The Effect of Nuclear Overhauser Enhancement in Liver and Heart $^{31}P$ NMR Spectra Localized by 2D Chemical Shift Technique

이차원 화학변위 기법을 이용한 간 및 심장 $^{31}P$ 자기공명분광에서의 Nuclear Overhauser 효과에 대한 연구

Purpose : To investigate the signal enhancement ratio by NOE effect on in vivo $^{31}P$ MRS in human heart muscle and liver. we also evaluated the enhancement ratios of different phosphorus metabolites, which are important in 31P MRS for each organ. Materials and Methods : Ten normal subjects (M:F = 8:2, age range = 24-32 yrs) were included for in vivo $^{31}P$ MRS measurements on a 1.5 T whole-body MRI/MRS system using $^1H-^{31}P$ dual tuned surface coil. Two-dimensional Chemical Shift Imaging (2D CSI) pulse sequence for $^{31}P$ MRS was employed in all $^{31}P$ MRS measurements. First, $^{31}P$ MRS performed without NOE effect and then the same 2D CSI data acquisitions were repeated with NOE effect. After postprocessing the MRS raw data in the time domain, the signal enhancements in percent were estimated from the major metabolites. Results : The calculated NOE enhancement for liver $^{31}P$ MRS were $\alpha-ATP\;(7\%),\;\beta-ATP\;(9\%),\;\gamma-ATP\;(17\%),\;Pi\;(1\%),\;PDE\;(19\%)$ and $PME\;(31\%)$. Because there is no creatine kinase activity in liver, PCr signal is absent. For cardiac $^{31}P$ MRS, whole body coil gave better scout images and thus better localization than surface coil. In $^{31}P$cardiac multi-voxel spectra, DPG signal increased from left to right according to the amount of blood included. The calculated enhancement for cardiac $^{31}P$ MRS were : $\alpha-ATP\;(12\%),\;\beta-ATP\;(19\%),\;\gamma-ATP\;(30\%),\;PCr\;(34\%),\;Pi\;(20\%),\;(PDE)\;(51\%),\;and\;DPG\;(72\%)$. Conclusion : Our results revealed that the NOE effect was more pronounced in heart muscle than in liver with different coupling to 1H spin system and thus different heteronuclear cross-relaxation.

목적 : 인체의 심근 및 간조직의 생체내 $^{31}P$ MRS에서 NOE 효과에 의한 분광신호 세기의 증가를 평가하고자 하였으며 또한 동일 장기에서 대사물질에 따른 NOE 효과의 차이를 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 열명의 정상 성인군(남:여=8:2, 연령분포=24-32)을 대상으로 1.5T 자기공명영상/분광 장치에서 $^1H-^{31}P$ 이중 튜닝 표면 코일을 사용하여 생체내 $^{31}P$ MRS를 시행하였다. $^{31}P$ MRS 측정은 이차원 화학변위영상기법을 사용하였으며 동일한 파라미터에서 NOE 효과 없이 그리고 $^1H$ decoupling상태에서 NOE 효과에 의한 $^{31}P$ MRS 데이터를 획득하였다. $^{31}P$ MRS raw data의 postprocessing 후 얻어진 스펙트럼에서 주요 대사물질들의 신호증가를 비교하였다. 결과: 간조직의 $^{31}P$ HRS에서 NOE 효과에 의한 신호증가율은 $\alpha-ATP\;(7\%),\;\beta-ATP\;(9\%),\;\gamma-ATP\;(17\%),\;Pi\;(1\%),\;PDE\;(19\%),\;PME\;(31\%)$였다. 간조직의 경우 크리아틴 키나제가 없기 때문에 PCr 신호는 관찰되지 않았다. 심근의 $^{31}P$ MRS은 whole body 코일이 표면 코일보다 우수한 scout 영상을 제공하여 $^{31}P$ MRS의 localization에 유리하였다. $^{31}P$ 심근 다중 체적 스펙트럼에서 , 혈액의 DPG 신호는 심근으로부터 멀어질 수록 증가하는 양상을 나타내었고 NOE 효과에 의한 신호증가율은 $\alpha-ATP\;(12\%),\;\beta-ATP\;(19\%),\;\gamma-ATP\;(30\%),\;PCr\;(34\%),\;Pi\;(20\%),\;PDE\;(51\%),\;DPG\;(72\%)$ 였다. 결론: 간조직에 비해 심근의 경우 큰 신호증가를 보였고 이는 간조직 대사물질들의 $^{31}P$가 심근과는 다른 $^1H$ coupling을 나타냄을 의미한다고 해석할 수 있다.