In Vivo and In Vitro Studies of the Steady State Free Precession-Diffusion-Weighted MR Imagings on Low b-value : Validation and Application to Bone Marrow Pathology

국문 초록 (Abstract)

목적
이 연구는 낮은 b값의 SSFP-확산강조영상에 의한 물분자의 확산 성질 측정이 가능한지를 알기 위한 모형연구를 하고 이 기법이 골수질환에 적용이 가능한 가를 아는 것이 목적이다.
재료 및 방법
모형 연구 : 순수한 물로 구성된 모형에서 확산강조 영상을 시행하였다. 섭씨 3도, 23도 그리고 63도의 순수한 물로 구성된 모형에서 SSFP 확산강조영상과 echo planner imaging(EPI) 확산강조영상 (b값: 1000 s/mm²)을 모두 시행하여 각각에서 신호 대 잡음 비(SNR; signal to noise ratio)와 확산계수를 얻었다.
임상 연구 : 10명의 천골 부족 골절, 10명의 골다공증에 의한 급성 요추 압박골절, 그리고 전이암에 의한 요추 압박골절 8명에서 각각 SSFP 확산강조영상을 시행하였다. SSFP 확산 강조영상 외 확산계수를 측정하기 위해 single shot stimulated echo-acquisition mode sequence를 이용한 확산강조영상을 시행하였다.
결과
모형연구에서 EPI 확산 강조영상뿐만 아니라 SSFP 확산강조영상에서 물의 온도가 증가됨에 따라 신호강도의 감소를 보였다. EPI-확산계수 영상에서 확산계수 값은 3도의 물은 0.13×10^(-3) mm²/s, 23도는 0.22×10^(-3) mm²/s 그리고 63도에서 0.37×10^(-3) mm²를 나타냈다. 이러한 결과는 SSFP 기법은 비록 낮은 b 값을 가지지만 확산 강조 영상으로 확신된다. SSFP 확산강조영상에서 모든 천골 부족 골절과 골다공증 척추 압박골절은 높은 확산계수를 의미하는 저신호강도를 전이암에 의한 압박골절은 낮은 확산 값을 나타내는 고신호 강도를 보였다.
결론
SSFP 확산강조영상에서 다른 확산계수를 가진 골수질환이 영상화 되었으며 모든 양설골절은 주위 정상 골수에 비해 저신호강도, 악성종양에 의한 골절은 고신호강도로 관찰되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose : The purpose of this study was a phantom study to measure the diffusion properties of water molecules by steady-state free precession diffusion-weighted imaging (SSFP- DWI) with a low b-value and to determine if this sequence might be useful for application to the evaluation of bone marrow pathology.
Materials and methods : 1. The phantom study:
A phantom study using two diffusion weighted sequences for the evaluation of the diffusion coefficient was performed. Three water-containing cylinders at different temperatures were designed: phantom A was 3℃, B was 23℃ and C was 63℃. Both SSFP and echo planar imaging (EPI) sequences (b-value: 1000 s/mm²) were performed for comparison of the diffusion properties. The Signal to noise ratios (SNR) and apparent diffusion coefficient (AUC) values of the three phantoms using each diffusion-weighted sequence were assessed.
2. The Clinical study:
SSFP-DWI was performed in 28 patients [sacral insufficiency fractures (10), osteoporotic lumbar compression fractures (10), malignant compression fractures (8)]. To measure the ADC maps, a diffusion-weighted single shot stimulated echo-acquisition mode sequence (650s/ mm²) was obtained using the same 1.5-T MR imager.
Results : For the phantom study, the signal intensity on the SSFP as well as the classic EPI-based DWI was decreased as the temperature increased in phantom A to C. The ADC values of the phantoms on EPI-DWI were 0.13×10^(-3) mm²/s in phantom A, 0.22×10^(-3) mm²/s in B and 0.37×10^(-3) mm²/s.in C. The SSFP can be regarded as a DWI sequence in view of the series of signal decreases.
Conclusion : Bone marrow pathologies with different diffusion coefficients were evaluated by SSFP-DWI. All benign fracturews were hypointense compared to the adjacent normal bone marrow where as the malignant fractures were hyperintense compared to the adjacent normal bone marrow.