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        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.

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        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.

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        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.

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        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.

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        잠재성 간성혼수 환자의 인지기능과 양성자 자기공명분광 소견과의 상관관계

        김성윤,정범석,서동완,이정희,이철 대한신경정신의학회 1998 신경정신의학 Vol.37 No.6

        연구목적: 잠재성 간성혼수 환자들의 신경인지기능 장애 정도와 기저핵이나 두정엽 백질부에서의 자기공명분광 (proton MRS)으로 측정한 양성자 함유 화합물의 변화와의 상관관계를 조사하고자 하였다. 방 법: 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. 복합주의력 과 시각 정보 분석능력 측정을 위해 Vienna 전산화 신경인지기능 검사 중 Cognitrone 검사, 미세 협응 운동 능력을 위해 Grooved pegboard 검사를 적용하였다. 1.5 Tesla 임상용 자기공명 촬영기를 이용해 자기공명 분광을 얻었으며 두정엽 백질부와 기저핵의 각각 2×2×2cm3 voxel에서의 myoinositol(mI), N-acetyl- L-aspartate(NAA), creatine(Cr), choline(Cho) 등의 농도를 측정하고 Cr 농도에 대한 상대적 농도비율 을 구하여 분석하였다. 결 과: 1) 잠재성 간성혼수 환자들의 기저핵과 두정엽 백질부에서 Cho/Cr 및 mI/Cr 비가 감소하였다. 2) 미세 협응 운동능력을 반영하는 Grooved pegboard 검사의 수행능력이 기저핵의 mI 및 두정엽 백질 부의 Cho 농도와 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). 결 론: 잠재성 간성혼수 환자들의 특정 신경인지기능의 장애는 양성자 자기공명분광법으로 측정한 기저핵 및 두 정엽 백질부의 신경화학적 변화와 상관관계를 보인다. 하지만 이러한 신경화학적 변화가 잠재성 간성혼수의 근본적 병태생리인지 2차적 변화인지를 규명하기 위해서는 질병의 경과에 따른 신경인지기능 및 양성자 자 기공명분광 소견의 추적 연구가 필요하며 비슷한 인지기능의 장애를 보이는 다른 신경퇴행성 질환과의 비교 연구가 필요하다. Objectives: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 normal controls underwent proton MRS study. Proton containing neurochemicals, such as myoinositol(mI), N-acetyl-L-aspartate(NAA), creatine(Cr), choline(Cho) were measured from 2*2*2cm3 voxel of basal ganglia and parietal white matter using 1.5 tesla clinical MRI/MRS system. The ratios of above metabolites to Cr were analyzed. Results:1) Patients with SCHE showed reductions in Cho/Cr and mI/Cr in both basal ganglia and parietal white matter compared to normal subjects. 2) Performance of Grooved Pegboard test were negatively correlated with mI level of basal ganglia and with Cho level of parietal white matter(r=-0.59, p<.05). 3) Mean time of correct responses in Cognitrone test showed 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, follow-up study according to the illness stage must be performed. Studies on other disorders showing similar cognitive deficit patterns would be helpful.

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        The Effect of Gingko Biloba Extract on Energy Metabolic Status in C3H Mouse Fibrosarcoma :Evaluated by in vivo 31P Magnetic Resonance Spectroscopy

        하성환(Sung Whan Ha),김원동(Won Dong Kim),안용찬(Yong Chan Ahn),박찬일(Charn Il Park),임태환(Tae Hwan Lim),이대근(Tae Kuen Lee) 대한방사선종양학회 2002 대한방사선종양학회지 Vol.20 No.2

        목 적 : 현재까지 방사선에 대한 저산소세포의 감수성을 높이기 위한 많은 실험적 및 임상적 연구가 진행되어 왔으나, 아직 적절한 방법이 개발되지 못한 상태이다. 본 연구에서는 혈관수축 이완 및 혈액점도 저하를 통하여 말초혈류 증가작용을 갖고 있는 Ginkgo biloba extract (GBE)가 종양내 대사상태에 어떠한 변화를 가져오는지를 31P 핵자기 공명 분광법을 통하여 알아보고자 하였다. 방 법 : 100 ㎣에서 130 ㎣의 섬유육종을 갖는 18마리의 C3H 마우스를 각각 9 마리씩 두 군으로 분리하였다. 한 군은 GBE로 전처치를 하지 않았으며 나머지 다른 한 군은 31P 자기공명분광법을 시행하기 24시간 전에 100 mg/kg의 GBE를 복강내로 투여하여 전처치를 하였다. 우선 각 군에서 31P 자기공명분광법을 실시하여 대조 spectrum을 얻었으며 그 후 100 mg/kg의 GBE를 재투여 하고 약 1시간 후에 31P 자기공명분광법을 다시 실시하였다. 결 과 : 전처치를 하지 않은 군에서는 GBE 투여 전의 평균 pH, PCr/Pi, PME/ATP, Pi/ATP, PCr/(Pi+PME) 수치를 GBE 투여 후 1시간에 측정한 값과 비교하였을 때 통계학적인 차이가 없었다. 그러나 전처치를 한 군에서는 GBE 투여 전의 평균 PCr/Pi, Pi/ATP, PCr/(Pi+PME)수치가 0.49, 0.77, 0.17에서 GBE 투여 후에는 0.74, 0.57, 0.28로 변화하였으며 이는 paired-t test상 통계학적으로 의미있는 차이였다. 결 론 : 전처치를 한 군에서 GBE의 재투여로 대사상태가 현저히 호전되었으며 이는 간접적으로 GBE 에 의한 방사선감수성의 증가가 혈류 증가 및 이에 따른 대사상태 호전에 기인함을 나타낸다. Purpose : Gingko biloba extract (GBE), a natural product extracted from Gingko leaves, is known to increase the radiosensitivity of tumors. This radiosensitization probably arises from the increase in the peripheral blood flow by decreasing the blood viscosity and relaxing the vasospasm. The influence of a GBE on the metabolic status in fibrosarcoma II (FSall) of a C3H mouse was investigated using 31P magnetic resonance spectroscopy (MRS). Materials and Methods : Eighteen C3H mice with fibrosarcoma II (from 100 ㎣ to 130 ㎣) were prepared for this experiment. The mice were divided into 2 groups; one (9 mice) without a priming dose, and the other (9 mice) with a priming dose of GBE. The GBE priming dose (100 mg/kg) was administered by an intraperitoneal (i.p.) injection 24 hours prior to the measurement. First 31P MRS spectra were measured in the mice from each group as a baseline and test dose of GBE (100 mg/kg) was then administered to each group. One hour later, the 31P MRS spectra were measured again to evaluate the change in the energy metabolic status. Results : In the group without the priming dose, the mean pH, PCr/Pi, PME/ATP, Pi/ATP, PCr/(Pi+PME) values 1 hour after the test dose were not changed significantly compared to the values at the baseline. However, in the group with the priming dose, the mean PCr/Pi, Pi/ATP, PCr/(Pi+PME) values 1 hour after the test dose changed from the baseline values of 0.49, 0.77, 0.17 to 0.74, 0.57, 0.28 respectively. According to the paired t-test, the differences were statistically significant. Conclusion : The above findings suggest that the metabolic status is significantly improved after administering GBE if the priming dose is given 24 hours earlier. This shows that the radiosensitizing effect of GBE is based on the increase of tumor blood flow and the improvement in the metabolic status.

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        Hepatic Lipid Changes in Fatty Liver Rat Model by In Vivo Short-TE 1H-MRS

        Joo-Yeon Kim,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) 1H-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, 1H-MRS is useful in detecting and characterizing various hepatic lipid alterations as early as 2 weeks for the start high fat diet.

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        java Based Magnetic Resonance User Interface의 Advanced Method for Accurate, Robust, and Efficient Spectral Fitting 분석방법의 관찰자 변동 요소

        이석준(Suk Jun Lee),유승만(Seung Man Yu) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2016 방사선기술과학 Vol.39 No.2

        본 연구에서는 MRS 정량적 분석 중 jMRUI AMARES방법의 관찰자의 의존적 원인 요소를 숙련자와 비숙련자의 측정을 통하여 파악하고 하였다. 실험용 10주령 수컷 쥐의 간 부분을 3T MRI 장치를 활용하여 point resolved spectroscopy 펄스시퀀스를 이용하여 자기공명분광 데이터를 획득하였다. 획득된 데이터는 기준 값으로 사용하기 위해서 LCModel software 이용하여 1.3 ppm의 메틸렌 양성자와 4.7 ppm의 물 분자 양성자의 정량 비를 계산하였다. 7명의 비숙련 관찰자는 jMRUI AMARES 방법으로 총 지질을 1, 2주 간격으로 측정한 후 측정된 값을 SPSS를 이용하여 interclass correlation coefficient를 시행하였다. 관찰자 사이 간 측정치의 일관성의 신뢰도 분석을 표현한 크논바 알파 계수는 0.1 미만으로 나타났다. 1주차 데이터 값과 2주차 데이터 값의 평균값은 0.096±0.038로 LCModel의 분석 값보다 0.048로 50% 높게 관찰되었다. jMRUI AMARES분석 방법이 LCModel과 동일한 결과를 얻기 위해서는 정확한 대사물질의 개요를 숙지하고 획득된 그래프의 형태를 잘 파악하여 잔존 대사물질를 최소화 하여야 한다. The purpose of this study was examined the measurement error factor on AMARES of jMRUI method for magnetic resonance spectroscopy (MRS) quantitative analysis by skilled and unskilled observer method and identified the reason of independent observers. The Point-resolved spectroscopy sequence was used to acquired magnetic resonance spectroscopy data of 10 weeks male Sprague-Dawley rat liver. The methylene protons ((-CH2-)n) of 1.3 ppm and water proton (H2O) of 4.7 ppm ratio was calculated by LCModel software for using the reference data. The seven unskilled observers were calculated total lipid (methylene/water) using the jMRUI AMARES technique twice every 1 week, and we conducted interclass correlation coefficient (ICC) statistical analysis by SPSS software. The inter-observer reliability (ICC) of Cronbach’s alpha value was less than 0.1. The average value of seven observer’s total lipid (0.096±0.038) was 50% higher than LCModel reference value. The jMRUI AMARES analysis method is need to minimize the presence of the residual metabolite by identified metabolite MRS profile in order to obtain the same results as the LCModel.

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