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문제 정의
- 이에 본 논문은 3T의 고 자장 자기공명영상 기기에서 뇌의 운동기능에 관여하는 중요부위의 활성화 영역인 일차운동중추(primary motor area, Ml) 및 부운동중추(supplementary motor area, SMA)의 운동피질을 대상으로 GE EPI 기법과 SE-EPI 기법과 비교 분석을 통하여 임상적 유용성을 평가하였다.
제안 방법
- EPI 기법이 소개된 이후로 빠른 스캔으로 운동에 의한 아티팩트를 줄이는 이점이 있다.& 본 연구에서는 운동피질의 기능적 영상의 차이를 평가하기 위해 고식적 spoiled gradient echo(SPGR)와 EPI 기법간의 비교에서 EPI 기법이 높은 신호 감도 특성에 의해 더 정확환 정보를 제공하는 장점이 있어 본 연구에서도 신호감도 특성에 따라 EPI 기법을 이용하여 GE-EPI와 SE-EPI의 두 기법을 비교하였다.
- 3T 고 자장 GE-EPI는 높은 신호감도 특성과 자기감수성 효과에 의해 뇌 운동 피질의 바깥쪽(large vein) 위치에 많은 활성화를 제공하였고, SE-EPI는 낮은 감수성 효과로 안쪽(small vein) 부분의 활성화를 얻었다. 고 자장의 3.
- GE-EPI와 SE-EPI의 정확한 신호강도와 분포를 분석하기 위하여, 과제를 주어지지 않은 상태에서 checkerboard pattem(visual test)을 시각적으로 관찰하였을 때 나타나는 신호강도를 분석하였다.
- 얻었다. 고 자장의 3.0T의 기능적 자기공명영상에서 SE-EPK 적용하여 모세혈관 그 주변조직의 활성화에 임상적으로유용하였다.
- 뇌 기능의 영상을 해석하는데 테라락(talairach's coo- rdinates)을 이용하여 활성화 위치를 표시하는데 영역간의 경계는 명확하지 않아 한계가 있으나, 화소 단위로브로드만 영역에 정보를 제공하였다.
- 0T(Signa VH/I, GE Medical Systems, Milwaukee, USA) 자기공명영상기기를 사용하였고, 사용된 코일은 4 channel Quadrature Head Coil을 사용하여 기능적 자기공명 영상 연구를 시행하였다. 뇌 운동 피질의 기능적 영상을 위하여 single shot GE-EPI는 TR/TE/flip angle=3000ms/50ms/90°, receivebandwidth= lOOkhz, FOV=240mm, thickness/gap=6mm/0mminatrix= 64x64영상을 획득하였고, SE-EPI는 TR/TE/flip angle= 3000ms/100ms/90°, receivebandwidth=100khz, FOV=240 mm, thickness/gap=6mm/0mm, matiix=64x64기법을 이용하여 영상을 획득하였다. 해부학적 영상을 획득하기 위하여 3D inversion recovery prepared spoiled gradient echo(IR-SPGR)은 TR/TE/flip angle=5.
- 사용된 과제 패러다임은 각각 6번의 휴지기와 활성기를 반복적으로 구성하였고, 활성기 동안에 시행된 작업은 오른손 손가락의 쥠과 펼침 운동이였다. 패러다임 시간은 준비 시간 10초와 휴지기 (rest) 24초, 활성기 (task) 24초로 총 4분 48초 동안 소요되었다(Fig.
- 정량적 분석은 활성 영역인 SMA 및 Ml에서 신호강도 변화크기와 신호 강도, 활성화 복셀 수(number of activated voxels)의 영역 분석은 Ml을 대상으로 하였고, SMA는 여러 개의 활성화 영역으로 분석에 고려하지 않았다. 연속적인 EPI BOLD 데이터의 신호 대 잡음 비는 SMA 및 Ml에서 측정하였다.
- 정량적 분석은 활성 영역인 SMA 및 Ml에서 신호강도 변화크기와 신호 강도, 활성화 복셀 수(number of activated voxels)의 영역 분석은 Ml을 대상으로 하였고, SMA는 여러 개의 활성화 영역으로 분석에 고려하지 않았다. 연속적인 EPI BOLD 데이터의 신호 대 잡음 비는 SMA 및 Ml에서 측정하였다.
- 무 일정한 관심영역의 활성화된 픽셀 수의 차이의 분석 방법이다. 큰 혈관(large vein)과 작은 혈관(small vein)의 활성화구분은 시각적으로 뇌 운동 피질의 바깥과 안쪽 부분 복셀 위치를 기준으로 본원에서 개발된 MRDx 프로그램을 이용하여 비교 분석하였다.
- SMA 와 Ml에서 신호대잡음비(SNR)의 분석결과는 paired student t-test에 의한 통계적으로 분석하였다. 활성화영역을 영상화하기 위해 테라락(Talairach's coordinates) 을 이용하여 활성화 위치를 표시하였다.
대상 데이터
- 4mm, slice=120, tnatHx=256xl92을 얻어 해부학 영상으로 사용하였다. 2D T1 SEe TR/TE/flip angle= 500 mm/8/90°, FOV=240mm, slicethickness/gap=6mm/0mm, matrix=256xl92, slice=20 지표방법들을 사용하여 해부학적 영상을 획득하였다.
- 1). 데이터의 관심 영역은 SMA 및 Ml의 운동피질을 대상으로 뇌의 활성화 영역을 대상으로 하였다.3)
- 총 5명의 정상 성인(남자; 4 여자; 1, 평균연령; 25)을대상으로 3.0T(Signa VH/I, GE Medical Systems, Milwaukee, USA) 자기공명영상기기를 사용하였고, 사용된 코일은 4 channel Quadrature Head Coil을 사용하여 기능적 자기공명 영상 연구를 시행하였다. 뇌 운동 피질의 기능적 영상을 위하여 single shot GE-EPI는 TR/TE/flip angle=3000ms/50ms/90°, receivebandwidth= lOOkhz, FOV=240mm, thickness/gap=6mm/0mminatrix= 64x64영상을 획득하였고, SE-EPI는 TR/TE/flip angle= 3000ms/100ms/90°, receivebandwidth=100khz, FOV=240 mm, thickness/gap=6mm/0mm, matiix=64x64기법을 이용하여 영상을 획득하였다.
- 뇌 운동 피질의 기능적 영상을 위하여 single shot GE-EPI는 TR/TE/flip angle=3000ms/50ms/90°, receivebandwidth= lOOkhz, FOV=240mm, thickness/gap=6mm/0mminatrix= 64x64영상을 획득하였고, SE-EPI는 TR/TE/flip angle= 3000ms/100ms/90°, receivebandwidth=100khz, FOV=240 mm, thickness/gap=6mm/0mm, matiix=64x64기법을 이용하여 영상을 획득하였다. 해부학적 영상을 획득하기 위하여 3D inversion recovery prepared spoiled gradient echo(IR-SPGR)은 TR/TE/flip angle=5.5mm/L3mm/20°, receivebandwidth=31.25khz, FOV=240mm, slicethickness =1.4mm, slice=120, tnatHx=256xl92을 얻어 해부학 영상으로 사용하였다. 2D T1 SEe TR/TE/flip angle= 500 mm/8/90°, FOV=240mm, slicethickness/gap=6mm/0mm, matrix=256xl92, slice=20 지표방법들을 사용하여 해부학적 영상을 획득하였다.
데이터처리
- 4). GE-EPI와 SE-EPI 기법에 관한 분석결과는 paired student t-test에 의한 통계적으로 유의하였다(p<0.05).
- 0001이으로 정하였다. SMA 와 Ml에서 신호대잡음비(SNR)의 분석결과는 paired student t-test에 의한 통계적으로 분석하였다. 활성화영역을 영상화하기 위해 테라락(Talairach's coordinates) 을 이용하여 활성화 위치를 표시하였다.
- 뇌의 활성화 영역을 국소화하기 위한 기준으로 crosscorrelation 통계방법으로 p<0.0001이으로 정하였다. SMA 와 Ml에서 신호대잡음비(SNR)의 분석결과는 paired student t-test에 의한 통계적으로 분석하였다.
이론/모형
- T1 강조영상과 T2 강조영상을 얻기 위하여 90°와 180° RF 펄스를 사용하여 데이터를 얻는 spin echo 방법과 경사자계를 사용하여 데이터를 얻는 gradient echo 방법에서는 RF의 숙임각을 조절하는 방법을 사용한다. GE-EPI는 감수성 인공음영 (susceptibility aitifact)을 감소하여 안와전두엽피질(orbitofrontal cortex)의 활성화 영역을 최적화하였다.
- 데이터는 정량적 분석(quantitative analysis)과 정성적 분석 (qualitative analysis) 방법을 이용하여 분석하였다. 정량적 분석은 활성 영역인 SMA 및 Ml에서 신호강도 변화크기와 신호 강도, 활성화 복셀 수(number of activated voxels)의 영역 분석은 Ml을 대상으로 하였고, SMA는 여러 개의 활성화 영역으로 분석에 고려하지 않았다.
성능/효과
- BOLD 효과는 뇌피질의 활성화에 동반된 뇌혈류의 국소적 증가가 활성화된 뇌피질의 유출정맥계 내의 데옥시헤모글로빈 농도를 감소시킨다는 데에 바탕을두고 있다.4)데옥시헤모글로빈은 국소자장의 비균질화를 초래하여 신호강도를 감소시키는 상자성 물질이므로이 물질의 감소는 곧 gradient echo 기법에서 신호강도가 증가한다. BOLD 효과는 자화율 효과로써 에코시간이 길거나 고자장 자기공명영상 기기에서 효과가 크다.
- GE-EPI는 감수성 인공음영 (susceptibility aitifact)을 감소하여 안와전두엽피질(orbitofrontal cortex)의 활성화 영역을 최적화하였다.7)본 연구에서도 GE-EPI가 SE- EPI에 비해 신호강도 변화크기와 신호강도가 높게 분석되었다. EPI 기법이 소개된 이후로 빠른 스캔으로 운동에 의한 아티팩트를 줄이는 이점이 있다.
- 37)로 SE-EPI가 약간 높게 분석되었다(Table 2). Ml의 신호대잡음비는 GE-EP 1(38.27 +6.53), SE-EPI(43.24±1.77)로 SE-EPI가 약간 높았다 (Table 3).
- SMA는 Ml의 앞부분, 브로드만 영역 6의 내측에 위치하는 영역으로 두 기법 모두에서 운동중추영역인 전운동피질이 잘 관찰되었고, SMA와 Ml에서의 신호강도변화크기는 큰 차이가 없었고, 신호강도는 GE-EPI가 SE-EPI 보다 2배 이상 높았다, 뇌 운동 피질의 Ml에서의 복셀 수는 GE-EPI7} SE-EPI에 비해 높았다.
- 잘 관찰되었다(Table 1). SMA와 Ml에서의 휴지기와 활성기의 신호강도 변화크기는 GE-EPI(0.93± 0.11), SE-EPI(0.80±0.15)로 분석되었다. 신호강도는 GE -EPI(133.
- 대상 인원 5명 모두에게 두 기법 (GE-EPI, SE-EPI)을시행했을 때 두 기법 모두에서 운동중추영역인 전 운동피질이 잘 관찰되었다(Table 1). SMA와 Ml에서의 휴지기와 활성기의 신호강도 변화크기는 GE-EPI(0.
- 모든 피검자가 활성기간동안에 시행된 오른손 손가락의 쥠과 펼침 운동이 일정하지 않기 때문에 좀 더 정확한 신호강도와 분포를 분석을 하기 위하여 시각적 자극 을 주는 checkerboard pattem(visual test)을 이용하여 검사하였을 때 신호강도는 GE-EPI가 높게 나타났고, 신호 분포의 활성영역은 SE-EPI가 GE-EPM] 비해 안쪽에 분포를 이루었다(Fig. 4). GE-EPI와 SE-EPI 기법에 관한 분석결과는 paired student t-test에 의한 통계적으로 유의하였다(p<0.
- 복셀의 위치는 전반적으로 운동 피질 바깥쪽 부분에 나타났고(Fig. 4a, b, c), SE-EPI는 안쪽에 분포를 이루어 작은 혈관(small vein)의 활성화를 관측할 수 있었다 (Fig. 4d, e, f), SMA의 신호대잡음비는 GE-EPI(41.4±12. 54), SE-EPI(48.54±12.37)로 SE-EPI가 약간 높게 분석되었다(Table 2). Ml의 신호대잡음비는 GE-EP 1(38.
- 복셀의 위치는 전반적으로 운동 피질 바깥쪽 부분에나타났고, SE-EPI는 안쪽에 분포를 이루어 작은 혈관 (smaU vein)의 활성화를 관측할 수 있었다, SMA의 신호 대 잡음비 (SNR)는 SE-EPI7} 약간 높게 분석되었고, Ml에서는 SE-EPI가 약간 높았다.
- 15)로 분석되었다. 신호강도는 GE -EPI(133.95±15.76), SE-EPI(74.5±18.9)로 GE-EPI가 SE -EPI 보다 2배 이상 높았다(Table 1), 뇌 운동 피질의 Ml에서의 복셀 수는 GE-EPI7} SE-EPI에 비해 높았다. Cross-correlation 통계 분석에 의한 p값이 0.
후속연구
- 본 연구는 실험 참여자를 대상으로, 뇌기능 영상 기법을 통하여 유발된 인지의 변화를 검출할 수 있는 세밀한 실험 절차 및 설계가 요구된다. 이러한 절차에 의해 수립된 연구계획으로부터 GE-EPI와 SE-EPI 기법의 뇌의 실제 활성화 영역의 영상의 획득이 필요하고, 프로그램을 이용하여 데이터 및 통계 분석이 필요하다.
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