KR102618156B1 - 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

자기공명영상을 이용한 신경 수초(Myelin) 평가 방법에 있어서, 하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 단계; 상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 단계; 및 상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 단계;를 포함하는 신경 수초 평가 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 짧은 시간 안에 영상 획득이 가능하며, 고해상도의 영상을 얻을 수 있고, 객관적인 수치 정보를 얻을 수 있어 신경 수초의 정량적인 평가가 가능하다는 효과가 있다. 또한, 정성적인 Myelin Map과 정량적인 Myelin Map을 동시에 획득할 수 있게 함으로써, Myelin에 대한 다각적인 분석이 가능하다는 이점이 있다.

Description

자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 방법{Myelin mapping method using magnetic resonance imaging}
본 발명은 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 방법에 관한 것이다.
신경세포의 축삭 돌기를 감싸고 있는 지방질 물질인 Myelin은 효율적인 뇌 기능을 유지하기 위한 필수 구성 요소이다. Myelin은 신경 섬유의 완전성을 유지하고 뇌의 적절한 기능에 필수적인 활동 전위의 전파 속도를 향상시킨다. 이러한 Myelin이 손상되면 신경의 정상적인 신경 전달을 방해하여 감각, 인지, 행동에 있어 다양한 증상을 유발한다. 그렇기 때문에 Myelin의 정확한 평가는 다발성 경화증(Multiple Sclerosis; MS), 시신경 척수염 범주 질환(NeuroMyelitis Optica Spectrum Disorder; NMOSD), 외상성 뇌 손상(Traumatic Brain Injury; TBI), 알츠하이머 병(Alzheimer's Disease; AD) 등 신경계 장애에서 중요하게 여겨지고 있다.
이러한 Myelin은 조직 병리학적으로 정량적 평가가 가능하나, 이는 사후에만 측정이 가능하기 때문에 최근에는 MRI를 이용한 비침습적인 Myelin 평가 방법에 대한 연구가 다수 진행되고 있다. 현재 임상 연구에서 주로 사용되고 있는 방식은 3T MRI로 촬영한 T1 강조 영상(T1 Weighted Image; T1WI)과 T2* 강조 영상(T2* Weighted Image; T2*WI)을 이용한 Myelin Mapping 기법이며, 임상에서 이미 획득한 일반적인 T1WI, T2*WI를 사용한다는 점에서 큰 장점을 가진다. Myelin은 T1WI, T2*WI로 Myelin의 정도를 확인할 수 있는데, 지방 성분이 밝게 나오는 T1WI를 통해 Myelin의 공간 분포를 알 수 있으며, 양성자 이동, 분자 교환 및 물의 확산과 관련 있는 T2*WI의 낮은 강도는 비교적 큰 Myelin 함량을 반영한다. 이러한 T1WI에서 T2*WI를 나눔으로써, Myelin의 함량 변화 및 염증에 따른 구조적 변화를 확인할 수 있다. 하지만 강조 영상들은 유사 값을 나타낼 뿐, 정확한 정량적 정보는 알 수 없다는 한계점을 가지고 있다.
정성적인 한계점을 극복하기 위한 연구들이 일부 수행되고는 있지만, 다양한 Myelin 평가 방식을 적용하기 어렵다는 한계점이 존재하거나, 촬영 시간이 과도하게 증가하거나, 영상 보정 및 정합을 위한 추가 작업이 필요하다는 단점이 있는 실정이다.
이에 새로운 방식의 Myelin 평가 방법이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1771513호
Ganzetti, M., Wenderoth, N., & Mantini, D. (2014). Whole brain myelin mapping using T1-and T2-weighted MR imaging data.　Frontiers in human neuroscience,　8, 671
본 발명의 일 측면에서의 목적은 정성적인 Myelin Map과 정량적인 Myelin Map을 동시에 획득하고, 서로 비교하여 Myelin에 대해 다각적인 분석이 가능한 새로운 방식의 신경 수초 평가 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서
자기공명영상을 이용한 신경 수초(Myelin) 평가 방법에 있어서,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 단계;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 단계; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 단계;
를 포함하는 신경 수초 평가 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서
자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 시스템으로,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 에코 영상 획득부;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제1 영상 획득부; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제2 영상 획득부;
를 포함하는 신경 수초 평가 시스템이 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서
프로세서와 결합되어, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은 상기 기록 매체에 저장된 명령어에 의해 상기 프로세서에서 실행되며,
상기 프로세서는,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 제1 오퍼레이션;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제2 오퍼레이션; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제3 오퍼레이션;
를 포함하는 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 프로그램이 제공된다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 짧은 시간 안에 영상 획득이 가능하며, 고해상도의 영상을 얻을 수 있고, 객관적인 수치 정보를 얻을 수 있어 신경 수초의 정량적인 평가가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 정성적인 Myelin Map과 정량적인 Myelin Map을 동시에 획득할 수 있게 함으로써, Myelin에 대한 다각적인 분석이 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 수초 평가 방법의 흐름도를 모식적으로 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 수초 평가 시 이용하는 자기공명영상의 자기장 세기에 따른 매핑 이미지를 비교하여 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명의 일 비교예 및 일 실시예의 시퀀스를 비교하여 모식적으로 나타낸 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 수초 평가 시 영상 처리 및 보정 과정을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 다른 일 비교예의 시퀀스를 사용하였을 때의 영상 처리 과정을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예의 시퀀스를 사용하였을 때의 다양한 영상을 얻는 과정을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신경 수초 평가 시, 최종적으로 신경 수초를 평가 및 분석하는 일 예를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, "제 1"및 "제 2"라는 용어는 본 명세서에서 구별 목적으로만 사용되며, 어떠한 방식으로도 서열 또는 우선 순위를 나타내거나 예상하는 것을 의미하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 측면에서
자기공명영상을 이용한 신경 수초(Myelin) 평가 방법에 있어서,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 단계;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 단계; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 단계;
를 포함하는 신경 수초 평가 방법이 제공된다.
먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 복수의 에코 영상을 얻는 단계를 포함한다.
상기 단계는 자기공명영상 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
상기 자기공명영상 장치는 3 T 이상, 바람직하게는 4 T 이상, 더 바람직하게는 7 T 이상의 자기장을 사용할 수 있다.
이에 따라, 보다 세밀한 구조 및 분포의 분석이 가능할 수 있다.
상기 단계에서, 하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가할 수 있다.
일 실시예에서 상기 반전 RF펄스는 2번 가할 수 있다.
상기 단계에서의 시퀀스는 MP2RAGE(Magnetization Prepared 2 Rapid Gradient Echo) 시퀀스일 수 있다.
이 경우, 2번의 반전 RF펄스를 가하여 각각 1개의 에코 영상을 획득하고, 이를 바탕으로 정량적인 T1 Map을 구성할 수 있다(도 2).
T1 Map을 반전시켜 얻은 R1 Map(= 1/T1 Map)은 Myelin의 평가 지표로 사용될 수 있으며, 객관적인 수치 정보를 가지고 있기 때문에 정확한 평가가 가능하다는 장점을 가진다.
다만, MP2RAGE 시퀀스만 사용하면 T1WI와 T1 Map만 얻을 수 있기 때문에 T2* Map, T1WI/T2*WI, R1 Map/T2* Map, SWI(QSM)와 같은 다른 Myelin 평가 방식을 적용하지 못한다는 한계점이 있다. ME-GRE와 같은 또 다른 시퀀스를 사용하여 T2*강조 영상을 촬영함으로써 한계점을 극복할 수 있지만, 촬영 시간이 2배 이상 증가한다는 단점과 영상 보정 및 정합에 대한 추가 작업이 필요하다는 단점이 있다.
이에, 상기 단계에서는 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻을 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 각 RF펄스마다 복수의 에코 신호를 획득하는 ME-MP2RAGE(Multi-Echo Magnetization Prepared 2 RApid Gradient Echo) 기법이 이용될 수 있다.
이 경우, MP2RAGE의 장점을 살리면서도 상술한 단점을 해결할 수 있다.
보다 상세하게는 1회 영상 촬영으로 재구성을 통해서 T1 Map과 T2* Map을 동시에 얻을 수 있기 때문에 영상 획득 시간이 짧고, 영상 정합 과정이 불필요하다.
도 3에서 확인할 수 있는 본 발명의 일 실시예를 참조하면, ME-MP2RAGE 시퀀스는 2번의 Inversion RF pulse를 가한 이후에 각각 1개의 에코 영상을 획득하는 기존의 촬영 방식과는 달리, 본 발명에서는 각 Inversion에 4번의 Echo Time(TE)을 주어 1st Inversion의 에코 영상 4개와 2nd Inversion의 에코 영상 4개로 총 8개의 영상을 동시에 얻을 수 있도록 하였다(도 3).
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 단계를 포함한다.
상기 제1 영상은 T1 Map, T2* Map, T1WI 및 T2*WI로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
도 6에서 확인할 수 있는 본 발명의 일 실시예를 참조하면, 1st Inversion의 TE1 영상과 2nd Inversion의 TE1 영상으로 T1 값을 정량적으로 추정 하는 영상 신호 평가(Estimation)를 진행하여 T1 Map을 구성하고, 2nd Inversion의 TE1, TE2, TE3, TE4 영상들을 T2* 값을 정량적으로 추정하여 T2* Map을 구성할 수 있다.
뿐만 아니라, 상술한 복수의 에코 영상을 통하여 T1 강조 영상 및 T2 강조 영상인 T1WI와 T2*WI를 만들 수 있다. 일반적으로 T1WI는 short TR과 short TE의 파라미터를 가지게 되는데, 1st Inversion에서의 TE1 혹은 TE2를 사용하면 T1WI를 얻을 수 있다. 또한, long TR과 long TE의 파라미터를 가지는 T2*WI는 2nd Inversion에서의 TE3 혹은 TE4를 사용하여 만들 수 있다(도 6).
다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2 영상은 상기 신경 수초의 분포를 정량적으로 평가할 수 있는 영상을 포함할 수 있다.
상기 제2 영상은 R1 Map, R1 Map/T2* Map 및 T1WI/T2*WI Map으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이 때, R1 Map은 T1 Map을 반전시킨 1/T1 Map을 의미한다.
일반적으로 임상 연구에서 사용되고 있는 Myelin Mapping 기법 중 하나인 T1WI에서 T2*WI를 나누는 방법을 사용하는 경우, 강조 영상을 획득하기 위하여 사용되는 영상 획득 변수들에 의해서 그 결과가 항상 변화될 가능성이 있다. 즉, 강조 영상을 사용하는 것은 유사한 값일 뿐 정량적으로 정해진 객관적인 수치가 아니기 때문에, 이를 보완할 수 있는 R1 Map(= 1 / T1 Map)과 T2* Map 영상의 정량적인 값을 사용하여 아래의 식 1을 이용하여 Myelin Map을 구할 수 있다.
<식 1>
Myelin Map = R1 Map / T2* Map
상기 식 1의 Myelin Map 외에도 R1 Map, R1 Map/T2* Map, T1WI/T2*WI와 같은 영상을 이용하여 신경 수초를 평가할 수 있다.
즉, 상기 제2 영상은 정성적인 신경 수초 맵과 정량적인 신경 수초 맵을 모두 포함할 수 있다. 이에, 신경 수초에 대한 다각적인 분석이 가능할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 상기 제2 영상의 형성 전에 상기 제1 영상을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계는 상기 에코 영상 중 하나 이상으로부터 마스크 이미지를 형성하는 단계; 및 상기 제1 영상에 마스킹하는 단계;를 포함할 수 있다.
이러한 단계를 통하여 노이즈들이 보정된 제1 영상을 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 2nd Inversion의 TE1 영상으로 Brain Extraction, Smoothing, Thresholding의 일련의 과정을 거쳐 마스크 이미지를 형성하며, 이를 T1 Map과 T2* Map에 마스킹하여 주변 노이즈들이 보정된 T1 Map 및 T2* Map을 얻게 된다(도 4).
만약, 본 발명과 같이 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 방식이 아니라, MP2RAGE 시퀀스로 TE를 1개만 주어 T1 Map을 구성하고, ME-GRE 시퀀스로 TE를 n개 주어 T2* Map을 구성하는 방법을 사용하는 경우, 추가적인 영상 정합 과정을 거쳐야 한다는 단점이 존재한다.
즉, 서로 다른 MR 시퀀스로 촬영을 하는 경우에는 움직임으로 인한 불일치나 다른 영상 촬영 시퀀스를 사용함에 따라 두 영상을 합쳐야 하는 문제 등을 보정하기 위하여 추가적인 영상 정합(Image Registration) 과정을 반드시 거쳐야 하는 반면, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법의 경우 동일 시퀀스로 동시에 영상을 촬영하기 때문에 움직임에 대한 우려가 완전히 배제될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법의 경우에는 별도의 고비용 영상 처리 과정이 불필요하고 단순한 산술연산을 이용하는 영상 처리로 최적의 결과물을 획득할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 2 이상의 제2 영상을 활용하여, 관심 영역 내의 신경 수초 함량의 평균, 표준편차 및 분포 등을 확인할 수 있다.
보다 상세하게는 도 7의 (a)에서 확인할 수 있는 것과 같이 관심 영역(Region Of Interest; ROI) 내의 신경 수초의 함량을 제2 영상의 조합 별로 평균, 표준편차 및 분포를 확인할 수 있도록 그래프로 표현할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 복수의 제2 영상 사이의 관계를 확인하여 신경 수초를 평가할 수 있다.
보다 상세하게는 도 7의 (b)에서 확인할 수 있는 것과 같이, 복수의 제2 영상끼리 쌍을 이루어 산점도를 나타냄으로써 제2 영상 사이의 관계를 확인할 수 있다.
따라서, 그래프로 신경 수초의 비율 및 분포를 나타냄으로써 단편적인 분석이 아닌 다각도로 신경 수초를 분석할 수 있다는 효과를 가질 수 있다.
이러한 다양한 분포의 변화는 신경 수초가 감소되는 환자군의 특징을 파악하기 위한 중요한 정보로 활용될 수 있으며, 정상인군과의 차이를 분석하는 자료로 이용 가능할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 방법은 반전 RF펄스를 복수 번 가하는 시퀀스 내에서 각 펄스마다 동시에 다수의 에코 신호를 획득하여 복수의 에코영상으로부터 객관적이며 정량적인 값을 가지는 제1 영상을 동시에 재구성하고, 이를 바탕으로 신경 수초를 평가할 수 있는 다양한 조합의 제2 영상을 최종적으로 만들 수 있다.
이는 종래 기술의 정성적 정보만 알 수 있다는 한계점을 보완하여 정량적 수치화가 가능하며, 고해상도 Myelin 분포 영상을 빠르게 획득할 수 있다는 이점도 가지게 된다. 또, 다양한 조합의 Myelin Map을 동시에 확인 및 비교함으로써 다각도로 신경 수초를 분석할 수 있다는 장점도 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서
자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 시스템으로,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 에코 영상 획득부;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제1 영상 획득부; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제2 영상 획득부;
를 포함하는 신경 수초 평가 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 신경 수초 평가 시스템은 2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 데이터 처리부를 더 포함할 수 있다.
이 외에, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 시스템은 상기 신경 수초 평가 방법에서 설명한 내용과 동일한 바, 중복하여 설명하지는 않는다.
본 발명의 또 다른 측면에서
프로세서와 결합되어, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은 상기 기록 매체에 저장된 명령어에 의해 상기 프로세서에서 실행되며,
상기 프로세서는,
하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 제1 오퍼레이션;
상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제2 오퍼레이션; 및
상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제3 오퍼레이션;
를 포함하는 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 프로그램이 제공된다.
이 때, 상기 프로세서는 2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 제4 오퍼레이션을 더 포함한다.
이 외에, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 신경 수초 평가 프로그램은 상기 신경 수초 평가 방법에서 설명한 내용과 동일한 바, 중복하여 설명하지는 않는다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
<실시예 1>
각 반전 RF펄스에 4번의 에코 타임(Echo Time, TE)을 주어 1차 반전의 에코 영상 4개와 2차 반전의 에코 영상 4개로 총 8개의 영상을 동시에 얻는다(도 3). 이때, 1차 반전의 TE1 영상과 2차 반전의 TE1 영상으로 T1 값을 정량적으로 추정하는 영상 신호 평가 (Estimation)를 진행하여 T1 Map을 구성하고, 2차 반전의 TE1, TE2, TE3, TE4 영상들로 T2* 값을 정량적으로 추정하여 T2* Map을 구성한다.
MRI 장비로는 7 T의 초고자장 MRI 장비를 사용하였다.
또한, 2차 반전의 TE1 영상으로 마스크 이미지를 만들어, 추정한 T1 MAP과 T2* Map에 마스킹하여, 보정된 T1 Map 및 T2* Map을 얻었다(도 4).
또한, 도 6에서 볼 수 있듯이 획득한 8개의 영상으로 T1 Map과 T2* Map을 구성할 수 있을 뿐 아니라, T1WI와 T2*WI를 만들 수 있다.
이 때, 일반적으로 T1WI는 short TR과 short TE의 파라미터를 가지게 되는데, 1st Inversion에서의 TE1 혹은 TE2를 사용하면 T1WI를 얻을 수 있다. 또한, long TR과 long TE의 파라미터를 가지는 T2*WI는 2nd Inversion에서의 TE3 혹은 TE4를 사용하여 만들 수 있다(도 6). 하지만, 임상 연구에서 사용되고 있는 Myelin Mapping 기법 중 하나인 T1WI에서 T2*WI를 나누는 방법을 사용하는 경우, 강조 영상을 획득하기 위하여 사용되는 영상 획득 변수들에 의해서 그 결과가 항상 변화될 가능성이 있다.
즉, 강조 영상을 사용하는 것은 유사한 값일 뿐 정량적으로 정해진 객관적인 수치가 아니기 때문에, 이를 보완할 수 있는 정량적인 값을 사용할 필요성이 있으며, 실시예 1의 경우 R1 Map(= 1 / T1 Map)과 T2* Map 영상의 정량적인 값을 사용하여 식 1로 Myelin Map을 구하도록 하였다.
<식 1>
Myelin Map = R1 Map / T2* Map
<비교예 1>
3 T의 MRI 장비를 사용하였으며, 서로 다른 두 개의 MR 시퀀스를 이용하여 정량적인 T1 영상과 T2* 영상을 각각 영상 처리하여 획득한 이후 두 영상의 비율 (T1 / T2*)을 이용하여 myelin(수초화) 정보를 추출하였다.
(Ganzetti, M., Wenderoth, N., & Mantini, D. (2014). Whole brain myelin mapping using T1-and T2-weighted MR imaging data.　Frontiers in human neuroscience,　8, 671)
<비교예 2>
실시예 1과는 달리 MP2RAGE 시퀀스만을 사용하였다(도 3).
<비교예 3>
실시예 1과는 달리 MP2RAGE 시퀀스로 TE를 1개만 주어 T1 Map을 구성하고, ME-GRE 시퀀스로 TE를 n개 주어 T2* Map을 구성하였다.
<실험예 1> 실시예 1 및 비교예 1의 비교
도 2의 좌측 이미지는 비교예 1, 우측 이미지는 실시예 1로 얻은 미엘린 이미지를 나타낸 것이다. 비교예 1의 이미지는 Ganzetti, M., Wenderoth, N., & Mantini, D. (2014). Whole brain myelin mapping using T1-and T2-weighted MR imaging data.　Frontiers in human neuroscience,　8, 671에서 얻은 이미지이다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 경우 비교예 1에 비하여, 고자장의 MRI 장비로 촬영하여, 고해상도의 영상을 얻을 수 있으며, 그 결과 세밀한 분석이 가능하다.
<실험예 2> 실시예 1 및 비교예 2의 비교
비교예 2의 경우, MP2RAGE 시퀀스를 사용하는 바, 2회의 반전 RF펄스를 가하여 각각 1개의 에코 영상을 획득하게 되며, 이를 바탕으로 정량적인 T1 Map을 구성할 수 있다.
다만 비교예 2와 같이 MP2RAGE 시퀀스만을 사용하는 경우, T1WI와 T1 Map만을 얻을 수 있기에, T2* Map, T1WI/T2*WI, R1 Map/T2* Map, SWI(QSM)와 같은 다른 신경 수초 평가 방식을 적용하지 못한다는 한계가 있다.
반면 실시예 1의 경우, 상술한 바와 같이 ME-MP2RAGE 기법으로 얻은 8개의 영상을 이용하여 T1WI, T2*WI, T1 Map, T2* Map을 구할 수 있을 뿐 아니라, T1 Map을 반전시켜 R1 Map까지 얻을 수 있다. 이처럼 ME-MP2RAGE 기법으로 얻은 영상은 활용도가 높기 때문에, 상술한 R1 Map/T2* Map 뿐만 아니라 T2* Map, T1WI/T2WI, SWI(QSM)과 같이, 임상 연구에서 이루어지고 있는 대부분의 Myelin Mapping 방식을 사용하여 Myelin Map을 구할 수 있다(도 1).
이에, 실시예 1의 경우 정성적인 Myelin Map과 정량적인 Myelin Map을 동시에 획득하고, 서로 비교하여 Myelin에 대해 다각적인 분석이 가능하다.
따라서, 실시예 1의 시퀀스를 적용하는 것이 비교예 2의 경우보다 훨씬 더 바람직하다.
<실험예 3> 실시예 1 및 비교예 3의 비교
비교예 3의 경우, MP2RAGE 시퀀스 및 ME-GRE 시퀀스를 사용하기에, 서로 다른 MR 시퀀스로 촬영을 하였는 바, 움직임으로 인한 불일치나 상이한 영상 촬영 시퀀스를 사용함에 따라 두 영상을 합쳐야 하는 문제들이 발생한다. 따라서, 이를 보정하기 위하여 추가적인 영상 정합(Image Registration) 과정을 반드시 거쳐야 한다(도 5).
반면, 실시예 1의 경우, 동일 시퀀스로 동시에 영상을 촬영하기 때문에 움직임에 대한 우려가 완전히 배제될 수 있으며, 이로 인하여 별도의 고비용 영상 처리 과정이 불필요하고 단순한 산술연산을 이용하는 영상 처리로 최적의 결과물을 획득할 수 있다.
따라서, 실시예 1의 시퀀스를 적용하는 것이 비교예 3의 경우보다 훨씬 더 바람직하다.
<실험예 4> 실시예 1을 이용한 다각적 분석
도 7에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1에서 획득한 Myelin Map에서 관심 영역(Region Of Interest; ROI)을 설정하였다.
이 후, 관심 영역 내의 Myelin 함량에 대하여 각 조합 별로 평균, 표준편차 및 분포를 그래프화하여 나타내었다(도 7의 (a)).
또한, 각 조합끼리 쌍을 이루어 산점도를 나타냄으로써 두 Myelin Map 사이의 관계를 확인할 수 있도록 그래프로 나타내었다(도 7의 (b)).
즉, 실시예 1의 경우 그래프로 Myelin의 비율 및 분포를 나타냄으로써 단편적인 분석이 아닌 다각도로 Myelin을 분석할 수 있다는 효과를 가지며, 이러한 다양한 분포의 변화는 Myelin이 감소되는 환자군의 특징을 파악하기 위한 중요한 정보로 활용될 수 있으며, 정상인군과의 차이를 분석하는 자료로 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 프로세서를 포함하는 장치에 의해 수행되는, 자기공명영상을 이용한 신경 수초(Myelin) 평가 방법에 있어서,
    하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 단계;
    상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 RF펄스마다 ME-MP2RAGE(Multi-Echo Magnetization Prepared 2 RApid Gradient Echo) 시퀀스를 이용하고,
    상기 제2 영상은 하기 식 1을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 방법
    [식 1]
    Myelin Map = R1 Map / T2* Map, (여기서 R1 Map= 1 / T1 Map).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영상은 T1 Map, T2* Map, T1WI 및 T2*WI로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신경 수초 평가 방법은 상기 제2 영상의 형성 전에 상기 제1 영상을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신경 수초 평가 방법은
    2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 방법.
  7. 제 1항에 따른 신경 수초 평가 방법을 실행하는 프로세서를 포함하는, 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 시스템으로,
    하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 에코 영상 획득부;
    상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제1 영상 획득부; 및
    상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제2 영상 획득부;
    를 포함하는 신경 수초 평가 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신경 수초 평가 시스템은
    2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 데이터 처리부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 시스템.
  9. 제 1항에 따른 신경 수초 평가 방법을 실행하는 프로세서와 결합되어, 상기 신경 수초 평가 방법을 실행할 수 있도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 저장된 신경 평가 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은 상기 기록 매체에 저장된 명령어에 의해 상기 프로세서에서 실행되며,
    상기 프로세서는,
    하나의 시퀀스 내에서 반전 RF펄스를 복수 번 가하되, 각 RF펄스마다 복수의 에코 타임을 주어 복수의 에코 신호를 획득하고, 이로부터 복수의 에코 영상을 얻는 제1 오퍼레이션;
    상기 복수의 에코 영상으로부터 제1 영상을 획득하는 제2 오퍼레이션; 및
    상기 제1 영상을 기초로 신경 수초를 평가할 수 있는 제2 영상을 형성하는 제3 오퍼레이션;
    를 포함하는 자기공명영상을 이용한 신경 수초 평가 프로그램.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    2 이상의 상기 제2 영상을 획득하여 신경 수초를 평가하는 제4 오퍼레이션;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신경 수초 평가 프로그램.
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