Development of PC Based Signal Postprocessing System in MR Spectroscopy: Normal Brain Spectrum in 1.5T MR Spectroscopy

PC를 이용한 자기공명분광 신호처리분석 시스템 개발: 1.5T MR Spectroscopy에서의 정상인 뇌 분광 신호

Purpose : The aim of this study is to develope the Magnetic Resonance Spectroscopy(MRS) data processing S/W which plays an important role as a diagnostic tool in clinical field. Materials and methods : Post-processing software of MRS based on graphical user interface(GUI) under windows operating system of personal computer(PC) was developed using MATLAB(Mathwork, U.S.A.). This tool contains many functions to increase the quality of spectrum data such as DC correction, zero filling, line broadening, Gauss-Lorentzian filtering, phase correction, etc. And we obtained the normal human brain $^1H$ MRS data from parietal white matter, basal ganglia and occipital grey matter region using 1.5T Gyroscan ACS-NT R6 (philips, Amsterdam, Netherland) MRS package. The analysis of the MRS peaks were performed by obtaining the ratio of peak area. Results : The peak ratios of NAA/Cr, Cho/Cr, MI/Cr for the different MRS machines have a little different values. But these peak ratios were not significantly different between different echo time MRS peak ratios in the same machine (p<0.05). Conclusion : MRS post-processing S/W based on GUI using PC was developed and applied to the analysis of normal human brain $^1H$ MRS. This independent MRS processing job increases the performance and throughput of patient scan of main console. Finally, we suggest that the database for normal in-yivo human MRS data should be obtained before clinical applications.

목적 자기공명 스펙트럼 데이터의 처리 및 분석을 특정 workstation이 아닌 일반 PC의 windows 운영체제에서 동작할 수 있도록 GUI(Graphical User Interface)기반의 Spectroscopy 분석용 도구를 개발하였다. 대상 및 방법 S/W의 개발은 MATLAB(Mathwork사 미국)을 이용하여 PC의 window운영 체제에서 GUI 기반으로 동작하게 하였다. 시간 영역의 raw data와 주파수 영역의 spectrum data를 동시에 display할 수 있게 하였으며 Zero filling, 여러 종류의 filtering, 위상보정, FFT, peak area 측정 등의 기능을 갖추었다. 또한, 1.5T Gyroscan ACS-NT R6(Philips, Amsterdam, Netherland)의 $^1H$ Spectroscopy 패키지를 이용하여 정상인 뇌의 Parietal white matter, Basal ganglia, Occipital grey matter 영역에서 얻은 $^1$H MRS data를 정성 .정량적으로 분석하여 타 기종에서 얻어 발표된 $^1H$ MRS data와 비교분석하였다. 결과 : 본 연구에서 개발된 S/W를 이용하여 정상인 뇌에서 $^1H$ MRS data를 processing한 결과 NAA/Cr, Cho/Cr, MI/Cr 비율은 TE를 달리하였을 때, 유의수준 5%에서 Parietal white matter(PWM)의 NAA/Cr peak ratio를 제외하고 유의한 차이가 없었다. 그리고 기존에 발표된 문헌과 비교할 때 다른 MR장치의 NAA/Cr, Cho/Cr, MI/Cr 값들에 비해 평균값과 표준편차가 전반적으로 10-50%의 큰 값을 나타내었다. 결론 : 정상인 뇌에서 세 부위에 대하여 $^1H$ MRS를 얻고 이에 대한 정성.정량 분석을 함으로써 MRS를 임상적으로 적용하기 위한 준비를 하였으며 이러한 작업을 PC에서 독립적으로 수행함으로서 MRI system의 작업효율을 향상시킬 수 있었다. 그리고 서로 다른 기종간에는 유의한 차이가 있으므로 정상인에 대한 MRS database를 구축한 후에 $^1H$ MRS를 임상에 적용해야 함을 알 수 있었다.