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정상노인 및 경도인지장애 및 알츠하이머성 치매 환자에서의 한국인 뇌 구조영상 표준판 개발
Development of a Korean Standard Structural Brain Template in Cognitive Normals and Patients with Mild Cognitive Impairment and Alzheimer's Disease 원문보기

대한자기공명의과학회지 = Journal of the Korean society of magnetic resonance in medicine, v.14 no.2, 2010년, pp.103 - 114  

김민지 (경희대학교 대학원 생체의용공학과) ,  장건호 (경희대학교 의과대학 강동경희대학교병원 영상의학과) ,  이학영 (경희대학교 의과대학 강동경희대학교병원 신경과) ,  김선미 (경희대학교 의과대학 강동경희대학교병원 영상의학과) ,  류창우 (경희대학교 의과대학 강동경희대학교병원 영상의학과) ,  신원철 (경희대학교 의과대학 강동경희대학교병원 신경과) ,  이수열 (경희대학교 대학원 생체의용공학과)

초록
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목적 : 자기공명영상을 이용한 치매연구에서 삼차원 T1강조 뇌 구조 영상으로 뇌기능을 분석할 경우 복셀 기반 형태분석 방법이 이용 된다. 그러나 일반적으로 The Montreal Neurological Institute (MNI) 152 라는 젊은 서양성인 뇌로 만들어진 표준판에 정규화되고 이는 분석오차가 생길 수 있어 한국 노인 및 치매환자의 뇌를 분석할 경우 부정확한 결과를 초래한다. 따라서, 본 연구의 목적은 뇌 분석을 최적화 하기 위해 한국 노인 및 치매 환자의 뇌 구조 영상의 표준판을 개발하는데 있다. 대상 및 방법 : 검사장비는 3테슬러를 이용하였으며 8채널 SENSE (sensitivity encoding) 머리코일을 이용하였다. 펄스열은 삼차원 T1 강조 터보 경사자장 타입으로 뇌의 해부학 영상을 획득하였다. 신경심리 검사 점수결과에 따라 정상 노인 43명, 경도인지장애 환자 44명, 알츠하이머성 치매 환자 36명 의 세 그룹으로 나누었다. 일반 선형 모델 방정식을 사용하여 나이와 성별 및 질환간의 차이에 의한 인자를 고려 하였으며, 평가된 인자는 쌍일치 접근 방법으로 한국 노인과 치매 환자의 뇌 표준판을 만들었다. 두 표준판의 Talairach 기준 점에 따른 평균거리와 뇌실의 거리를 계산하였다. 또한 뇌 전체 영역에서 회백질과 백질을 확률이 50% 이상인 복셀 개수를 세어 회백질과 백질의 영역을 계산하였다. 결과 : 최종 뇌 표준판은 MNI152뇌 표준판과 비교했을 경우 공간 분해능이 높았고, 평균거리와 뇌실의 크기에서 차이가 있었다. 회백질 및 백질의 영역은 본 연구에서 개발한 뇌 표준판의 회백질과 백질 모두에서 더 적었고, 백질보다 회백질에서 더 많은 차이가 있었다. 결론 : 본 연구에서 개발한 한국 뇌 표준판은 앞으로 한국 노인과 치매환자의 질환을 분석하는 연구에 유용할 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Purpose : To generate a Korean specific brain template, especially in patients with Alzheimer's disease (AD) by optimizing the voxel-based analysis. Materials and Methods : Three-dimensional T1-weighted images were obtained from 123 subjects who were 43 cognitively normal subjects and patients with ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구의 목적은 50대에서 80대 사이의 한국 정상노인 (Cognitive Normal), 경도인지장애 (Mild Cognitive Impairment)환자, 알츠하이머성 치매 (Alzheimer’s disease, AD)환자군의 삼차원T1강조영상을 각 회백질 (Gray matter), 백질 (White matter) 뇌척수액 (Cerebrospinal Fluid)의 조직맵 (tissue maps)으로 분할한 뒤 특정 뇌 표준판을 만들고 MNI152 표준판과 비교하여 한국 노인 및 치매 환자의 뇌 분석을 최적화하기 위한 방법을 연구하는데 있다.
  • 성별을 인자로 사용한 이유는 치매환자가 대체적으로 여성에 많이 발병되고 본 연구에 이용된 피험자의 경우 남자와 여자 간의 성별의 차이가 있기 때문이다. 또한 환자군을 인자로 사용한 이유는 세가지 (정상군, 경도인지장애군, 치매환자군) 다른 군간의 차이점을 보정해 주기 위해서이다. 따라서 우리의 모델을 평가하기 위하여 일반 선형 모델 (general linear model)방정식을 사용하였고 최종적으로 나타나는 영상은 각 복셀에 대한 나이에 따른 4개의 인자와 하나의 성별 및 하나의 DDX 차이에 따른 조직맵을 얻었다.
  • 본 연구는 한국 노인 및 치매환자들의 뇌기능을 분석하기 위한 삼차원T1강조 영상을 이용한 복셀기반 형태분석에서 SPM5프로그램을 이용해 뇌 표준판에 공간 정규화 할 경우 분석오차를 최소화하기 위해서 뇌 구조 영상의 표준판을 개발하는 연구를 시행하였다. 50~80대 사이 한국 노인 및 치매환자에 조직맵 (회백질, 백질 및 뇌척수액)을 분할한 뒤, 평가 (estimation)와 생성 (creation)과정을 통해 한국 노인과 치매환자의 세분화 된 특정 뇌 표준판을 완성하였다.
  • 본 연구에서는 자기공명영상을 이용한 한국 노인 및 치매환자에서 뇌기능의 활성화된 영역을 찾기 위한 복셀 기반 형태분석 (Voxel-Based Morphometry, VBM)을 위하여 삼차원T1 강조 뇌 구조 영상을 분할하고 특정 뇌 표준판을 만드는 연구를 시행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 가장 많이 사용되는 대표적인 뇌 구조 방법들은 어떤 것들이 있나요? 구조적 자기공명영상(Structural Magnetic Resonance Imaging, MRI)과 기능적 자기공명영상 (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)을 이용한 임상적용 및 인지과학 연구가 많이 진행되고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 대표적인 뇌 구조 펄스열(pulse sequence)로 삼차원 T1 강조 (3Dimension-T1 Weighted Imaging)영상을 얻을 수 있는 MPRAGE (Magnetization Prepared Rapid acquisition Gradient Echo) (1) 혹은 SPGR (Spoiled Gradient-Recalled) (2) 방법이있다. 삼차원 T1강조 뇌 구조 영상을 이용한 특정영역을 분석 하기 위하여 관심영역 (Region of interest, ROI) 방법이 사용되나, 이 방법은 주관적인 판단에 의해 평가에 오차가 존재할 수있다 (3).
VBM을 통한 분석을 할 경우 어느 영역을 관찰하며, 어떤 환자로 전환됨을 예측 할 수 있나요? 노인 및 치매환자에 대한 뇌 연구를 할 경우에도 VBM을 통한 분석이 필요하다(7, 8). 이는 해마(hippocampus) 혹은 내후각내피질 (entorhinal cortex)과 같은 조직의 손상 또는 특질상 취약한 뇌 영역을 관찰하므로 정상노인에서 경도인지기능장애(Mild Cognitive Impairment, MCI) 혹은 알츠하이머성 치매(Alzheimer’s disease, AD) 환자로 전환됨을 예측할 수 있다(9). 그 예로, 알츠하이머성 치매 환자에서 3차원 뇌 구조 T1 강조 영상을 이용한 회백질 감소(7, 10), 알츠하이머성 치매에서 Voxel-based DTI 분석(11), 알츠하이머성 치매에서 ASL를 이용한 perfusion 분석(12)등 이 보고된 바 있다.
복셀기반 형태분석을 통한 방법은 어떤 방법으로 관찰하며, 장점은 무엇인가요? 삼차원 T1강조 뇌 구조 영상을 이용한 특정영역을 분석 하기 위하여 관심영역 (Region of interest, ROI) 방법이 사용되나, 이 방법은 주관적인 판단에 의해 평가에 오차가 존재할 수있다 (3). 복셀기반 형태분석 (Voxel-Based Morphometry, VBM)을 통한 삼차원T1강조뇌 구조영상 방법은 회백질 감소 (gray matter loss) 또는 백질의 신호 강도를 이용한 특정 부위의 부피차이를 관찰하는 방법으로 두뇌 전체를 분할(Segmentation)하여 뇌의 전체적인 변화를 객관적으로 조사할 수 있다는 장점을 가지고 있다(4). VBM 분석을 위해서는 뇌 표준판(brain template)에 맞춰 공간정규화(Spatial normalization)하는 과정을 통하여 위치정보를 얻는다(5).
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참고문헌 (28)

  1. Brant-Zawadzki, M, G.D. Gillan, and W.R. Nitz, MP RAGE: a three-dimensional, T1-weighted, gradient-echo sequence--initial experience in the brain. Radiology 1992;182:769-775 

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  3. Pruessner JC, et al. Volumetry of hippocampus and amygdala with high-resolution MRI and three-dimensional analysis software: minimizing the discrepancies between laboratories. Cereb Cortex 2000;10:433-442 

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  23. May, A. and C. Gaser, Magnetic resonance-based morphometry: a window into structural plasticity of the brain. Curr Opin Neurol 2006;19:407-411 

  24. Wells WM, et al. Adaptive segmentation of MRI data. IEEE Trans Med Imaging 1996;15:429-442 

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  26. Franke K, et al. BrainAGE: a completely automated age estimation framework using structural MRI. 16th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping. 2010. Barcelona, Spain 

  27. Karas G, et al. Precuneus atrophy in early-onset Alzheimer's disease: a morphometric structural MRI study. Neuroradiology 2007;49:967-976 

  28. Lee JS, et al. Development of Korean Standard Brain Templates. Kor Acad Med Sci 2005;20:483-488 

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