동 ΔB에 비례한다. 여기서, ΔB는 1/r3에 비례하는 값으로 상자성 물질과 주변 조직과의 거리가 멀면 신호 변화는 1/r6에 비례하는 T1 변화에 비해 상대적으로 T2* 변화에 민감하다. 관류 영상을 얻는 부위별로 살펴보면, BBB가 있어 Gd-DTPA 가 혈관 내에만 머무는 뇌에서는 Gd-DTPA과 조직간의 거리 r이 큰 경우로, T1 감소 효과는 무시할 수 있어 T2* 감소 효과를 이용한 관류 영상을 얻는다2-4. 종양 이나 근골격에서는 Gd-DTPA가 혈관내에만 존재하지 않고 혈관 밖으로 빠져나가 주변 조직의 원자핵과의 작용으로 T1 감소 효과가 크게 나타나므로 이 경우는 T1
강조 신호를 얻었다14-16.
본 논문에서는 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 이용하여 한번의 TR에서 T1/T2* 강조 신호를 모두 얻어 T1 혹은 T2* 감소 효과를 구분하였다. 이를 위해서는 먼저, 하나의 영상을 얻는데 걸리는 시간이 혈액을 따라 흐르는 Gd-DTPA의 신호 변화를 얻을 수 있도록 짧아야한다. 보통의 이중 경사 자장 펄 스열을 사용하면 하나의 영상을 얻는데 걸리는 시간이 길어 관류 영상을 얻기에 는 부적합하므로, 시간 해상도를 높이기 위해서 key-hole 방법을 사용하였다22. 신 호 공간인 k-공간의 중심부 50 %만의 신호를 얻어(그림 19) 하나의 영상을 얻는데 걸리는 시간을 약 2.5초로 단축시켜 관류 영상을 얻기에 충분한 시간 해상도와 공 간 해상도를 만족시켰다(그림 20).
동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 이용하여 얻게 되는 두 개의 T1, T2* 강조 신호로부터 식 (III.3), (III.4)을 이용하여 초기 신호(S0)와 1/T2*를 구하였 다. 이 값들은 기존의 방법이 T1 혹은 T2* 강조 신호를 얻어 나머지 T2* 혹은 T1 감 소 효과는 무시한 것과 달리 T1, T2* 감소 효과를 각각 구별하여 나타내는 값이다.
본 실험에서 수정, 개발한 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열의 성능을 시험하고, 구별된 T1, T2* 감소 효과로부터 좀더 정확한 관류 정보를 얻기 위해 팬 텀 실험을 행하였다. 우선 관류 정보를 얻기 위해서는 T2*
, T1의 변화 ΔR*2, ΔR1
이 Gd-DTPA의 농도에 선형 비례해야한다. Sephadex를 다양한 농도의 Gd-DTPA 용액으로 팽창시킨 고정 팬텀을 이용하여 ΔR*, ΔR 을 구해보았다. 스핀 에코 펄
T1/T2*
강조 경사 자장 펄스열을 이용하여 신호를 얻었다. 관류 영상을 얻을 때 일 반적으로 이용되는 T2*
단순 강조 신호로부터 구한 ΔR*2와 T2* 감소 효과만 구별 하여 구한 보정한 ΔR*2를 비교해보았다. ΔR1의 경우도 마찬가지로 T1, T2*
강조 신호를 둘 다 얻어 이로부터 T1 감소 효과를 구별하여 보정한 ΔR1와 보정하지 않은 경우를 비교하였다. 그 결과, 보정한 ΔR*2과 보정한 ΔR1이 보정하지 않은 경우에 비해 Gd-DTPA의 농도에 선형 비례하는 식 (II.27), (II.29)을 더 잘 만족하 며, 그 비례상수인 단위 농도당 이완도 ℜ*2, ℜ1값도 컸다.
관류 팬텀의 하나로 증류수로 팽창시킨 Sephadex G10, G25를 넣은 column을 정량 펌프와 연결하여 이용하였다. 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열을 사 용하여 영상을 얻기 시작하여 약 20초 후에 25 mM Gd-DTPA를 0.1 ml 일시 주 입하여 5분 간격으로 약 15분간 영상을 얻었다. T2* 감소 효과만을 분리하여 보정 한 ΔR*2와 보정하지 않은 경우의 차이는 bead 크기가 작은 G25에서 크게 나타났 으며, 이는 bead 크기가 작은 G25의 경우에 Gd-DTPA와 Sephadex bead 사이의 거리가 가까워 T1 감소 효과가 크게 나타났기 때문이다. 보정하지 않은 ΔR*2 곡선 에서는 T1 감소 효과가 포함되어서 그 값이 0이하의 값을 갖게 된다. 이와 같이 T1 감소 효과를 무시할 수 없는 경우이거나, T2* 감소 효과를 무시할 수 없는 경우 에는 정확한 관류 정보를 얻기 위하여 T2* 감소 효과와 T1 감소 효과를 각각 분리 하는 과정이 반드시 필요하다.
관류량 영상은 보정하지 않은 ΔR1, 보정한 ΔR1, 그리고, 보정한 ΔR*2의 시간 에 따른 변화 곡선을 γ-variate 함수로 fitting한 후 적분하여 구했다. 시간에 따른 보정하지 않은 ΔR*2 곡선의 경우에는 0보다 작은 값이 나와 관류량을 구하는 것 이 불가능했다. Sephadex의 특성으로부터 이론상 관심영역에서 물이 차지하는 부 피를 구해 G25와 G10의 비(G25/G10)로 비교하면, 이론상 구한 값(1.24±0.04)이 관류 영상에서 구한 시간에 따른 보정한 ΔR1의 적분값으로 구한 값(1.50±0.34)의 오차범위 내에 포함된다. 실험에서의 평균값이 1.50으로 이론값 1.24보다 크게 나
온 것은 G25의 경우, 일시 주입한 Gd-DTPA가 G25 bead 내의 구조에 걸려 관류 용액과 같은 속도로 관류하지 못하고 관심 영역에 오래 머물기 때문에 관류량이 더 많게 측정되었을 것으로 보인다. 실험에 사용한 25 mM Gd-DTPA 0.1 ml가 정 량 펌프에 연결된 Sephadex에 들어갔을 때의 농도 변화는 비교적 낮은 농도 변화 이기 때문에 ΔR*2보다 ΔR1에 민감하게 변화하였고, 따라서 ΔR1의 적분값이 이 론값에 더 근접한 결과를 보였다.
시간에 따른 ΔR1 곡선의 적분값을 보정한 경우와 그렇지 않은 경우에 비교하 면, 보정한 ΔR1 곡선의 적분값을 1이라고 했을 때, 보정하지 않은 경우는 G10은 0.83, G25는 0.96으로 보정한 경우에 비해 작게 나왔다. T1 강조 신호만으로 구한 일반적인 방법에서의 ΔR1에서는 무시한 T2* 감소 효과를 보정하여 그만큼 Gd-DTPA에 의한 신호 증가가 커서 관류량도 크게 나왔다.
ΔR1으로부터 투과도를 알아보기 위한 실험에서는 팬텀으로 hollow fiber 형 투석기를 이용하였다. 투석기의 fiber 외부로 Gd-DTPA를 미리 넣어 약 4 mM이 되게하고, hollow fibber 내부로 이보다 낮은 농도의 Gd-DTPA 용액을 관류시키면 서 동시 획득 T1/T2* 강조 경사 자장 펄스열로 관류 영상을 얻었다. 투석기의 fiber 외부로 Gd-DTPA를 미리 넣어 두는 것은 생체(in vivo)에서 1차 관류이후, 1 차 관류시 혈관 외부로 빠져나간 조영제에 의해 혈관 외부의 조영제의 농도가 높 은 상황을 만들기 위함이다. 관류 영상으로부터 Gd-DTPA의 막 투과도를 구하기 위해 시간에 따른 ΔR1 곡선을 구해 2구획 모델을 기반으로 한 biexponential 함 수로 fitting하였다(그림 33). 보정한 ΔR1곡선이 보정하지 않은 경우보다 더 큰 값 을 가지며, 이는 MathematicaⓇ4를 이용한 컴퓨터 가상 실험에서도 확인할 수 있 었다(그림 34). 보정한 ΔR1의 경우 fiber 외부에서 내부로 향하는 방향으로의 투과 도 kev가 관류 속도 1.6 mm/sec 일 때는 (2.98±0.78)×10-6으로 보정하지 않았을 때의 (2.56±0.64)×10-6 보다 크게 나왔다. 관류 속도가 1.8 mm/sec 일 때는 투과 도가 이보다 큰 값으로 보정한 경우에는 (7.74±0.80)×10-6, 보정하지 않은 경우에
투과도를 가졌다. 즉, 일반적으로 하나의 T1 강조 신호로부터 구한 ΔR1는 RF 펄 스를 가하고 T1 강조 신호를 얻는 시간 TE1 동안에 나타난 T2*
감소 효과가 포함 되어 있어 ΔR1값이 작고, 시간에 따른 변화도 작아서 biexponential 함수로 fitting하여 구한 투과도가 작았다.
본 논문에서 제작하여 사용한 동시 획득 T1/T2*
강조 경사 자장 펄스열은 관류 영상을 얻기 충분한 공간, 시간적 해상도를 가졌다. 기존의 관류 영상에서는 조영 제에 의한 T2*
감소 효과와 T1 감소 효과 중에 하나만을 강조하고 다른 하나를 무 시하고 관류 정보를 얻었으나, 동시 획득 T1/T2*
강조 경사 자장 펄스열을 사용하 여 한번의 Gd-DTPA 일시 주입에서 T2*
강조 신호와 T1 강조 신호를 모두 얻을 수 있었다. 동시에 얻은 T2*
감소 효과와 T1 감소 효과를 영상 후처리 과정을 통해 이 둘을 구분하여 보정한 ΔR1, ΔR*2값을 구해 이로부터 좀더 정확한 관류 정보 를 얻을 수 있었다. 이와 같은 방법으로 얻은 관류 정보는 생체 내의 적용 부위에 상관없이 혈류 역학과 미소 순환의 측정을 가능하게 하여 종양의 진단 및 치료 후 경과 추적 등에 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.