운동기능과 관련된 뇌지도화 연구 분야에서 기능적 근적외선분광영상 기법의 활용 가능성

권용현,강종호 대구대학교 특수교육재활과학연구소 2012 특수교육재활과학연구 Vol.51 No.3

기능적 근적외선분광영상은 근적외선의 파장이 부위별 뇌 조직의 특성에 따라 투과성이 다른 물리적 특성을 이용하여 뇌 혈류량의 변화를 감지하는 뇌지도화 기법이다. 본 연구에서 는 기능적 근적외선분광영상을 기능적 자기공명영상과 비교하여 재활영역에서의 활용 가능성에 대해 조사하였다. 정상 성인 20명을 대상으로 기능적 근적외선분광영상 촬영군(n =10) 과 기능적 자기공명영상 촬영군(n =10)으로 무작위 할당하고 동일한 손 운동과제를 수행하는 동안 각각의 뇌영상을 촬영하여, 이 때 활성화되는 뇌 영역의 표준화된 좌표와 산소-헤모글로빈 및 부피소를 측정하였다. 두 영상의 분석 결과, 모두 일차운동감각영역에서 활성화가 나타났고 그 활성화된 표준화 좌표값도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 기능적 분광영상에서 측정된 산소-헤모글로빈의 수치는 0.0060746를 보였고, 기능적 자기공명영상에서 측정된 부피소는 260.10로 측정되었다. 따라서 동일한 운동과제를 수행하는 동안 기능적 근적외선분광영상에서 활성화되는 뇌 좌표 영역이 우수한 시공간 해상도와 높은 신뢰도를 가진 기능적 자기공명영상과 같은 결과를 보여, 재활영역에서 많이 사용하고 있는 운동과제의 수행에 따른 뇌 영역의 신경생리학적 특성에 관한 연구의 활용에 많은 가능성이 있음을 확인하였다. 새로운 뇌지도화 기법으로 개발된 기능적 근적외선분광영상은 움직임에 대한 artifact의 영향을 받지 않고 이동이 용이한 뇌지도화 영상장치로서, 기존의 기능적 자기공명 영상에서 실험하기 불가능한 균형 및 보행 등의 움직임을 연구하는 재활영역에서 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다. Functional near-infrared spectroscopy(fNIRS) is newly highlighted-optical neuroimaging method that detects the hemodynamic response to cortical activation according to brain activities such as cognitive or motor performance. The purpose of this study is to investigate the possibility of practical application of fNIRS in the field of rehabilitation science, compared with functional MRI(fMRI). We recruited twenty healthy subjects, who were randomly allocated into fNIRS group(n =10) and fMRI group(n =10). fNIRS and fMRI were scanned, and standardized Talairach coordinates and hemodynamic response (oxy-hemoglobin/voxel counts) were analyzed respectively, while subjects performed hand motor task with 1Hz of flexion-extension movement. As results of data analysis, primary sensorimotor cortex was focally activated in all of fNIRS and fMRI. However, no significant difference was observed in standardized Talairach coordinates with an x-y-z axis. Therefore, Talairach coordinates of fNIRS during hand motor performance was the same as that of fMRI, which had high reliability and excellent spatial resolution. fNIRS is non-invasive neuroimaging technique, which did not affect to motion artifact and take an advantage of easy to move. So, we expect that fNIRS have a great possibility of human movement study in terms of balance and gait performance, and so forth.

고자장 14.1 T MRI/MRS 시스템에서 양성자 자기공명분광법을 이용한 생체 외 인체피부 보습효과에 대한 연구

최치봉,홍승탁,우동철,윤성익,윤문현,조지현,이철현,정재준,박상용,오칠환,최보영,Choi Chi-Bong,Hong Sung-Tak,Woo Dong-Chul,Yoon Seong-Ik,Yoon Moon-Hyun,Cho Ji-Hyun,Lee Chul-Hyun,Cheong Chae-Joon,Park Sang-Yong,Oh Chil-Hwan,Choe Bo-Young 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.2

목적: 초고자장 MRI/MRS 장비를 이용하여 인체 피부조직의 고해상도 자기공명영상과 자기공명 스펙트럼을 얻고자 하였다. 또한 수분억제가 제외된 자기공명 스펙트럼을 이용하여 스킨로션(피부보습제)의 피부 보습효과가 측정가능한지 알아 보고자 하였다. 대상 및 방법: Bruker 14.1 T MRI/MRS 장비를 사용하였다. 자기공명영상을 얻기 위하여 Spin Echo 및 Fast Spin Echo 펄스시퀀스를 사용하였고 자기공명 스팩트럼을 얻기 위하여 PRESS 펄스시퀀스를 사용하였다. 결과: 초고자장 MRI/MRS 장비를 사용하여 인체 피부에 대한 고해상도의 자기공명영상과 자기공명 스펙트럼을 획득하였다. 수분 신호가 포함된 스펙트럼 분석을 통하여 스킨로션을 바르기 전에 비하여 스킨로션을 바른 후에 인체 피부조직의 수분 함유량이 상당히 증가함이 나타났다. 결론: 본 연구는 14.1 T 고자장 MRI/WRS 장비에서 얻은 피부 조직에 대한 고해상도 자기공명영상과 자기공명 스펙트럼이 보습효과를 측정하는 데 사용될 수 있음을 시사해 주고 있다. Purpose: We Investigated to achieve high resolution magnetic resonance (MR) Imaging and spectra of human skin in vitro with using a 14.1 T MRI/MRS system, and to evaluate the hydration effect of a moisturizer by measuring the skin's water concentration. Materials and Methods: We used the Brukrer 14.1 T MRI/MRS system with a vertical standard bore that was equipped with a DMX spectrometer gradient system (200 G/cm at a maximum 40 A), RF resonators (2, 5 and 10 mm) and Para Vision software. Spin echo and fast spin echo pulse sequences were employed for obtaining the high resolution MR images. The 3D-localized point resolved spectroscopy (PRESS) method was used to acquire the MR spectra. Results: The high resolution MR images and spectra of human skin in vitro were successfully obtained on a 14.IT system. The water concentration of human skin after applying a moisturizer was higher than that before applying a moisturizer. Conclusions: The present study demonstrated that the high-resolution MR images and spectra of human skin from a high field MRS instrument could be applicable to evaluating the hydration state of the stratum corneum.

심방중격결손 소아에서 개심수술이 뇌 대사에 미치는 영향:수소 자기공명분광을 이용한 연구

박인숙,유경희,윤소영,김영휘,고재곤,윤태진,서동만,이정희 대한순환기학회 2002 Korean Circulation Journal Vol.32 No.2

뇌의 양성자 핵자기공명 분광학을 위한 정량화 방법 개발

강해진 한국의학물리학회 2001 의학물리 Vol.12 No.1

핵자기공명분광학(NMR Spectroscopy)을 이용해서 우리는 생물체의 조직안에 있는 각종 대사물질들을 측정할 수 있게 되었으며, 이것은 또 지금까지 알려진 여러 방법 중에서 생물체내의 신진대사 물질이나 생화학적인 변화를 비침습적(noninvasive)으로 알아낼 수 있는 유일한 방법에 속한다. 양성자 핵자기공명분광학은 최근들어 사람이나 흑은 동물뇌의 생화학적인 특성을 연구하는데 많이 사용되어오고 있다. 핵자기공명영상은 주로 물분자에 있는 양성자의 밀도와 그들의 이완현상(relaxation phenomena)을 측정하여 영상화하지만 핵자기공명분광학은 생체조직내의 신진대사에 관한 생화학적인 정보를 제공한다. 많은 경우에 있어서 핵자기공명분광학은 CT나 MRI 영상에서는 발견할 수 없는 정보를 제공함으로써 특정질병의 진단에 사용될 수 있으며, 따라서 환자들의 질병상태를 효과적으로 진단하는데 쓰여질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 사람의 뇌에서 수소 핵자기공명분광학을 이용하여 대사물질들의 농도를 정량화하는 방법을 시도하였다. 이를 위해 펀텀을 이용하여 대사물질들 각각의 스팩트럼을 구했고, 성인 남녀 16명을 대상으로 insula gray matter 부위의 대사물질들의 농도를 측정하였다. 그리고 이 값들은 다른 연구자들에 의해 밝혀진 값들과 매우 근사한 값을 제공하였다. NMR spectroscopy enables us to measure the molar concentration of the metabolites in the organisms, and this technique is the only method to measure the concentration non-invasively. The proton NMR spectroscopy has been used to study the biochemical changes in human as well as in animal brain. MRI uses the proton densities and its relaxation times for reconstructing images, but MRS gives the biochemical changes inside the body. NMR spectroscopy could provide the information which MRI and CT could not, and this makes NMR spectroscopy more useful in diagnosing diseases. This study was tried to develop the quantitation of the molar concentration of the metabolites in the brain using the proton MR spectroscopy. The spectra of each metabolites was obtained, and the proton MR spectra was obtained from the insula gray matter areas of the 16 volunteers. And this spectra was analyzed to estimated the molar concentrations of the metabolites in the region. The results showed the very similar to those of the others.

잠재적 간성혼수 환자의 인지기능과 양성자 자기공명분광 소견과의 상관관계

김성윤,정범석,서동완,이정희,이 철 大韓神經精神醫學會 1998 신경정신의학 Vol.37 No.6

연구목적 : 잠재성 간성혼수 환자들의 신경인지기능 장애 정도와 기저 핵이나 두정엽 백질부에서의 자기공명분광 (proton MRS)으로 측정한 양성자 함유 화합물의 변화와의 상관관계를 조사하고자 하였다. 방법: 한국판 웩슬러 지능 검사(KWIS) 중 토막짜기나 기호 바꾸기, 그리고 번호잇기 검사를 적용하여 잠재성 간성혼수로 정의된 18명의 간경변 환자를 대상군으로 하고 20명의 정상인을 대조군으로 하였다. 복합주의력과 시각 정보 분석능력 측정을 위해 Vienna 전산화 신경인지기능 검사 중, Cognitrone 검사. 미세 협응 운동능력을 위해 Grooved pegboard 검사를 적용하였단 1.5 Tesla 임상용 자기공명 촬영기를 이용해 자기공련명 분광을 얻었으며 두정엽 백질부와 기저핵의 각각 2×2×2cm3 vocel에서의 myoinositol(ml), N-acetyl-L-aspartate(NAA). creative(Cr), choline(Cho) 등의 농도를 측정하고 Cr 농도에 대한 상대적 농도비율을 구하여 분석하였다. 결과: 1) 잠재성 간성혼수 환자들의 기저핵과 두정엽 백질부에서 Cho/cr 및 ml/Cr 비가 감소하였다. 2) 미세 협응 운동능력을 반영하는 Grooved pegboard 검사의 수행능력이 기저핵의 ml 및 두정엽 백질부의 Cho농도와 유의미한 역상관관계를 보였다(r= -0.59. p<.05). 3) Cognitrone 검사 중 정반응하는데 걸리는 평균시간은 두정엽 백질부의 NAA와 역 상관관계를 보였다(r= -0.55, p<.05) . 결론 : 잠재성 간성혼수 환자들의 특정 신경인지기능의 장애는 양성자 자기공명분광법으로 측정한 기저핵 및 두정엽 백질부의 신경화학적 변화와 상관관계를 보인다. 하지만 이러한 신경화학적 변화가 잠재성 간성 혼수의 근본적 병리 생리인지 2차적 변화인지를 규명하기 위해서는 질병의 경과에 따른 신경인지기능 및 양성자 자기공명분광 소견의 추적연구가 필요하며 비슷한 인지기능의 장애를 보이는 다른 신경퇴행성 질환과의 비교 연구가 필요하다. 0bjectives To investigate the relationship of neurochemical changes of brain in SCHE patients and the level of cognitive function, the authors measured hydrogen containing neurochemicals in two brain regions using 1H MRS, and compared those changes with the level of cognitive performances such as attention, visual analysis, or fine motor function. Methods ; A total of patients with liver cirrohosis were defined as SCHE, for they performed poorly(out of 1 SD of normative data) in more than one neuropsychological tests conventionally used(digit symbol and block design tests in KWIS, trail making test A and B). They were further evaluated in attentional ability and efficacy of visual analysis using Cognitrone subtest in Vienna Neurocognitive Test battery. Fine motor coordination were also measured by Grooved Pegboard test. Patients and 20 nodal controls underwent proton MRS study. Proton containg neurochemirals , such as myoinositol(mI) , N-acetrl-L-aspartate(NAA) , creating (Cr) , choline(Cho) were measured from 2*2*2cm3 voxel of basal ganglia and parietal white matter using 1.5 tesla dinical MRI/MRS system. The ratios of above metabolites to Cr were analyzed. Results : 1) Patients with SCHE showed reductions in Cho/Cr and ml/Cr in both basal ganglia and parietal white matter compared to normal subjects. 2) Performance of Grooved Pegboard test were negatively correlated with ml level of basal gang1ia and with Cho level of parietal white matter(r= -0.59, p<.05). 3) Mean time of correct responses in Cognitrone test skewed negative correlation with NAA level of parietal white matter(r= -0.55, p<.05). Conclusion : Certain neurocognitive disturbances in SCHE patients seemed to be related with neurochemical changes in basal ganglia or parietal white matter. To further elucidate the relationship of focal biochemical changes and neurocognitive deficits in SCHE patients, however, fo11ow-up study according to the illness stage must be performed. Studies on other disorders showing similar cognitive deficit patterns would be helpful.

유방 침윤성 관상피암에서 수소핵 자기공명분광상의 특성 분석

조재환,박철수,이선엽,김보희,Cho, Jae-Hwan,Park, Cheol-Soo,Lee, Sun-Yeob,Kim, Bo-Hui 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.1

유방암 중에서 가장 발생율이 높은 침윤성 관상피암을 대상으로 생체 국소 수소핵 자기공명분광법(localized in vivo $^1H$ MRS)을 시행하여 조직학적 형태에 따른 자기공명 분광상(MR spectroscopy)의 특성을 분석하고자 본 연구를 실시하였다. 조직학적으로 침윤성 관상피암으로 진단 받은 환자 40명을 대상으로 하여 종양이 있는 부위를 실험군으로 정하였고 종양이 없는 반대쪽 부위를 대조군으로 정하여 3.0T MR scanner를 이용한 수소핵 자기공명분광영상으로 검사를 시행하여 영상 및 분광 정보를 얻었다. 유방암 환자 40명 중 34명(85%)에서 3.2 ppm 분광정점을 확인할 수 있었고 MRS상 3.2 ppm에서의 분광정점 발현여부를 유방암의 진단 기준으로 선택하는 경우 민감도는 85% (34/40), 특이도는 92.5% (37/40), 양성예측율은 100% (34/34), 음성 예측율은 86% (37/43)이었다. 정상 조직의 1.3 ppm에서의 분광정점을 진단 기준으로 정할때 민감도는 92.5% (37/40), 특이도는 85% (34/40), 양성 예측율은 100% (37/37), 음성 예측율은 91.8% (34/37)이었다. $^1H$ MRS방법이 유방암의 진단에 이용될 수 있는 가능성을 제시하였고 추후 지속적인 연구를 통해 임상적으로 진단 및 치료 판정에 널리 이용될 수 있을 것으로 사료된다. To evaluate the potential value of $^1H$ Magnetic resonance spectroscopy (MRS) for detecting and characterizing invasive ductal carcinoma of breast. We conducted $^1H$ Magnetic resonance spectroscopy (MRS), using a 3.0T MR scanner, on 40 patients who were histologically diagnosed to have invasive ductal carcinoma (IDC); tumor areas of the patients were designated as experimental samples, and non-tumor areas as control samples. The peak at 3.2 ppm is characteristically intense and observed in 34 cases of the total 40 invasive ductal carcinoma (sensitivity 86.2%; specificity 100%; positive predictive value 100%; negative predictive value 60%). In constrast peak at 1.3 ppm is characteristically intense and observed in normal breast (sensitivity 86.2%; specificity 100%; positive predictive value 100%; negative predictive value 60%). The study shows that $^1H$ MRS can effectively discriminate invasive ductal carcinoma from normal breast in most cases. It also demonstrates the feasibility of localized in vivo $^1H$ MRS technique as a new diagnostic modality in the detection of breast tumor.

절제한 위장의 수소 자기공명분광 분석

신운재 대한자기공명기술학회 2005 대한자기공명기술학회지 Vol.15 No.-

생체 내 양성자 자기공명분광법을 이용한 지방간 쥐에서 간 지질 변화

김주연(Joo-Yeon Kim),백현만(Hyeon-Man Baek) 한국방사선학회 2018 한국방사선학회 논문지 Vol.12 No.5

비알코올성 지방간 질환은 만성 간질환의 가장 흔한 원인이다. 이 연구의 목적은 비알코올성 지방간 질환 동물모델을 확립하고 생체 내 짧은 양성자 자기공명분광법을 이용하여 비침습적으로 간의 대사물질과 지질의 변화를 정량 분석하고자 하였다. 각 실험은 고지방식 먹이를 먹고 나서 0주를 기준선으로 하고, 2, 4, 6, 8주에 쥐의 간 실질 조직으로부터 측정되었다. 0주를 기준선으로 하고 2주와 비교했을 때 0.9, 1.3, 2.3, 2.8 및 5.3 ppm 에서 유의미하게 증가하였다(p<0.01). 따라서 양성자 자기공명분광법은 고지방식 먹이를 먹고 2주 후부터 다양한 쥐의 간 지질 변화를 검출하고 특성화하는데 유용할 것이다. Non-alcoholic fatty liver disease is the most common cause of chronic liver diseases. This study was to characterize early hepatic lipid changes in fatty liver rat model by in vivo short-echo time(TE) 1 H-MRS(Proton -Magnetic Resonance Spectroscopy). Each the examinations were measured from liver parenchyma in rats at 0, 2, 4, 6, 8 weeks followed by high fat diet, respectively. Significant increase in lipid signals. 0.9, 1.3, 2.3, 2.8, and 5.3 ppm was found in animals with 2 weeks(p<0.01). Therefore, 1 H-MRS is useful in detecting and characterizing various hepatic lipid alterations as early as 2 weeks for the start high fat diet.

뇌질환 대사물질 변화의 고찰; 3 Teslar 수소 자기공명분광법

은성종(Sungjong Eun),김정재(Jeongjae Kim),유승철(Seungcheol Yoo) 한국방사선학회 2014 한국방사선학회 논문지 Vol.8 No.1

본 연구의 목적은 단일 복셀 자기공명 분광법을 이용하여 비정상적인 뇌질환을 가진 환자의 뇌대사물질이 어떻게 다른지를 알아보는데 있다. 수소 자기공명분광법의 정량적 분석의 결과 부신백질이영양증, 간선뇌병증, 뇌경색은 백질에 관련된 대사물질에 변화를 보였다. 세질환 모두 NAA가 감소하였고, ALD에서는 Cho, mI 과 Lac가 증가하였고, 간성뇌병변에서는 Cho가 감소, 그리고 뇌경색에서는 βㆍγ-Glx와 Lac가 증가되었다. 결론적으로 수소 자기공명분광법은 비정상적으로 발전하는 뇌질환의 대사물질의 변화를 관찰하여 병을 진단할 수 있고 이는 임상에서 뇌질환의 진단과 예후를 평가하는데 유용할 것이다. The purpose of this study is to know the differences of metabolism in abnormal brain disease using a single-voxel proton MR spectroscopy(1H MRS) Together with five normal volunteers and each five patients with brain diseases, pathologically proved, underwent MRI and 1H MRS. The quantitative results of 1H MRS in adrenoleukodystrophy(ALD), hepatic encephalopathy(HE), and infarction gave unique information on the metabolite changes related with the white matter: the concentration of NAA decreased in all diseases; Cho, mI and Lac increased in ALD; Cho decreased in HE; and βㆍγ-Glx and Lac increased in infarction. It is concluded that 1H MRS is capable of diagnosing brain diseases by monitoring metabolite changes in vivo that subsequently develope into abnormalities. 1H MRS may be a useful clinical tool for in both diagnosis and prognosis of brain diseases.

Evaluation of Internal Structure of Beef Using Magnetic Resonance Imaging

Kim, S. M. 한국농업기계학회 1999 바이오시스템공학 Vol.24 No.6

비파괴 품질 평가 기술인 핵 자기공명 분광법과 자기공명영상을 이용하여 소고기의 내부 구조를 분석하였다. 이완 상수 T$_1$과 T$_2$가 육류의 내부 구조와 관계가 있음을 보였다. 근육부분의 면적 비율이 증가할수록 T$_1$이 증가했다. 지방 부분의 T$_2$는 배 내부 부분의 T$_2$와 비슷한 값을 보였다. 자기공명 영상을 이용하여 육류의 원하는 부위의 T$_2$를 측정할 수 있는 방법을 구하였다. 근육 부분의 T$_2$가 길었으며 지방 부분의T$_2$가 짧았다. 부위별로 최적의 신호를 얻을 수 있는 자기공명영상 인자 TR과 TE를 구하였다. 자기공명영상을 이용하여 근육, 지방 그리고 뼈 성분에 따른 육류의 품질을 비파괴적으로 평가할 수 있는 가능성을 보여주었다.