전자공학회논문지SC (Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC)

대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
권호 표지

자기 공명영상 시스템의 수소원자 공명 주파수법을 이용한 생체 내 열 전달 관찰

In-Vivo Heat Transfer Measurement using Proton Resonance Frequency Method of Magnetic Resonance Imaging

  • 조지연 (인제대학교 의용공학과) ;
  • 조종운 (인제대학교 의용공학과) ;
  • 이현용 (부산백병원 진단방사선과) ;
  • 신운재 (부산백병원 진단방사선과) ;
  • 은충기 (인제대학교 의과대학 진단방사선과) ;
  • 문치웅 (인제대학교 의용공학과)
  • 발행 : 2003.05.01
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초록

본 연구에서는 자기공명영상(MRI)에서 수소 원자핵의 공명주파수(PRF) 방법을 기반으로 인체 종아리 근육 외부의 열원에 의해 근육 내부로 열원이 전달되는 과정을 비침습적으로 관찰하는 방법을 제시한다. 열전달과정을 온도 변화로 측정하였는데 온도 영상의 안정성 및 보정 실험은 phantom을 이용하였고 온도의 변화는 phantom과 인체 모두에서 측정하였다. Phantom 실험은 agarose gel을 중탕하여 약 50℃까지 가열시킨 후 1시간의 냉각과정 동안 매 3분마다 데이터를 획득하였다. 인체 실험에서는 지원자의 종아리(the calf)에 hot pack을 이용하여 열을 전달하였다. Hot pack을 발열시키기 전에 기준 데이터를 1번 획득하고, 발열시킨 후부터 매 2분마다 30분 동안 데이터를 획득하였다. 획득된 영상 데이터는 위상차 영상으로 재구성된 다음 각 ROI에서의 평균 위상차를 관측하였다. 온도를 34.2∼50.2℃의 범위에서 변화시켰을 때 phantom의 위상차는 온도 변화에 대해 선형적으로 변하였다. 이 범위에서 측정된 온도의 해상도는 0.0457 radian/℃(0.0038 ppm/℃)였다. 인체 실험에서는 각 영상에서 hot pack과 가까운 위치의 평균 위상차가 hot pack과 먼 위치의 평균 위상차보다 작은 값을 나타냈다 이를 통해 같은 영상 단면에서도 열원(heat source)과의 거리에 따라서 온도 변화가 다르게 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 본 연구를 통해 PRF방법을 이용하여 MRI에서도 비침습적으로 인체 내부의 열전달과정을 관측하였고 이로서 온열치료 시 MRI가 임상적 이용 가능성이 있음을 확인하였다.

The purpose of this study is to observe the heat transfer process in in-vivo human muscle based on Proton Resonance Frequency(PRF) method in Magnetic Resonance Imaging(MRI). MRI was obtained to measure the temperature variation according to the heat transfer in phantom and in-vivo human calf muscle. A phantom(2% agarose gel) was used in this experiment. MR temperature measurement was compared with the direct temperature measurement using a T-type thermocouple. After heating agarose gel to more than 5$0^{\circ}C$ in boiling hot water, raw data were acquired every 3 minutes during one hour cooling period for a phantom case. For human study heat was forced to deliver into volunteer's calf muscle using hot pack. Reference data were once acquired before a hot pack emits heat and raw data were acquired every 2 minutes during 30minutes. Acquired raw data were reconstructed to phase-difference images with reference image to observe the temperature change. Phase-difference of the phantom was linearly proportional to the temperature change in the range of 34.2$^{\circ}C$ and 50.2$^{\circ}C$. Temperature resolution was 0.0457 radian /$^{\circ}C$(0.0038 ppm/$^{\circ}C$) in phantom case. In vivo-case, mean phase-difference in near region from the hot pack is smaller than that in far region. Different temperature distribution was observed in proportion to a distance from heat source.

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