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문제 정의
- T2WI와 DWI 기법으로 획득된 MRI을 이용하여 뇌 색전 부위의 시간대별 정량화를 위하여 뇌 영역의 경계 검출과 두 가지 기법에 의한 MR 영상간의 영상정합 과정을 수행하고자 하였다. 이를 위해 먼저 T2WI에서 두개골 부위의 영상을 제거한 영상과 DWI의 형태 구조학적인 특징을 추출하였다.
- 본 연구에서는 동물실험을 통하여 뇌 혈류량을 분석하기 위하여 고양이를 대상으로 내경동맥을 통해 세 가지 지방 물질과 비지방 색전 물질을 실험적으로 주입하여 뇌 지방 색전증을 유발시킨 후 정상 부위와 색전 부위에서 뇌 혈류량의 변화를 정량적으로 분석하고자 하였다. 영상 데이터는 뇌경색의 초기 단계인 30분과 2시간에서 T2WI, 확산강조 영상 (diffusion weighted imaging, DWI), 그리고 역동적 PWI를 획득하고자 하였다.
- 본 연구의 결과는 뇌 지방색전증에 의한 혈류량의 동적 특성 변화를 판별 할 수 있다. 그리고 동물을 대상으로 여러 가지 지방물질들을 주입하여 뇌 지방 색전증을 유발한 후 각 물질별 뇌 혈류량을 정량적으로 측정하였고, 허혈 질환의 초기 발견 및 치료에 매우 중요한 관류결손 부위의 대뇌 혈류량을 측정하여 이를 영상정보인 상대 관류도 지도로 구현 하므로써기존의 해부학적 정보 외에 혈류 역학적 정보를 구현한 점이 특이하다 할 수 있겠다.
- 영상 데이터는 뇌경색의 초기 단계인 30분과 2시간에서 T2WI, 확산강조 영상 (diffusion weighted imaging, DWI), 그리고 역동적 PWI를 획득하고자 하였다. 색전 유발 후 여러가지 지방 물질별로 획득된 T2WI와 DWI에서 획득한 영상을 정량화하기 위하여 뇌 영역의 경계를 검출하고, 이들 두 영상을 정합한 후 T2WI와 DWI에서 영상들 간 시간대별 신호강도의 변화를 비교하고자 하였다. 또한 획득한 PWI으로부터 국소뇌혈류량 (regional cerebral blood volume, rCBV) 을 정량적으로 비교, 분석하여 평균뇌혈류량비 (mean rCBV ratio)와 평균통과시간 (mean transit time: MTT)을 측정하였으며, 영상 후처리 프로그램을 개발하여 다양한 정보를 가진 뇌혈류 영상을 이용하여 동적 특성 변화를 상대 관류비 지도로 구현하고자 하였다.
제안 방법
- 만일 시간-신호강도 곡선이 잡음이 많이 함유된 경우에는 초기 위상 값 10 정도를 적분하였으며, 피팅한 후의 적분 값이 raw 데이터의 적분 값보다 큰 경우는 부적절한 피팅으로 간주하고 raw 데이터의 적분 값을 이용하였다. AR2* 의 raw 데이터를 적분하여 총관류량 영상을 측정하였고, V -variate 함수를 피팅한 곡선으로부터 1차 관류영상을 구하였다. 이때 적분구간은 1차 관류의 최대값 이후 즉, 재순환에 의해 감소하던 값이 다시 증가하기 시작하는 시간까지로 정 하였다.
- MRI 기기에서 획득된 데이터를 영상 후처리 과정에 의해 분석하기 위하여 웍스테이션 (magic view 1000™, Siemens, Germany), 영상저장장치 (π view spectra server, Mediface, Korea), 그리고 개인용 PC를 사용하여 미니 영상 저 장전송시스템 (picture archive and communication system, PACS)을 구성하였다. 미니 PACS에 의해 MR 영상을 획득한 후 그림 1과 같은 일련의 영상 후처리 과정을 수행하였다.
- T2WI와 DWI를 기초로 하여 고 신호강도가 가장 크게 보이는 한 부위를 선택한 후 EPI 기법을 이용하여 PWI를 획득하였다. 먼저 T2WI는 turbo spin echo (TSE) 기법을 사용하였다.
- 5T Magnetom Vision, Siemens, Germany) MRI 장비를 사용하였다. 고양이를 소아용 위치잡이에 복와위로 누인 후 지름 8.5cm의 좁은 영상영역용 radio-frequency coil (Siemens, Germany) 을 머리 위에 고정시켰다. 뇌 혈류량을 측정하기 위하여 T2WI와 EPI 기법을 적용한 DWI 및 PWI 기법들을 사용하였다.
- 실험 도중에 고양이가 마취에서 깨어나면 상기에서 언급한 용량의 반을 다시 주사하였다. 고양이를 앙와위로 뉘어 실험용 틀에 고정시킨 후 우측 사타구니 부분의 털을 제거하고 소독한 후 피부를 약 2cm 절개하고 우측 대퇴동맥을 노출시켰다. 노출된 대퇴동맥 의원 위부를 4.
- 이는 각 영상 획득 시 ROI에 차이가 있기 때문이다. 그러므로 추출된 결과를 이용한 영상정합 과정이 요구되므로, 본 연구에서는 DWI에서 뇌의 경계 추출 및 위치정보를 획득하기 위하여 가우시안 잡음의 영향을 적게 받는 Canny 경계 검출 기법을 사용하였고, 적용된 알고리듬은 아래와 같다.
- 변화를 판별 할 수 있다. 그리고 동물을 대상으로 여러 가지 지방물질들을 주입하여 뇌 지방 색전증을 유발한 후 각 물질별 뇌 혈류량을 정량적으로 측정하였고, 허혈 질환의 초기 발견 및 치료에 매우 중요한 관류결손 부위의 대뇌 혈류량을 측정하여 이를 영상정보인 상대 관류도 지도로 구현 하므로써기존의 해부학적 정보 외에 혈류 역학적 정보를 구현한 점이 특이하다 할 수 있겠다.
- 다항 워핑은 기준점에 의해 제어되므로 변환되지 않는 기준점을 설정하고 기준점들 사이 영상을 변환시키는 기법으로다항 워핑 중 3 차 워핑을 사용하였다. 그리고 워핑에서발생하는 왜곡 현상을 방지하기 위하여 저역통과 필터와 선형 보간 과정을 수행하였다. 적용된 3차 워핑은 다음 식과 같다.
- 1차 관류곡선은 혈류의 1차 관류를 나타내기 때문에 Y-variate 함수 즉, AR2*(t) = AR2*(0)t"" (t>0)을 적용하였다. 그리고 초기 위상 값을 10 정도로 두고 시간-신호강도 곡선을 최소 제곱법 알고리듬으로 비선형 곡선 피팅 (fitting)하여 AR2'(0), a, 6 등의 매개변수를 구하였다[8]. 만일 시간-신호강도 곡선이 잡음이 많이 함유된 경우에는 초기 위상 값 10 정도를 적분하였으며, 피팅한 후의 적분 값이 raw 데이터의 적분 값보다 큰 경우는 부적절한 피팅으로 간주하고 raw 데이터의 적분 값을 이용하였다.
- 이를 위해 먼저 T2WI에서 두개골 부위의 영상을 제거한 영상과 DWI의 형태 구조학적인 특징을 추출하였다. 그리고 추출된 결과를 이용하여 영상정합을 수행하고자 동일한 시기 및 색전 부위의 T2WI와 두개골을 제외한 형태인 DWI에서 뇌 색전 부위를 비교하였다. 그러나 동일한 크기 및 위치에서 신호가 관찰되지 않았다.
- 고양이를 앙와위로 뉘어 실험용 틀에 고정시킨 후 우측 사타구니 부분의 털을 제거하고 소독한 후 피부를 약 2cm 절개하고 우측 대퇴동맥을 노출시켰다. 노출된 대퇴동맥 의원 위부를 4.0 실크로 결찰하고 18G 정맥주사용 도관을 사용하여 우 대퇴동맥에 삽입하고, 우 대퇴동맥 안으로 3F SP 미세도관 (Terumo, Tokyo, Japan)을 사용하여 편측 내경동맥에 위치시키고 조영제를 주입하였다. 조영제 주입을 확인한 후 100ul Hamilton 주사기를 사용해서 색전 물질을 천천히 주입하여 폐쇄 시켰다.
- 뇌 색전 유발 후 30분과 2시간에서 T2WI와 DWI를 동일한 조건에서 제 1군 (n=15), 2군 (n=9), 3군 (n=ll), 그리고 4군 (n=9, 대조군)에 적용하여 각각 획득하였다. T2WI와 DWI를 기초로 하여 고 신호강도가 가장 크게 보이는 한 부위를 선택한 후 EPI 기법을 이용하여 PWI를 획득하였다.
- 19초로 선택하였다. 또한 초기 위상신호로부터 TR 1.2초에 정상상태를 만들기 위해 스캔을 시작하여 약 3-4 위상 후에 조영제 (Gadopentetate Dimeglumine, Gd-DTPA, Magnevist®, Schering, Germany) 1ml를 빠른 속도로 경동맥에 주입한 후 연속하여 식염수 5ml를 경동맥에 주입하여 40 위상까지 영상을 획득하였다.
- 색전 유발 후 여러가지 지방 물질별로 획득된 T2WI와 DWI에서 획득한 영상을 정량화하기 위하여 뇌 영역의 경계를 검출하고, 이들 두 영상을 정합한 후 T2WI와 DWI에서 영상들 간 시간대별 신호강도의 변화를 비교하고자 하였다. 또한 획득한 PWI으로부터 국소뇌혈류량 (regional cerebral blood volume, rCBV) 을 정량적으로 비교, 분석하여 평균뇌혈류량비 (mean rCBV ratio)와 평균통과시간 (mean transit time: MTT)을 측정하였으며, 영상 후처리 프로그램을 개발하여 다양한 정보를 가진 뇌혈류 영상을 이용하여 동적 특성 변화를 상대 관류비 지도로 구현하고자 하였다.
- 그리고 초기 위상 값을 10 정도로 두고 시간-신호강도 곡선을 최소 제곱법 알고리듬으로 비선형 곡선 피팅 (fitting)하여 AR2'(0), a, 6 등의 매개변수를 구하였다[8]. 만일 시간-신호강도 곡선이 잡음이 많이 함유된 경우에는 초기 위상 값 10 정도를 적분하였으며, 피팅한 후의 적분 값이 raw 데이터의 적분 값보다 큰 경우는 부적절한 피팅으로 간주하고 raw 데이터의 적분 값을 이용하였다. AR2* 의 raw 데이터를 적분하여 총관류량 영상을 측정하였고, V -variate 함수를 피팅한 곡선으로부터 1차 관류영상을 구하였다.
- 수행하였다. 먼저 MRI 기기의 콘솔에서 웍스테이션 _화일전송 프로토콜(workstation_file transfer protocol, WS ______ 및 의료영상전송 프로토콜 (digital imaging and communications in medicine, DICOM) 3.0을 이용하여 MR 영상을 Microsoft Windows NT로 구현되는 PC와 PACS 용 nView Server 로 전송 및 저장하였다. 그리고 PC 에서 Ima2.
- 같은 일련의 과정에 의해 수행하였다. 먼저 T2WI와 DWI의 뇌 영역을 검출하고, 검출된 뇌 영역의 위치정보를 이용하여 영상 워핑을 수행하였다. 영상 워핑 수행 후나타나는 일그러짐 현상을 방지하기 위하여 팬트 보간 알고리듬 (Fant's interpolation algorithm)을 사용하였다.
- PACS)을 구성하였다. 미니 PACS에 의해 MR 영상을 획득한 후 그림 1과 같은 일련의 영상 후처리 과정을 수행하였다.
- 영상 후처리 프로그램을 개발하였다. 변환된 raw 데이터 PWI에서 각 화소별로 구한 시간-신호강도 곡선을 개발된 영상 후처리 프로그램을 사용하여 AR2, 곡선으로 변환시켰다.
- 상기 식 (2), (3)에 의해 AR2* 곡선과 상대적 및 국소 뇌 혈류량을 정량적으로 산출하고자 Visual C++ 언어를 이용하여 영상 후처리 프로그램을 개발하였다. 변환된 raw 데이터 PWI에서 각 화소별로 구한 시간-신호강도 곡선을 개발된 영상 후처리 프로그램을 사용하여 AR2, 곡선으로 변환시켰다.
- 조영제 주입을 확인한 후 100ul Hamilton 주사기를 사용해서 색전 물질을 천천히 주입하여 폐쇄 시켰다. 색전술이 끝나면 디지털감산혈관조영기 (digital subtraction angiography, DSA)를 사용하여 X-선 투시 하에 조영제를 내경동맥에 주입하면서 혈관의 폐쇄 여부를 확인한 시점을 색전 시작시간으로 규정하였다.
- , Colorado, USA)를 이용하여 뇌 혈류량의 상대적 관류도 지도를 다음과 같이 측정하였다. 시간-신호강도 곡선에서 조영제가 들어가기 전의 정상 상태를 기준 신호의 위상을 설정하고, 40초 동안에 획득한 PWI 상의 대뇌피질 영상에서의 동적 신호를 측정하였다. 그리고 평균 통과시간 이내에 있는 화소들에 대한 시간-신호강도 곡선을 AR2* 곡선 변환식에 적용하였다.
- 시간-신호강도 곡선을 자체 개발한 프로그램을 사용하여 AR2' 곡선으로 변환하고 이를 적분하여 뇌 혈류량을 구하였다. 색전 물질별들을 실험군인 각 고양이에게 주입한 후 30 분과 2시간이 경과한 시점에서 국소 뇌 혈류량 및 평균 뇌 혈류량의 비를 측정하여 비교 검토한 결과는 그림 6과 같으며 편측 내경동맥에 여러가지 색전물질을 주입한 후 30분과 2시간이 경과된 시점에서 측정한 뇌 혈류량은 모든 실험군에서 병변 부위의 뇌 혈류량이 정상부위에 비해 감소되었다.
- 14kg)의 정상적인 고양이 44마리를 사용하였다. 실험 대상을 색전 물질에 따라 4가지 군으로 구분하였다. 제 1군은 15마리에 중성지방인 트레올레인 (triolein, triglycerol, Sigma, MO, USA)을 0.
- 실험군별 정량적인 신호강도는 뇌 지방 색전증 유발 후 30분과 2시간의 T2WI와 DWI에서 ROI 즉, 색전 부위와 그에 상응하는 반대측 정상부위에서 측정하였다. 실험 제 1, 2, 그리고 3군의 T2WI와 DWI의 시간대별 신호강도는 서로 비슷하게 관측되었다.
- 45。씩 배열하여 8개로 설정한 후 각 기준점에 대해 영상정합 과정을 수행하였다. 다항 워핑 기법을 적용한 결과 변환된 DWI는 그림 3과 같다.
- 변화를 정량적으로 분석하고자 하였다. 영상 데이터는 뇌경색의 초기 단계인 30분과 2시간에서 T2WI, 확산강조 영상 (diffusion weighted imaging, DWI), 그리고 역동적 PWI를 획득하고자 하였다. 색전 유발 후 여러가지 지방 물질별로 획득된 T2WI와 DWI에서 획득한 영상을 정량화하기 위하여 뇌 영역의 경계를 검출하고, 이들 두 영상을 정합한 후 T2WI와 DWI에서 영상들 간 시간대별 신호강도의 변화를 비교하고자 하였다.
- 영상처리 소프트웨어 (interactive data language, IDL, Research Systems Inc., Colorado, USA)를 이용하여 뇌 혈류량의 상대적 관류도 지도를 다음과 같이 측정하였다. 시간-신호강도 곡선에서 조영제가 들어가기 전의 정상 상태를 기준 신호의 위상을 설정하고, 40초 동안에 획득한 PWI 상의 대뇌피질 영상에서의 동적 신호를 측정하였다.
- 영상획득 과정을 통해 획득한 40개의 단면 PWI들로부터관류 정보를 구하기 위하여 다음과 같은 raw 데이터 변환과정을 수행하였다. 먼저 MRI 기기의 콘솔에서 웍스테이션 _화일전송 프로토콜(workstation_file transfer protocol, WS ______ 및 의료영상전송 프로토콜 (digital imaging and communications in medicine, DICOM) 3.
- 통하여 유발되도록 하였다. 움직임을 방지하기 위하여 Ketamine HC1 (ketamin, hydorchloride 50mg/ml, Yuhan Co., Seoul, Korea) 와 Xylazine (rompun hydrochloride, Bayer, USA)으로 3각 2.5㎎/㎏ 및 0.125㎎/㎏을 혼합하여 근육 주사하여 마취하였다. 실험 도중에 고양이가 마취에서 깨어나면 상기에서 언급한 용량의 반을 다시 주사하였다.
- 약 Winn?의 면적으로 최소 5-8개의 화소를 포함하는 원형의 ROI을 설정한 후, 시간 경과에 따른 각 화소별 신호강도의 변화를 보여주는 시간-신호강도 곡선을 구하였다.
- 1mm, echo train length (ETL)는 7Z 여 기횟수는 2회, 그리고 스캔시간은 2분 44초이다. 이들 변수를 선택한 후 T2WI를 획득하였다. 다음으로 DWI는 단일-방출 경사 (single-shot gradient) EPI 기법을 이용해서 전, 후 방향으로 경사 펄스의 b 값으로 O-LOOOsec/mn?를 인가하였다.
- 하였다. 이를 위해 먼저 T2WI에서 두개골 부위의 영상을 제거한 영상과 DWI의 형태 구조학적인 특징을 추출하였다. 그리고 추출된 결과를 이용하여 영상정합을 수행하고자 동일한 시기 및 색전 부위의 T2WI와 두개골을 제외한 형태인 DWI에서 뇌 색전 부위를 비교하였다.
- 조영제 평균 통과시간은 PWI의 시간-신호강도 곡선으로부터 구한 곡선이 기준선에서 하방으로 굴절되는 시점에서 다시 기준선으로 복귀되는 시점 사이의 시간으로 정의하였다. 이를 자체 개발한 영상 후처리 프로그램을 이용하여 측정하였다. 대조군에 대한 제 1군, 2군 및 3군의 뇌 혈류량 비는 분산분석 즉, ANOVA을 이용하여 통계학적으로 검증하였고, 실험 각 군별 시간경과에 따른 뇌 혈류량 비와 통과시간은 paired student t-test를 이용하여 통계학적 유의성을 검증하였다.
- 그리고 평균 통과시간 이내에 있는 화소들에 대한 시간-신호강도 곡선을 AR2* 곡선 변환식에 적용하였다. 잡음이 발생할 경우 경사도 계산 시에 오류가 발생할 수 있기 때문에 시간-신호강도 곡선이 잡음에 의해 나타나는 불규칙한 영상신호 곡선을 미분하여 매끄러운 영상신호 곡선으로 전환하였다. 1차 관류곡선은 혈류의 1차 관류를 나타내기 때문에 Y-variate 함수 즉, AR2*(t) = AR2*(0)t"" (t>0)을 적용하였다.
- 실험 대상을 색전 물질에 따라 4가지 군으로 구분하였다. 제 1군은 15마리에 중성지방인 트레올레인 (triolein, triglycerol, Sigma, MO, USA)을 0.1ml 주입하였고, 제 2군은 9마리에 유리 지방산인 올레익 산 (oleric acid, Sigma, MO, USA)을 0.1ml 주입하였으며, 제 3군은 11마리에 또 다른 유리 지방산인 리노레익 산 (linoleic acid)을 0.03ml 주입하여 뇌 지방색전증을 유발시켰다. 제 4군은 대조군 9마리에 비지방 색전 물질인 이바론 (ivalon, polyvinyl alcohol:PVA, Nycomed, Paris, France) lOmg을 생 리 식 염 수 50ml에 혼합하여 주입하였다
- 조영제가 대뇌 국소 부위에 유입된 후 1차 통과되어 일어나는 신호강도의 변화를 측정하여 시간-신호강도 곡선을 구한다. 시간에 따른 신호강도의 변화와 일정시간 t에서의 신호강도는 초기 신호강도와 에코시간 및 그 부위에서의 T2* 값으로 이루어진 자연로그 함수로 표현되며 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
- 이때 적분구간은 1차 관류의 최대값 이후 즉, 재순환에 의해 감소하던 값이 다시 증가하기 시작하는 시간까지로 정 하였다. 즉 정 상부위에 상응하는 AR2'곡선의 최대 값으로부터 약 10초 지난 부분을 구해 적분구간으로 삼았다. AR2* (t) 곡선에서 값이 변하기 시작할 때부터 최대신호강도 변화까지의 시간을 최고치 도달시간 (time to peak, TTP) 지도로 영상화하였다.
- 평균 뇌 혈류량 비는 네 가지 색전 물질별로 측정하였으며, 정상 부위의 혈류량을 100%로 하였을 때 반대측 병변 부위인 대뇌피질의 혈류량을 나타내었다. 조영제 평균 통과시간은 PWI의 시간-신호강도 곡선으로부터 구한 곡선이 기준선에서 하방으로 굴절되는 시점에서 다시 기준선으로 복귀되는 시점 사이의 시간으로 정의하였다.
- 형태가 유사한 영상 간의 정합에 사용되는 다항 워 핑 알고리듬을 적용하여 T2WI와 DWI 간의 영상정합을 다음과 같은 일련의 과정에 의해 수행하였다. 먼저 T2WI와 DWI의 뇌 영역을 검출하고, 검출된 뇌 영역의 위치정보를 이용하여 영상 워핑을 수행하였다.
대상 데이터
- 변수는 TR (4995msec)/TE (137msec), 절편 두께 4mm, 화소 수는 96개x200개, 영상 영역은 210mm, 그리고 스캔시간은 14초로 선택하고 DWI를 획득하였다. 마지막으로 PWI의 변수는 TR (1200msec)/TE (33msec), 절편 두께 4mm, 숙임각 90°, 화소 수는 104개 X160개, 영상영역은 123mm, 그리고 스캔 시간은 0.19초로 선택하였다. 또한 초기 위상신호로부터 TR 1.
- 다음으로 DWI는 단일-방출 경사 (single-shot gradient) EPI 기법을 이용해서 전, 후 방향으로 경사 펄스의 b 값으로 O-LOOOsec/mn?를 인가하였다. 변수는 TR (4995msec)/TE (137msec), 절편 두께 4mm, 화소 수는 96개x200개, 영상 영역은 210mm, 그리고 스캔시간은 14초로 선택하고 DWI를 획득하였다. 마지막으로 PWI의 변수는 TR (1200msec)/TE (33msec), 절편 두께 4mm, 숙임각 90°, 화소 수는 104개 X160개, 영상영역은 123mm, 그리고 스캔 시간은 0.
- 먼저 T2WI는 turbo spin echo (TSE) 기법을 사용하였다. 사용한 영상 변수는 TR (repetition time, 2500msec)/TE (echo time, 96msec), 숙임각 90°, 화소 수는 210개 x256개, 영상영역 (field of view, FOV)은 70-75mmz 절편 두께는 4mm, 절편 간격은 0.1mm, echo train length (ETL)는 7Z 여 기횟수는 2회, 그리고 스캔시간은 2분 44초이다. 이들 변수를 선택한 후 T2WI를 획득하였다.
-
1. 실험대상
실험동물은 암수 구별 없이 몸무게 1.9-4.0kg (평균 3.14kg)의 정상적인 고양이 44마리를 사용하였다. 실험 대상을 색전 물질에 따라 4가지 군으로 구분하였다.
- 임상용 L5T 초전도형 (1.5T Magnetom Vision, Siemens, Germany) MRI 장비를 사용하였다. 고양이를 소아용 위치잡이에 복와위로 누인 후 지름 8.
- 중성 지방 색전 물질인 트리올레인을 제 1 실험군에 주입하여 색전술을 시행한 후 30분과 2시간이 경과된 시점에서 다음과 같은 세 가지 PWI를 획득하여 그림 7에 나타내었다. 즉 조영제가 뇌 혈관에, 유입되기 전의 기준영상, A R2.
- 즉 조영제가 뇌 혈관에, 유입되기 전의 기준영상, A R2.곡선에서 신호강도의 변화가 최대인 위상영상, 그리고 마지막 위상에서의 PWI를 획득하였다. 상대 관류도 지도에서 색전 물질에 의해 경색된 대뇌피질 부위에서는 혈류폐쇄로 인하여 관류결손이 관찰되었으며, 30분에 비하여 2 시간의 영상에서 더욱더 저 신호강도로 관측되었다.
데이터처리
- 이를 자체 개발한 영상 후처리 프로그램을 이용하여 측정하였다. 대조군에 대한 제 1군, 2군 및 3군의 뇌 혈류량 비는 분산분석 즉, ANOVA을 이용하여 통계학적으로 검증하였고, 실험 각 군별 시간경과에 따른 뇌 혈류량 비와 통과시간은 paired student t-test를 이용하여 통계학적 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 시간-신호강도 곡선에서 조영제가 들어가기 전의 정상 상태를 기준 신호의 위상을 설정하고, 40초 동안에 획득한 PWI 상의 대뇌피질 영상에서의 동적 신호를 측정하였다. 그리고 평균 통과시간 이내에 있는 화소들에 대한 시간-신호강도 곡선을 AR2* 곡선 변환식에 적용하였다. 잡음이 발생할 경우 경사도 계산 시에 오류가 발생할 수 있기 때문에 시간-신호강도 곡선이 잡음에 의해 나타나는 불규칙한 영상신호 곡선을 미분하여 매끄러운 영상신호 곡선으로 전환하였다.
- 뇌 색전증 유발은 김[4]의 방법과 동일하게 편측 내경동맥을 통하여 유발되도록 하였다. 움직임을 방지하기 위하여 Ketamine HC1 (ketamin, hydorchloride 50mg/ml, Yuhan Co.
- 5cm의 좁은 영상영역용 radio-frequency coil (Siemens, Germany) 을 머리 위에 고정시켰다. 뇌 혈류량을 측정하기 위하여 T2WI와 EPI 기법을 적용한 DWI 및 PWI 기법들을 사용하였다.
- T2WI와 DWI를 기초로 하여 고 신호강도가 가장 크게 보이는 한 부위를 선택한 후 EPI 기법을 이용하여 PWI를 획득하였다. 먼저 T2WI는 turbo spin echo (TSE) 기법을 사용하였다. 사용한 영상 변수는 TR (repetition time, 2500msec)/TE (echo time, 96msec), 숙임각 90°, 화소 수는 210개 x256개, 영상영역 (field of view, FOV)은 70-75mmz 절편 두께는 4mm, 절편 간격은 0.
- 먼저 T2WI와 DWI의 뇌 영역을 검출하고, 검출된 뇌 영역의 위치정보를 이용하여 영상 워핑을 수행하였다. 영상 워핑 수행 후나타나는 일그러짐 현상을 방지하기 위하여 팬트 보간 알고리듬 (Fant's interpolation algorithm)을 사용하였다. 다항 워핑은 기준점에 의해 제어되므로 변환되지 않는 기준점을 설정하고 기준점들 사이 영상을 변환시키는 기법으로다항 워핑 중 3 차 워핑을 사용하였다.
성능/효과
- 제 3군 유리 지방산 물질 리노레익을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 중등도의 고 신호강도가 나타났으며, DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 중등도의 고 신호강도로 관측되었다. 2시간 경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되는 고 신호강도로 나타났으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다. DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고신호강도가 관측되었고, T2WI에서 중등도로 관찰되었던 회백질 부위가 강한 고 신호강도로 관측됨을 알 수 있었다.
- 2시간 경과 후의 T2WI에서는 두정 부위와 측두엽 부위의 회백질에 중등도로 확장되어 관찰되었고, DWI에서는 두 정 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고신호강도가 관측됨을 알 수 있었다. 그러므로 30분과 2시간에서 신호강도의 특성 변화는 각 색전 물질별로 시간이 경과할 수 록 T2WI와 DWI에서 신호강도가 증가되어 관측됨을 알 수 있었다.
- 제 2군 유리 지방산 물질 올레익 산을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 미약하게 신호가 나타났으며, DWI에서는 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측되었다. 2시간경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되어 관찰되었으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다. DWI에서도 동일 국소부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측됨을 알 수 있었다.
- 2시간 경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되는 고 신호강도로 나타났으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다. DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고신호강도가 관측되었고, T2WI에서 중등도로 관찰되었던 회백질 부위가 강한 고 신호강도로 관측됨을 알 수 있었다. 그리고 대조군인 제 4군 비지방 물질 이바론을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 정상부위인 좌측 대뇌피질과 비교할 때 신호강도의 차이는 거의 없는 것으로 판단되며, DWI에서는 국소 부위에 경색 색전 부위가 고, 신호강도로 관측되었다.
- 2시간경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되어 관찰되었으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다. DWI에서도 동일 국소부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측됨을 알 수 있었다. 제 3군 유리 지방산 물질 리노레익을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 중등도의 고 신호강도가 나타났으며, DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 중등도의 고 신호강도로 관측되었다.
- 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고신호강도가 관측됨을 알 수 있었다. 그러므로 30분과 2시간에서 신호강도의 특성 변화는 각 색전 물질별로 시간이 경과할 수 록 T2WI와 DWI에서 신호강도가 증가되어 관측됨을 알 수 있었다.
- DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고신호강도가 관측되었고, T2WI에서 중등도로 관찰되었던 회백질 부위가 강한 고 신호강도로 관측됨을 알 수 있었다. 그리고 대조군인 제 4군 비지방 물질 이바론을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 정상부위인 좌측 대뇌피질과 비교할 때 신호강도의 차이는 거의 없는 것으로 판단되며, DWI에서는 국소 부위에 경색 색전 부위가 고, 신호강도로 관측되었다.
- 색전 물질별들을 실험군인 각 고양이에게 주입한 후 30 분과 2시간이 경과한 시점에서 국소 뇌 혈류량 및 평균 뇌 혈류량의 비를 측정하여 비교 검토한 결과는 그림 6과 같으며 편측 내경동맥에 여러가지 색전물질을 주입한 후 30분과 2시간이 경과된 시점에서 측정한 뇌 혈류량은 모든 실험군에서 병변 부위의 뇌 혈류량이 정상부위에 비해 감소되었다. 그리고 평균 뇌 혈류량의 비는 제 1, 2, 3 실험군에서 30분에는 30~39%로 감소되었다가, 2시간에는 44~61% 로 다소 혈류량이 회복됨을 알 수 있었다. 그러나 제 4 실험군인 대조군에서는 30분에 21%, 2시간에는 36%로 타 지방 색전 물질에 비해 혈류량이 적게 측정되었다 (p <0.
- 올레익 색 전술 후 30분에 비하여 2시간이 경과된 시점의 영상에서 더욱 더 넓은 범위에서 저 신호강도로 관측되었다. 리노레익과 이바론 색전술 후 30분에 비하여 2시간이 경과된 시점의 영상에서 더욱 더 넓은 범위에서 우측 측두엽까지 저 신호강도로 관측되었다.
- 색전 물질별들을 실험군인 각 고양이에게 주입한 후 30 분과 2시간이 경과한 시점에서 국소 뇌 혈류량 및 평균 뇌 혈류량의 비를 측정하여 비교 검토한 결과는 그림 6과 같으며 편측 내경동맥에 여러가지 색전물질을 주입한 후 30분과 2시간이 경과된 시점에서 측정한 뇌 혈류량은 모든 실험군에서 병변 부위의 뇌 혈류량이 정상부위에 비해 감소되었다. 그리고 평균 뇌 혈류량의 비는 제 1, 2, 3 실험군에서 30분에는 30~39%로 감소되었다가, 2시간에는 44~61% 로 다소 혈류량이 회복됨을 알 수 있었다.
- 또한 허혈 변화가 미약하거나 초기인 경우라도 변화를 명확하게 영상으로 나타낼 수 있었다. 올레익 색 전술 후 30분에 비하여 2시간이 경과된 시점의 영상에서 더욱 더 넓은 범위에서 저 신호강도로 관측되었다. 리노레익과 이바론 색전술 후 30분에 비하여 2시간이 경과된 시점의 영상에서 더욱 더 넓은 범위에서 우측 측두엽까지 저 신호강도로 관측되었다.
- 보고하였다. 이러한 연구보고는 본 연구에서 수행한 지방 색전물질들의 시간경과에 따른 뇌 혈류량을 측정하기 위하여 시행한 색전술 후의 혈류량이 회복되어 가는 결과와 일치함을 알 수 있었다. Wenz 등[13]은 회백질의 혈류량을 8.
- 제 1 군 중성 지방물질 트리올레인을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정부위 회백질에 미약하게 신호가 나타났으며, DWI에서도 동일부위의 경색 색전 부위에서 미약한 신호가 관찰되었다. 하지만 2시간 후의 영상에서는 경색 색전 부위가 두정부위 뿐만 아니라 측두엽까지 확장되어 관찰되었다며, 일부 우측 대뇌 백질까지 고 신호로 나타나므로 경색 범위가 퍼져 나가는 현상을 알 수 있었다 (그림 4).
- 하지만 2시간 후의 영상에서는 경색 색전 부위가 두정부위 뿐만 아니라 측두엽까지 확장되어 관찰되었다며, 일부 우측 대뇌 백질까지 고 신호로 나타나므로 경색 범위가 퍼져 나가는 현상을 알 수 있었다 (그림 4). 제 2군 유리 지방산 물질 올레익 산을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 미약하게 신호가 나타났으며, DWI에서는 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측되었다. 2시간경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되어 관찰되었으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다.
- DWI에서도 동일 국소부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측됨을 알 수 있었다. 제 3군 유리 지방산 물질 리노레익을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 중등도의 고 신호강도가 나타났으며, DWI에서도 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 중등도의 고 신호강도로 관측되었다. 2시간 경과 후의 T2WI에서는 국소적으로 두정 부위에 경색 색전 부위가 뚜렷이 구분되는 고 신호강도로 나타났으며, 주변 회백질로 미소하게 확장됨을 관찰할 수 있었다.
- 조영제의 평균 통과시간은 유리 지방산 올레익 산과 리노레익은 비지방 물질인 대조군에 비하여 혈류가 다소 지연되게 전달되는 것을 알 수 있었다 (p > 0.005). 이와 같은 결과는 색전 시간이 오래될 수 록 조영제의 평균 통과시간이 늘어나는 현상으로 판단되었다.
- 실험 제 1, 2, 그리고 3군의 T2WI와 DWI의 시간대별 신호강도는 서로 비슷하게 관측되었다. 즉 T2WI와 DWI 두 가지 영상에서 색전 부위는 고 신호 강도를 나타내었고, 뇌 편측의 색전 부위는 대부분 대뇌피질을 침범하는 현상을 보였다. 각각의 실험군에 대한 시간대별 시간-신호강도의 특성 변화는 다음과 같다.
- 부위에서 미약한 신호가 관찰되었다. 하지만 2시간 후의 영상에서는 경색 색전 부위가 두정부위 뿐만 아니라 측두엽까지 확장되어 관찰되었다며, 일부 우측 대뇌 백질까지 고 신호로 나타나므로 경색 범위가 퍼져 나가는 현상을 알 수 있었다 (그림 4). 제 2군 유리 지방산 물질 올레익 산을 주입한 후 30분에 획득한 T2WI에서는 우측 대뇌피질의 두정 부위 회백질에 국소적으로 미약하게 신호가 나타났으며, DWI에서는 동일 국소 부위에 경색 색전 부위가 확연하게 나타나는 고 신호강도가 관측되었다.
후속연구
- 있으리라 여겨진다. 또한 뇌경색 환자 발생시 조기에 DWI와 PWI을 획득하여 뇌 혈류량의 다양한 동적변화 특성 및 혈류역학적 변화에 대한 정보를 임상적으로 제공할 수 있으며, 경색 시기별 진단기준을 마련할 수 있으리라 사려 된다.
- 본 연구의 결과에 의해 고양이의 정확한 뇌혈류의 수치를 산출할 수는 없다고 하더라도 뇌 지방 색전증 부위의 뇌 혈류량의 동적 변화 특성을 관측할 수 있다고 생각된다. 왜냐하면 뇌 혈류량을 측정하는 원리는 기본적으로 동일하나 영상 후처리 과정이 객관적인 방법으로 정립되어있지 않아 각 연구자들 별로 다른 프로그램을 이용하기 때문에 수학적 계산 방법에 다소 차이가 있을 것으로 생각된다.
- 이들의 보고와 본 연구의 대뇌피질 뇌 혈류량의 결과는 차이가 있으나, 이 차이는 실험을 수행한 방법이 다르기 때문에 발생하였다고 생각된다. 즉 여러가지 지방 색전물질을 주입하여 뇌 지방 색전증을 유발한 후 30분과 2시간이 경과된 시점에서 시간경과에 대한 뇌 혈류량의 차이를 측정한 본 연구의 결과와 타 연구자에 의해 수행된 연구 결과와는 직접적으로 비교하기에는 무리가 있다고 사려된다. 하지만 대뇌피질의 정상 부위와 색전 부위의 뇌 혈류량을 각각 측정하여 백분율로 나타낸 결과에 의해 지방 시간경과에 따라 혈류량이 점차 늘어나 회복됨을 알 수 있었던 것에 의의가 있다고 생각된다.
- 향후 본 동물연구를 바탕으로 다양한 임상적 적용을 거쳐 지속적으로 연구를 수행하면 사람에 있어서 정상 조직과 뇌경색이 유발된 조직의 rCBV 차이를 정확히 비교할 수 있으리라 여겨진다. 또한 뇌경색 환자 발생시 조기에 DWI와 PWI을 획득하여 뇌 혈류량의 다양한 동적변화 특성 및 혈류역학적 변화에 대한 정보를 임상적으로 제공할 수 있으며, 경색 시기별 진단기준을 마련할 수 있으리라 사려 된다.
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