Multi-Component Relaxation Study of Human Brain Using Relaxographic Analysis

Relaxographic 분석법을 이용한 뇌의 다중 자기이완특성에 관한 연구

Purpose : To demonstrate that the relaxographic method provides additional information such as the distribution of relaxation times and water content which are poentially applicable to clinical medicine. Materials and Methods : First, the computer simulation was performed with the generated relaxation data to verify the accuracy and reliabilility of the relaxographic method (CONTINI). Secondly, in or der to see how well the CONTIN quantifies and resolves the two different ${T_1}$ environments, we calculated the oil to water peak area ratios and identified peak positions of ${T_1}-distribution$ curve of the phantom solutions, which consist of four centrifugal tubes (10 ml) filled with the compounds of 0, 10, 20, 30% of corn oil and distilled water, using CONTIN. Finally, inversion recovery MR images for a volunteer are acquired for each TI ranged from 40 to 1160 msec with TR/TE=2200/20 msec. From the 3 different ROIs (GM, WM, CSF), CONTIN analysis was performed to obtain the ${T_1}$-distribution curves, which gave peak positions and peak area of each ROI location. Results : The simulation result shows that the errors of peak positions were less in the higher peak (centered ${T_1}=600$ msec) than in the lower peak (centered ${T_1}=150$ msec) for all SNR but the errors of peak areas were larger in the higher peak than in the lower peak. The CONTIN analysis of the measured relaxation data of phantoms revealed two peaks between 20 and 60 msec and between 500 and 700 msec. The analysis gives the peak area ratio as oil 10%: oil 20%: oil 30% = 1:1.3:1.9, which is different from the exact ratio, 1:2:3. For human brain, in ROI 3 (CSF), only one component of -distributions was observed whereas in ROI 1(GM) and in ROI 2 (WM) we observed two components of ${T_1}-distribution$. For the WM and CSF there was great agreement between the observed ${T_1}-relaxation$ times and the reported values. Conclusion : we demonstrated that the relaxographic method provided additional information such as the distribution of relaxation times and water content, which were not available in the routine relaxometry and ${T_1}/{T_2}$ mapping techniques. In addition, these additional information provided by relaxographic analysis may have clinical importance.

목적: 자기공명영상과 자기이완분포 분석법을 통합적으로 이용하는 경우 기존의 자기이완시간 분석기법에서 제공할 수 없었던 자기이완 시간의 분포 및 해당 분포의 상대적인 물분자 함유량등의 추가적인 정보를 제공할 수 있음을 보이고자 하였다. 대상 및 방법: 자기이완분포 분석법(CONTIN)의 정확도 및 신뢰성을 검증 하기 위하여 먼저 자기이완시간이 일정한 분포를 가지도록 고안된 모의 자기이완 데이터를 사용하였다. 다음으로 지질의 함유량이 99% 이상인 식용유와 증류수를 일정비율(0, 10, 2 0, 30%)로 혼합한 실험 팬텀을 제작하고 inversion-recovery시퀀스 (TI: 40 -1160 msec, TR/TE=2200/20 msec)를 사용하여 MR 영상을 획득하여 CONTIN을 사용하여 분석하였다. 그 리고 사람의 뇌 영상에서 뇌척수액, 백질, 회백질에 관심영역을 설정하고 CONTIN을 사용하여 각 관심영역에서의 자기이완분포를 분석하였다. 결과: 신호대잡음비를 달리한 모의 자기이완 데이터의 분석결과 자기이완시간의 위치에 대한 오차는 신호대잡음비에 관계없이 긴 자기이완시간 ($T_1=600$ msec)에 비해 짧은 자기이완시간 ($T_1$=150 msec)에서 크게 나타났으며 반대로 자기이완시간 분포면적에 대해서는 긴 자기이완시간 ($T_1$=600 msec)의 면적 오차가 짧은 자기이완시간 ($T_1=150$ msec)에 비해 큰 것으로 나타났다. 실험 팬톰을 이용한 분석결과는 실제 오일대 증류수의 비율을 1:2:3으로 한 팬톰들에서 분석결과는 1:1.3:1.9으로 나타났다. 자원자의 뇌영상에서는 CSF의 경우에는 하나의 $T_1$ 자기이완시간만이 나타난 반면 백질과 회백질에서는 2개의 $T_1$ 자기이완분포를 가지는 것으로 분석되었다. CSF와 백질의 평균 자기이완시간은 기존의 보고된 값들과 잘 일치하였다. 결론: 자기공명영상과 자기이완분포 분석법을 통합적으로 이용하는 경우 기존의 자기이완시간 분석기법에서 제공 할 수 없었던 자기이완시간의 분포 및 해당 분포의 상대적인 물분자 함유량등의 추가적인 정보를 제공한다는 사실을 규명하였고 이러한 추가적인 정보들은 임상적 유용성이 있을 것으로 추정된다.