알츠하이머성 치매의 진행에 따른 특징 맵 구성을 위한 뇌 구조 MR 영상 및 확산텐서 영상 분석 The construction of feature maps for the classification on the Alzheimer's disease progression using brain structural MR imaging and diffusion tensor imaging.원문보기
본 연구에서는 알츠하이머성 치매 진행에 따라 임상적으로 주관적 기억 장애, 경도 인지 장애, 알츠하이머성 치매로 분류된 그룹에 대해 비침습적으로 획득 가능한 뇌 구조적 영상 및 확산텐서 영상을 이용하여 Voxel-based morphometry (VBM)와 Track-based spatial statistics (...
본 연구에서는 알츠하이머성 치매 진행에 따라 임상적으로 주관적 기억 장애, 경도 인지 장애, 알츠하이머성 치매로 분류된 그룹에 대해 비침습적으로 획득 가능한 뇌 구조적 영상 및 확산텐서 영상을 이용하여 Voxel-based morphometry (VBM)와 Track-based spatial statistics (TBSS) 및 자동적 영상 분할을 통한 정량 분석을 수행하였으며, 전체 그룹 및 그룹 간 분류와 같이 분류 조건에 따라 유효한 변화 특징을 나타내는 영상 마커 및 변수를 결정하고, 이를 이용하여 특징 맵 구성 및 교차 검증을 통해 MR 영상을 이용한 질병 진단 방법을 제시하고자 하였다. 27명의 주관적 기억 장애 환자와 18명의 경도 인지 장애 환자, 27명의 알츠하이머성 치매 환자에 대해 3 Tesla 자기공명 장치 (Siemens, Trio TIM 3T MR)를 이용하여 뇌 구조적 영상 및 확산 텐서 영상을 획득하였다. VBM을 이용한 뇌 구조 영상의 그룹 분석 결과, 주관적 기억 장애 그룹에 비해 경도 인지 장애 그룹에서 체적의 감소는 있으나 뚜렷한 경향은 확인되지 않았으며, 알츠하이머성 치매 그룹에서는 전체적인 회백질 영역에서 체적 감소가 있었으며, 해마 및 편도체를 포함한 내측두엽 영역에서 가장 유의한 감소를 나타내었다. 또한 경도 인지 장애 그룹에 비해서 알츠하이머성 치매 그룹에서는 해마와 편도체를 포함한 내측두엽과 전전두엽 일부에서 체적 감소가 확인되었다. TBSS를 이용한 확산 텐서 영상의 그룹 분석 결과, 경도 인지 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서 유의한 차이는 없었으나, 주관적 기억 장애 그룹과 인지 장애 그룹, 주관적 기억 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 전반적인 뇌 백질 신경 섬유 영역에서 변화가 확인되었다. 뇌 구조 영상을 이용한 대뇌 피질 및 하부 구조의 정량 분석 결과에서는 알츠하이머성 치매 진행 정도가 심할수록 해마, 편도체, 측중격핵의 체적 및 내비피질 두께가 유의하게 감소하였으며, 측 뇌실과 하부 측 뇌실, 제 3뇌실 등 뇌척수액이 포함된 영역에서는 유의한 증가가 있었다. 자동적 영역 분할을 이용한 DTI 영상 분석에서는 뇌량 전체 및 대상속, 전측 방사관 등의 백질에서 유의한 변화가 있었으며, 뇌 구조 영상에서 유의한 체적 감소가 있었던 해마 및 편도체, 측중격핵에서도 통계적으로 유의하지는 않으나 비등방성 확산이 감소하는 경향이 있었고, 평균 확산도는 유의하게 증가하였다. 회백질의 체적 변화와 함께 평균 확산도 수치 역시 그룹을 분류할 수 있는 주요 요인으로 기대된다. 체적 및 피질 두께 등 뇌 구조 영상을 통해 분석할 수 있는 요인과 비등방성 확산 및 평균 확산도 등 확산 텐서 영상을 통해 분석할 수 있는 요인, 그리고 두 영상 기술을 조합한 복합 요인 (multi-modality)에 대해 알츠하이머성 치매 진행 정도에 따라 70개의 요인이 유의한 차이가 있었으며, 이에 대해 지지 벡터 기계 (support vector machine) 기반의 반복적 후진 제거 (recursive backward elimination)방법을 통해 유인의 우선순위를 결정하였다. 상위 순위 10개의 요인들에 대해 주성분 분석을 수행하여 차원을 감소시켰으며, 비선형 지지 벡터 기계를 이용하여 특징 맵 구성 및 임상적 분류와의 1000번의 교차 검증을 실시하였다. 전체 세 그룹에 대해 70.5%(±11.5)의 분류 정확성이 확인되었고, 주관적 기억 장애 그룹과 경도 인지 장애 그룹에서는 84.4% (±13.8), 경도 인지 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 86.9% (±10.5), 주관적 기억 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 96.3% (±4.6)의 분류 정확성이 측정되었다. 본 연구에서는 뇌 MR 영상을 이용하여 알츠하이머성 치매의 영향으로 인한 변화 영역 및 변수 등을 확인하였고, 이를 이용한 그룹 분류를 통해 질환 진행 정도의 차이가 큰 그룹에 대해서는 높은 분류 정확성을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 기존의 임상적 진단과 더불어 MR 영상을 이용한 보조적인 진단 기준으로서 유용할 것이라 사료된다.
본 연구에서는 알츠하이머성 치매 진행에 따라 임상적으로 주관적 기억 장애, 경도 인지 장애, 알츠하이머성 치매로 분류된 그룹에 대해 비침습적으로 획득 가능한 뇌 구조적 영상 및 확산텐서 영상을 이용하여 Voxel-based morphometry (VBM)와 Track-based spatial statistics (TBSS) 및 자동적 영상 분할을 통한 정량 분석을 수행하였으며, 전체 그룹 및 그룹 간 분류와 같이 분류 조건에 따라 유효한 변화 특징을 나타내는 영상 마커 및 변수를 결정하고, 이를 이용하여 특징 맵 구성 및 교차 검증을 통해 MR 영상을 이용한 질병 진단 방법을 제시하고자 하였다. 27명의 주관적 기억 장애 환자와 18명의 경도 인지 장애 환자, 27명의 알츠하이머성 치매 환자에 대해 3 Tesla 자기공명 장치 (Siemens, Trio TIM 3T MR)를 이용하여 뇌 구조적 영상 및 확산 텐서 영상을 획득하였다. VBM을 이용한 뇌 구조 영상의 그룹 분석 결과, 주관적 기억 장애 그룹에 비해 경도 인지 장애 그룹에서 체적의 감소는 있으나 뚜렷한 경향은 확인되지 않았으며, 알츠하이머성 치매 그룹에서는 전체적인 회백질 영역에서 체적 감소가 있었으며, 해마 및 편도체를 포함한 내측두엽 영역에서 가장 유의한 감소를 나타내었다. 또한 경도 인지 장애 그룹에 비해서 알츠하이머성 치매 그룹에서는 해마와 편도체를 포함한 내측두엽과 전전두엽 일부에서 체적 감소가 확인되었다. TBSS를 이용한 확산 텐서 영상의 그룹 분석 결과, 경도 인지 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서 유의한 차이는 없었으나, 주관적 기억 장애 그룹과 인지 장애 그룹, 주관적 기억 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 전반적인 뇌 백질 신경 섬유 영역에서 변화가 확인되었다. 뇌 구조 영상을 이용한 대뇌 피질 및 하부 구조의 정량 분석 결과에서는 알츠하이머성 치매 진행 정도가 심할수록 해마, 편도체, 측중격핵의 체적 및 내비피질 두께가 유의하게 감소하였으며, 측 뇌실과 하부 측 뇌실, 제 3뇌실 등 뇌척수액이 포함된 영역에서는 유의한 증가가 있었다. 자동적 영역 분할을 이용한 DTI 영상 분석에서는 뇌량 전체 및 대상속, 전측 방사관 등의 백질에서 유의한 변화가 있었으며, 뇌 구조 영상에서 유의한 체적 감소가 있었던 해마 및 편도체, 측중격핵에서도 통계적으로 유의하지는 않으나 비등방성 확산이 감소하는 경향이 있었고, 평균 확산도는 유의하게 증가하였다. 회백질의 체적 변화와 함께 평균 확산도 수치 역시 그룹을 분류할 수 있는 주요 요인으로 기대된다. 체적 및 피질 두께 등 뇌 구조 영상을 통해 분석할 수 있는 요인과 비등방성 확산 및 평균 확산도 등 확산 텐서 영상을 통해 분석할 수 있는 요인, 그리고 두 영상 기술을 조합한 복합 요인 (multi-modality)에 대해 알츠하이머성 치매 진행 정도에 따라 70개의 요인이 유의한 차이가 있었으며, 이에 대해 지지 벡터 기계 (support vector machine) 기반의 반복적 후진 제거 (recursive backward elimination)방법을 통해 유인의 우선순위를 결정하였다. 상위 순위 10개의 요인들에 대해 주성분 분석을 수행하여 차원을 감소시켰으며, 비선형 지지 벡터 기계를 이용하여 특징 맵 구성 및 임상적 분류와의 1000번의 교차 검증을 실시하였다. 전체 세 그룹에 대해 70.5%(±11.5)의 분류 정확성이 확인되었고, 주관적 기억 장애 그룹과 경도 인지 장애 그룹에서는 84.4% (±13.8), 경도 인지 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 86.9% (±10.5), 주관적 기억 장애 그룹과 알츠하이머성 치매 그룹 사이에서는 96.3% (±4.6)의 분류 정확성이 측정되었다. 본 연구에서는 뇌 MR 영상을 이용하여 알츠하이머성 치매의 영향으로 인한 변화 영역 및 변수 등을 확인하였고, 이를 이용한 그룹 분류를 통해 질환 진행 정도의 차이가 큰 그룹에 대해서는 높은 분류 정확성을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 방법은 기존의 임상적 진단과 더불어 MR 영상을 이용한 보조적인 진단 기준으로서 유용할 것이라 사료된다.
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