Real-Time fMRI-Guided Functional MR Spectroscopy: The Lactate Peaks at the Motor Cortex during Hand-Grasping Tasks

실시간 기능적 자기공명영상 유도 기능적 자기공명분광법: 손운동 수행중 운동피질의 젖산변화 관찰

Purpose : There is debate concerning the observation of metabolite changes on MRS at the designated cortex during some tasks. The purpose of this study is to assess the change of the lactate content at the motor cortex during hand-grasping tasks with performing real-time fMRI-guided fMRS. Materials and Methods : Seven healthy volunteers (23-28 years old) underwent realtime fMRI during right hand grasping tasks with using a 1.5 T system. After confirming the activating area, single voxel MRS was preformed at 1) the baseline, 2) during the task and 3) after the task on the activating cortex. The three consecutive spectra were compared for observing the changes of the lactate content by the tasks. The Cho/Cr, NAA/Cr and Lac/Cr ratios were calculated manually from those spectra. Results : MRS during the tasks revealed the lactate peaks at the 1.33 ppm resonance frequency with great conspicuity at the activated area, which was identified on the real-time fMRI. After the task scan, the lactate peaks completely disappeared and the spectra recovered to the values of the baseline scan in all volunteers. At baseline, during the task and after the task, the Cho/Cr ratios were 0.81, 0.76 and 0.77, respectively, and the NAA/Cr ratios were 1.68, 1.65 and 1.72, respectively, and the Lac/Cr ratios were 0.28, 0.41 and 0.30, respectively. During the task, Lac was significantly increased by 46%. Conclusion : We observed prominent lactate peaks on MRS during hand-grasping tasks at the activated area, as was shown on the real-time fMRI. We suggest that fMRS can be used as a sensitive tool for observing the metabolite changes of the functioning brain.

목적: 특정 임무 부여시 특정 뇌피질의 대사물질의 변화를 자기공명 분광법으로 관찰할 수 있는지에 대해서는 논란이 있다. 이 연구의 목적은 실시간 기능적 자기공명영상 유도하의 기능적 자기공명분광법으로 손운동 수행중 운동피질의 젖산의 변화를 관찰하는 것이다. 대상 및 방법: 7명의 지원자(23-28세)를 대상으로 1.5 테슬라 자기공명영상 기계를 이용하여 우측 손을 쥐었다 폈다 반복하는 운동을 하면서 실시간 기능적 자기공명영상을 시행하여 뇌의 활성 영역을 확인한 후, 뇌의 활성 피질 부위에서 1)운동 전, 2) 운동 중, 3)운동 후에 단체적 자기공명분광법을 시행하였다. 연속적인 3회의 분광스펙스럼에서 운동에 의한 젖산의 변화를 비교 관찰하였으며, 이들 분광스펙트럼으로부터 Cho/Cr 비, NAA/Cr 비, Lac/Cr 비를 측정하였다. 결과: 실시간 기능적 자기공명영상에서 확인된 뇌의 활성 영역부위의 운동중 자기공명 분광에서 1.33 ppm 부위에 젖산 피크들이 현저하게 관찰되었으며, 운동후 스펙트럼에서 젖산 피크는 소실되어 운동전 상태로 회복되었다. 운동전, 운동중, 운동후에 Cho/Cr 비는 각각 0.81, 0.76, 0.77이고, NAA/Cr 비는 1.68, 1.65, 1.72이며, Lac/Cr 비는 0.28, 0.41, 0.30 이였으며, 운동중에 젖산은 46% 증가하였다. 결론: 저자들은 실시간 기능적 자기공명영상에서 확인된 뇌의 활성 영역부위에서 운동중 자기공명 분광법으로 현저한 젖산 피크들을 관찰하였으며, 이 기능적 자기공명분광법은 활성 뇌영역의 대사물질 변화를 실시간으로 관찰하는 수단으로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.