본 연구에서는 혈류 팬텀을 이용한 병렬영상기법 중 Grappa 가중치 사용을 통해 3D PC CINE기법의 단점 인 검사
시간을 줄이고 좋은 질의 영상을 가진 적절한 파라메터를 찾아 단점을 보완하고 3D PC CINE의 임상적 유용성을 알
아보고자 하였다. 실험대상은 환자의 섬유재질의 대동맥 팬텀을 사용하였다. 84세의 대동맥협착 질환을 가지고 있
는 환자의 CT영상을 이용하여 3D modiling 하고 3D프린터를 이용해 출력하였다. 사용된 CT장비는 dual source CT
이였으며, 3D modeling에 사용된 프로그램은 A-View이었다. MRI장비는 Skara 3.0T이며 Body array 32ch coil을
사용하였다. 팬텀 모델은 혈류속도 평가를 위해 협착이 있도록 설계하여 3D 프린터를 이용해 출력하였다. 획득된 영
상은 GTflow 프로그램을 사용하여 각기 다른 팬텀의 4군데(이하 R1~R4)부분에 동일한 관심영역을 설정 후 각각
의 혈류 속도와 혈관의 전단응력을 나타내는 WSS를 측정하여 비교하였고 관심영역 단면의 픽셀들에 대한 속도를 측
정하여 그래프로 나타내었으며 각 영상들 프로세싱을 통해 구현하여 비교하였다. 평균 검사시간은 11분 41초였으며
Grappa off 검사시간은 28분 38초 Grappa 4단계를 적용한 시퀀스의 검사시간은 3분 16초로 검사시간의 차이는 25분
22초였다. 총 4구역의 phase image의 속도평균과 혈류량 평균을 구한 결과 (5.73(R1), 8.91(R2), 16(R3), 6.4(R4))와
(32.7(R1), 21.7(R2), 20.5(R3), 23.7(R4))으로 협착이 있는 부분(R3)의 혈류속도가 증가하고 와류에 의한 국소적인
혈류량 감소가 있는 것으로 보아 정상적인 data획득을 알 수 있으며 속도의 차이율은 각각(1.4, 1.5, 0.4, 1.5%)이었고
flow와 WSS도 각각(1.4, 1.6, 0.8, 25%), (2.1, 1.4, 1.1, 0.8%)이었다. 본 논문은 Grappa를 적용하여 검사 시간을 단
축한 3D PC기법이 기존의 적용하지 않은 검사법과 비교하였을 때 검사의 주 목적인 혈류의 정량적 평가가 다르지 않
음을 증명하였다. Grappa 4단계를 제외한 Grappa 1~3 검사기법에서 동일한 결과를 나타냈고, 3단계와 4단계의 검사
시간 차이가 14초로 거의 없으므로 빠른 검사시간이 필요한 중등도 및 소아환자나 폐쇄공포증을 가진 환자에게 G3이
하를 적용하여 검사시간 단축을 통해 환자의 불편함을 해소하고 발생 가능한 움직임에 대한 인공물을 줄인다면 기존
영상기법에 비해 임상적 활용 가치가 높아 질 것이라 사료된다.

In this study, To evaluate the performance of four-dimensional phase-contrast MRI (4D
PC-MRI) using various integrated parallel acquisition technique (Grappa) acceleration. The
experiments were carried out with the in-vitro patient-specific aorta flow phantom. To fabricate
the flow phantom, CT images an 84-year-old man with severe aortic stenosis were used for
segmentation and 3D modeling. 3D modelling of the thoracic aorta was processed based
on the in-house software (A-view cardiac, asan medical center, south korea). The identical
flow was measured with various Grappa from 0 to 4 velocity and flow, WSS was estimated
for quantifying the performance of the 4D PC-MRI. Qualitative results measurement by GT
flow. Qualitative inspection of Phase image from the 4D PC-MRI sequence showed a almost
identical of velocity and flow, WSS (wall share stress) except in the Grappa 4 step with
increasing Grappa. Underlying velocity noise resulted in more curvy streamlines. Images
grading test showed that the Grappa 4 showed significant decrease of the images quality
(multi-way anova analysis: P<0.05). Considering the acquisition time and corresponding
velocity and flow, Grappa 2 and 3 showed comparatively enough same results with timeefficiency
(<4 min).

자기공명영상(magnetic resonance image, MRI)을 이용한 혈관검사는 유속흐름 강조(time of flight, TOF)가
대표적이나 해부학적 평가만 가능하므로 혈관의 시술적 또는 수술에 있어서 제약이 따른다.

그래서 혈관의 정량적 평가가 가능한 3차원 시간분해 위상대조도 (three dimensional, time-resolved phase contrast,

3D PC CINE) 또는 4D flow로 불리는 기법은 검사장비와 컴퓨터의 발전으로 한 검사시간 동안의 3방향의 위상정보를

얻음으로써 다각도의 혈류정보를 측정할 수 있으며, 2D PC기법보다 좋은 대조도 비 잡음비(signal to noise ratio, SNR)로

영상획득이 가능하다. 또한 stream line이나 wall shear stress (WSS) 그리고 vector representation과 같은 시각화된

영상처리를 통해 복잡한 구조를 가지는 혈관검사에 임상적으로 유용하게 사용되고 있다.
그러나 3D PC CINE 기법은 검사 전 검사 대상자의 심박동 동기화가 필수로, 이로 인하여 환자의 심박동 주기에 따라

검사시간이 결정 되며, 신호 획득 시 별도의 위상 부호화 방향의 획득이 필요하여 보통 3분에서 5분정도 걸리는

MRI 한 시퀀스의 검사획득 시간보다 검사시간이 길어(mean 20 min)진다. 그로 인한 환자의 기인한 움직임 인공물(motion artifact)이

발생하고 이에 수반된 부정확한 혈류정보와 시간적 제약으로 검사 조건에 대한 최적화가 어려워 좋은 질의 영상을 기대하기 어렵다.

또한 긴 검사시간으로 인해 중증 환자나 폐쇄공포증이 있는 환자 또는 짧은 시간에 검사를 완료해야 하는 환자에게 적용하지 못하는

단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위한 여러 가지 연구가 진행되고 있으나 임상적으로 활용가치가 떨어지며 검사시간을

줄이기 위하여 변경할 수 있는 검사 조건에 대한 명확한 제시가 없어 검사 시간의 대한 단축방법이 없는 게 실정이다.

명확한 검사조건 제시를 통해 검사 시간을 줄이고 임상적 가치가 있는 영상을 구현한다면 3D PC CINE는 임상적으로

활용도가 높아질 것이다. 검사 시간을 줄이기 위한 가장 기본적인 방법 중 SENSE (sensitive encoding)나
Grappa (generalized auto calibrating partially parallel acquisitions)와 같은 각 장비 고유의 시간을 줄이기 위한 기법을

사용하여 조절할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 혈류 팬텀을 이용한 병렬영상기법 중 Grappa 가중치 사용을 통해 3D PC CINE기법의

단점인 검사시간을 줄이고 좋은 질의 영상을 가진 적절한 파라메터를 찾아 단점을 보완하고 3D PC CINE의 임상적 유용성을

알아보고자 하였다.

실험대상은 환자의 섬유재질의 대동맥 팬텀을 사용하였다. 84세의 대동맥협착 질환을 가지고 있는 환자의

CT영상을 이용하여 3D modeling 하고 3D프린터를 이용해 출력하였다. 사용된 CT장비는 dual source CT

(somatom definition flash, siemens, erlangen, germany)이였으며 3D modeling에 사용된 프로그램은

A-View (cardiac, asan medical center, south korea)이었다.

MRI장비는 Skara 3.0T (siemens medical system, germany)이며 body array 32 ch. coil을 사용하였다.

팬텀 모델은 혈류속도 평가를 위해 협착이 있도록 설계하여 3D 프린터(cubicon single, 3DP-310F, south korea)를

이용해 출력하였다. 수중 모터(수중펌프, UP-300, hyubsin 15W)를 이용해 초당 30 cm 속도를 구현하였고 심박동 동기화

시뮬레이션의 박동수는 평균 심박동수인 60 beat/min으로 설정하였다.

검사 시퀀스는 3D T1 FFE phase contrast를 이용하였고, Field of view (FOV):120 mm TR/TE:6.9 ms/4.1 ms,

slice thickness:2 mm without gap, slice: 20 flip angle:15°, cardiac phase:3, velocity: 30 cm/sec으로 병렬영상

기법 중 Grappa를 1단계부터 5단계(off, G1~G4)까지 변경하여 각각 3번씩 동일하게 반복영상 획득하였다.

획득된 영상은 GTflow (ver. 3.0, gyrotools. swizerland)프로그램을 사용하여 각기 다른 팬텀의 4군데(R1~R4)
부분에 동일한 관심영역(region of interest, ROI)을 설정 후 각각의 혈류 속도와 혈관의 전단응력을 나타내는
WSS를 측정하여 비교하였고, 관심영역 단면의 픽셀들에 대한 속도를 측정하여 그래프로 나타내었으며 각 영상들

프로세싱을 통해 streamline 구현하여 비교하였다(Fig. 1).

통계적 분석으로는 다원배치 분산분석(multiway ANOVA)을 이용하였고 사용된 프로그램은 SPSS(ver. 18, chicago, IL, USA)이었다.

3.1 검사 시간
평균 검사시간은 11분 41초였으며 Grappa off 검사시간은 28분 38초 Grappa 4단계를 적용한 시퀀스의

검사시간은 3분 16초로 검사시간의 차이는 25분 22초였다
[Table 1].

3.2 정량적 평가 결과
총 4구역의 phase image의 속도평균과 혈류량 평균을 구한 결과 (5.73(R1), 8.91(R2), 16(R3), 6.4(R4))와

(32.7(R1), 21.7(R2), 20.5(R3), 23.7(R4))으로 협착이 있는 부분(R3)의 혈류속도가 증가하고 와류에 의한

국소적인 혈류량 감소가 있는 것으로 보아 정상적인 data획득을 알 수 있으며, Grappa 가중치 사용별 구역

평균결과는 Table 2와 같으며 속도의 차이율은 각각 (1.4, 1.5, 0.4, 1.5%)이었고 flow와 WSS도 각각(1.4,1.6, 0.8, 25%),

(2.1, 1.4, 1.1, 0.8%)이었다(Table 2).
Grappa 단계별 적용의 각 velocity와 flow 결과값에 대한 그래프는 Fig. 2와 같다(Fig. 2).

3.3 통계적 평가 결과
실험의 통계적 평가 결과는 다음과 같다(Table 3).