Alteration Analysis of Normal Human Brain Metabolites with Variation of SENSE and NEX in 3T Multi Voxel Spectroscopy

3T Multi Voxel Spectroscopy에서 SENSE와 NEX 변화에 따른 정상인 뇌 대사물질 변화 분석

To evaluate the metabolic changes in normal adult brains due to alterations SENSE and NEX (number of excitation) by multi voxel MR Spectroscopy at 3.0 Tesla. The study group was composed of normal volunteers (5 men and 8 women) with a mean ($\pm$ standard deviation) age of 41 (${\pm}11.65$). Their ages ranged from 28 to 61 years. MR Spectroscopy was performed with a 3.0T Achieva Release Version 2.0 (Philips Medical System-Netherlands). The 8 channel head coil was employed for MRS acquisition. The 13 volunteers underwent multi voxel spectroscopy (MVS) and single voxel spectroscopy (SVS) on the thalamus area with normally gray matter. Spectral parameters were as follows: 15 mm of thickness; 230 mm of FOV (field of view); 2000 msecs of repetition time (TR); 288 msecs of echo time (TE); $110{\times}110$ mm of VOI (view of interest); $15{\times}15{\times}15$ mm of voxel size. Multi voxel spectral parameters were made using specially in alteration of SENSE factor (1~3) and 1~2 of NEX. All MRS data were processed by the jMRUI 3.0 Version. There was no significant difference in NAA/Cr and Cho/Cr ratio between MVS and SVS likewise the previous results by Ross and coworkers in 1994. In addition, despite the alterations of SENSE factor and NEX in MVS, the metabolite ratios were not changed (F-value : 1.37, D.F : 3, P-value : 0.262). However, line-width of NAA peak in MVS was 3 times bigger than that in SVS. In the present study, we demonstrated that the alterations of SENSE factor and NEX were not critically affective to the result of metabolic ratios in the normal brain tissue.

자기공명분광법(magnetic resonance spectroscopy: MRS)은 인체내 대사물질을 정량분석하여 병변의 조기진단 및 정밀진단에 도움을 주고 있으며, 최근 임상에 이용되고 있는 자기공명분광법은 single voxel spectroscopy (SVS) 기법과 multi voxel spectroscopy (MVS) 기법이 있다. 본 연구에서는 SENSE와 NEX를 변화시킨 multi voxel spectroscopy (MVS)의 데이터와 기존 single voxel spectroscopy (SVS)의 데이터를 비교 분석하여, 각각의 데이터의 유의성 차이를 평가하고자 하였다. 정상 성인 지원자 13명(남자: 5명, 여자: 8명, 평균 41세, 표준편차 11.65세)을 대상으로 chemical shift image (CSI)를 이용한 MVS검사를 시행하였다. 장비는 3.0T Achieva Release Version 2.1 (Philips Medical System, Netherland)을 이용하였고, 8 channel head coil을 사용하여 brain thalamus 부위에서 CSI spectrum을 1 slice 획득하였다. Scan parameter로는 FOV (field of view): $230{\times}184mm^2$, TR (time to repetition): 2000 msec, TE (time to echo): 288 msec, matrix: $15{\times}12$, VOI(view of interest): $110{\times}110mm^2$, voxel size: $15{\times}15{\times}15mm^3$로 하였다. SENSE factor (S)와 NEX (N)는 S1*N1, S2*N1, S2*N2, S3*N2로 변화하여 스펙트럼을 획득하였고, 각 scan time은 5분 54초, 3분 32초, 6분 20초, 4분 20초였다. 얻은 모든 MRS 데이터는 jMRUI 3.0 Version 프로그램에서 분석하였고, SENSE factor와 NEX를 변화시켜 얻은 MVS data 그룹들이 정상 성인 뇌 대사물질의 변화에 영향을 주는지 검증하기 위해 그룹 간에 ANOVA분석을 실행하여 P 값이 0.05보다 크게 나오면 그룹들 사이에 유의한 차이가 없다고 분석하였다. NAA/Cr과 Cho/Cr의 상대적 비율은 MV와 SVS사이에서는 유의한 차이가 없었다. 즉, SENSE factor와 NEX를 변화시켜 얻은 MVS data에서 정상 성인 뇌조직의 대사물질의 변화를 관찰한 결과, S1*N1의 NAA/Cr은 $1.45{\pm}0.03$, Cho/Cr은 $0.88{\pm}0.03$이고, S2*N1의 NAA/Cr은 $1.44{\pm}0.03$, Cho/Cr은 $0.87{\pm}0.05$, S2*N2의 NAA/Cr은 $1.43{\pm}0.02$, Cho/Cr은 $0.87{\pm}0.04$이며, S3*N2의 NAA/Cr은 $1.45{\pm}0.03$, Cho/Cr은 $0.87{\pm}0.03$으로 나타났다(F-value : 1.37, D.F : 3, P-value : 0.262). 그러나 데이터의 질을 측정하기 위한 MVS 데이터의 NAA Peak line-width는 SVS 데이터의 NAA Peak line-width 보다 약 3배 정도 넓었다. 본 연구에서는 MVS에서 SENSE factor와 NEX 값을 다양하게 변화시킨 MVS의 데이터와 SVS의 데이터가 큰 차이가 없음을 확인하였다. 즉, 어는 특정 부위의 뇌 조직의 대사물질은 MVS와 SVS 기법 모두 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다. 그러므로 MVS는 SVS보다 광범한 부위를 짧은 시간 안에 검사할 수 있으므로 매우 유용한 방법이라고 사료된다.