Myelin is an essential component for normal functioning of the nervous system. The dielectric material wraps around neural tissues multiple times resulting in a dramatic amplification of action potential propagation speed along axon fibers. Abnormal myelination state can lead neurological diseases such as multiple sclerosis. Therefore, reliable imaging techniques for imaging myelination are required and several methods have been developed. Myelin water fraction is one of the techniques, and it has an advantage of good separation of myelin signal from the other signals, but long scan time and long post processing time hinder the clinical application. Magnetization transfer ratio (MTR) has been clinically used due to high sensitivity to myelination and the merits of short scan time and post processing time. However, MTR has broad sensitivity to various materials and lack of specificity to myelin.
In this thesis, magnetization transfer asymmetry (MTA) was studied for imaging myelination, by comparing to other MT-based myelin imaging techniques. The study is subdivided into two researches. First, we compared MTA to conventional method, MTR, in control and demyelinated rats to investigate the feasibility of MTA for imaging myelination. Second, we studied the signal sources of MTA and a recently proposed technique, inhomogeneous magnetization transfer (IHMT) in normal human brains. Experimental results show that MTA visualizes myelination specifically more than the conventional method and reflects the myelination state. Using inter-slice effect, MTA can be efficiently acquired as a form of inter-slice MTA within much shorter scan time than conventional MT imaging modalities. MTA may be a good solution for imaging myelination, and can be a clinically beneficial technique in the form of inter-slice MTA.
마이엘린(Myelin)은 중추신경계 중 백질 신경섬유를 감싸는 지방질의 절연피막으로서, 신경섬유를 따라 전달되는 활동전위의 속도를 극적으로 증가시키는 역할을 하는, 신경계의 정상적인 기능에 필수적인 요소 중 하나이다. 만약 마이엘린 상태에 이상이 생기면 다발성경화증(Multiple sclerosis)과 같은 질병의 위험이 높아진다. 따라서 이러한 질환의 진단을 위한 영상화 기술이 필요하다. 의료영상기기 중 자기공명영상 분야에서는 마이엘린 영상화 기법들이 개발되었는데 현재까지는 Myelin water fraction과 자화전이율(Magnetization transfer ratio)이 그 중 대표적인 기법들로 꼽힌다. Myelin water fraction기법은 마이엘린 상태를 잘 나타내어 주는 장점이 있다. 하지만 촬영 시간과 후처리 시간이 매우 길다는 단점 때문에 임상적으로는 촬영시간이 짧고 후처리 시간도 짧은 자화전이율 기법이 많이 쓰이고 있다. 하지만 이 기법도 마이엘린에 민감성은 있지만 특이적으로 영상화 해주지 못한다는 단점이 있다.
본 학위 논문에서는 뇌조직이 가지는 자화전이 현상의 비대칭성(Magnetization Transfer Asymmetry)을 영상화 하여 자화전이율 기법보다 더욱 특이적으로 마이엘린을 영상화 시킬 수 있는 영상화 기법을 기존의 기법들과 비교 및 제안하려고 한다. 연구로는 크게 두가지 연구가 이루어졌는데, 첫 번째 연구에서는 마이엘린에 문제를 일으킨 모델링 쥐를 이용하여 자화전이 비대칭성 영상기법을 기존의 기법과 비교하여 타당성을 검증하였고, 두 번째 연구에서는 최근 다른 그룹에서 제안된 비균등 자화전이(Inhomogeneous Magnetization Transfer) 기법과 비교하여 신호 근원에 대하여 탐구하였다. 본 연구에서 제안하는 단면간 자화전이 비대칭성 영상기법은 짧은 시간 안에 여러 단면을 촬영하면서도 기존에 사용되어 왔던 기법보다 뛰어난 마이엘린 영상을 제공해 주었다. 따라서 자화전이 비대칭성 중에서도 단면간 자화전이 비대칭성을 이용하면 단시간에 많은 단면을 촬영함으로써 마이엘린 상태의 임상 진단에 크게 기여할 것으로 보인다.
