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        • KCI등재후보

          자기공명분광법에서 TE와 Voxel 내의 대사물질 양에 따른 스펙트럼 변화 평가에 관한 연구

          우동철,김상수,임향숙,장건호,최보영,Woo, Dong-Cheol,Kim, Sang-Soo,Rhim, Hyang-Shuk,Jahng, Geon-Ho,Choe, Bo-Young 한국의학물리학회 2007 의학물리 Vol.18 No.3

          본 연구는 자기공명분광법(Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS)에 있어서 기존 개발된 Multi-Voxel Spectroscopy (MVS)을 위한 MR 원뿔형 팬톰을 Single voxel spectroscopy (SVS)용으로 개선하여 선정된 Voxel내의 대사물질의 양과 TE 변화에 따른 스펙트럼의 변화를 관찰하였다. 원뿔형 팬톰은 Voxel를 선정하는 위치에 따라서 그 안에 포함되는 대사물질의 양을 변화시킬 수 있다는 점에 착안하여 Voxel안에 포함되는 뇌대사물질의 양과 TE시간에 따른 각 대사물질(NAA, Cr, Cho, Lac 등)의 Peak에 대한 정량적인 분석을 시도하였다. 실험은 3T MRI/MRS 장비에서 이루어졌고, 데이터를 분석하는데 $jMRUI^{(R)}$라는 프로그램이 사용되었다. 실험 및 분석 결과 대체로 Echo Time (TE)가 커질수록 잡음이 감소하는 경향을 확인할 수 있었고 또한 TE가 커질수록, Voxel 안의 뇌대사물질의 양이 적을수록 각 대사물질의 peak intensity가 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 특히 Lactate의 경우, 정위선정된 Voxel안에 가장 많은 양의 대사물질이 포함되었을 때만 스펙트럼 분석이 가능한 정도의 Peak intensity를 얻을 수 있었고 대부분의 TE에서 분석 가능한 것으로 보아 각 대사물질의 intensity는 TE보다는 Voxel내의 대사물질의 양에 더욱 민감하다는 결론을 도출 할 수 있었고, 이러한 Lac에 대한 in vitro 데이터는 정량분석 시에 있어서 in vivo상에서 대사물질의 정량화를 하는 데 있어서 중요한 가이드라인을 제시할 것으로 예상된다. 그러나, 원뿔의 모서리 부분에 표면장력에 의하여 수많은 공기방울이 MR image상에서 관찰되고 또한 MRS상에서 그 스펙트럼을 얻을 수 없었는데 이는 앞으로 원뿔형 MRS 팬톰을 구조적, 기술적으로 더욱 개선해야 할 여지를 남겨두고 있다. The purpose of this study is to investigate the spectra of a magnetic resonance spectroscopy (MRS) in accordance with the variance of TE and the volumes of metabolites in a localized voxel for the quality assurance using a designed single voxel spectroscopy QA phantom. Because a cone-shade phantom is designed as the volume of metabolite in a localized voxel is changeable, we try to analyze the peaks of each metabolite (NAA, Cr, Cho, Lac, etc.) in accordance with metabolite volume in a localized voxel as well as echo time (TE). All data were obtained using a 3T MRI/MRS machine and analyzed using $jMRUI^{(R)}$. The results of this study show that TE is in inverse proportion to the noise of MRS and the longer TE and the less metabolite volume in the localized voxel, the peak intensities of each metabolite decrease. In case of the lactate, its peak was observed on the all TE only if the greatest metabolite is included in the localized voxel. Then, the intensity of a metabolite is more sensitive to the metabolite volume in the localized voxel than the TE. These obtained in vitro MRS data is provide the guideline that is important for in vivo metabolite quantification. But, in the edge of cone-shape vial air bubbles were observed and spectrum could not obtained. Therefore our cone-shape MRS phantom needs to be modified in order to solve these problems.

        • KCI등재후보

          개의 뇌 조직로부터 추출한 대사물질의 절대농도 측정 및 평가: 500 MHz 고자장 핵자기공명분광법을 이용한 예비연구결과

          우동철,방은정,최치봉,이성호,김상수,임향숙,김휘율,최보영 대한자기공명의과학회 2008 Investigative Magnetic Resonance Imaging Vol.12 No.2

          The purpose of this study was to confirm the exactitude of in vitro nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMRS) and to complement the defect of in vivo NMRS. It has been difficult to understand the metabolism of a cerebellum using in vivo NMRS owing to the generated inhomogeneity of magnetic fields (B0 and B1 field) by the complexity of the cerebellum structure. Thus, this study tried to more exactly analyze the metabolism of a canine cerebellum using the cell extraction and high resolution NMRS. In order to conduct the absolute metabolic quantification in a canine cerebellum, the spectrum of our phantom included in various brain metabolites (i.e., NAA, Cr, Cho, Ins, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau and Ala) was obtained. The canine cerebellum tissue was extracted using the methanol-chloroform water extraction (M/C extraction) and one group was filtered and the other group was not under extract processing. Finally, NMRS of a phantom solution and two extract solution (90% D2O) was progressed using a 500MHz (11.4 T) NMR machine. Filtering a solution of the tissue extract increased the signal to noise ratio (SNR). The metabolic concentrations of a canine cerebellum were more close to rat’s metabolic concentration than human’s metabolic concentration. The present study demonstrates the absolute quantification technique in vitro high resolution NMRS with tissue extraction as the method to accurately measure metabolite concentration. 본 연구는 in vivo 보다 더욱 정확하게 뇌 대사물질을 정량 분석하고자 고자장 NMR 장비 (500MHz; 11.74T)를 이용하여 동물의 뇌를 in vitro 환경에서 조사 및 분석하였다. 일반적 으로 in vivo 실험은 생체 내부의 혈류나 조직의 비균질성으로 인한 자기공명분광법의 shimming에 악영향을 미치기 때문에 부정확한 결과를 산출할 수 있다. 그러나, in vitro 실험 은 이에 비하여 균질한 샘플을 사용하고 보다 고자장에서 실험환경을 조성할 수 있기 때문에 더 욱 정확한 대사물질의 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 개 (canine)의 소뇌 (cerebellum) 조직으로부터 대사물질을 추출하고 고자장 핵자기공명분광법으로 대사물질의 절대농도를 획득 하고자 하였다. 생체 대사물질의 절대농도를 획득하기 위하여 대표적인 대사물질(i.e., NAA, Cr, Cho, Ins, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau Ala)의 팬톰을 제작하여 그 스펙트럼을 확보하였 고, 개의 소뇌 부위를 적출하여 methanol-chloroform water extraction (M/C water extraction) 방법으로 대사물질만을 추출한 후 자기공명분광법을 수행하였다. 필터링 (filtering)의 효과를 평가하기 위하여 샘플 제작 시 추출물을 필터링한 그룹과 필터링하지 않은 그룹으로 분류하여 실험을 수행하였다. 팬텀 물질과 추출물은 90% D2O 수용액으로 만든 후 5 mm NMR 튜브에 담아 실험하였다. 실험 결과 조직 추출물을 필터링하는 것이 신호대잡음비 (signal to noise ratio: SNR, S/N)를 향상시키는 데 기여하는 것을 확인하였다. 또한 개의 소 뇌 대사물질의 절대농도는 사람보다는 쥐 (rat)의 뇌 대사물질 절대농도와 더 비슷한 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 고자장 핵자기공명분광법을 이용한 in vitro 실험은 뇌조 직 내 대사물질의 절대농도를 측정하고 기본적인 지표를 확보하는데 매우 정확하고 정량적인 방 법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

        • KCI등재

          자기공명미세영상 및 분광법을 위한 나선형 RF 표면코일의 감는 횟수에 따른 민감도 평가

          우동철,하승훈,최치봉,최보영,Woo, Dong-Cheol,Ha, Seung-Hoon,Choi, Chi-Bong,Choe, Bo-Young 한국의학물리학회 2006 의학물리 Vol.17 No.3

          본 연구의 목적은 고해상도 미세영상을 얻을 수 있는 기술을 확보하기 위하여 나선형 multi-turned RF 표면코일(surface coil)의 민감도(sensitivity)를 평가하고자 하였다. RF 코일의 자기장 분포를 시뮬레이션 함으로서 자기장의 불균질성 (inhomogeniety)을 조사하고, 그 결과를 토대로 개선된 RF 코일을 디자인할 수 있다. 1, 3, 5번씩 감은 나선형 코일을 조사 한 결과, 3번 감은 나선형 코일의 민감도가 가장 높은 것으로 나타났다. 이를 통하여 나선형 RF 코일의 감는 횟수를 조절함으로써 코일의 민감도를 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 지나치게 감는 횟수를 늘리면 오히려 코일의 impedance를 증가시키게 되어 민감도를 감소시키며, 동시에 matching이 어려워진다는 사실을 확인하였다. 본 연구의 결과로서 지름이 4 cm인 나선형 wire RF 표면코일의 최적의 감는 횟수를 발견하였다. 또한 나선형 표면코일에서 감는 횟수의 증가는 항상 민감도에 긍정적인 영향을 미치는 것이 아니며, 반드시 최적의 감는 횟수를 찾아야 한다는 것을 확인하였다. The purpose of this study was to improve the technique so as to develop an advanced sensitive RF surface coil for investigating the sensitivities of the multi-spiral surface coils, and we eventually wanted to achieve high resolution of the microscopic MR images and MR spectra. The magnetic field inhomogeneity and shape of a surface coil were statistically estimated by simulation of the magnetic field distribution. On the basis of the experimental results with single, 3 and S-turned spiral RF surface coils, we found that the 3-turned coil had the highest sensitivity. The present study showed that the sensitivity of the RF surface coil was improved by increasing the number of spiral coil turns, and also the SNR of the RF surface coil was dependent upon the number of spiral coil turns. However, we found, rather strikingly, that the sensitivity of excessive turns of the coils was decreased due to the rise of the coil's Impedance. Thus, the present results demonstrated that the sensitivity was not proportional to the number of a spiral RF coil's turns, and the number of spiral coil turns should be optimized for obtaining the highest sensitivity and SNR.

        • KCI등재

          Design of a Broadband Hexagonal-shaped Zeroth-order Resonance Antenna with Metamaterials

          우동,김강욱,최현 한국물리학회 2014 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.65 No.10

          A broadband hexagonal-shaped metamaterials (MTMs)-based zeroth-order resonant (ZOR) antennawas designed and fabricated. The hexagonal shape of a top patch on a mushroom structuremakes not only direct-current paths between the two ends of the patch but also round-current pathsalong the outside of the patch, thereby widening the resonance frequency of the mushroom MTMantenna. According to the shape of the hexagon patch, the presented antenna achieved impedancebandwidth of 58.6% corresponding to ultra-wideband technology. The proposed ZOR antenna wasmodeled by utilizing a composite right- and left-handed (CRLH) transmission line and provided 4to 9.3 dBi of the antenna gain with reduced size as compared to conventional microstrip antennasat Ku- to K-band frequencies.

        • KCI등재

          KSTAR 토카막의 Alfven파 RF 스펙트럼 측정을 위한 광대역 보우타이 안테나 설계

          우동식 ( Dong Sik Woo ),김성균 ( Sung Kyun Kim ),김강욱 ( Kang Wook Kim ),최현 ( Hyun Chul Choi ) 한국센서학회 2016 센서학회지 Vol.25 No.1

          During KSTAR plasma experiments, torsional Alfven waves in the frequency of few GHz or below were detected. To understand this plasma waves during the crash of MHD instabilities, an RF spectrometer has been developed for detection of the radiated RF signals in the KSTAR Tokamak. It has the capability of broadband RF spectral measurement (50 ~ 400 MHz). To detect the broadband RF signals which are radiated from the KSTAR systems, a broadband antenna is the key feature of the RF spectrometer. In this paper, a broadband bowtie antenna for detection of Alfven-waves in the KSTAR Tokamak is presented. Planar-type bowtie antenna is designed and fabricated on an FR4 substrate with thickness of 1.6 mm. The antenna consists of bowtie shaped balanced radiators and broadband planar balun. The antenna is designed to have an input impedance of 50 Ohm, and a taper-shaped balun is adopted for field and impedance matching between 50 Ohm transmission line to 110 Ohm feeding network of balanced radiators. The implemented antenna provides around -3 to 3 dBi of gain for the whole frequency band. The VSWR of the bowtie antenna is less than 12:1 over the frequency bandwidth of 50 to 2000 MHz.

        • KCI등재

          생체 외 조직 고 분해능 Magic Angle Spinning을 이용한 정상 Adult Mice에서의 뇌 부위별 뇌 신경화학 대사물질 정량분석

          이도완,우동철,이성호,김상영,김구영,임향숙,최치봉,김휘율,이창욱,최보영,Lee, Do-Wan,Woo, Dong-Cheol,Lee, Sung-Ho,Kim, Sang-Young,Kim, Goo-Young,Rhim, Hyang-Shuk,Choi, Chi-Bong,Kim, Hwi-Yool,Lee, Chang-Wook,Choe, Bo-Young 한국의학물리학회 2010 의학물리 Vol.21 No.1

          본 연구는 생체 외 $^1H$ 고분해능 매직앵글스핀닝($^1H$ High-Resolution Magic Angle Spinning; $^1H$ HR MAS) 기술을 이용하여 정상군 adult mice의 뇌에서의 부위별 뇌 신경화학 대사물질(brain neurochemical metabolites)을 정량적으로 분석하고, 이를 이용하여 정상군의 뇌 대사물질의 표준 data base를 정립하기 위함이다. 실험에 사용된 adult mice는 C57BL/6J 모델의 체중 25~28 g, 40주령 수컷 10마리를 사용하였으며, 연령과 성별을 일치시켰다. 또한 뇌의 전두엽(frontal cortex), 측두엽(temporal cortex), 해마(hippocampus), 시상(thalamus) 총 4개의 부위를 채취하여 생체 외 $^1H$ 고분해능 매직앵글 스핀닝 실험을 진행 하였다. 생체 조직의 뇌 대사물질의 절대농도를 획득하기 위하여 대표적인 대사물질(Ace, NAA, NAAG, tCr, Cr, tCho, Cho, mIns, GPC+PC, Lac, GABA, Glu, Gln, tau, Ala)을 각 피크의 면적과 대사물질의 프로톤 개수를 계산하였다. 결과적으로 정상 군에서의 mice 뇌의 신경화학 대사물질들을 Acet, NAA, NAAG, Cho, mIns가 부위별로 절대농도차의 유의성을 나타내었으며, 이 외의 대사물질에서는 유의성이 없는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 토대로 $^1H$ HR-MAS을 이용한 생체조직 실험은 뇌조직 내 대사물질의 절대농도를 측정하고 기본적인 지표를 확보하는데 매우 정확하고 정량적인 방법이 될 수 있을 것으로 사료되며, 더 나아가 mice를 이용한 인간질병 모델의 실험동물에서의 뇌 신경화학 대사물질의 표준 자료화 하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다. The purpose of this study is to quantitate regional neurochemical profile of regional normal adult mice brain and assess regional metabolic differences by using ex vivo $^1H$ high-resolution magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy ($^1H$ HR-MAS NMRS). The animals were matched in sex and age. The collected brain tissue included frontal cortex, temporal cortex, thalamus, and hippocampus. Quantitative 1D spectra were acquired on 40 samples with the CPMG pulse sequence (8 kHz spectral window, TR/TE = 5500/2.2 ms, NEX = 128, scan time: 17 min 20 sec). The mass of brain tissue and $D_2O$+TSP solvent were 8~14 mg and 7~13 mg. A total of 16 metabolites were quantified as follow: Acet, NAA, NAAG, tCr, Cr, tCho, Cho, GPC + PC, mIns, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau and Ala. As a results, Acet, Cho, NAA, NAAG and mIns were showed significantly different aspects on frontal cortex, hippocampus, temporal cortex and thalamus respectively. The present study demonstrated that absolute metabolite concentrations were significantly different among four brain regions of adult mice. Our finding might be helpful to investigate brain metabolism of neuro-disease in animal model.

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