KR20200139562A - Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis - Google Patents

Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis Download PDF

Info

Publication number
KR20200139562A
KR20200139562A KR1020190066205A KR20190066205A KR20200139562A KR 20200139562 A KR20200139562 A KR 20200139562A KR 1020190066205 A KR1020190066205 A KR 1020190066205A KR 20190066205 A KR20190066205 A KR 20190066205A KR 20200139562 A KR20200139562 A KR 20200139562A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
major depressive
depressive disorder
mri
nucleus
subcortical
Prior art date
Application number
KR1020190066205A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102267014B1 (en
Inventor
태우석
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020190066205A priority Critical patent/KR102267014B1/en
Publication of KR20200139562A publication Critical patent/KR20200139562A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102267014B1 publication Critical patent/KR102267014B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state
    • A61B5/165Evaluating the state of mind, e.g. depression, anxiety
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7271Specific aspects of physiological measurement analysis
    • A61B5/7275Determining trends in physiological measurement data; Predicting development of a medical condition based on physiological measurements, e.g. determining a risk factor

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Developmental Disabilities (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Hospice & Palliative Care (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Social Psychology (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for diagnosing major depressive disorders using brain MRI analysis. When using the method of the present invention, the major depressive disorders can be simply and efficiently diagnosed with only MRI images, thereby being usefully used for diagnosing the major depressive disorders and predicting prognosis.

Description

뇌 MRI 분석을 이용한 주요 우울 장애 진단 방법{Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis}Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis

본 발명은 뇌 MRI 분석을 이용한 주요 우울 장애 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing major depressive disorders using brain MRI analysis.

주요 우울 장애(Major depressive disorder; MDD)는 일반적 정신 장애로, 우울 장애를 가진 환자는 다양한 감정 장애(mood disorders), 인지 결함(cognitive deficits), 수면 장애 등을 겪는 것으로 알려져 있다.Major depressive disorder (MDD) is a general mental disorder, and patients with depressive disorder are known to suffer from a variety of mood disorders, cognitive deficits, and sleep disorders.

최근, 주요 우울 장애의 메커니즘에 초점을 맞추어 신경 생리학 연구가 진행되고 있으며, 특히, 대뇌(cerebrum)의 다른 부위를 가지는 변연계(limbic system)는 주요 우울 장애의 병태 생리에 영향을 줄 수 있음이 보고되었다(Hussain and Jacobson, 2015; Ibi et al., 2017).Recently, neurophysiological studies are being conducted focusing on the mechanisms of major depressive disorders. In particular, it is reported that the limbic system with different parts of the cerebrum can affect the pathophysiology of major depressive disorders. (Hussain and Jacobson, 2015; Ibi et al., 2017).

한편, 표면-기반 버텍스 분석(surface-based vertex analysis; SVA)은 표면 간의 상대 거리를 비교함으로써 뇌 구조를 정량적으로 측정하는 방법으로, SVA는 다른 각도에서 구조적 형태를 검사하여 기존 결과에 대한 특정 교차 검증을 제공할 수 있으므로, 기존 구조 분석 방법의 가치 있는 추가 기능으로 여겨지고 있다.On the other hand, surface-based vertex analysis (SVA) is a method of quantitatively measuring the brain structure by comparing the relative distances between surfaces. SVA is a method that examines the structural shape from different angles and provides a specific crossover of the existing result. As it can provide validation, it is considered a valuable addition to existing structural analysis methods.

그러나, 아직까지 SVA를 주요 우울 장애 환자의 뇌 MRI 이미지에 적용한 사례는 많지 않다.However, there are not many cases of applying SVA to brain MRI images of patients with major depressive disorder.

국내공개특허 제10-2017-0048638호Korean Patent Publication No. 10-2017-0048638

본 발명자들은 뇌 MRI 이미지를 이용하여 주요 우울 장애를 진단할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 버텍스(vertex) 분석 방법을 이용하여 피질하핵(subcortical nuclei) 부위의 형태를 평가하고, 이로부터 주요 우울 장애 환자를 진단할 수 있음을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have made extensive research efforts to develop a method for diagnosing major depressive disorders using brain MRI images. As a result, the present invention was completed by evaluating the shape of the subcortical nuclei using a vertex analysis method, and finding out that patients with major depressive disorders can be diagnosed therefrom.

따라서, 본 발명의 목적은 주요 우울 장애(Major depressive disorder) 진단을 위한 정보제공방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of providing information for diagnosing a major depressive disorder.

본 발명의 다른 목적은 주요 우울 장애 예후 측정을 위한 정보제공방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of providing information for measuring the prognosis of major depressive disorders.

본 발명자들은 뇌 MRI 이미지를 이용하여 주요 우울 장애를 진단할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 버텍스(vertex) 분석 방법을 이용하여 피질하핵(subcortical nuclei) 부위의 형태를 평가하고, 이로부터 주요 우울 장애 환자를 진단할 수 있음을 규명하였다.The present inventors have made extensive research efforts to develop a method for diagnosing major depressive disorders using brain MRI images. As a result, the morphology of the subcortical nuclei was evaluated using a vertex analysis method, and it was found that patients with major depressive disorder can be diagnosed from this.

본 발명은 주요 우울 장애(Major depressive disorder) 진단 및 우울 장애 예후 측정을 위한 정보제공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of providing information for diagnosing a major depressive disorder and measuring a prognosis of a depressive disorder.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 양태는 다음의 단계를 포함하는 주요 우울 장애(Major depressive disorder) 진단을 위한 정보제공방법에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a method of providing information for diagnosing a major depressive disorder, including the following steps.

a) 피질하핵(subcortical nuclei)의 MRI 이미지를 획득하는 단계;a) obtaining an MRI image of the subcortical nuclei;

b) 자동화 세그멘테이션(automated segmentation)을 수행하는 단계; 및b) performing automated segmentation; And

c) 획득된 세그멘테이션에 근거하여, 평균 표면으로부터 피질하핵의 스칼라 거리(scalar distances; SD) 값을 측정하는 단계.c) Based on the obtained segmentation, measuring the scalar distances (SD) values of the subcortical nuclei from the average surface.

상기 방법은 MRI 이미지를 이용하여 표면-기반 버텍스 분석(SVA) 시, 주요 우울 장애 환자와 정상인을 구별할 수 있도록 설계되었다.The method was designed to distinguish between patients with major depressive disorders and normal subjects during surface-based vertex analysis (SVA) using MRI images.

상기 방법은 다음의 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include the following steps.

d) 측정된 스칼라 거리 값을 특정한 기준 값과 비교하여 피검자의 주요 우울 장애 유무가 판정되는 단계.d) Comparing the measured scalar distance value with a specific reference value to determine whether the subject has a major depressive disorder.

본 발명에서 "주요 우울 장애(major depressive disorder)"는 기분장애(mood disorder) 또는 불안장애(anxiety disorder)를 포함한다.In the present invention, "major depressive disorder" includes mood disorder or anxiety disorder.

상기 기분장애는 우울증(Depressive Disorders), 조울증(Bipolar Disorders) 및 기타 기분장애를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The mood disorder may include, but is not limited to, Depressive Disorders, Bipolar Disorders, and other mood disorders.

상기 불안장애는 공포장애(Panic Disorders), 공포성 불안장애(Phobic Disorders), 강박장애(Obsessive-Compulsive Disorder), 외상 후 스트레스 장애(Post-Traumatic Stress Disorder), 급성 스트레스 장애(Acute Stress Disorder), 범불안장애(Generalized Anxiety Disorder) 및 기타 불안장애를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The anxiety disorders include Panic Disorders, Phobic Disorders, Obsessive-Compulsive Disorder, Post-Traumatic Stress Disorder, Acute Stress Disorder, Generalized Anxiety Disorder and other anxiety disorders may be included, but are not limited thereto.

이하, 본 발명의 주요 우울 장애 진단을 위한 정보제공방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of providing information for diagnosing major depressive disorders of the present invention will be described in detail.

a) 단계a) step

상기 피질하핵은 양쪽 미상핵(caudate nucleus), 측좌핵(nucleus accumbens), 창백핵(pallidum), 조가비핵(putamen), 시상(thalami), 해마(hippocampi) 및 편도체(amygdalae), 및/또는 뇌줄기(brainstem)를 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 뇌줄기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The subcortical nuclei include both caudate nucleus, nucleus accumbens, pallidum, putamen, thalamus, hippocampi, and amygdalae, and/or brain stem ( brainstem), and preferably includes a brain stem, but is not limited thereto.

상기 MRI는 크게 T1- 또는 T2-강조 방식의 MRI로 구분될 수 있다. T1, T2는 MRI에서 핵스핀이 여기된 이후에 스핀-격자 완화 시간 또는 스핀-스핀 완화 시간을 각각 의미하며, 서로 다른 조영 효과를 가져온다.The MRI can be broadly classified into a T1- or T2-weighted MRI. T1 and T2 mean the spin-lattice relaxation time or the spin-spin relaxation time, respectively, after the nuclear spin is excited in MRI, and produce different contrast effects.

상기 MRI는 T1-강조 MRI일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The MRI may be a T1-weighted MRI, but is not limited thereto.

상기 MRI 이미지는 관상(Coronal) T1-강조 3D MRI 이미지일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The MRI image may be a coronal T1-weighted 3D MRI image, but is not limited thereto.

b) 단계b) step

상기 자동화 세그멘테이션은 FSL의 FIRST 프로그램이 자동추출 하는 방법에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The automated segmentation may be performed by a method in which the FIRST program of the FSL automatically extracts, but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 자동화 세그멘테이션은 외관 모델 및 수동으로 분할된 참조 이미지에서 생성된 템플릿 모양을 기반으로 하는 FSL의 FIRST 세그멘테이션 알고리즘을 바탕으로, 가우스 가정(Gaussian assumption) 접근법을 이용한 베이즈 확률(Bayesian probability)과 결합하여 처리되는 방법에 의해 수행될 수 있다.Specifically, the automated segmentation is based on FSL's FIRST segmentation algorithm based on the appearance model and the template shape generated from a manually segmented reference image, and a Bayesian probability using a Gaussian assumption approach. It can be carried out by a method that is treated in combination with.

c) 단계c) step

상기 평균 표면은 임상적/통계적 의미를 고려하여 결정된 평균 피질하핵 3D MRI 이미지의 표면(겉면)을 의미한다.The average surface refers to the surface (surface) of the average subcortical nucleus 3D MRI image determined in consideration of clinical/statistical meaning.

구체적으로는, 상기 평균 표면은 통계적으로 유의미한 수의 개체로부터 피질하핵 3D MRI 이미지를 추출하고 이미지 위치를 정렬(realignment)한 후, 동일 버텍스(삼차원 좌표)에 있는 상기 각 개체의 피질하핵에 대한 상대적인 거리의 평균 값을 계산함으로써 얻은 3D MRI 이미지의 표면을 의미한다.Specifically, the average surface is relative to the subcortical nuclei of each individual at the same vertex (three-dimensional coordinates) after extracting 3D MRI images of subcortical nuclei from a statistically significant number of subjects and realignment of the image position. It refers to the surface of the 3D MRI image obtained by calculating the average value of the distance.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 평균 표면은 FSL의 FIRST 툴을 이용한 표면-기반 버텍스 분석(SVA)에 의해 산출되었다.According to one embodiment of the present invention, the average surface was calculated by surface-based vertex analysis (SVA) using the FIRST tool of FSL.

상기 평균 표면으로부터의 스칼라 거리는 상기 평균 표면으로부터 대상 피질하핵(양쪽 미상핵, 측좌핵, 창백핵, 조가비핵, 시상, 해마 및 편도체, 또는 뇌줄기)의 내/외측 거리를 의미하며, FSL의 FIRST 프로그램(fslmeants)으로부터 추출하는 방법에 의해 측정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The scalar distance from the average surface means the inner/outer distance of the target subcortical nucleus (both caudate nucleus, lateral left nucleus, pale nucleus, conch nucleus, thalamus, hippocampus and amygdala, or brain stem) from the average surface, fslmeants), but is not limited thereto.

구체적으로, 상기 평균 표면으로부터의 스칼라 거리는 상기 b) 단계에서 획득한 세그멘테이션에 대하여 FSL의 FIRST 프로그램(fslmeants)의 "무작위화(randomize)" 명령을 사용하여 버텍스 포인트에서 단변수(univariate) 순열(permutation)을 테스트함으로써 계산되는 방법에 의해 수행될 수 있다.Specifically, the scalar distance from the average surface is a univariate permutation at vertex points using the "randomize" command of FSL's FIRST program (fslmeants) for the segmentation obtained in step b). It can be done by a method that is calculated by testing ).

d) 단계d) step

상기 특정한 기준 값은 임상적 의미와 통계적 의미를 고려하여 결정될 수 있다.The specific reference value may be determined in consideration of clinical and statistical significance.

구체적으로, 상기 특정한 기준 값은 정상(주요 우울 장애가 없는) 개체의 스칼라 거리 값일 수 있다.Specifically, the specific reference value may be a scalar distance value of a normal (no major depressive disorder) individual.

따라서, 상기 스칼라 거리 값이 상기 기준 값보다 크거나 작은 경우 피검자가 이명이 있다고 판정될 수 있다.Accordingly, when the scalar distance value is larger or smaller than the reference value, it may be determined that the subject has tinnitus.

구체적으로는, 상기 피질하핵이 (후부) 뇌줄기인 경우 기준 값은 0.05, 보다 자세하게는 0.063164일 수 있다. 이때, 스칼라 거리 값이 상기 기준 값보다 작은 경우 피검자가 주요 우울 장애가 있다고 판정될 수 있다.Specifically, when the subcortical nucleus is the (posterior) brain stem, the reference value may be 0.05, and more specifically, 0.063164. In this case, when the scalar distance value is less than the reference value, it may be determined that the subject has a major depressive disorder.

본 발명의 다른 일 양태는 다음의 단계를 포함하는 주요 우울 장애(Major depressive disorder) 예후 측정을 위한 정보제공방법에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a method for providing information for measuring the prognosis of a major depressive disorder, including the following steps.

a) 피질하핵(subcortical nuclei)의 MRI 이미지를 획득하는 단계;a) obtaining an MRI image of the subcortical nuclei;

b) 자동화 세그멘테이션(automated segmentation)을 수행하는 단계; 및b) performing automated segmentation; And

c) 획득된 세그멘테이션에 근거하여, 평균 표면으로부터 피질하핵의 스칼라 거리(scalar distances; SD) 값을 측정하는 단계.c) Based on the obtained segmentation, measuring the scalar distances (SD) values of the subcortical nuclei from the average surface.

상기 주요 우울 장애 예후 측정을 위한 정보제공방법에 있어, 상기 주요 우울 장애 진단을 위한 정보제공방법의 중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생략한다.In the information providing method for measuring the prognosis of the major depressive disorder, the overlapping content of the information providing method for diagnosing the major depressive disorder is omitted in consideration of the complexity of the present specification.

본 발명은 뇌 MRI 분석을 이용한 주요 우울 장애 진단 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법을 이용하는 경우 MRI 영상만으로도 간편하고 효율적으로 주요 우울 장애를 진단할 수 있으므로, 주요 우울 장애의 진단 및 예후 예측 용도로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for diagnosing major depressive disorders using brain MRI analysis, and when the method of the present invention is used, it is possible to diagnose major depressive disorders simply and efficiently using only MRI images. It can be useful.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면-기반 버텍스 분석(SVA) 결과를 기반으로 한 3D 렌더링(rendering) 결과이다(TFCE FEW-corrected p<0.05). A: 앞쪽(anterior), P: 뒤쪽(posterior), L: 왼쪽(left), R: 오른쪽(right).
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면-기반 버텍스 분석 결과를 기반으로, 주요 우울 장애 환자의 뇌줄기(brainstem)의 위축 여부를 정상인과 비교한 도이다.
1 is a 3D rendering result based on a surface-based vertex analysis (SVA) result according to an embodiment of the present invention (TFCE FEW-corrected p <0.05). A: anterior, P: posterior, L: left, R: right.
FIG. 2 is a diagram comparing whether a brain stem atrophy of a patient with a major depressive disorder is atrophy with a normal person, based on a surface-based vertex analysis result according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for describing the present invention in more detail, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실험예 1. 우울 장애 유무의 확인Experimental Example 1. Confirmation of the presence or absence of depressive disorder

주요 우울 장애(MDD)로 진단 받은 여성 환자, 및 건강한 사람을 피검자(대상)로 하여 실험을 진행하였다(하기 표 1 참조).The experiment was conducted with a female patient diagnosed with major depressive disorder (MDD) and a healthy person as subjects (subjects) (see Table 1 below).

특징Characteristic MDD 환자(N=20)MDD patients (N=20) 건강한 사람(N=21)Healthy person (N=21) P valueP value 평균 연령(범위)Average age (range) 42.25 ± 13.65
(18-65)
42.25 ± 13.65
(18-65)
42.33 ± 10.24
(18-65)
42.33 ± 10.24
(18-65)
0.9820.982
학력Education 중졸 이하Middle school graduate 1111 22 0.0030.003 고졸High school graduate 77 99 대졸 이상University graduate or higher 22 1010 가족력Family history 있음has exist 55 00 0.0210.021 없음none 1515 2020 HAM-D scoreHAM-D score 21.72 ± 8.6721.72 ± 8.67 0.95 ± 1.230.95 ± 1.23 < 0.0001<0.0001 MDE 발병(연령)MDE onset (age) 31.68 ± 13.1031.68 ± 13.10 -- MDE 기간(개월)MDE period (months) 114.22 ± 135.45114.22 ± 135.45 -- MDE 수MDE number 7.12 ± 9.127.12 ± 9.12 -- 자살 시도 수Suicide attempts 0.56 ± 0.710.56 ± 0.71 --

다음과 같은 제외 기준을 적용하였다:The following exclusion criteria were applied:

1) 약물 사용 장애를 포함한 지난 6개월 간의 다른 주요 정신병;1) other major psychosis in the past 6 months, including substance use disorders;

2) 정신병적 특징을 갖는 주요 우울 삽화(major depressive episode; MDE); 2) a major depressive episode (MDE) with psychotic characteristics;

3) 전신성 질환; 3) systemic diseases;

4) 일차 신경 질환(예: 파킨슨 병, 뇌졸중 및 간질);4) primary neurological disorders (eg Parkinson's disease, stroke and epilepsy);

5) MRI에 대한 금지 사유(contraindication).5) Contraindication for MRI.

MDE 기간은 인터뷰에서 라이프 차트 방법론(life-chart methodology)을 사용하여 평가되었다. 모든 피검자들이 오른손잡이임을 확인했으며(Edinburgh Handedness Inventory, Oldfield, 1971), MRI 검사 당일에 두 그룹의 우울 증상의 심각도를 평가하기 위하여, 17-항목 Hamilton Depression Rating Scale(HDRS)을 사용하였다(Beck et al., 1988; Williams, 1988).The duration of the MDE was assessed using the life-chart methodology in the interview. It was confirmed that all subjects were right-handed (Edinburgh Handedness Inventory, Oldfield, 1971), and a 17-item Hamilton Depression Rating Scale (HDRS) was used to evaluate the severity of depressive symptoms in both groups on the day of the MRI examination (Beck et al. al., 1988; Williams, 1988).

연구 계획서는 강원대학교병원 심의위원회의 승인을 받았고, 모든 피험자들은 참여하기 전에 서면 동의서를 제출하였다.The study protocol was approved by the Kangwon National University Hospital Review Committee, and all subjects submitted written consent before participation.

실험예 2. MRI 이미지 획득Experimental Example 2. MRI image acquisition

관상(Coronal) 3D T1-강조(T1-weighted) 터보 장 에코 MRI 이미지를 다음과 같은 스캐닝 변수로 1.5-T MRI 스캐너(Gyroscan ACS-NT; Philips Medical Systems, 네덜란드)를 이용하여 획득하였다:Coronal 3D T1-weighted turbo field echo MRI images were acquired using a 1.5-T MRI scanner (Gyroscan ACS-NT; Philips Medical Systems, The Netherlands) with the following scanning parameters:

1.3 mm thickness; no gap; 160 slices; scanning time, 10 min 13 sec. without sensitivity encoding (SENSE) acceleration factor (Park et al., 2008); repetition time/echo time, 10/4.3 msec; number of signal averages, 1; matrix, 256Х256 mm; field of view, 22Х22 cm; and flip angle, 8°. Coronal slices were obtained perpendicular to the long axis of the anterior commissure to the posterior commissure in the midsagittal plane. The final voxel size was 0.86Х0.86Х1.30 mm (xХyХz).1.3 mm thickness; no gap; 160 slices; scanning time, 10 min 13 sec. without sensitivity encoding (SENSE) acceleration factor (Park et al., 2008); repetition time/echo time, 10/4.3 msec; number of signal averages, 1; matrix, 256Х256 mm; field of view, 22 x 22 cm; and flip angle, 8°. Coronal slices were obtained perpendicular to the long axis of the anterior commissure to the posterior commissure in the midsagittal plane. The final voxel size was 0.86Х0.86Х1.30 mm (xХyХz).

실험예 3. 피질하핵(subcortical nuclei)의 자동화 세그멘테이션(automated segmentation)Experimental Example 3. Automated segmentation of subcortical nuclei

상기 실험예 2에서 획득한 뇌 전체의 MRI 이미지에 대하여, 피질하 구조(양쪽 미상핵(caudate nucleus), 측좌핵(nucleus accumbens), 창백핵(pallidum), 조가비핵(putamen), 시상(thalami), 해마(hippocampi) 및 편도체(amygdalae), 및 뇌줄기(brainstem))의 자동화 세그멘테이션은 FMRIB Software Library(FSL) ver. 5.9(fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl)을 이용하여 수행되었다.With respect to the MRI image of the whole brain obtained in Experimental Example 2, the subcortical structure (caudate nucleus, nucleus accumbens, pallidum), putamen, thalamus, Automated segmentation of hippocampi and amygdala (amygdalae), and brain stem (brainstem) is described in FMRIB Software Library (FSL) ver. 5.9 (fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl) was used.

피질하핵의 자동화 세그멘테이션은 FLS 패키지에 포함된 세그멘테이션 소프트웨어인 FIRST 알고리즘(Patenaude et al., 2011)을 이용하여 수행되었으며, FIRST 알고리즘은 외관 모델 및 수동으로 분할된 336개의 참조 이미지에서 생성된 템플릿 모양을 기반으로 하고, 가우스 가정(Gaussian assumption) 접근법을 이용하여 베이즈 확률(Bayesian probability)과 결합되었다.Automated segmentation of the subcortical nucleus was performed using the FIRST algorithm (Patenaude et al., 2011), a segmentation software included in the FLS package, and the FIRST algorithm used the appearance model and the template shape created from 336 manually segmented reference images. Based, and combined with Bayesian probability using a Gaussian assumption approach.

이러한 자동화 세그먼테이션 과정은 MNI 132 표준 공간에 대한 두-단계(two-step) 아핀 변환(affine transformation)을 포함하여 수행되었는데, 먼저 표준 12-DOF(degrees of freedom)로 MNI 152 템플릿에 T1 이미지를 공간적으로(spatially) 등록하고, 그 다음 MNI 152 피질하 마스크를 이용하여 개별 피질하핵을 등록(12-DOF 공간 등록)함으로써 수행되었다.This automated segmentation process was performed including a two-step affine transformation for the MNI 132 standard space. First, the T1 image was spatially assigned to the MNI 152 template with standard 12-DOF (degrees of freedom). It was performed by spatially enrolling and then by enrolling individual subcortical nuclei (12-DOF spatial enrollment) using an MNI 152 subcortical mask.

세그먼테이션의 정확성은 육안으로 확인하였으며, 각 개인의 뇌 크기는 총 두개 내 용적 부피(total intracranial cavity volume; TICV)를 측정하여 정규화하였다.The accuracy of the segmentation was confirmed visually, and the brain size of each individual was normalized by measuring the total intracranial cavity volume (TICV).

실험예 4. 표면-기반 버텍스 분석(SVA)Experimental Example 4. Surface-based vertex analysis (SVA)

상기 실험예 3에서 획득한 세그멘테이션에 대하여, 표면-기반 버텍스 분석(SVA)은 FSL(ver. 5.9.)의 FIRST 툴을 사용하여 수행되었다(Patenaude et al., 2011).For the segmentation obtained in Experimental Example 3, surface-based vertex analysis (SVA) was performed using the FIRST tool of FSL (ver. 5.9.) (Patenaude et al., 2011).

SVA는 다변수(multivariate) 일반 선형 모델을 사용하여 버텍스(vertex) 단위로 그룹 간의 통계적 차이를 산출하는 방법으로, 파라미터화된 변형 가능한 표면으로 구성된 피질하핵의 표면 메쉬(surface meshes)는 각 핵의 체적(volumetric) 정보를 나타낸다. SVA is a method of calculating the statistical difference between groups in vertex units using a multivariate general linear model.The surface meshes of the subcortical nuclei composed of parameterized deformable surfaces are used for each nucleus. Represents volumetric information.

한편, SVA는 초기 공간(native space)에서 처리되었고, 각 핵으로부터의 버텍스 포인트(vertex point)는 모든 피검자의 평균 모양(shape)의 표면에 투영되었다. 이는 동일한 해부적 위치에 각 영상 화소가 일대일 대응하는 삼차원 좌표로의 투영을 의미한다.On the other hand, SVA was processed in the native space, and vertex points from each nucleus were projected onto the surface of the average shape of all subjects. This means projection of each image pixel to a one-to-one corresponding three-dimensional coordinate at the same anatomical position.

평균 표면으로부터의 피질하핵의 15 개 부위의 스칼라 거리(scalar distances)는 FSL 프로그램의 "무작위화(randomize)" 명령을 사용하여 버텍스 포인트에서 단변수(univariate) 순열(permutation)을 테스트함으로써 계산되었다.The scalar distances of 15 sites of the subcortical nucleus from the mean surface were calculated by testing univariate permutations at vertex points using the "randomize" command of the FSL program.

도 1에서 확인할 수 있듯이, 후부 뇌줄기(posterior brainstem)의 외벽(lateral wall)에 위치한 대뇌각(cerebellar peduncles)에서 국소 수축(위축)이 나타났다.As can be seen in FIG. 1, local contraction (atrophy) appeared in the cerebellar peduncles located on the lateral wall of the posterior brainstem.

상기 후부 뇌줄기에서 위축이 나타난 전체 영역의 평균 표면으로부터의 스칼라 거리를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 표 2 및 도 2에서 확인할 수 있듯이, 후부 뇌줄기의 스칼라 거리 값이 기준 값(정상)보다 작은 경우 우울증으로 판단할 수 있다.The scalar distance from the average surface of the entire area where atrophy appeared in the posterior brain stem was measured and shown in Table 2 below. As can be seen in Tables 2 and 2, if the scalar distance value of the posterior brain stem is less than the reference value (normal), it can be determined as depression.

그룹group NN 평균(Mean)Mean 표준편차
(S. Deviation)
Standard Deviation
(S. Deviation)
표준평균오차
(S. Error Mean)
Standard mean error
(S. Error Mean)
뇌줄기Brain stem 정상normal 2121 0.0631640.063164 0.49854140.4985414 0.10879070.1087907 MDDMDD 2020 -0.066322-0.066322 0.37572360.3757236 0.08401430.0840143

소결Sintering

상기 실시예들에 따라, MRI 이미지를 이용하여 SVA를 수행할 경우 간편하면서도 효율적으로 주요 우울 장애를 진단할 수 있음을 확인하였다.According to the above embodiments, it was confirmed that when SVA is performed using MRI images, major depressive disorders can be diagnosed simply and efficiently.

Claims (6)

다음의 단계를 포함하는 주요 우울 장애(Major depressive disorder) 진단을 위한 정보제공방법:
a) 피질하핵(subcortical nuclei)의 MRI 이미지를 획득하는 단계;
b) 자동화 세그멘테이션(automated segmentation)을 수행하는 단계; 및
c) 획득된 세그멘테이션에 근거하여, 평균 표면으로부터 피질하핵의 스칼라 거리(scalar distances; SD) 값을 측정하는 단계.
How to provide information for diagnosing a major depressive disorder, including the following steps:
a) obtaining an MRI image of the subcortical nuclei;
b) performing automated segmentation; And
c) Measuring the scalar distances (SD) values of the subcortical nuclei from the average surface, based on the obtained segmentation.
제 1 항에 있어서, 상기 방법은 다음의 단계를 더 포함하는 것인, 방법:
d) 측정된 스칼라 거리 값을 특정한 기준 값과 비교하여 피검자의 주요 우울 장애 유무가 판정되는 단계.
The method of claim 1, wherein the method further comprises the following steps:
d) Comparing the measured scalar distance value with a specific reference value to determine whether the subject has a major depressive disorder.
제 2 항에 있어서, 상기 특정한 기준 값은 임상적 의미와 통계적 의미를 고려하여 결정되고, 상기 스칼라 거리 값이 상기 기준 값보다 크거나 작은 경우 피검자가 주요 우울 장애가 있다고 판정되는 것인, 방법.The method of claim 2, wherein the specific reference value is determined in consideration of clinical and statistical significance, and when the scalar distance value is greater or less than the reference value, it is determined that the subject has a major depressive disorder. 제 1 항에 있어서, 상기 피질하핵은 양쪽 미상핵(caudate nucleus), 측좌핵(nucleus accumbens), 창백핵(pallidum), 조가비핵(putamen), 시상(thalami), 해마(hippocampi) 및 편도체(amygdalae), 및 뇌줄기(brainstem)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the subcortical nucleus is both caudate nucleus, nucleus accumbens, pallidum, putamen, thalamus, hippocampi, and amygdalae. , And brain stem (brainstem) that comprises one or more selected from the group consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 피질하핵은 뇌줄기를 포함하는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the subcortical nucleus comprises a brain stem. 제 1 항에 있어서, 상기 MRI는 T1-강조 MRI인, 방법.The method of claim 1, wherein the MRI is T1-weighted MRI.
KR1020190066205A 2019-06-04 2019-06-04 Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis KR102267014B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190066205A KR102267014B1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190066205A KR102267014B1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200139562A true KR20200139562A (en) 2020-12-14
KR102267014B1 KR102267014B1 (en) 2021-06-17

Family

ID=73780046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190066205A KR102267014B1 (en) 2019-06-04 2019-06-04 Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102267014B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101102624B1 (en) * 2010-09-30 2012-01-04 서울대학교산학협력단 Method of amygdala shape analysis and apparatus using the same
KR20170048638A (en) 2015-10-26 2017-05-10 세종대학교산학협력단 Method and system for real-time depression detection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101102624B1 (en) * 2010-09-30 2012-01-04 서울대학교산학협력단 Method of amygdala shape analysis and apparatus using the same
KR20170048638A (en) 2015-10-26 2017-05-10 세종대학교산학협력단 Method and system for real-time depression detection

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Meiqu Niu 외 10인, ‘Common and specific Abnormalities in Cortical Thickness in Patients with Major Depressive and Bipolar Disorders’, EBioMedicine 16. 162-171쪽, 2017* *
태우석 외 6인, ‘Changes in the regional shape and volume of subcortical nuclei in patients with tinnitus comorbid with mild hearing loss’, Neuroradiology 60:1203-1211쪽, 2018* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102267014B1 (en) 2021-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Selnes et al. White matter imaging changes in subjective and mild cognitive impairment
Mak et al. Efficacy of voxel-based morphometry with DARTEL and standard registration as imaging biomarkers in Alzheimer's disease patients and cognitively normal older adults at 3.0 Tesla MR imaging
US8280482B2 (en) Method and apparatus for evaluating regional changes in three-dimensional tomographic images
Eijlers et al. Determinants of cognitive impairment in patients with multiple sclerosis with and without atrophy
Watson et al. Patterns of gray matter atrophy in dementia with Lewy bodies: a voxel-based morphometry study
Lauro et al. DBS proc: an open source process for DBS electrode localization and tractographic analysis
Mak et al. Progressive cortical thinning and subcortical atrophy in dementia with Lewy bodies and Alzheimer's disease
Bergamino et al. Comparison of two different analysis approaches for DTI free‐water corrected and uncorrected maps in the study of white matter microstructural integrity in individuals with depression
Fang et al. The semantic anatomical network: Evidence from healthy and brain‐damaged patient populations
Watson et al. Assessment of regional gray matter loss in dementia with Lewy bodies: a surface-based MRI analysis
Lepore et al. 3D mapping of brain differences in native signing congenitally and prelingually deaf subjects
Gedamu et al. Automated quality control of brain MR images
EP4190242A1 (en) Method for diagnosing alzheimer&#39;s disease using pet-ce image and apparatus thereof
Pai et al. BRAHMA: Population specific T1, T2, and FLAIR weighted brain templates and their impact in structural and functional imaging studies
Bergsland et al. Thalamic white matter in multiple sclerosis: A combined diffusion‐tensor imaging and quantitative susceptibility mapping study
Keesman et al. Correcting geometric image distortions in slice‐based 4D‐MRI on the MR‐linac
Wittens et al. Inter-and intra-scanner variability of automated brain volumetry on three magnetic resonance imaging systems in Alzheimer’s disease and controls
Chou et al. Classification differentiates clinical and neuroanatomic features of cerebral small vessel disease
CN113222915B (en) Method for establishing PD (potential of Hydrogen) diagnosis model based on multi-modal magnetic resonance imaging omics
Ming et al. Integrated cortical structural marker for Alzheimer's disease
KR102267014B1 (en) Methods for Diagnosing Major Depressive Disorder using Brain MRI Analysis
KR102333236B1 (en) Methods for Diagnosing Treatment-resistant Depression using Brain MRI Analysis
Kim et al. Asymmetry analysis of deformable hippocampal model using the principal component in schizophrenia
KR102254819B1 (en) Methods for Diagnosing Tinnitus using Brain MRI Analysis
Wang et al. Generation of the probabilistic template of default mode network derived from resting-state fMRI

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant