Perfusion Magnetic Resonance Imaging: A Comprehensive Update on Principles and Techniques

장건호,Ka-Loh Li,Leif Ostergaard,Fernando Calamante 대한영상의학회 2014 Korean Journal of Radiology Vol.15 No.5

Perfusion is a fundamental biological function that refers to the delivery of oxygen and nutrients to tissue by means of blood flow. Perfusion MRI is sensitive to microvasculature and has been applied in a wide variety of clinical applications, including the classification of tumors, identification of stroke regions, and characterization of other diseases. Perfusion MRI techniques are classified with or without using an exogenous contrast agent. Bolus methods, with injections of a contrast agent, provide better sensitivity with higher spatial resolution, and are therefore more widely used in clinical applications. However, arterial spin-labeling methods provide a unique opportunity to measure cerebral blood flow without requiring an exogenous contrast agent and have better accuracy for quantification. Importantly, MRI-based perfusion measurements are minimally invasive overall, and do not use any radiation and radioisotopes. In this review, we describe the principles and techniques of perfusion MRI. This review summarizes comprehensive updated knowledge on the physical principles and techniques of perfusion MRI. Perfusion is a fundamental biological function that refers to the delivery of oxygen and nutrients to tissue by means of blood flow. Perfusion MRI is sensitive to microvasculature and has been applied in a wide variety of clinical applications, including the classification of tumors, identification of stroke regions, and characterization of other diseases. Perfusion MRI techniques are classified with or without using an exogenous contrast agent. Bolus methods, with injections of a contrast agent, provide better sensitivity with higher spatial resolution, and are therefore more widely used in clinical applications. However, arterial spin-labeling methods provide a unique opportunity to measure cerebral blood flow without requiring an exogenous contrast agent and have better accuracy for quantification. Importantly, MRI-based perfusion measurements are minimally invasive overall, and do not use any radiation and radioisotopes. In this review, we describe the principles andtechniques of perfusion MRI. This review summarizes comprehensive updated knowledge on the physical principles and techniques of perfusion MRI.

외국의 컴퓨터 단층촬영 장치의 방어시설 문헌 조사

장건호,양달모,성동욱,이광용,김혁주,Jahng, Geon-Ho,Yang, Dal-Mo,Sung, Dong-Wook,Lee, Kwang-Yong,Kim, Hyeog-Ju 한국의학물리학회 2008 의학물리 Vol.19 No.4

전 세계적으로 컴퓨터 단층 촬영 장치(Computed Tomography, CT)의 임상 적용이 환자의 질병의 조기 진단에 매우 중요하게 사용되고 있으며 사용 빈도 또한 매년 급증하고 있다. 새로운 종류의 CT 장치들이 병변을 조기 진단하기 위하여 개발되고 있다. 이 방사선 발생 장치에 의한 환자나 작업 종사자들의 방사선 피폭이 불가피 할 수도 있다. 국내에서는 CT 장치에 대한 구체적인 방사선 방어나 방사선 시설에 대한 구체적인 규정이 확립되어 있지 않다. 본 논문에서는 국내에서의 CT 사용시설에 대한 방사선 방어 시설과 사용 기준에 대한 규정 마련에 토대를 이루기 위하여 외국에서의 CT 장비에 대한 방사선 방어 및 방사선 차폐에 대한 규정을 조사하였다. 조사방법으로는 구글 검색을 이용한 특정 키워드 검색과 방사선 관련 업무를 수행하는 특정 웹사이트를 직접 검색하는 방법을 사용하였다. 검색결과 캐나다, 미국, 영국 등의 국가에서 국가의 실정에 맞는 가이드라인을 사용하고 있었으나, 아직 이중 에너지 CT에 대한 가이드라인은 없는 것으로 나타났다. 한국에서도 국내 실정에 적합한 CT 장비에서의 방사선 방어, 차폐, 환자나 작업종사자 및 일반인에 대한 방사선 피폭에 대한 가이드라인의 설정이 필요하다고 생각된다. A computed tomography (CT) is a powerful system for the effectively fast and accurate diagnosis. The CT system, therefore, has used substantially and developed for improving the performance over the past decade, resulting in growing concerns over the radiation dose from the CT. Advanced CT techniques, such as a multidetector row CT scanner and dual energy or dual source CT, have led to new clinical applications that could result in further increases of radiation does for both patients and workers. The objective of this study was to review the international guidelines of the shielding requirements for a CT facility required for a new installation or when modifying an existing one. We used Google Search Engine to search the following keywords: computed tomography, CT regulation or shield or protection, dual energy or dual source CT, multidetector CT, CT radiation protection, and regulatory or legislation or regulation CT. In addition, we searched some special websites, that were provided for sources of radiation protection, shielding, and regulation, RSNA, AAPM, FDA, NIH, RCR, ICRP, IRPA, ICRP, IAEA, WHO (See in Table 1 for full explanations of the abbreviations). We finally summarized results of the investigated materials for each country. The shielding requirement of the CT room design was very well documented in the countries of Canada, United States of America, and United Kingdom. The wall thickness of the CT room could be obtained by the iso-exposure contour or the point source method. Most of documents provided by international organizations were explained in importance of radiation reduction in patients and workers. However, there were no directly-related documents of shielding and patient exposure dose for the dual energy CT system. Based international guidelines, the guideline of the CT room shielding and radiation reduction in patients and workers should be specified for all kinds of CT systems, included in the dual energy CT. We proposed some possible strategies in this paper.

다중 프로브 구형 근거리장 안테나 측정시스템

장건호,박세호,서용훈,임영철,금홍식 한국전자파학회 2020 전자파기술 Vol.31 No.4

Multi-slice Multi-echo Pulsed-gradient Spin-echo (MePGSE) Sequence for Diffusion Tensor Imaging MRI: A Preliminary Result

장건호,Jahng, Geon-Ho,Pickup, Stephen Korean Society of Medical Physics 2007 의학물리 Vol.18 No.2

대부분의 임상용 자기공명영상 장치에서 확산텐서(difiusion tensor) 영상을 얻기 위하여 에코플렌(EPI) 스핀에코(spin-echo) 시퀀스를 사용한다. 하지만 이 영상법은 자화감수성에 매우 예민한 단점이 있다. 따라서 본 연구의 목적은 자화감수성에 의해 발생하는 영상의 변질을 최소화하면서 확산텐서를 한번에 얻을 수 있는 시퀀스를 개발하는데 있다. 모든 확산 텐서 성분을 한번에 얻기 위하여 다편(multi-slice) 8에코 스핀에코 시퀀스(MePGSE)가 개발되었다. 모든 180도 펄스는 기존에 사용된 방법과는 달리 선택된(slice selective) 경사자장을 이용하였다. 처음 7개의 에코 영상은 확산텐서 영상을 위하여 사용하였고, 마지막 에코 영상에서는 영상을 얻는 경사자장은 사용하지 않고 남아있는 자화를(residual magnetization) 최소화하기 위하여 삼차원 경사자장(crusher gradients)만을 사용하였다. 따라서 6개의 텐서 성분을 단 한번의 실험에 의하여 얻을 수 있었다. 이 시퀀스를 사용하여 물과 수박을 이용하여 실험을 하였으며 물에서의 확산 값이 기존에 출판된 값과 유사하게 나타나 본 연구에서 MePGSE 시퀀스의 신뢰를 가질 수 있었다. An echo planar imaging (EPI)-based spin-echo sequence Is often used to obtain diffusion tensor imaging (DTI) data on most of the clinical MRI systems, However, this sequence is confounded with the susceptibility artifacts, especially on the temporal lobe in the human brain. Therefore, the objective of this study was to design a pulse sequence that relatively immunizes the susceptibility artifacts, but can map diffusion tensor components in a single-shot mode. A multi-slice multi-echo pulsed-gradient spin-echo (MePGSE) sequence with eight echoes wasdeveloped with selective refocusing pulses for all slices to map the full tensor. The first seven echoes in the train were diffusion-weighted allowing for the observation of diffusion in several different directions in a single experiment and the last echo was for crusher of the residual magnetization. All components of diffusion tensor were measured by a single shot experiment. The sequence was applied in diffusive phantoms. The preliminary experimental verification of the sequence was illustrated by measuring the apparent diffusion coefficient (ADC) for tap water and by measuring diffusion tensor components for watermelon. The ADC values in the series of the water phantom were reliable. The MePGSE sequence, therefore, may be useful in human brain studies.

Practical Considerations of Arterial Spin Labeling MRI for Measuring the Multi-slice Perfusion in the Human Brain

장건호,Jahng, Geon-Ho Korean Society of Medical Physics 2007 의학물리 Vol.18 No.1

본 연구의 목적은 비침습적 동맥스핀라벨링(arterial spin labeling) 자기공명영상을 이용하여 다편(multislice) 뇌 관류영상(perfusion-weighted Images)을 얻을 수 있는 최적화 방법을 연구하는 데 목적이 있다. 본 연구에서는 세 가지 인자를 최적화하는 데 초점을 두었다. 첫째, 뇌로 흘러 들어오는 혈액을 최적으로 라벨링할 수 있는 펄스를 만드는 것이다. 시뮬레이션 결과 900도의 각을 이루는 반전펄스(adiabatic hyperbolic secant Inversion pulse)는 반전을 효과적으로 할 수 있고 반전을 이루는 형태가 직각에 가깝게 할 수 있는 최적이었다. 둘째, 영상을 얻고 난 후에 계속하여 남아 있는 자화(residual magnetization)을 최소화하는 것이다. 이를 최소화하기 위해서는 포화 펄스(saturation pulses)와 자화를 손상시키는 자장(speller gradients)을 동시에 사용하는 것이 최상의 방법임을 알았다. 마지막으로, 라벨링하는 영역과 영상을 얻는 영역 사이의 거리를 최소화할 수 있는 방법을 연구하였다. 두 영역 간의 최소 거리는 약 20 mm 정도가 최적임을 발견하였다. 위에서 얻은 최적화된 인자들을 바탕으로 13명의 정상인의 뇌에서 관류 영상을 얻은 결과 매우 좋은 대조도의 영상을 얻을 수 있었다. In this work practical considerations of a pulsed arterial spin labeling MRI are presented to reliable multi-slice perfusion measurements In the human brain. Three parameters were considered in this study. First, In order to improve slice profile and Inversion efficiency of a labeling pulse a high power Inversion pulse of adiabatic hyperbolic secant was designed. A $900^{\circ}$ rotation of the flip angle was provided to make a good slice profile and excellent Inversion efficiency. Second, to minimize contributions of a residual magnetization be4ween Interleaved scans of control and labeling we tested three different conditions which were applied 1) only saturation pulses, 2) only spotter gradients, and 3) combinations of saturation pulses and spotter gradients Applications of bo4h saturation pulses and spoiler gradients minimized the residual magnetization. Finally, to find a minimum gap between a tagged plane and an imaging plane we tested signal changes of the subtracted image between control and labeled Images with varying the gap. The optimum gap was about 20mm. In conclusion, In order to obtain high quality of perfusion Images In human brain It Is Important to use optimum parameters. Before routinely using In clinical studios, we recommend to make optimizations of sequence parameters.

스핀에코 펄스 시퀀스의 슬라이스 선택방향에서 혈류 보상을 위한 통일 경사자장법 연구

장건호,Stephen Pickup 대한자기공명의과학회 2006 Investigative Magnetic Resonance Imaging Vol.10 No.2

목적: 본 연구의 목적은 스핀에코(spin-echo) 자기공명영상 시퀀스 (sequence)에서 혈류 (blood flow)의 영상 저하를 줄이기 위한 새로운 경사자장 널링 (Gradient moment nulling) 방법 연구에 있다. 대상 및 방법: 스핀에코 시퀀스에서 사용하는 180도 펄스 주위에 혈류 보상과 동시에 180도 펄스의 불완전에서 생기게 되는 영상 저하를 줄일 수 있는 역할을 하는 경사자장을 이용한다. 이 경사자장은 혈류의 1차 (linear flow), 2차 (acceleration flow) 및 3차 (jurk flow) 운동에 대해 항상 같은 형태를 같기 때문에 통일된 경사자장의 형태를 갖는다. 이 기술을 이용하여 1차, 2차 및 3차 혈류 움직임에 의한 보상을 할 수 있는 스핀에코 시퀀스를 만들고 그 것을 펜텀과 사람의 뇌 영상에 사용하였다. 결과: 시뮬레이션을 이용한 혈류의 움직임에 대한 보상을 확인하였고 본 연구에서 제시된 새로운 기술이 기존에 제시된 기술에 비하여 향상된 결과를 펜텀 실험과 사람의 뇌 영상에서 보여 주었다. 결론: 본 연구에서 제시된 방법을 임상에 이용하면 혈류의 움직임에 대한 보상을 최적화 할 수 있으리라고 본다.

감마나이프를 이용한 뇌 질환의 3차원 정위 방사선 수술

장건호,Jang, Geon-Ho 한국동위원소협회 1992 동위원소회보 Vol.7 No.4

관류 자기공명영상의 원리 및 기술

장건호,김호성,김선미,류창우 대한자기공명의과학회 2011 Investigative Magnetic Resonance Imaging Vol.15 No.2

관류 자기공명영상은 크게 외인성과 내인성 조영제를 사용하는 방법으로 나눌 수 있고, 외인성조영제를 사용하는 방법으로는 DSC 와 DCE 방법이 있으며, 내인성 조영제를 사용하는 방법으로는 ASL 이 있다. 이들 관류 자기공명영상 방법들은 환자의 상태와 나타내고자 하는 영상인자에 따라 선별적으로 최적화되어 사용되어야 한다. 그 예로 급성 뇌졸중 환자의 경우 매우 빠른영상획득이 최우선적인 인자이므로 DSC 가 주로 이용되고 있고, 뇌종양 환자의 경우 여러 물리적 인자를 고려한 DSC 혹은 DCE 스캔이 필요하다. 또한 소아나 가임여성 및 신장병질환이 있는 경우는 ASL 을 이용되고 있다. 관류 자기공명영상 기술은 방사성 물질을 전혀 사용하지 않아약물효과의 평가와 기타 치료 효과를 이해하는데 많은 응용이 있을 것으로 생각된다

수퍼노달 해석법을 위한 균질화 방법 연구

김명현,장건호 慶熙大學校 레이저 工學硏究所 1991 레이저공학 Vol.2 No.-

The objective of this research is to develop computationly accurate and efficient supernode analysis theory and nodal homogenization method for PWR based on the revised QUANDRY code. The nodal homogenization schemes are generalized for application to heterogeneous two-dimensional problems for treatment of the baffle and reflector regions in nodal calculations and determination of homogenized nodal parameters in supernode. Homogenization method are investigated for assembly-wise and color-set-wise homogenization in EPRI-9 and ZION-1 reactor problems. The homogenization techniques of EPRI-9 problem showed good accuracy compared with PDQ and revised QUANDRY results - below 5% error. For the two homogenization method in ZION-1 reactor, color set wise method is more accurate than assembly wise method in more and peripheral regions.

가압경수로의 노심 해석을 위한 수퍼노달법 이론

김명현,장건호 慶熙大學校 레이저 工學硏究所 1991 레이저공학 Vol.2 No.-

The objective of this research is to revise an analytic nodal mathod code- QUANDRY which is written on the IBM main flame -on a workstation for the PWR core analysis, and to develop an accurate and efficient supernodal analysis theory for PWR which uses larger calculation nodes in heterogeneous reactor core region. Homogenization procedure is one of the vital step for a nodal method especially super-nodal analysis. Color set calculation methods were tested in the EPRI-9 problem. Most of the homogenization techniques showed good accuracy in power calculation compared with PDQ and revised QUANDRY -below 5% error.