목적: 임상용 MRI에서 마우스 종양의 pH 측정을 위한 $^1H-^{31}P$ RF 코일 시스템을 개발하고 팬텀을 이용하여 pH 값의 정확도를 시험하고자 한다. 대상과 방법: 마우스 종양 연구를 위한 표면형 $^1H$ 및 $^{31}P$ radio frequency (RF) 코일을 개발하였다. 두 코일을 서로 수직이 되도록 설치하여 두 코일간의 상호인덕턴스를 0으로 하였다. 다양한 pH 값을 가진 팬텀으로부터 $^{31}P$ MR 스펙트럼을 얻어 Henderson-Hasselbalch equation을 이용하여 pH를 구하였다. $^{31}P$ 스펙트럼으로부터 얻은 pH값은 pH meter를 사용하여 직접 구한 pH값과 비교한다. 결과: $^1H-^{31}P$ RF 코일 상호간 coil coupling (S12)은 각각 -73.0, -62.3 dB로 충분히 분리 되었다. 균일한 팬텀으로부터 얻은 $^1H$ 영상의 signal-to-noise ratio (SNR)는 약 300 이상이며, in vivo 고해상도 마우스 영상을 얻을 수 있었다. $^1H$ 신호가 분리된 $^{31}P$ MR 스펙트럼으로부터 얻은 pH값은 pH meter로 직접 측정하여 얻은 값과 약 97% 상관관계를 가졌다. 결론: 본 연구에서 개발한 임상 MRI 장비용 $^1H-^{31}P$ RF 코일 시스템으로부터 정확한 pH를 구할 수 있었다. 본 코일 시스템은 31P 이외의 다른 핵 MRS 혹은 MRI에 적용 가능할 것으로 기대된다.
Purpose : To establish a pH measurement system for a mouse tumor study using a clinical scanner, to develop the $^1H$ and 31P radio frequency (RF) coil system and to test pH accuracy with phantoms. Materials and Methods: The $^1H$ and the $^{31}P$ surface coils were designed to acquire signals from mouse tumors. Two coils were positioned orthogonally for geometric decoupling. The pH values of various pH phantoms were calculated using the $^1H$ decoupled $^{31}P$ MR spectrum with the Henderson-Hasselbalch equation. The calculated pH value was compared to that of a pH meter. Results: The mutual coil coupling was shown in a standard $S_{12}$. Coil coupling ($S_{12}$) were -73.0 and -62.3 dB respectively. The signal-to-noise ratio (SNR) obtained from the homogeneous phantom $^1H$ image was greater than 300. The high resolution in vivo mice images were acquired using a $^{31}P$-decoupled $^1H$ coil. The pH values calculated from the $^1H$-decoupled $^{31}P$ spectrum correlated well with the values measured by pH meter ($R^2$=0.97). Conclusion: Accurate pH values can be acquired using a $^1H$-decoupled $^{31}P$ RF coil with a clinical scanner. This two-surface coil system could be applied to other nuclear MRS or MRI.
