature reference probe가 설치된다. 전자파가 인체 내로 흡수될 때 인체의 피부로부터 흡수되면서 몸통의 가운데, 즉 3차원으로 생각할 때 몸통의 중심에서는 전자파인체흡수율이 0(zero)이다. 즉 SAR값이 0(zero)이 되는 기준점 및 기준값을 얻기 위해서 설치한다. 참고로, SAR probes와 FGB sensors의 위치는 상부와 하부 플레이트 표면에 설치되어 있는데, 이 지점들에서 SAR값 및 온도 상승이 가장 큰 부위이다.
Also, referring to the drawings, a temperature reference probe is installed at a midpoint between the fourth and fifth columns. When electromagnetic waves are absorbed into the human body, the absorptivity of electromagnetic waves is zero at the center of the body while being absorbed from the skin of the human body, that is, at the center of the body when considered in three dimensions. That is, it is installed to obtain a reference point and a reference value at which the SAR value becomes 0 (zero). For reference, the location of the SAR probes and FGB sensors is located on the top and bottom plate surfaces, where the SAR value and temperature rise are the largest.
이하, 이와 같이 인체모사 팬텀에 광섬유 전기장 센서와 FBG 광센서를 설치한 다음, 앞서 수행한 시뮬레이션 결과와 A사, B사, C사의 MRI장비를 이용한 SAR 측정 결과를 비교한다.
In the following, a fiber optic electric field sensor and an FBG optical sensor are installed on the human simulated phantom, and then the SAR measurement results obtained using the above-described simulation results are compared with those of the A, B, and C MRI apparatuses.
A사 1.5 T MRI장비를 사용했을 때 광섬유 전기장 센서를 이용해 4군데에서 측정한 평균 SAR값과 최대값은 MRI 장비가 계산하고 리포트한 SAR값보다 낮았다. (Table 1 참조)
The average SAR value and the maximum value measured at four sites using a fiber optic electric field sensor when using an A 1.5 T MRI device were lower than the SAR values calculated and reported by the MRI equipment. (See Table 1)
[Table 1] Comparison of SAR values calculated by 1.5 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom[Table 1] Comparison of SAR values calculated by 1.5 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom
또한 아래 [Table 2]를 참조하면, B사 3 T MRI장비를 사용했을 때 광섬유 전기장 센서를 이용해 4군데에서 측정한 평균 SAR값과 최대값은 MRI 장비가 계산하고 리포트한 SAR값보다 낮았다.
Also, referring to Table 2 below, the average SAR value and the maximum value measured at four sites using a fiber optic electric field sensor were lower than the SAR values calculated and reported by the MRI apparatus when the B-company 3T MRI apparatus was used.
[Table 2] Comparison of SAR values calculated by 3 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom[Table 2] Comparison of SAR values calculated by 3 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom
그리고 아래 [Table 3]을 참조하면, C사 3 T MRI장비를 사용했을 때, T1w TSE sequence인 경우 전기장 측정 probe 2, 3, 4에서 측정한 평균 SAR값은 MRI 장비가 리포트한 SAR값(<1.5 W/kg)보다 낮지만, 최대 SAR값(=3.25, 3.91, 2.89 W/kg)은 크게 나타났다.Table 3 shows that the average SAR value measured by the electric field measurement probes 2, 3 and 4 when using the C 3 T MRI apparatus and the T1w TSE sequence is the SAR value reported by the MRI apparatus (< 1.5 W / kg), but the maximum SAR value (= 3.25, 3.91, 2.89 W / kg) was large.
한편, T1w SPIR sequence인 경우, 전기장 측정 probe 2, 3, 4에서 측정한 평균 SAR값(=2.98, 3.46, 2.31 W/kg)은 MRI 장비가 리포트한 SAR값(<1.5 W/kg)보다 높게 나타났다. 최대값(=5.95, 6.33, 4.22 W/kg)은 국제전기기술위원회(IEC)가 규정하는 SAR 한계 값(=4.0 W/kg)보다 높아 안전문제를 초래할 수 있다.On the other hand, for the T1w SPIR sequence, the mean SAR values (2.98, 3.46, and 2.31 W / kg) measured by the electric field measurement probes 2, 3 and 4 were higher than the SAR values reported by the MRI apparatus (<1.5 W / kg) appear. The maximum values (= 5.95, 6.33, 4.22 W / kg) are higher than the SAR limit specified by the International Electrotechnical Commission (IEC) (= 4.0 W / kg)
T2w TSE sequence인 경우, 전기장 측정 probe 2, 3, 4에서 측정한 평균 SAR값(=6.83, 7.59, 6.04 W/kg)은 MRI 장비가 리포트한 SAR값(<1.5 W/kg)보다 높을 뿐만 아니라 IEC가 규정하는 SAR 한계 값(=4.0 W/kg)보다 높다. 최대값(=14.79, 15.75, 12.73 W/kg)은 SAR 한계 값보다 3배 이상 큰 경향을 보임으로써 안전사고를 초래할 수 있다.For the T2w TSE sequence, the mean SAR values (= 6.83, 7.59, 6.04 W / kg) measured on the electric field measurement probes 2, 3 and 4 are not only higher than the SAR values reported by the MRI equipment (<1.5 W / kg) It is higher than the SAR limit (= 4.0 W / kg) prescribed by IEC. The maximum values (= 14.79, 15.75, 12.73 W / kg) tend to be more than three times greater than SAR limits, which can lead to safety accidents.
[Table 3] Comparison of SAR values calculated by 3 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom[Table 3] Comparison of SAR values calculated by 3 T MRI system and measured values via optic E-field probes inside the phantom
< 자장세기별, MRI제조사별, sequence별 FBG광섬유 이용 팬텀용액의 온도변화 측정 ><Measurement of temperature variation of phantom solution using FBG fiber by magnetic field strength, MRI manufacturer, and sequence>
이어서, FBG(Fiber Bragg Grating) 광섬유 센서 이용하여 팬텀용액의 온도 변화를 측정하였다. FBG 광섬유 센서에는 Bragg's Law에 따라 측정값을 얻는다.Next, the temperature change of the phantom solution was measured using an FBG (Fiber Bragg Grating) optical fiber sensor. For FBG fiber optic sensors, measured values are obtained according to Bragg's Law.
본 발명에 따른 인체모사 팬텀은 2층 덮개 구조를 갖는 팬텀 용기의 내부에 팬텀 용액이 채워져 있다. The human simulation phantom according to the present invention is filled with a phantom solution in a phantom container having a two-layer cover structure.
55개 FBG 광섬유 온도 센서(27 sensors in each cover lid, 1 sensor located in the center for reference temperature)를 인체모사 팬텀에 설치하였고, 파장대역= 1524.24-1541.44 nm이며, 온도변화는 각각의 센서의 파장 변화 초래(0.01±0.0002nm/℃ with resolution of 0.1℃)A total of 55 FBG fiber optic temperature sensors were installed in the simulated phantom with a wavelength band of 1524.24-1541.44 nm. The temperature change was measured by the wavelength change of each sensor (0.01 ± 0.0002 nm / ° C with with resolution of 0.1 ° C)
이어서, 55개 센서에서 얻은 온도 변화 측정값을 MATLAB code를 이용 선형보간법으로 팬텀용액의 모든 영역에서의 온도 변화값을 그림으로 변환시켰다. (2 layers: upper, lower으로 구분함)
Then, the temperature change values obtained from the 55 sensors were converted into the temperature change values in all the regions of the phantom solution by the linear interpolation method using the MATLAB code. (2 layers: upper, lower)
도 4은 A사 1.5 T MRI장비를 사용하였을 때의 온도 변화값을 나타낸 이미지이다. 도면을 참조하면, A사 1.5 T MRI장비를 사용했을 때 옆구리, 등, 허리, 갈빗대에서 온도 상승을 보이며, 최대 온도 상승은 1.7℃를 보인다.
4 is an image showing a temperature change value when a company A 1.5 T MRI apparatus is used. Referring to the drawing, when the A company 1.5 T MRI apparatus is used, the temperature rises at the side, back, waist and ribs, and the maximum temperature rise is 1.7 ° C.
도 5은 B사 1.5 T MRI장비를 사용하였을 때의 온도 변화값을 나타낸 이미지이다. 도면을 참조하면, B사 3 T MRI장비를 사용했을 때, 어깨, 등, 허리, 아래복부, 갈빗대에서 온도 상승을 보이며 최대 온도 상승은 2.8℃를 보였다.
FIG. 5 is an image showing the temperature change value when the B company 1.5 T MRI equipment is used. Referring to the drawing, the temperature of the shoulder, back, waist, lower abdomen, and ribs was increased with the use of the B-company 3T MRI apparatus, and the maximum temperature rise was 2.8 ° C.
도 6은 C사 1.5 T MRI장비를 사용하였을 때의 온도 변화값을 나타낸 이미지이다. 도면을 참조하면, C사 3 T MRI장비를 사용했을 때, 목, 어깨, 등, 옆구리, 허리, 아래복부, 갈빗대에서 온도 상승을 보이며 최대 온도 상승은 5.2℃를 보였다. 만약 온도변화가 5℃이상이라면 환자는 충분히 열감을 느낄 수 있고, 환자의 체형이나 체지방량에 따라 더 높은 열감을 느낄 수 있는 안전문제가 발생할 수 있다. 실제 병원에서 MRI촬영 시 어떤 환자의 경우는 어깨, 옆구리, 허리, 복부, 및 등에서 피부 온도 상승을 경험한 경우와 일치함을 알 수 있다.
FIG. 6 is an image showing a temperature change value when a C-type 1.5 T MRI apparatus is used. Referring to the drawings, when the C-3 M MRI apparatus was used, the temperature rose in the neck, shoulders, back, side, waist, lower abdomen, and ribs and the maximum temperature rise was 5.2 ° C. If the temperature change is more than 5 ℃, the patient may feel warm enough, and there may be a safety problem that can feel higher heat depending on the patient's body shape and fat mass. In the actual hospital, MRI was consistent with the case of experiencing skin temperature rise in shoulder, side, waist, abdomen, and back in some patients.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100 : 팬텀용기
110 : 상부 플레이트
120 : 하부 플레이트100: Phantom container
110: upper plate
120: Lower plate
Claims (15)
상기 인체모사 팬텀 용기의 상부 플레이트와 하부 플레이트의 내부에 설치되는 광섬유 전기장 센서 및 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서와,
상기 인체모사 팬텀 용기의 내부에 채워지는 팬텀 용액을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
A human body phantom container having a TORSO shape formed by only an upper half body of a human body and having a vacuum valve mounted at a point corresponding to a mouth of a human body of the upper plate,
An optical fiber electric field sensor and a fiber Bragg grating (FBG) optical sensor provided inside the upper plate and the lower plate of the human simulated phantom vessel,
And a phantom solution that is filled in the human phantom container.
상기 인체모사 팬텀 용기는
ABS(Acrylonitrile-Butadiene Styrene) 플라스틱 재료를 사용하며, 앉은목뒤높이=67 cm, 가슴둘레= 96.5 cm, 몸통두께= 23.1 cm, 두께= 20 mm의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
The method according to claim 1,
The human phantom container
Wherein the ABS is formed of a plastic material of ABS (Acrylonitrile-Butadiene Styrene), the height of the back of the neck is 67 cm, the bust is 96.5 cm, the thickness of the body is 23.1 cm and the thickness is 20 mm. Electromagnetic wave absorptivity measuring device.
상기 광섬유 전기장 센서는
인체모사 팬텀의 내측의 명치 지점, 목과 어깨 사이의 지점, 몸통에서 팔이 형성되는 모서리 지점, 다리가 형성되는 모서리 지점에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
The method according to claim 1,
The optical fiber electric field sensor
Wherein the phantom is provided at an internal point of a human phantom, a point between a neck and a shoulder, a corner point at which an arm is formed at the body, and a corner point at which a leg is formed, respectively.
상기 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서는
상부 플레이트와 하부 플레이트의 내측에 일정 간격으로 이격되도록 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
The method according to claim 1,
The FBG (Fiber Bragg Grating) optical sensor
Wherein a plurality of electromagnetic wave absorptiometry units are provided on the inner side of the upper plate and the lower plate so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance.
상기 팬텀 용액은
HEC(hydroxy-ethylcellulose) powder= 1351.6 g, 염화나트륨= 67.58 g, deionzed water= 43.6 L를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
The method according to claim 1,
The phantom solution
HEC (hydroxy-ethylcellulose) powder = 1351.6 g, sodium chloride = 67.58 g, and deionzed water = 43.6 L. The apparatus for measuring the absorptance of electromagnetic waves in a magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1,
상기 전자파인체흡수율은 하기 수식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율 측정장치.
여기서, σ= electrical conductivity, ρ= the mass density of HEC gel phantom, E= electric field 이다.
The method according to any one of claims 1 to 2 and claim 4,
Wherein the electromagnetic wave absorptivity of the magnetic resonance imaging apparatus is calculated according to the following equation.
Where σ = electrical conductivity, ρ = mass density of HEC gel phantom, and E = electric field.
상기 광섬유 전기장 센서 및 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서가 안착된 수용부에 팬텀 용액을 채우는 단계와,
상기 팬텀 용기에 설치된 진공밸브로부터 흡기하여 팬텀의 기포를 제거하는 단계를 포함하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
Installing a fiber optic electric field sensor and a fiber Bragg grating (FBG) optical sensor in the human phantom container;
Filling a phantom solution in a receiving portion on which the optical fiber electric field sensor and the FBG (Fiber Bragg Grating) optical sensor are placed,
And a step of removing air bubbles from the phantom by sucking from a vacuum valve installed in the phantom container to measure the absorption rate of the electromagnetic wave human body.
상기 기포의 제거는 진공밸브에 연결된 진공펌프를 작동시킨 후, 진공밸브를 조금씩 열면서 상기 팬텀용기의 진공 상태를 확인한 다음, 진공밸브를 완전히 개방하여 일정 시간동안 유지하고, 이어서 팬텀용액의 상측에 형성된 거품을 제거하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
The method of claim 8,
After the vacuum pump connected to the vacuum valve is operated, the vacuum valve is opened little by little to check the vacuum state of the phantom container. Then, the vacuum valve is completely opened and held for a predetermined time, And removing the bubbles formed on the surface of the magnetic resonance imaging apparatus.
상기 전자파인체흡수율은 하기 수식에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
여기서, σ= electrical conductivity, ρ= the mass density of HEC gel phantom, E= electric field 이다.
The method of claim 8,
Wherein the absorption rate of the electromagnetic wave human body is calculated according to the following equation.
Where σ = electrical conductivity, ρ = mass density of HEC gel phantom, and E = electric field.
상기 인체모사 팬텀 용기는 상부 플레이트와 하부 플레이트로 이루어지며, 인체의 상반신 몸통만으로 형성된 토르소(TORSO) 형상이고, 상기 상부 플레이트의 지점 - 인체의 명치와 대응하는 지점 - 에는 진공밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
The method of claim 8,
The human model phantom container is composed of an upper plate and a lower plate and is formed in a torso shape formed by only the upper torso body of the human body and a vacuum valve is mounted at a point corresponding to the torso- Of the magnetic resonance imaging apparatus.
상기 인체모사 팬텀 용기는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene Styrene) 플라스틱 재료를 사용하며, 앉은목뒤높이= 67 cm, 가슴둘레= 96.5 cm, 몸통두께= 23.1 cm, 두께= 20 mm의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
The method of claim 11,
The human body phantom container is made of ABS (Acrylonitrile-Butadiene Styrene) plastic material and has a height of 67 cm, a bust circumference of 96.5 cm, a body thickness of 23.1 cm, and a thickness of 20 mm. A method of measuring an electromagnetic wave absorption rate of a magnetic resonance imaging apparatus.
상기 광섬유 전기장 센서는
인체모사 팬텀의 내측의 명치 지점, 목과 어깨 사이의 지점, 몸통에서 팔이 형성되는 모서리 지점, 다리가 형성되는 모서리 지점에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
The method of claim 8,
The optical fiber electric field sensor
Wherein the human body phantom is provided at an internal point of a human phantom, a point between a neck and a shoulder, a corner point at which an arm is formed at the torso, and a corner point at which a leg is formed, .
상기 FBG(Fiber Bragg Grating) 광센서는
상부 플레이트와 하부 플레이트의 내측에 일정 간격으로 이격되도록 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.
The method of claim 8,
The FBG (Fiber Bragg Grating) optical sensor
Wherein a plurality of magnetic resonance imaging apparatuses are provided so as to be spaced apart from each other at a predetermined interval on the inside of the upper plate and the lower plate.
상기 팬텀 용액은
HEC(hydroxy-ethylcellulose) powder= 1351.6 g, 염화나트륨= 67.58 g, deionzed water= 43.6 L를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 전자파인체흡수율을 측정하는 방법.The method of claim 8,
The phantom solution
HEC (hydroxy-ethylcellulose) powder = 1351.6 g, sodium chloride = 67.58 g, and deionzed water = 43.6 L. A method for measuring the absorption rate of electromagnetic waves in a magnetic resonance imaging apparatus.
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