KR102006666B1

KR102006666B1 - Method for acquiring specific absorption rate during MRI scans

Info

Publication number: KR102006666B1
Application number: KR1020170107475A
Authority: KR
Inventors: 서영섭
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-08-02
Also published as: KR20190021958A

Abstract

본 발명은 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치가 제공하는 시퀀스들 - DTI(Diffusion Tensor Imaging) 시퀀스를 포함함 - 의 SAR(Specific Absorption Rate) 값을 획득하기 위한 방법으로서, 인체모사 팬텀을 MRI 장치에 안착시키는 제1 단계와, DTI 시퀀스로 스캔하여 온도 및 SAR 값을 산출하는 제2 단계와, 측정대상 시퀀스로 스캔하는 제3 단계와, 측정대상 시퀀스로 스캔한 후 DTI 시퀀스로 스캔하여 온도를 산출하는 제4 단계와, 상기 제4 단계에서 획득된 온도와 제2 단계에서 획득된 온도의 차이에 기초로 측정대상 시퀀스의 SAR 값을 획득하는 제5 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 측정대상 시퀀스는 DTI 시퀀스 보다 높은 SAR 값을 갖는 시퀀스로 이루어진다.The present invention provides a method for obtaining SAR (Specific Absorption Rate) values of sequences provided by a magnetic resonance imaging (MRI) device, including a DTI (Diffusion Tensor Imaging) sequence. A first step of calculating the temperature and SAR values by scanning with a DTI sequence, a third step of scanning with the measurement target sequence, and calculating a temperature by scanning with a DTI sequence after scanning with the measurement target sequence And a fifth step of acquiring the SAR value of the measurement object sequence based on the difference between the temperature obtained in the fourth step and the temperature obtained in the second step, wherein the measurement object sequence is a DTI. It consists of a sequence with a higher SAR value than the sequence.

Description

MRI 스캐너의 SAR 값을 획득하기 위한 방법{Method for acquiring specific absorption rate during MRI scans}Method for acquiring specific absorption rate during MRI scans}

본 발명은 MRI 스캐너의 SAR 값을 획득하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for obtaining a SAR value of an MRI scanner.

MRI(Magnetic Resonance Imaging)는 질병 진단 및 치료를 위해 이미지를 생성하는 장치로서, 고정 전기자기장과 RF transmit coil과, x-, y-, z-gradient coils로부터 생성된 시간적으로 변화하는 전기자기장을 이용한다. 시간적으로 변화하는 전기자기장은 MRI 스캐너 내부에서 인체에 전류와 전압을 유도한다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is an image-generating device for diagnosing and treating diseases. It uses a fixed electric field, an RF transmit coil, and a time-varying electric field generated from x-, y-, and z-gradient coils. . The magnetic field, which changes in time, induces current and voltage in the human body inside the MRI scanner.

한편 MRI 스캔이 이루어지는 동안에 시간적으로 변화하는 전기자기장에 의해 와전류가 발생된다. 와전류에 의해 인체에 RF 전력이 축적되고 환자에게 원하지 않는 열을 가져올 수 있다. 이것은 안전문제에 있어서 중요하다. 무엇보다 인체에 흡수되는 RF 에너지의 량을 결정하는 것이 필요하며, 이것은 전자파인체흡수율(SAR: Specific Absorption Rate)과 관련이 있다. On the other hand, eddy currents are generated by the time-varying electric magnetic field during the MRI scan. Eddy currents can cause RF power to build up in the human body and bring unwanted heat to the patient. This is important for safety issues. First of all, it is necessary to determine the amount of RF energy absorbed by the human body, which is related to the Specific Absorption Rate (SAR).

국제전기기술연구회(IEC: International Electrotechical Commission)에 따르면, SAR 값은 머리에는 6분 동안에 3.2 W/kg로 제한되어야 하며, 머리를 제외한 인체에는 6분 동안에 4.0 W/kg로 제한되어야 한다. 마찬가지로 미국식품의약국(FDA: Food and Drug Administration)에 따르면 SAR 값은 머리에는 10분동안에 3 W/kg 보다 작아야 하고, 인체 전체에서 15분 동안에 4 W/kg 보다 작아야 한다. 특히 고열로 인한 인체 조직의 손상 위험은 신생아와, 구두로 의사소통을 할 수 없는 어린이와, MRI 스캔 중 마취 상태에 있는 사람과, 팔/다리의 감각이 둔한 환자에게 상대적으로 심각하다.According to the International Electrotechical Commission (IEC), the SAR value should be limited to 3.2 W / kg for 6 minutes for the head and 4.0 W / kg for 6 minutes for the human body except for the head. Similarly, according to the Food and Drug Administration (FDA), SAR values should be less than 3 W / kg in the head for 10 minutes and less than 4 W / kg in 15 minutes throughout the body. In particular, the risk of damage to human tissues due to high fever is relatively severe in newborns, children who cannot communicate orally, people in anesthesia during an MRI scan, and patients with weak limbs / arms.

상업적으로 판매되는 MRI 스캐너는 각각의 스캔에서 추정된 SAR 값을 제공한다. 이와 같은 SAR 값은 RF 파형, 펄스시퀀스 변수, 시스템 교정, Q 요소, RF transmit coil의 부하 등으로부터 계산된다. SAR 값은 소정의 요소들의 평균으로부터 추정하여 계산된다. 이러한 요소들은 실재 스캐너마다 달라질 수 있으며 시간이 지나면서 변화될 수도 있다. Commercially available MRI scanners provide the estimated SAR values for each scan. These SAR values are calculated from RF waveforms, pulse sequence variables, system calibration, Q components, and RF transmit coil loads. The SAR value is calculated by estimating from the average of certain elements. These factors may vary from one scanner to another and may change over time.

제조사에 의해 부정확하게 추정되는 SAR 값이 임상 MR 이미지 시스템에 표시된다. 예를 들어 어느 하나의 연구에 따르면, 스캐너는 2.2 배 이상 SAR가 과대평가되었다. 허용된 최고의 SAR 값에 도달하기 전에도, 환자는 MRI 영상 촬영 중에 전자파흡수에 의해 땀을 흘리게 되는 과열 가능성에 대한 우려가 있어왔다. 반면에 SAR를 과대평가하면 중요한 특정 스캔을 환자에게 수행할 수 없게 될 수도 있다.SAR values that are inaccurately estimated by the manufacturer are displayed in the clinical MR imaging system. For example, according to one study, the scanner was overestimated by a SAR of more than 2.2 times. Even before reaching the highest acceptable SAR value, patients have been concerned about the possibility of overheating, which is caused by electromagnetic absorption during MRI imaging. On the other hand, overestimating SAR may make it impossible to perform certain important scans on patients.

만약 직교 RF transmit coil에서 오작동 및 고장이 일어나면 높은 RF 에너지가 발생될 수 있다는 것을 생각할 수 있다. 이는 예상된 축적 전력 수준보다 높은 RF에너지가 인체에 흡수될 가능성이 있다. 따라서 MRI 스캐너에서 표시되는 SAR 값과 무관하게 독립적으로 정확한 SAR 값을 직접적으로 획득하는 것이 바람직하다.It is conceivable that high RF energy can be generated if a malfunction or failure occurs in the quadrature RF transmit coil. This is likely to absorb RF energy higher than the expected accumulated power level. Therefore, it is desirable to directly obtain the correct SAR value independently of the SAR value displayed by the MRI scanner.

기존의 방법은 실린더(Cylinder), 구(Sphere), 헤드(Head)로 구성된 해부학 모델 팬텀에서 SAR 값을 얻기 위해서 RF 에너지 축적값을 수치계산한다. 서로 다른 펄스 시퀀스에서 얻어지는 SAR 값은 다양하고 큰 범위를 갖는다.Existing methods numerically calculate RF energy accumulation values to obtain SAR values in anatomical model phantoms consisting of cylinders, spheres, and heads. SAR values obtained from different pulse sequences can vary and range over a large range.

공개특허공보 제10-2009-0091897호의 유방암 진단장치를 위한 한국인 표준체형 수치팬텀작성방법Korean Standard Body Numerical Phantom Creation Method for Diagnosis of Breast Cancer in Korean Patent Publication No. 10-2009-0091897

의료영상장치의 전자파 안정에 대한 연구(대한안전경영과학회지, 2010년12월, 선종률 외2)Study on Electromagnetic Stabilization of Medical Imaging Devices (Korean Journal of Safety Management and Science, December 2010, Jong-Ryul et al. 기능적 자기공명영상 사용유무에 따른 확산텐서영상 분석의 유효성 평가(J Korean Soc Phys Ther Vol.25, No 5, October 2013, 이동훈 외2)Evaluation of Effectiveness of Diffusion Tensor Image Analysis with or without Functional Magnetic Resonance Image (J Korean Soc Phys Ther Vol.25, No 5, October 2013, Dong Hoon et al. 2)

본 발명은 인체모사 팬텀 내부에 온도센서를 설치하여, MRI 영상에서 획득한 온도와 동일한지 여부를 확인할 수 있는 SAR 값을 계산하기 위한 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method for calculating a SAR value that can be confirmed whether or not the same temperature obtained from the MRI image by installing a temperature sensor inside the human body phantom.

본 발명은 인체모사팬텀을 사용하여 MRI 스캐닝 동안에 실재 인체가 받는 전자파인체흡수율을 계산하는 정확한 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an accurate method for calculating the electromagnetic wave absorption rate that a real human body receives during MRI scanning using a human body phantom.

본 발명은 MR 확산텐서 영상기법(DTI: Diffusion tensor imaging)을 이용해서 얻은 MRI영상에서 획득한 확산계수를 이용하여 보다 정확한 방법으로 SAR 값을 계산하기 위한 표준화된 방법을 제공하려는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a standardized method for calculating SAR values in a more accurate manner using diffusion coefficients obtained from MRI images obtained using MR diffusion tensor imaging (DTI). .

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved of the present invention is not limited to the aforementioned problem. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명에 따른 MRI 영상 획득 시에 MRI 장치에서 계산되는 온도를 검증하기 위한 인체모사 팬텀은, 인체의 몸통 형상의 케이스와, 상기 케이스에 채워지는 겔(Gel) 팬텀과, 상기 겔 팬텀의 수직하는 단부면의 외측 가장자리에 복수 개 설치되는 온도센서로 이루어진다.Human body simulation phantom for verifying the temperature calculated by the MRI device at the time of MRI image acquisition according to the present invention, the body shape of the body, the gel (Pel) filled in the case and the perpendicular of the gel phantom It consists of a plurality of temperature sensors installed on the outer edge of the end surface.

또한 겔 팬텀의 열확산 계수는 1.4ⅹ10^-7m²/s 이고, 열 용량은 4156 J/(kg·℃))일 수 있다.In addition, the thermal diffusion coefficient of the gel phantom may be 1.4ⅹ10 ⁻⁷ m ² / s, and the heat capacity may be 4156 J / (kg 占 폚).

본 발명은 MRI장치가 제공하는 시퀀스들 - DTI시퀀스를 포함함 - 의 SAR값을 획득하기 위한 방법이며, 이러한 방법은 인체모사 팬텀을 MRI 장치에 안착시키는 제1 단계와, DTI 시퀀스로 스캔하여 온도 및 SAR 값을 산출하는 제2 단계와, 측정대상 시퀀스로 스캔하는 제3 단계와, 측정대상 시퀀스로 스캔한 후 DTI 시퀀스로 스캔하여 온도를 산출하는 제4 단계와, 상기 제4 단계에서 획득된 온도와 제2 단계에서 획득된 온도의 차이에 기초로 측정대상 시퀀스의 SAR 값을 획득하는 제5 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 측정대상 시퀀스는 DTI 시퀀스 보다 높은 SAR 값을 갖는 시퀀스이다.The present invention is a method for obtaining SAR values of sequences provided by an MRI apparatus, including a DTI sequence, which comprises a first step of seating an artificial phantom on an MRI apparatus, and scanning the temperature with a DTI sequence. And a second step of calculating a SAR value, a third step of scanning with a measurement target sequence, a fourth step of scanning with a measurement target sequence and scanning with a DTI sequence to calculate a temperature, and obtained in the fourth step. And a fifth step of obtaining a SAR value of the sequence to be measured based on the difference between the temperature and the temperature obtained in the second step, wherein the sequence to be measured is a sequence having a higher SAR value than the DTI sequence.

실시예로서, 제2 단계 및 제4 단계의 온도는 DTI 시퀀스 스캔으로부터 MD(mean diffusivity)를 얻은 후 하기 〈수식 1〉로부터 온도(T)를 산출된다.By way of example, the temperatures of the second and fourth stages are obtained by obtaining the mean diffusivity (MD) from the DTI sequence scan and then calculating the temperature T from Equation 1 below.

〈수식 1〉<Equation 1>

D = D_0·[(T/T_s)-1]^γ D = D _{0 ·} [(T / T _s ) -1] ^γ

여기서, D₀=1.635ⅹ10^-8m²/s, T_s=215.05K, γ=2.063 이고, 확산계수(D)에는 MD가 적용된다.Here, D ₀ = 1.635 x 10 ^-8 m ² / s, T _s = 215.05K, γ = 2.063, and MD is applied to the diffusion coefficient (D).

추가적으로, 제2 단계의 SAR 값은 하기 〈수식 2〉에 의하여 계산된다.In addition, the SAR value of the second stage is calculated by the following equation (2).

〈수식 2〉<Equation 2>

C_p△T = SAR_DTI·TA_DTI C _p ΔT = SAR _DTITA _DTI

여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T는 온도 변화이며, TA는 영상획득시간이다. 그리고 SAR_DTI는 DTI 시퀀스 스캔의 SAR 값을 나타내며,TA_DTI는 DTI 시퀀스 스캔에 의한 영상획득시간을 나타낸다.Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time. And SAR _DTI represents the SAR value of the DTI sequence scan, TA _DTI represents the image acquisition time by DTI sequence scan.

본 발명에 따른 방법은, 인체모사 팬텀의 수직하는 단부면의 외측 가장자리에 복수 개의 온도센서를 설치되고, 상기 제2 단계 이후에, 제2 단계에서 산출된 온도(T)와 인체모사 팬텀의 온도센서로부터 측정된 온도를 비교하는 단계를 더욱 포함한다.In the method according to the present invention, a plurality of temperature sensors are installed on the outer edges of the vertical end faces of the human body phantom, and after the second step, the temperature T calculated in the second step and the temperature of the human body phantom And comparing the temperature measured from the sensor.

또한 제5 단계에서 측정대상 시퀀스의 SAR 값은 하기 〈수식 3〉에 의하여 계산된다.In addition, the SAR value of the sequence to be measured in the fifth step is calculated by Equation 3 below.

〈수식 3〉<Equation 3>

C_p△T = SAR_DTI·TA_DTI+ SAR_high·TA_high _{_{C p △ T = SAR DTI ·}} TA DTI + SAR high · TA high

여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T 는 온도 변화이며, TA는 펄스 시퀀스에 의한 영상획득시간이다. 그리고 SAR_high는 측정대상 시퀀스 스캔의 SAR 값을 나타내며, TA_high는 측정대상 시퀀스 스캔에 영상획득시간을 나타낸다.Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time by the pulse sequence. SAR _high indicates the SAR value of the sequence scan to be measured. TA _high indicates the image acquisition time in the measurement sequence scan.

또한 본 발명은 MRI 장치가 제공하는 시퀀스의 SAR 값을 획득하기 위한 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공한다.The present invention also provides a computer-readable recording medium for implementing a method for obtaining SAR values of a sequence provided by an MRI apparatus.

또한 본 발명은 MRI 장치가 제공하는 시퀀스의 SAR 값을 획득하기 위한 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램을 제공한다.The present invention also provides a program stored in a computer readable recording medium for implementing a method for obtaining SAR values of a sequence provided by an MRI apparatus.

본 발명에 따르면, 확산계수를 이용하여 보다 정확한 방법으로 SAR 값을 계산하기 위한 표준화된 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a standardized method for calculating SAR values using a diffusion coefficient in a more accurate manner.

본 발명에 따르면 water diffusion coefficient를 정량화하여 측정한 SAR 값은 임상 MRI 시스템에서 계산한 SAR 값에 대한 대안으로서 사용될 수 있다According to the present invention, the SAR value measured by quantifying the water diffusion coefficient can be used as an alternative to the SAR value calculated in the clinical MRI system.

도 1은 본 발명의 실시예에 사용된 인체모사팬텀 용기의 형상도.
도 2는 인체모사팬텀의 초기온도와 열적평형에 도달하는 데 걸리는 시간을 측정하기 위하여 설치한 4개의 광섬유 온도센서의 위치도.
도 3은 팬텀의 가장자리에 나타난 관심영역 ROI(적색)를 나타낸 도면.
도 4는 P사 3T scanner에서 평균확산계수 (MD: mean diffusivity) MRI영상들의 차이로부터 획득된 온도의 변화를 나타낸 도면.1 is a shape diagram of a human body phantom container used in an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a position diagram of the four optical fiber temperature sensors installed to measure the time taken to reach the initial temperature and thermal equilibrium of the human body phantom.
3 is a region of interest ROI (red) shown at the edge of the phantom.
Figure 4 is a view showing the change in temperature obtained from the difference between the mean diffusivity (MD) MRI images in Company P 3T scanner.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 실험에 사용된 MRI 스캐너와 인체모사 팬텀은 아래와 같다.First of all, the MRI scanner and anthropomorphic phantom used in the experiment are as follows.

〈MRI 스캐너〉<MRI Scanner>

본 발명의 실시예에서는 5개의 MRI 스캐너를 사용하여 SAR 값을 측정한다. 5개의 MRI 스캐너는 P사의 A모델 1.5 T, G사의 S모델 1.5 T, S사의 M모델 3 T 그리고 두 개의 동일한 P사의 A모델 3 T 시스템이다. 여기서 두 개의 동일한 P사의 A모델 3 T 시스템은 편의상 P사의 A모델 3 T(1), P사의 A모델 3 T(2)로 구분한다. MRI 스캐너에 표시된 SAR 값은 1.48, 1.5, 1.58, 2.5W/kg이다. 그리고 SAR 값을 갖는 3개의 다른 MRI 시퀀스에 대한 것을 2개의 개별적 자기장 강도에서 여러 가지 스캐너로 측정하였다. In an embodiment of the present invention, SAR values are measured using five MRI scanners. The five MRI scanners are P's A Model 1.5 T, G's S Model 1.5 T, S's M Model 3 T and two identical P's A Model 3 T systems. Here, two identical P model A model 3 T systems are divided into P model A model 3 T (1) and P company A model 3 T (2). SAR values displayed on the MRI scanner are 1.48, 1.5, 1.58, 2.5 W / kg. And three different MRI sequences with SAR values were measured with various scanners at two individual magnetic field intensities.

MRI 스캐너들의 이미지 획득 파라미터(Image acquisition parameters)를 〈표 1〉에 요약하였다. 여기서 RF 여기 전력(RF excitation power)은 integrated RF body coil(Multi-transmit mode= “NO”at P사 3T)로부터 전송된 것이다. 실험에서는 receive coil을 4-channel 또는 8-channel body array coil로 채용하였다.Image acquisition parameters of MRI scanners are summarized in Table 1. Here, the RF excitation power is transmitted from an integrated RF body coil (Multi-transmit mode = “NO” at P Company 3T). In the experiment, the receive coil was adopted as a 4-channel or 8-channel body array coil.

Image acquisition parameters at 1.5 and 3.0 T.Image acquisition parameters at 1.5 and 3.0 T.
Image sequenceImage sequence T1w TSET1w TSE T1 TIRMT1 TIRM T2w TSET2w TSE TR/TE [ms]TR / TE [ms] 800/10800/10 1150/9.31150 / 9.3 4710/1104710/110 TI [ms]TI [ms] N/AN / A 220220 N/AN / A Field of view [mm²]Field of view [mm ² ] 440×400440 × 400 440×400440 × 400 440×400440 × 400 No. of slicesNo. of slices 1010 88 1010 Slice thickness [mm]Slice thickness [mm] 66 66 66 Acquisition matrixAcquisition matrix 440×400440 × 400 256×256256 × 256 200×154
(reconstructed to 400×400)200 × 154
(reconstructed to 400 × 400) Voxel size [mm³]Voxel size [mm ³ ] 1×1×61 × 1 × 6 1.56×1.45×61.56 × 1.45 × 6 1×1×61 × 1 × 6 Slice orientationSlice orientation TransverseTransverse TransverseTransverse TransverseTransverse Phase-encoding directionPhase-encoding direction APAP APAP APAP NSANSA 22 1One 44 Total scan time
(G사 1.5 T/ P사 1.5 T)Total scan time
(G company 1.5T / P company 1.5T) 5 min 12 s/
4 min 56 s5 min 12 s /
4 min 56 s 4 min 18 s4 min 18 s 4 min 23 s4 min 23 s Parallel imaging methodParallel imaging method NoNo GRAPPA for S사 3 TGRAPPA for S company 3T NoNo Bandwidth [Hz/pixel]
(G사 1.5 T/ P사 1.5 T)Bandwidth [Hz / pixel]
(G company 1.5T / P company 1.5T) 260/290260/290 260260 334334

TSE= Turbo spin echo, TIRM= Turbo inversion recovery magnitudeTSE = Turbo spin echo, TIRM = Turbo inversion recovery magnitude

〈인체모사 팬텀〉Human Hair Phantom

실린더 형상의 인체모사 팬텀(50cm(L)ⅹ43cm(W)ⅹ28cm(H))을 미국 인체측정기준 데이터에 기초하여 제조하였다.Cylindrical human-like phantoms (50 cm (L)-43 cm (W)-28 cm (H)) were prepared based on US anthropometric data.

NaCl 52.7g, HEC powder 1054.6g, distilled water 33.6L로 이루어지는, 인체 조직과 유사한, 겔 상태의 HEC(hydroxy-ethyl cellulose) 식염용액 약 33.6L를 밀폐된 플라스틱 팬텀 용기(두께 15mm)에 가득 채웠다. 이는 미국 재료시험학회(ASTM: American Society of Testing Materials)에서 제시된 국제표준방식으로서 SAR 측정을 위해 제시된 것이다.About 33.6 L of gel-type hydroxy-ethyl cellulose (HEC) saline solution, similar to human tissue, consisting of 52.7 g of NaCl, 1054.6 g of HEC powder, and 33.6 L of distilled water, was filled in a closed plastic phantom container (15 mm thick). This is an international standard proposed by the American Society of Testing Materials (ASTM) and is intended for SAR measurements.

열특성 분석기(KD2, Decagon Devices Inc., Pullman, WA, USA0를 사용하여 겔(gel)의 열 특성(열확산 계수=1.4ⅹ10^-7m²/s, 열 용량=4156J/(kg·℃))이 측정되었다.Thermal properties of gels (thermal diffusion coefficient = 1.4 x 10 ^-7 m ² / s, heat capacity = 4156 J / (kg This was measured.

유전체 평가 키트(DAK-12, SPEAG Ltd., Zurich, Switzerland)를 사용하여 겔 용액의 전기 전도도와 상대 유전율이 측정하였다. The electrical conductivity and relative permittivity of the gel solution were measured using a dielectric evaluation kit (DAK-12, SPEAG Ltd., Zurich, Switzerland).

전기전도도(σ)는 64 MHz에서 0.48 ±0.04 S/m 이고, 128 MHz에서 0.49±0.04 S/m 이었다. 그리고 상대 유전율(ε_r)은 64 MHz에서 76.48 ±3.98이고 128 MHz에서 76.22 ±4.12로 측정되었다.The electrical conductivity (σ) was 0.48 ± 0.04 S / m at 64 MHz and 0.49 ± 0.04 S / m at 128 MHz. The relative permittivity (ε _r) was 76.48 ± 3.98 at 64 MHz and 76.22 ± 4.12 at 128 MHz.

마지막으로 팬텀 용기에 진공을 형성을 하여 겔 팬텀용액에서 공기방울을 제거하였다. Finally, a vacuum was formed in the phantom vessel to remove air bubbles from the gel phantom solution.

도 1은 인체 모사 팬텀의 커버를 나타낸 것인데, 측정을 위해 커버에 내부에 복수 개의 광섬유 온도센서를 설치하고 인체 모사 팬텀을 채운다. 1 illustrates a cover of a human body phantom, in which a plurality of optical fiber temperature sensors are installed inside the cover for measurement, and the human body phantom is filled.

4개의 광섬유 온도센서(OFS, Neoptix Inc., Quebec, Canada)가 28℃의 겔 팬텀의 수직하는 단부면의 외측 가장자리에 배치하였는데, 측정하는 동안에 환경적 열손실은 최소화되는 것을 확인하였다. Four optical fiber temperature sensors (OFS, Neoptix Inc., Quebec, Canada) were placed at the outer edge of the vertical end face of the gel phantom at 28 ° C., which was found to minimize environmental heat loss during the measurement.

〈DTI(Diffusion Tensor Imaging) 스캔으로부터 MD(mean diffusion)를 획득하고, 획득된 MD에 기초하여 온도(T)를 계산하는 방법〉〈Method of acquiring mean diffusion (MD) from a Diffusion Tensor Imaging (DTI) scan and calculating the temperature T based on the acquired MD

SAR 측정을 위하여, DTI(Diffusion Tensor Imaging) 스캔으로부터 DWI(Diffusion Weighted Imaging)의 ROI(region-of-interest) 기반에서 MD 계산을 수행하였다. ROI 기반 정량화 측면에서, Fig 3에서 보는 바와 같이, b=0 이미지 및 high b 확산 가중 영상이미지에서 겉보기확산계수(ADC: apparent diffusion coefficient) 를 산출하여 MD 값을 얻었다. 이렇게 얻은 MD 값을 확산계수(D)로 사용한다.For SAR measurements, MD calculations were performed on a region-of-interest (ROI) basis of DWI (Diffusion Weighted Imaging) from a DTI (Diffusion Tensor Imaging) scan. In terms of ROI-based quantification, as shown in Fig. 3, the apparent diffusion coefficient (ADC) was calculated from the b = 0 image and the high b diffusion weighted image to obtain the MD value. The MD value thus obtained is used as the diffusion coefficient (D).

겔(gel)에서 water 확산계수는 실재 free water의 확산계수와 동일하며, 확산계수(D)는 온도(T)에 매우 민감하다. 온도는 〈수식 1〉을 사용하여 계산하였다. In the gel, the water diffusion coefficient is the same as the actual free water diffusion coefficient, and the diffusion coefficient (D) is very sensitive to the temperature (T). The temperature was calculated using <Equation 1>.

〈수식 1〉<Equation 1>

D = DD = D _0·0· [(T/T[(T / T _ss )-1])-One] ^γgamma

여기서, D₀=1.635ⅹ10^-8m²/s, T_s=215.05K, γ=2.063 이다. 여기서, D₀는 0-100℃에서의 순수물의 자가확산계수이고, T_s는 기준온도이며, γ는 비례상수이다. 그리고 DTI에 의해 측정된 평균 확산계수는 〈수식 1〉의 확산계수(D)와 동일하다.Here, D ₀ = 1.635 × 10 ^-8 m ² / s, T _s = 215.05K, γ = 2.063. Where D ₀ is the self-diffusion coefficient of pure water at 0-100 ° C., T _s is the reference temperature and γ is the proportionality constant. The average diffusion coefficient measured by DTI is the same as the diffusion coefficient D of Equation 1.

상기 〈수식 1〉에서 얻은 온도(T)가 실재 인체모사 팬텀의 온도와 동일한지를 확인하기 위하여 인체모사 팬텀에 설치한 광섬유 온도센서로부터 검출되는 온도와 비교하였다. 온도의 차이가 큰 경우 〈수식 1〉로부터 계산된 온도(T)는 신뢰성이 없다고 판단할 수 있으며, 온도의 차이가 미미할 경우 〈수식 1〉로부터 계산된 온도(T)는 신뢰할 수 있는 값일 수 있다.In order to confirm whether the temperature T obtained in Equation 1 is the same as the actual human body phantom, the temperature T was compared with the temperature detected by the optical fiber temperature sensor installed in the human body phantom. If the temperature difference is large, it may be determined that the temperature T calculated from Equation 1 is not reliable. If the temperature difference is small, the temperature T calculated from Equation 1 may be a reliable value. .

〈수식 1〉의 확산계수(D)로부터 얻어진 온도 변화의 검증은, Fig. 2에서와 같이, 4개의 광섬유 온도센서에 의해 측정된 것과 비교하여 수행되었다.Verification of the temperature change obtained from the diffusion coefficient (D) of <Equation 1> is shown in Fig. As in 2, a comparison was made with those measured by four optical fiber temperature sensors.

온도센서들의 주위에 그려진 각각의 관심영역(ROI) 내의 평균 확산계수는, IDL 8.4(IDL Research Systems Inc., Boulder, CO, USA) 소프트웨어를 사용해 직접 만든 GUI 프로그램을 이용해 각각의 MRI영상장비에서 high SAR 이미지 시퀀스로 MRI 스캔 전후에서 계산되었다.The average diffusion coefficient within each ROI drawn around the temperature sensors is high on each MRI imaging device using a GUI program created using IDL 8.4 (IDL Research Systems Inc., Boulder, CO, USA) software. SAR image sequences were calculated before and after the MRI scan.

MD 값은 센서의 팁에서 보여주는 MRI영상에서 센서의 팁을 포함한 ROI 내의 14픽셀이며 14픽셀의 평균값을 얻는다.The MD value is 14 pixels in the ROI including the tip of the sensor in the MRI image shown at the tip of the sensor and an average value of 14 pixels is obtained.

한편, 각각의 실험에서, 팬텀은 스캔룸 내에 배치되었고, 적어도 24시간동안에 열적 평형을 이루었다. 동일한 팬텀 무게 34 kg가 MRI 시스템에 저장 입력되었다.In each experiment, on the other hand, the phantom was placed in the scan room and in thermal equilibrium for at least 24 hours. The same phantom weight 34 kg was stored and stored in the MRI system.

MRI 스캔 후 인체모사 팬텀의 온도변화를 관찰하였다. 팬텀에 배치한 온도센서의 초기 온도와 환경 간의 열적 평형에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하였다. 팬텀에 설치된 센서로부터 측정된 온도와 magnet bore 내부 온도의 차이가 0.1℃ 미만일 때, 열적 평형에 도달하였다고 간주하였다.After the MRI scan, the temperature change of the phantom was observed. The time taken to reach thermal equilibrium between the initial temperature of the temperature sensor placed in the phantom and the environment was measured. When the difference between the temperature measured from the sensor installed in the phantom and the internal temperature of the magnet bore was less than 0.1 ° C, it was considered that thermal equilibrium was reached.

팬텀의 가장자리에 배치된 광섬유 센서로 측정한 온도가 주변환경의 온도와 열적 평형에 도달하기 까지 걸린 시간을 〈표 3〉에 나타내었다.Table 3 shows the time taken for the temperature measured by the optical fiber sensor placed at the edge of the phantom to reach thermal equilibrium with the ambient temperature.

Phantom temperatures (mean±measured via optic fiber sensors and times to equilibrate with temperature inside a magnet bore at 3 TPhantom temperatures (mean ± measured via optic fiber sensors and times to equilibrate with temperature inside a magnet bore at 3 T Temperature inside magnet bore = 22.8 ±0.6℃Temperature inside magnet bore = 22.8 ± 0.6 ℃ Sensor No.Sensor No. Initial temperatureInitial temperature Final temperatureFinal temperature Time to equilibrate with the environmentTime to equilibrate with the environment OFS#1OFS # 1 28.4 ±0.5℃28.4 ± 0.5 ℃ 22.7 ±0.6℃22.7 ± 0.6 ℃ 4 hrs 08 min4 hrs 08 min OFS#2OFS # 2 28.3 ±0.6℃28.3 ± 0.6 ℃ 22.8 ±0.5℃22.8 ± 0.5 ℃ 4 hrs 02 min4 hrs 02 min OFS#3OFS # 3 28.3 ±0.6℃28.3 ± 0.6 ℃ 22.8 ±0.6℃22.8 ± 0.6 ℃ 4 hrs 07 min4 hrs 07 min OFS#4OFS # 4 28.2 ±0.5℃28.2 ± 0.5 ℃ 22.7 ±0.6℃22.7 ± 0.6 ℃ 4 hrs 11 min4 hrs 11 min

초기 팬텀의 온도는 약 28℃ 였으며, 주변 환경에서 열적 평형을 도달하는 데 4시간 이상이 걸렸다.The initial phantom temperature was about 28 ° C, and it took more than four hours to reach thermal equilibrium in the environment.

따라서 MRI 스캔 시간은 인체모사 팬텀이 주변 환경에서 열적 평형에 도달하는 시간에 비하여 짧은 시간이어서 MRI 스캔 동안 주변 환경에 의한 열적 영향은 미미한 것을 확인하였다.Therefore, the MRI scan time is shorter than the time when the human body phantom reaches thermal equilibrium in the surrounding environment. Therefore, the thermal effect of the surrounding environment during the MRI scan was minimal.

〈온도(T)로부터 SAR 값을 계산하는 방법〉<Method of calculating SAR value from temperature (T)>

상기 〈수식 1〉로부터 계산된 온도(T)를 기초로 SAR 값을 계산한다. SAR 값은 하기 〈수식 2〉에 따른다.The SAR value is calculated based on the temperature T calculated from Equation 1 above. The SAR value is according to the following Equation 2.

〈수식 2〉<Equation 2>

CC _pp △T = SARΔT = SAR _DTIDTI ·TATA _DTIDTI

여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T는 온도 변화이며, TA는 펄스 시퀀스에 의한 영상획득시간이다. 그리고 SAR_DTI는 DTI 스캔의 SAR 값을 나타내며, TA_DTI는 DTI 스캔의 펄스 시퀀스에 의한 영상획득시간을 나타낸다.Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time by the pulse sequence. And SAR _DTI represents the SAR value of the DTI scan, TA _DTI represents the image acquisition time by the pulse sequence of the DTI scan.

상기 〈수식 2〉로부터 계산된 SAR 값은 인체모사 팬텀에서 검출된 온도와 동일한 온도를 기초로 계산된 값이므로 신뢰성 있는 SAR 값이다.The SAR value calculated from Equation 2 is a reliable SAR value because it is calculated based on the same temperature as that detected in the human body phantom.

〈MRI 장치가 제공하는 DTI 시퀀스를 제외한 다른 시퀀스의 SAR 값을 계산하는 방법〉<Method of calculating SAR values of sequences other than DTI sequences provided by MRI devices>

본 발명에서는 이와 같이 획득되는 DTI 시퀀스 스캔으로 계산되는 SAR 값을 이용하여, MRI 장치의 DTI 시퀀스를 제외한 다른 시퀀스의 SAR 값을 계산한다. 설명의 편의를 위해, DTI 시퀀스를 제외한 다른 시퀀스 스캔을 “측정대상 시퀀스”라 지칭한다.In the present invention, the SAR value of the sequence other than the DTI sequence of the MRI apparatus is calculated using the SAR value calculated by the DTI sequence scan thus obtained. For convenience of description, a sequence scan other than the DTI sequence is referred to as a “measurement sequence”.

각각의 MRI 스캐너에서 high SAR 시퀀스로 겔 팬텀을 가열하는 것은 high SAR 이미지 시퀀스를 실행하기 전후의 평균확산(MD: Mean Diffusivity)의 변화에 의해 평가 되었다. The heating of the gel phantom with the high SAR sequence in each MRI scanner was evaluated by the change in Mean Diffusivity (MD) before and after executing the high SAR image sequence.

우선 DTI 시퀀스 스캔을 하고, 측정대상 시퀀스로 스캔을 한 후, 한번 더 DTI 시퀀스 스캔한다. 여기서 측정대상 시퀀스는 DTI 시퀀스 스캔할 때 보다 높은 SAR 값는 시퀀스이다. 이어서 첫 번째 DTI 스캔에서 얻은 확산계수를 〈수식 1〉에 대입해서 획득한 온도와 두 번째 DTI 스캔에서 얻은 확산계수를 〈수식 1〉에 대입해서 얻은 온도를 계산한다. 이들 온도 차이와 DTI 시퀀스 스캔 시의 SAR 값 및 TA를 〈수식 3〉에 대입하여 측정대상 시퀀스의 SAR 값을 획득하는 단계를 포함한다.First, scan the DTI sequence, scan the sequence to be measured, and then scan the DTI sequence again. Here, the sequence to be measured is a higher SAR value when scanning a DTI sequence. Subsequently, the temperature obtained by substituting the diffusion coefficient obtained from the first DTI scan into Equation 1 and the diffusion coefficient obtained by the second DTI scan into Equation 1 are calculated. Substituting these temperature differences, the SAR values during the DTI sequence scan, and the TA into Equation 3, to obtain the SAR values of the sequence to be measured.

한편 측정대상 시퀀스의 스캔이 이루어지면 SAR에 의하여 온도가 높아진다. 즉 측정대상 스퀀스의 스캔 이전과 이후의 온도 차이를 검출하여 측정대상 시퀀스 스캔의 SAR 값을 획득할 수 있다.On the other hand, when the scan of the measurement target sequence is made, the temperature is increased by the SAR. That is, the SAR value of the measurement target sequence scan may be obtained by detecting the temperature difference before and after the scan of the measurement target sequence.

우선, DTI(diffusion tensor imaging) 시퀀스 스캔에 의해 유도된 SAR 값을 얻은 후, (DTI 시퀀스 스캔 보다 높은 SAR 값을 나타낸다고 추정되는) 높은 SAR 값(high SAR)의 MRI 스퀀스로 MRI 스캔을 한다. 이어서 앞서 설명한 바와 같이, 이전과 이후의 DTI 시퀀스 스캔 시의 DTI 영상기법에서 얻은 확산계수에 의한 온도 차이와 DTI 시퀀스 스캔으로부터 획득되는 SAR와 TA를 얻는다. 실험에서는 반복된 DTI 스캔들을 사용하여 각 MRI 스캐너에서 인체 모사 팬텀에 대해 측정하였다.First, a SAR value derived by a DTI (diffusion tensor imaging) sequence scan is obtained, followed by an MRI scan with a high SAR MRI sequence (presumed to exhibit a higher SAR value than the DTI sequence scan). Then, as described above, the temperature difference by the diffusion coefficient obtained in the DTI imaging technique during the DTI sequence scan before and after, and the SAR and TA obtained from the DTI sequence scan are obtained. In the experiment, repeated DTI scans were used to measure the human phantoms in each MRI scanner.

스캐너별 DTI 영상 획득 매개요소는 〈표 2〉에 나타내었다.The scanner-specific DTI image acquisition parameters are shown in <Table 2>.

DTI acquisition parameters for each scannerDTI acquisition parameters for each scanner G사 1.5 TG company 1.5T P사 1.5 TP company 1.5T S사 3 TS company 3T P사 3 T(1)P company 3T (1) b-values [s/mm²]b-values [s / mm ² ] 0, 10000, 1000 0, 10000, 1000 0, 10000, 1000 0, 10000, 1000 No. of gradient directionsNo. of gradient directions 3030 3030 3030 3030 TE [msec]TE [msec] 8080 8282 8888 7474 TR [msec]TR [msec] 92189218 80008000 71007100 68446844 FoV [mm²]FoV [mm ² ] 400×400400 × 400 380×380380 × 380 400×400400 × 400 400×400400 × 400 Acquisition matrixAcquisition matrix 128×128128 × 128 128×128128 × 128 128×128128 × 128 128×128128 × 128 Slice thickness [mm]Slice thickness [mm] 44 44 44 44 No. of slicesNo. of slices 1616 1414 1414 1414 Parallel imaging methodParallel imaging method ASSETASSET SENSESENSE GRAPPAGRAPPA SENSESENSE Acquisition timeAcquisition time 5 min 12 s5 min 12 s 4 min 56 s4 min 56 s 4 min 18 s4 min 18 s 4 min 23 s4 min 23 s

팬텀의 가장자리에 놓여진 ROI 내에서 확산 평균은 IDL 8.4에 제시된 소프트웨어를 사용하여 각각 DTI 스캔이 평가되었다. 그리고 평균확산 영상(mean diffusivity map)들 간의 차이로부터 온도 변화를 추정하였다.Diffusion averages within the ROI at the edge of the phantom were evaluated for each DTI scan using the software presented in IDL 8.4. The temperature change was estimated from the difference between mean diffusivity maps.

ROI의 확산평균의 표준오차 범위는 0.0005×10^-3에서 0.0006^-3mm²/s 이며, 이는 5개의 스캐너를 반복 측정하여 얻은 범위이다.The standard error range of the spread average of the ROI ranges from 0.0005 × 10 ^-3 to 0.0006 ^-3 mm ² / s, which is obtained by repeated measurements of five scanners.

측정 후 스캐너 룸(scanner room)에 팬텀을 하루 동안 배치되어 환경과의 열 평형에 도달한 것을 확인하였다. 각 MRI 스캐너에 대해 SAR 측정을 적어도 10회 반복하였고, 평균 및 표준편차(SD)를 계산하였다. 또한 MRI 스캐너에서 측정된 평균 SAR 값과 MRI 스캐너의 화면에 표시되는 SAR 값의 백분율 차이를 계산하였다.After the measurement, it was confirmed that the phantom was placed in the scanner room for one day to reach thermal equilibrium with the environment. SAR measurements were repeated at least 10 times for each MRI scanner and the mean and standard deviation (SD) were calculated. In addition, the percentage difference between the average SAR value measured by the MRI scanner and the SAR value displayed on the screen of the MRI scanner was calculated.

〈표 4〉에서는 3개의 MRI 스캐너 중 하나의 팬텀에서 4개의 광섬유 온도 센서를 사용하여 확산 계수로 얻은 온도를 보여준다.Table 4 shows the temperatures obtained by the diffusion coefficients using four fiber optic temperature sensors in the phantom of one of the three MRI scanners.

Temperatures obtained by diffusion coefficients and measured via optic fiber temperature sensors before and after high SAR image sequence on one of two same model P사 3 T (T2w TSE and MRI system-reported SAR value = 1.5 W/kg)Temperatures obtained by diffusion coefficients and measured via optic fiber temperature sensors before and after high SAR image sequence on one of two same model P Company 3 T (T2w TSE and MRI system-reported SAR value = 1.5 W / kg) Before high SAR image sequenceBefore high SAR image sequence After high SAR image sequenceAfter high SAR image sequence Temperature difference between before and after high SAR image sequenceTemperature difference between before and after high SAR image sequence Position #1Position # 1 Mean diffusion coefficient
[×10^-3mm²/s]Mean diffusion coefficient
[× 10 ^-3 mm ² / s] 2.14622.1462 2.15532.1553 Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K]Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K] 295.41295.41 295.57295.57 0.160.16 Temperature measured via temperature sensor [°C]Temperature measured via temperature sensor [° C] 24.1824.18 24.3524.35 0.170.17 Position #2
Position # 2
Mean diffusion coefficient
[×10^-3mm2/s]Mean diffusion coefficient
[× 10 ^-3 mm2 / s] 2.14732.1473 2.15422.1542 Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K]Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K] 295.43295.43 295.56295.56 0.130.13 Temperature measured via temperature sensor [°C]Temperature measured via temperature sensor [° C] 24.0124.01 24.1524.15 0.140.14 Position #3
Position # 3
Mean diffusion coefficient
[×10^-3mm2/s]Mean diffusion coefficient
[× 10 ^-3 mm2 / s] 2.14732.1473 2.15332.1533 Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K]Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K] 295.43295.43 295.54295.54 0.110.11 Temperature measured via temperature sensor [°C]Temperature measured via temperature sensor [° C] 24.1624.16 24.2824.28 0.120.12 Position #4Position # 4 Mean diffusion coefficient
[×10^-3mm2/s]Mean diffusion coefficient
[× 10 ^-3 mm2 / s] 2.14842.1484 2.15832.1583 Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K]Temperature obtained by mean diffusion coefficient [K] 295.45295.45 295.63295.63 0.180.18 Temperature measured via temperature sensor [°C]Temperature measured via temperature sensor [° C] 24.2124.21 24.3824.38 0.170.17

2가지 방법으로 측정된 온도는 잘 일치하는 것을 볼 수 있고, 두 방법의 차이는 6% 내지 9% 사이이다. It can be seen that the temperatures measured by the two methods are in good agreement and the difference between the two methods is between 6% and 9%.

SAR 값과 온도 변화는 아래 〈수식 3〉에 따른다. SAR values and temperature changes are given by Equation 3 below.

〈수식 3〉<Equation 3>

CC _pp △T = SARΔT = SAR _DTIDTI ·TATA _{DTI DTI} + SAR+ SAR _highhigh ·TATA _highhigh

여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T 는 온도 변화이며, TA는 펄스 시퀀스에 의한 영상획득시간이다. 그리고 SAR_high는 측정대상 시퀀스 스캔의 SAR 값을 나타내며, TA_high는 측정대상 시퀀스 스캔에 영상획득시간을 나타낸다. Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time by the pulse sequence. And SAR _high represents the SAR value of the measurement sequence scan, TA _high represents the image acquisition time in the measurement sequence scan.

〈수식 3〉에서 우측 첫 번째 항은 DTI 시퀀스의 가열을 의미하며, 우측 두 번째 항은 조사 중인 high SAR 시퀀스 가열을 의미한다. 상기 〈수식 3〉에 의하여 high SAR(SAR_high) 값을 구할 수 있다.In Equation 3, the first term on the right means heating of the DTI sequence, and the second term on the right means heating the high SAR sequence under investigation. By using Equation 3, a high SAR (SAR _high ) value can be obtained.

각각의 스캐너로부터 측정된 high SAR 값의 결과를 〈표 5〉에 나타내었다.The results of the high SAR values measured from each scanner are shown in Table 5.

SAR measurement results using MR DTI from four MRI systems SAR measurement results using MR DTI from four MRI systems P사 1.5 TP company 1.5T G사 1.5 TG company 1.5T S사 3 TS company 3T P사 3 T(1)P company 3T (1) P사 3 T(2)P company 3T (2) Image sequenceImage sequence T1w TSET1w TSE T1w TSET1w TSE T1 TIRMT1 TIRM T2w TSET2w TSE T2w TSET2w TSE Temperature difference between before and after the high SAR image sequence [°C] (mean±SD)Temperature difference between before and after the high SAR image sequence [° C] (mean ± SD)
0.08 ±0.01
0.08 ± 0.01
0.07 ±0.01
0.07 ± 0.01
0.11 ±0.01
0.11 ± 0.01
0.18 ±0.02
0.18 ± 0.02
0.18 ±0.02
0.18 ± 0.02 Measured SAR value induced by a DTI scan [W/kg] (mean±SD)Measured SAR value induced by a DTI scan [W / kg] (mean ± SD)
0.11 ±0.01
0.11 ± 0.01
0.21 ±0.02
0.21 ± 0.02
0.48 ±0.04
0.48 ± 0.04
0.53 ±0.05
0.53 ± 0.05
0.51 ±0.05
0.51 ± 0.05 High SAR sequence scan time [sec]High SAR sequence scan time [sec] 168168 169169 186186 320320 320320 MRI system-reported SAR value [W/kg]MRI system-reported SAR value [W / kg] 1.581.58 1.481.48 2.52.5 1.51.5 1.51.5 SAR value measured for the high SAR image sequence [W/kg] (mean±SD)SAR value measured for the high SAR image sequence [W / kg] (mean ± SD)
1.38 ±0.09
1.38 ± 0.09
1.39 ±0.12
1.39 ± 0.12
1.96 ±0.18
1.96 ± 0.18
1.94 ±0.18
1.94 ± 0.18
1.96 ±0.19
1.96 ± 0.19 Percentage difference between measured and reported SAR values [%]^a Percentage difference between measured and reported SAR values [%] ^a
-13.5
-13.5
-6.3
-6.3
24.2
24.2
25.6
25.6
26.6
26.6

TSE = Turbo spin echo, TIRM = Turbo inversion recovery magnitude, The sign ‘-’means that measured SAR value was lower than the reported oneTSE = Turbo spin echo, TIRM = Turbo inversion recovery magnitude, The sign ‘-’means that measured SAR value was lower than the reported one

G사 1.5 T MRI system의 경우 MRI 스캐너에 표시된 SAR 값은 1.58 W/kg이며, 측정된 SAR 값은 1.38 W/kg이다.For the G Company 1.5 T MRI system, the SAR value displayed on the MRI scanner is 1.58 W / kg and the measured SAR value is 1.38 W / kg.

P사 1.5 T MRI scanner의 경우, MRI 스캐너에 표시된 SAR 값은 1.48 W/kg이며, 측정된 SAR 값은 1.39 W/kg이다.For the P Company 1.5 T MRI scanner, the SAR value displayed on the MRI scanner is 1.48 W / kg and the measured SAR value is 1.39 W / kg.

S사 3 T MRI system의 경우, MRI 스캐너에 표시된 SAR 값은 2.5 W/kg이며, 측정된 SAR 값은 1.96 W/kg이다.In the case of the S 3T MRI system, the SAR value displayed on the MRI scanner is 2.5 W / kg and the measured SAR value is 1.96 W / kg.

2개의 동일 모델인 P사 3 T MRI scanner들의 경우, 표시된 SAR 값은 1.5 W/kg이며, 측정된 SAR 값은 1.94 W/kg와 1.96 W/kg이다.For two identical models, P Company 3 T MRI scanners, the SAR values indicated are 1.5 W / kg and the measured SAR values are 1.94 W / kg and 1.96 W / kg.

G사 1.5 T, P사 1.5 T, S사 3 T, P사 3 T(1)(2)에서 측정된 SAR 값과 표시된 SAR 값의 백분율 차이는 각각 13.5, 6.3, 24.2, 25.6 및 26.6 % 이다.The percent difference between the SAR values measured at Company G 1.5 T, Company P 1.5 T, Company S 3 T, and Company P 3 T (1) (2) and displayed SAR values is 13.5, 6.3, 24.2, 25.6 and 26.6%, respectively. .

MRI 검사 중에 정확한 SAR 측정을 얻는 것은 쉽지 않다. 스캐너에 표시된 전신 평균 SAR 값은 실재 SAR 값과 다른 수 있다.It is not easy to get accurate SAR measurements during MRI. The whole body mean SAR value displayed on the scanner may differ from the actual SAR value.

확산계수는 서로 다른 펄스 시퀀스의 상대적인 SAR 레벨을 정량화하고, 다양한 MR 장치 제조업체의 다양한 MRI 스캐너 레벨 및 다른 자기장 세기를 비교할 수 있도록 한다.Diffusion coefficients quantify the relative SAR levels of different pulse sequences and allow you to compare different MRI scanner levels and different magnetic field intensities from different MR device manufacturers.

되돌아가 〈표 3〉을 참조하면, 팬텀이 실내 온도와 평형을 유지하는 데 약 4시간이 걸렸지만, SAR 측정은 훨씬 빨라졌다. 이것은 SAR 가열의 영향이 측정시간 동안 사라지지 않는다는 것을 의미하고, 10분을 넘지 않는다는 것을 의미한다.Returning to Table 3, it took about four hours for the phantom to equilibrate with room temperature, but the SAR measurement was much faster. This means that the effects of SAR heating do not disappear during the measurement time and do not exceed 10 minutes.

공급업체가 사용하는 SAR의 자세한 교정절차는 최종 사용자가 알지 못한다. 〈표 5〉에서는 MRI 시스템에서 계산하여 표시한 SAR 값은 신뢰할 수 없다는 것을 보여준다.Detailed calibration procedures for the SAR used by the supplier are not known to the end user. Table 5 shows that the SAR values calculated by the MRI system are not reliable.

일반적으로 MRI 스캐너에 표시된 SAR 값은 실재 SAR 보다 크다. 그러나 동일한 모델의 2대의 3 T 장비는 시스템에 표시된 SAR 값보다 측정된 SAR 값이 더 높게 나타났다. 이렇듯 MRI 시스템은 예상하는 것보다 휠씬 높은 출력을 낼 수도 있다.In general, the SAR value displayed on an MRI scanner is greater than the actual SAR. However, two 3 T units of the same model had higher measured SAR values than the SAR values indicated on the system. As such, the MRI system may produce much higher output than expected.

이것은 coil Q-factor 또는 RF transmit coil의 오작동에 기인한 것일 수 있다. 예를 들어, RF transmit coil의 오작동은 증가된 B counter-rotating RF component에 의해 이루어질 수 있다. 이 결과는 MR 제조사마다 SAR 값의 교정이 다르게 이루어진다는 것을 의미한다.This may be due to a malfunction of the coil Q-factor or the RF transmit coil. For example, a malfunction of the RF transmit coil may be caused by an increased B counter-rotating RF component. This result means that calibration of SAR values is different for each MR manufacturer.

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.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible for a person with ordinary knowledge within the scope of the technical idea of this invention.

Claims

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MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치가 제공하는 시퀀스들 - DTI(Diffusion Tensor Imaging) 시퀀스를 포함함 - 의 SAR(Specific Absorption Rate) 값을 획득하기 위한 방법으로서,
수직하는 단부면의 외측 가장자리에 복수 개의 온도센서를 설치한 인체모사 팬텀을 MRI 장치에 안착시키는 제1 단계와,
DTI 시퀀스로 스캔하여 온도 및 SAR 값을 산출하는 제2 단계와,
측정대상 시퀀스로 스캔하는 제3 단계와,
측정대상 시퀀스로 스캔한 후 DTI 시퀀스로 스캔하여 온도를 산출하는 제4 단계와,
상기 제4 단계에서 획득된 온도와 제2 단계에서 획득된 온도의 차이를 기초로 측정대상 시퀀스의 SAR 값을 획득하는 제5 단계를 포함하여 이루어지고,
상기 제2 단계 이후에, 제2 단계에서 산출된 온도(T)와 인체모사 팬텀의 온도센서로부터 측정된 온도를 비교하는 단계를 더욱 포함하고,
상기 측정대상 시퀀스는 DTI 시퀀스 보다 높은 SAR 값을 갖는 시퀀스이며,
상기 제2 단계 및 제4 단계의 온도는 DTI 시퀀스 스캔으로부터 MD(mean diffusivity)를 얻은 후 하기 〈수식 1〉로부터 온도(T)를 산출하고,
상기 제2 단계의 SAR 값은 〈수식 2〉로부터 계산되며, 제5 단계의 SAR 값은 〈수식 3〉로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 MRI 장치가 제공하는 시퀀스의 SAR 값을 획득하기 위한 방법.
〈수식 1〉
D = D_0·[(T/T_s)-1]^γ
여기서, D₀는 0-100℃에서의 순수물의 자가확산계수이고, T_s는 기준온도이며, γ는 비례상수이고, 확산계수(D)에는 MD가 적용된다.
〈수식 2〉
C_p△T = SAR_DTI·TA_DTI
여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T는 온도 변화이며, TA는 영상획득시간이다. 그리고 SAR_DTI는 DTI 시퀀스 스캔의 SAR 값을 나타내며, TA_DTI는 DTI 시퀀스 스캔에 의한 영상획득시간을 나타낸다.
〈수식 3〉
C_p△T = SAR_DTI·TA_DTI+ SAR_high·TA_high
여기서, C_p(=4.18kJ/(kg·℃))는 팬텀의 비열이고, △T 는 온도 변화이며, TA는 영상획득시간이다. 그리고 SAR_high는 측정대상 시퀀스 스캔의 SAR 값을 나타내며, TA_high는 측정대상 시퀀스 스캔에 의한 영상획득시간을 나타낸다.
A method for obtaining a Specific Absorption Rate (SAR) value of sequences provided by a Magnetic Resonance Imaging (MRI) device, including a DTI (Diffusion Tensor Imaging) sequence,
A first step of seating an artificial phantom on the MRI apparatus having a plurality of temperature sensors installed at an outer edge of the vertical end surface;
A second step of scanning with a DTI sequence to calculate temperature and SAR values,
A third step of scanning with the sequence to be measured,
A fourth step of calculating a temperature by scanning with a sequence to be measured and scanning with a DTI sequence,
And a fifth step of acquiring the SAR value of the sequence to be measured based on the difference between the temperature obtained in the fourth step and the temperature obtained in the second step.
After the second step, further comprising the step of comparing the temperature (T) calculated in the second step and the temperature measured from the temperature sensor of the human body phantom,
The measurement target sequence is a sequence having a higher SAR value than the DTI sequence,
The temperature of the second step and the fourth step is obtained by obtaining the mean diffusivity (MD) from the DTI sequence scan to calculate the temperature (T) from the following <Equation 1>,
The SAR value of the second step is calculated from <Equation 2>, and the SAR value of the fifth step is calculated from <Equation 3>.
<Equation 1>
D = D _{0 ·} [(T / T _s ) -1] ^γ
Where D ₀ is the self-diffusion coefficient of pure water at 0-100 ° C., T _s is the reference temperature, γ is a proportionality constant, and MD is applied to the diffusion coefficient (D).
<Equation 2>
C _p ΔT = SAR _DTITA _DTI
Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time. The SAR _DTI represents the SAR value of the DTI sequence scan, and the TA _DTI represents the image acquisition time by the DTI sequence scan.
<Equation 3>
_{_{C p △ T = SAR DTI ·}} TA DTI + SAR high · TA high
Here, C _p (= 4.18 kJ / (kg · ° C.)) is the specific heat of the phantom, ΔT is the temperature change, and TA is the image acquisition time. And SAR _high represents the SAR value of the measurement sequence scan, TA _high represents the image acquisition time by the measurement sequence scanning.

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청구항 3에 기재된 MRI 장치가 제공하는 시퀀스의 SAR 값을 획득하기 위한 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
A computer-readable recording medium for implementing a method for obtaining SAR values of a sequence provided by the MRI apparatus according to claim 3.

청구항 3에 기재된 MRI 장치가 제공하는 시퀀스의 SAR 값을 획득하기 위한 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램.
A program stored on a computer-readable recording medium for implementing a method for obtaining SAR values of a sequence provided by the MRI apparatus according to claim 3.