목적：Time-resolved 3-Dimensional Phase Contrast(이하 4D flow)는 혈류를 3차원 공간에서 시간에 따라 변화하는 혈류를 측정할 수 있다. 하지만 심장 박동, 호흡 동조 등의 문제로 인해 검사 시간이 길다는 단점이 있고 이로 인해 Signal to Noise Ratio(이하, SNR)가 낮아 영상 후처리 분석에 많은 어려움이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 여러 논문에서 조영제를 넣는 것을 추천하고 있지만, 이에 따른 영향에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 조영제 농도에 따른 SNR 증가를 정량적으로 분석하고, 조영제에 의한 국소적 자기장 불균일이 Phase contrast에 어떠한 영향이 있는지 확인하고자 하였다.
대상 및 방법：본 연구는 Water Pump (DPW44-12 Water Pump, AC 220V Adapter)와 3D-printed stenosis model 을 이용하여 In vitro flow phantom system을 제작하였다. 제작한 phantom에 70kg 환자 기준 4.8L의 물을 순환시키면서 4D flow를 획득하였으며 조영제 Gd–DOTA (Gadoterate meglumine, Dotarem, Guerbet, France)를 1.75mmol, 3.5mmol, 4.75mmol, 7mmol/4.8L 희석하였다. 매개 변수로는 TR=10.6ms, NEX=1, FOV=200×200mm, voxel size= 1.5mm×1.5mm× 1.5mm, Temporal resolution=30, VENC=150cm/s이다. 이때, 조영제에 의한 SNR 증가와 Phase 의 변화를 관찰하기 위해 Flip Angle(FA)=5ﾟ, 10ﾟ, 15ﾟ, 20ﾟ로, TE=2.3ms, 4.6ms, 6.9ms, 9.2ms로 나누어 영상을 획득하였다.
결과：구간별 조영제에 의한 SNR 증가 비교결과, 0~1.75mmol 구간에서 FA 5°-116%, FA 10°-77%, FA 15°-65%, FA 20°-64%로 가장 큰 증가 폭을 보였으며 그 이후로는 완만하게 증가하다가 포화하는 경향을 보였다(p<0.01). Multi echo를 이용하여 각 조영제 농도별 Signal intensity를 TE=0ms일 때, 최고값 100%로 환산 후 non-linear square curve fitting 한 결과, R2* value는 0 mmol=0.0769, 1.75 mmol=0.0793, 3.5 mmol=0.0813, 4.75 mmol=0.0826, 그리고 7 mmol=0.0892로 각기 다른 값으로 측정되었다.
결론：4D flow MRI는 조영제 주입 시 SNR을 증가시킬 수 있으나 국소 자기장 불균일로 인한 Phase error를 발생시킬 수 있다. 그러므로 심장 박동, 호흡 동조 등의 문제로 인한 낮은 SNR을 보상하기 위해 소량의 조영제를 사용하는 것은 신호의 증가를 유도할 수 있으나 부정확한 Phase contrast를 발생시킬 수 있으므로 권고하지 않는다.

Purpose：Gadolinium contrast agent is used for time resolved 3D phase contrast (4D flow) due to lack of velocity to noise ratio (VNR). However, there is no quantification analysis of VNR improvement with gadolinium concentration and potential phase error induced by local inhomogeneity. This study evaluated gadolinium effect on 4D flow using Signal to noise ratio (SNR) measurement related to VNR and R2* estimation caused by phase error.
Materials and Methods：Flow circuit system was composed of 3D printed tricuspid valve model, 5L working fluid (100% water), and water pump (DPW44-12, DAEHWA electric, Korea)(Fig. 1). A gadolinium contrast agent(meglumine) was diluted into 5 different volumes (0, 3.5, 7, 10.5, 14mL) with 4.8L working fluid prepared in plastic reservoir. The working fluid was circulated through the flow circuit system at a constant flow (80cm/s). 4D flow experiments were performed on 3T clinical scanner(Ingenia CX, Philips, Netherlands) with 32-channel torso coil. The scan parameters were as follows: TR=10.6ms, FOV=200mm x 100mm, Voxel size= 1.5mm x 1.5mm x1.5mm, Temporal resolution= 30, VENC= 150cm/s, Acquisition time= 2min 30sec. Flip angles were 5/10/15/20° for Ernst angle due to relaxivity of gadolinium agent. Since SNR is proportional to VNR, when VENC and flow velocity are fixed, SNR was measured. TE were 2.3/4.6/6.9/10.2ms for estimation of R2* change caused by potential phase error. NEMA’s method was used for SNR measurement and nonlinear square curve fitting method was used for R2* estimation. All post processing and statistical analysis (one-way ANOVA) were performed in MATLAB 2019a (Mathworks Inc.,Natick, MA, USA).
Results：As a result of SNR measurement, SNR were dramatically increased from 0mL to 3.5mL in all flip angles (FA 5°-116%, FA 10°-77%, FA 15°-65%, and FA 20°-65%). After 3.5mL, the results of SNR were slightly increased in FA 5°, and remains stable in FA 10°, 15°, 20°(p<0.05) as shown in Fig. 2. R2* values were minimally risen in each volume (0mmol=0.0769, 1.75mmol=0.0793, 3.5mmol=0.0813, 4.75mmol=0.0826, and 7mmol=0.0892).
Conclusion：This study demonstrated 2-fold SNR improvement in 4D flow using a small amount of gadolinium contrast agent. Even though gadolinium shortened T1 relaxation time, increase in signal intensity was limited due to optimal Ernst angle. Therefore, additional gadolinium contrast agent is not needed. However, as results of phase error, it is considered that gadolinium affected potential phase error, because R2* value changed a little. The reason of a small variance of R2* value seems to be phase error in bipolar gradient encoding. With phase error, investigators could not evaluate the flow parameter in 4D flow with gadolinium contrast agent. Thus, a small amount of gadolinium should not be used for 4D flow imaging.

Ⅰ. 서 론
Ⅱ. 대상 및 방법
    1. 데이터 획득
    2. 데이터 분석
Ⅲ. 결 과
    1. 조영제 농도에 따른 SNR 및 R2* Value
Ⅳ. 고찰 및 결론
References

• 장유미(서울아산병원 영상의학과) | Yu-Mi Jang (Department of Radiology, Seoul Asan Medical Center)
• 박경진(서울아산병원 영상의학과/연세대학교 전기전자공학과) | Kyoung-Jin Park (Department of Radiology, Seoul Asan Medical Center/Electrical and Electronic Engineering, Yonsei university) Corresponding Author
• 양선욱(서울아산병원 영상의학과) | Seon-Wook Yang (Department of Radiology, Seoul Asan Medical Center)
• 서대건(서울아산병원 영상의학과) | Dae-Keon Seo (Department of Radiology, Seoul Asan Medical Center)