뇌 MRI 이해 돕는 컴퓨터 그림

기존 뇌 구조 및 MRI 이해를 위한 교육 자료인 시체 해부, 모형, 신경해부학 교과서, MRI 필름 및 방사선학 교과서 등은 각각 한계를 지닙니다. 시체 해부는 어렵고 번거로우며, 모형은 세밀하지 못하고 자유로운 관찰이 어렵습니다. 교과서와 필름은 2차원적인 정보만 제공하여 뇌의 입체적인 구조 이해에 제한이 있습니다. 이러한 기존 자료들의 한계를 극복하고자, 본 연구에서는 한국인 뇌를 이용하여 뇌의 상세한 형태 및 자기공명영상(MRI)을 정확하게 이해할 수 있는 새로운 컴퓨터 풀그림 프로그램 개발을 목표로 합니다. 특히, 서로 일치하는 절단표본 영상, MRI 영상, 그리고 구역화 영상을 함께 제공하여 뇌의 3차원 구조를 입체적으로 파악하고, 해부학적 이해도를 높이는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 의과대학생 및 의사들의 효율적인 교육자료로 활용하고자 합니다.

본 연구에서는 한국인 남성 시체 3구에서 뇌 3개를 채취하여 연구에 사용했습니다. 뇌 손상을 최소화하고 거미막, 뇌신경, 뇌혈관을 최대한 보존하여 해부학적 정확성을 높였습니다. 뇌 하나는 1.4mm 간격으로 수평 절단하여 122개의 절단표본과 MRI 영상을 획득하고, 뇌의 주요 구조 10개(대뇌, 소뇌, 뇌줄기, 렌즈핵, 꼬리핵, 시상, 시각신경, 뇌활, 뇌동맥, 뇌실)를 구역화했습니다. 또한 세부 구조 83개에 대한 명칭을 영어 및 한글로 표기했습니다. 나머지 두 개의 뇌는 전통적인 해부 방법으로 해부하여 27개의 해부 표본 영상을 얻고, 102개의 세부 구조에 이름을 붙였습니다. Gelatin 용액을 이용한 포매 과정과 육절기(HFS-330L, Fuzee™)를 사용하여 1.4mm 간격의 연속 절단을 수행하여 절단표본 영상을 얻었고, G.E. Signa Horizon 1.0 Tesla MRI System을 이용하여 수평 방향으로 MRI 영상을 획득했습니다. Scanjet 4c (Hewlett Packard™) 스캐너를 이용하여 절단표본과 해부표본 사진을 컴퓨터에 입력했습니다. 절단표본 영상은 496 × 582 해상도의 BMP 파일로, 해부표본 영상은 460 × 500 해상도의 BMP 파일로 저장되었습니다.

획득한 2차원 영상(절단표본 영상, MRI 영상, 구역화 영상)을 기반으로, 수평 절단, 자유 각도 절단, 그리고 해부 풀그림 세 가지 유형의 컴퓨터 프로그램을 개발했습니다. 수평 절단 풀그림은 1번부터 122번까지의 절단면 영상을 순차적으로 보여주고, 사용자는 원하는 절단면을 선택하거나 버튼을 이용하여 영상을 이동할 수 있습니다. 자유 각도 절단 풀그림은 2차원 영상을 3차원으로 재구성하여, 사용자가 원하는 방향으로 자유롭게 절단면을 설정하고 관찰할 수 있도록 합니다. 해부 풀그림은 단계별 해부 과정을 사진으로 보여주며, 각 구조에 대한 명칭을 함께 제공합니다. 개발에는 Visual C++ (version 6.0, Microsoft™)를 사용했습니다. 프로그램은 개인용 컴퓨터의 한글 윈도우즈 환경에서 작동하며, 수평 절단 풀그림은 64MB, 자유 절단 풀그림은 37MB, 해부 풀그림은 127MB의 파일 크기를 가집니다. 수평 절단 풀그림은 설치 없이 바로 사용 가능하지만, 자유 절단 풀그림은 설치가 필요합니다.

개발된 컴퓨터 풀그림 프로그램 중 수평 절단 풀그림은 1.4mm 간격으로 수평 절단된 뇌의 122개 절단면 영상을 제공합니다. 각 절단면에 대해 절단표본 영상, 자기공명영상(MRI), 구역화 영상, 그리고 MRI와 구역화 영상을 합쳐 보여주는 네 가지 영상을 확인할 수 있습니다. 프로그램은 가장 위쪽을 1번, 가장 아래쪽을 122번으로 표시하고, 사용자는 원하는 번호를 직접 입력하거나 마우스 클릭을 통해 특정 절단면의 영상을 확인할 수 있습니다. '아래로 가기' 버튼을 이용하여 연속적인 영상을 확인할 수 있으며, '절단표본 영상, 자기공명영상 보기' 버튼을 통해 세 가지 영상(절단표본, MRI, MRI+구역화)을 선택적으로 볼 수 있습니다. '절단표본 영상, 풀이 보기' 기능을 통해서는 절단표본 영상과 해당 영역의 세부 구조 명칭(영어 및 한국어)을 함께 확인하여 뇌의 해부학적 구조를 보다 자세히 학습할 수 있습니다. 파일 크기는 64MB이며 하드 디스크 설치 없이 사용 가능합니다.

자유 절단 풀그림은 수평, 시상, 관상 등 다양한 각도에서 뇌의 3차원 구조를 관찰할 수 있도록 설계되었습니다. 절단표본 영상, MRI 영상, 그리고 구역화 영상을 3차원으로 재구성하여, 사용자가 원하는 임의의 각도로 절단면을 설정하고 해당 영상을 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 수평 절단면에서 관상면과 시상면을 선택하면 해당하는 관상면 및 시상면 영상을 보여주고, 관상면에서 추가적인 비스듬한 절단면을 선택하면 해당 절단면의 영상도 확인할 수 있습니다. 각 절단면에서 절단표본, 구역화된 절단표본, MRI, 구역화된 MRI 영상 등 네 가지 영상을 확인 가능합니다. Visual C++ (version 6.0, Microsoft™)을 사용하여 개발되었으며, 파일 크기는 37MB이고 프로그램 설치가 필요합니다.

해부 풀그림은 27개의 해부 표본 영상을 제공합니다. Nikon FM-2 카메라, Macro 렌즈(55mm), SB-16 링 플래시, ASA 100 컬러 필름을 사용하여 촬영된 사진을 스캐닝하여 제작되었습니다. 사용자는 27개의 해부 표본 영상 중 하나를 선택하면 해당 영상과 함께 해부학 용어(영어 및 한국어)로 표기된 세부 구조의 이름을 확인할 수 있습니다. 이 기능은 신경해부학 실습 시 뇌의 해부 구조를 이해하고 확인하는데 유용하게 활용될 수 있습니다. 해부 과정은 뇌 하나는 위에서, 다른 뇌는 양쪽으로 나누어 가쪽과 안쪽에서 진행되었으며, 각 부위별 해부 순서(예: 위쪽 - 뇌들보, 뇌실, 해마; 가쪽 - 위세로다발, 바깥섬유막, 렌즈핵, 속섬유막 등)를 이미지와 함께 제공합니다. 파일 크기는 127MB이며, 하드 디스크 설치 없이 사용 가능합니다. 전체 프로그램은 CD 타이틀 또는 인터넷을 통해 배포될 예정입니다.

의사와 의과대학생들은 뇌의 구조와 MRI 이해를 위해 시체, 모형, 신경해부학 책, MRI 필름 등을 교육 자료로 사용해 왔습니다. 하지만 이러한 방법들은 각각의 한계를 가지고 있습니다. 시체 해부는 전문가만 가능하고, 과정이 복잡하며, 일회성이라는 단점이 있습니다. 모형은 세밀함이 부족하고 자유로운 절단과 관찰이 어렵습니다. 신경해부학 책과 MRI 필름은 2차원적인 정보만 제공하여 뇌의 3차원적인 구조를 이해하는 데 한계가 있습니다. 기존의 컴퓨터 풀그림 또한 뇌의 상세한 구조를 보여주지 못하거나, 절단표본과 MRI 영상의 정확한 비교가 어려운 단점이 있었습니다. 본 연구는 이러한 기존 교육 자료의 한계를 극복하고, 보다 효과적인 뇌 구조 및 MRI 이해를 위한 새로운 교육 자료를 제공하고자 합니다.

본 연구에서 개발된 컴퓨터 풀그림은 기존 자료의 단점을 보완하기 위해 여러 가지 기능을 갖추고 있습니다. 첫째, 한국인 뇌를 사용하여 인종적 특징을 반영한 자료를 제공합니다. 둘째, 1.4mm의 얇은 간격으로 연속 절단하여 송과체와 같은 작은 구조까지도 상세하게 관찰할 수 있습니다. 기존의 얼리고 cryomacrotome으로 절단하거나, celloidin으로 포매 후 polycut으로 절단하는 방법보다 gelatin 용액으로 포매하고 육절기로 절단하는 방법을 사용하여 시간과 비용을 절감했습니다. 셋째, 절단표본 영상, MRI 영상, 구역화 영상을 함께 제공하여 MRI 영상 해석의 어려움을 해소하고 뇌 구조 이해를 향상시킵니다. MRI 영상만으로는 구조의 위치와 형태 파악이 어렵기 때문에, 이러한 통합적인 접근 방식은 뇌의 구조와 MRI의 상관관계를 이해하는 데 매우 효과적입니다.

본 연구의 컴퓨터 풀그림은 의과대학생과 의사들에게 유용한 교육 자료로 활용될 것으로 기대되지만, 더욱 발전된 컴퓨터 풀그림을 개발하기 위한 향후 연구 방향을 제시합니다. 첫째, 뇌뿐 아니라 머리 전체를 연속 절단하여 뇌 주변 구조까지 포함하는 영상을 제공해야 합니다. 이를 위해서는 머리 전체를 얼린 후 cryomacrotome을 사용하는 것이 효과적일 것입니다. 둘째, 뇌 구조의 구역화를 더욱 세밀하게 수행해야 합니다. 더욱 얇은 간격으로 연속 절단하고, 높은 해상도로 컴퓨터에 입력하여 정확도를 높여야 합니다. 셋째, 가상 수술 기능과 같은 새로운 기능을 추가하여 프로그램의 활용도를 높일 수 있습니다. 기존 프로그램의 장점을 바탕으로 추가적인 기능을 개발하여 더욱 효율적이고 실용적인 교육 자료를 제공하는 것이 중요합니다.

본 연구에서 개발된 수평 절단, 자유 절단, 해부 풀그림은 의과대학생 및 의사의 뇌 구조 및 MRI 이해를 위한 효과적인 교육 도구로 활용될 수 있습니다. 1.4mm 간격의 수평 절단 풀그림을 통해 뇌의 세부 구조를 명칭과 함께 연속적으로 관찰함으로써 뇌의 해부학적 구조에 대한 이해도를 높일 수 있습니다. 자유 절단 풀그림은 여러 방향의 절단면과 구역화 영상을 함께 제공하여 뇌의 3차원적 구조와 각 구조의 상대적 위치를 입체적으로 파악하는 데 도움을 줍니다. 해부 풀그림은 단계별 해부 과정과 세부 구조의 명칭을 제공하여 신경해부학 실습 교육에 효과적으로 활용될 수 있습니다. 이 프로그램은 기존의 시체 해부, 모형, 교과서 등의 교육 자료의 한계를 극복하고, 더욱 효율적이고 정확한 뇌 구조 및 MRI 학습을 가능하게 합니다. CD 또는 인터넷을 통해 널리 배포하여 의학 교육에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

뇌 질환의 정확한 진단과 치료를 위해서는 뇌의 정상적인 구조와 MRI 상의 특징을 정확하게 이해하는 것이 필수적입니다. 본 연구에서 개발된 컴퓨터 풀그림은 이러한 이해를 증진시켜 뇌 질환 진단 및 치료에 도움을 줄 수 있습니다. 특히, 한국인 뇌를 바탕으로 제작된 프로그램은 한국인의 뇌 질환 진단 및 치료에 더욱 효과적으로 적용될 수 있습니다. 고해상도 영상과 다양한 시각화 기능은 뇌의 미세 구조까지 정확하게 파악하는 데 도움을 주어, 질병의 정확한 위치와 범위를 판단하는 데 기여할 수 있습니다. 또한, 3차원적인 뇌 구조 이해를 돕는 자유 절단 기능은 수술 계획 및 시뮬레이션에도 활용될 수 있는 가능성을 제시합니다. 향후 추가적인 연구를 통해 뇌 질환 진단 및 치료에 본 프로그램의 임상적 유용성을 더욱 확대할 수 있을 것으로 예상됩니다.