2008. 8. 1. 15:21ㆍJames/Papers
- 9th ISMRM/SMRT (Philadelphia, USA) - 최우수포스터상 수상 -
- 1999년 서울특별시방사선사학술대회 - 대상 수상 -
대뇌 정맥동의 자기공명혈관영상에서 고식적 기법과 급속 조영증강기법의 비교에 관한 연구.
남궁호, 김동성, 송인찬, 이용우
서울대학교병원 진단방사선과 자기공명영상진단실
- Abstract -
MR VENOGRAPHY OF CEREBRAL SINUS: COMPARISON OF CONVENTIONAL 3D PC AND 2D TOF WITH CONTRAST-ENHANCED MR VENOGRAPHY WITH SHORT TR AND TE
Ho NamKoong, R.T., DS Kim, R.T., IC Song, Ph.D., YW lee, R.T.
Department of Diagnostic Radiology, Seoul National University Hospital, Korea
Introduction: Current MR Venography (MRV) utilizes conventional techniques such as 3-dimentional phase contrast (3D PC) and Gadolinium enhanced 2-dimentional time-of-flight (2D TOF) based on the signal properties of moving blood [1,2]. However, 3D PC techniques have long scanning time because four complete sets of image measurements must be obtained, and have velocity dynamic range limitations [3]. 2D TOF techniques have reduced sensitivity to in plane flow, which makes the acquisition of multiple orientations, axial, sagittal and coronal. To overcome these potential pitfalls of conventional techniques, contrast-enhanced MR Venography (CEMRV) may be useful.
The aim of this study is to compare conventional 3D PC and Gadolinium enhanced 2D TOF with CEMRV technique in view of demonstration for cerebral sinus venous anatomy.
Image quality of all MRVs regarding demonstration of sinus venous anatomy and depiction of internal and cortical venous structure was visually evaluated using a scale ranging between 1 and 5 (1=poor, 2=moderate, 3=acceptable, 4=good, 5=excellent) by three radiologists. The signal to noise ratio (SNR) of all MRVs was measured on proximal, middle superior sagittal sinus and confluence of sinuses.
Results: In grading image quality of MRVs, CEMRV technique (4.36±0.48) was significantly superior to 3D PC (2.97±0.95) and Gadolinium enhanced 2D TOF technique (3.67±0.96), Image quality of MRVs in Gadolinium enhanced 2D TOF was slightly better than in 3D PC. CEMRV technique had higher SNR values than 3D PC and Gadolinium enhanced 2D TOF technique in proximal, middle superior sagittal sinus and confluence of sinuses.
Conclusion: Our results demonstrated that CEMRV technique makes better depiction of cerebral sinus venous anatomy than 3D PC and Gadolinium enhanced 2D TOF techniques, which may be due to less sensitive to slow and complex flow. Also the speed of acquisition of CEMRV constitutes an additional advantage.
I. 목 적.
대뇌 정맥동 (cerebral venus sinus)의 MR Angiography (MRA)는 일반적으로 삼차원 (3D: dimentional)의 Phase Contrast (PC) 기법이나, 이차원 (2D: dimentional)의 Time-of-flight (TOF) 기법에 조영제를 주입하여 사용하고 있다. 그러나 이러한 Phase Contrast 나 TOF의 고식적 기법은 혈관 내에 흐르는 혈류의 속도나 방향, 위치 등에 아주 민감하여, 혈류의 흐름이 매우 느리고, 다 방향의 혈관이며, 두개 (頭蓋, cranial) 표면에 위치한 대뇌 정맥동의 혈관 영상을 정확하게 묘사하는데 어려움이 있었다[1.2.]. 점차적으로 영상 획득 기술의 발전으로 전보다는 영상의 질(quality)이 향상되었으나, 여전히 3D PC 기법은 두 쌍의 경사 자계를 사용하여야 하므로 검사 시간이 길고 정확한 혈류 속도를 부호화 (Velocity Encoding)를 인가해 주어야 하며, 2D TOF는 조영제를 사용해야 하는 단점이 있다[3.4.]. 최근, 경사 자계 (Gradient System)를 포함한 Soft Ware의 성능 향상은 TR (Time of Repetition)과 TE (Time of Echo)를 감소 시켜 검사 시간의 획기적인 단축을 가져왔으며, 조영제를 이용한 복부와 사지 부위의 혈관 영상을 얻을 수 있는 자기 공명 혈관 조영 영상 (Contrast-Enhanced MR Angiography : CEMRA)의 기법을 탄생 시켰다. 이에 이번 연구는 대뇌 정맥동의 혈관 영상에 3D Contrast- Enhanced MR Angiography (Venography: CEMRV)의 기법을 기존의 3D PC와 2D TOF 기법과 비교, 고찰하고자 하였다.
II. 실험 방법 및 재료.
1998년 1월부터 10월까지 대뇌 정맥동의 혈전증이나 폐쇄를 의심하는 환자 13명을 대상으로 1.5T MR 장비 (Magnetom Vision-plus: Version B31C, Siemens Medical Systems, Germany)에서 환형 특성의 두부 코일 (Circular Polarized head coil)을 이용하여 3D PC와 2D TOF 기법과 CEMRV 기법을 시행하였다.
사용된 검사 기법의 펄스 열 (Pulse Sequence)은 FLASH (Fast Low Angle Shot)로 조영제 주입 전에 3D PC 영상을 얻고, 조영제 주입하면서 CEMRV 영상을 얻은 후, 2D TOF 영상을 얻었다. (1) 3D PC 기법의 영상화 조건은 TR/TE: 94/11ms, flip angle: 10o, slab thickness: 56mm, partitions: 40, matrix: 192×256, field of view (FOV): 200mm(rectangular: 7/8), acquisition: 1, acquisition time: 10분 34초, velocity encoding: 10cm/sec, bandwidth: 108Hz/pixel 이고, (2) 2D TOF의 영상화 조건은 TR/TE: 30/9ms, flip angle: 50o, slice number: 35, slice thickness: 2mm, matrix: 256×256, field of view (FOV): 200mm(rectangular: 7/8), acquisition: 1, acquisition time: 4분 31초, bandwidth: 195Hz/pixel 이였다.
(3) CEMRV의 영상화 조건은 TR/TE: 4.6/1.8ms, flip angle: 25o, slab thickness: 64mm, partitions: 20, matrix: 182×256, field of view (FOV): 200mm(rectangular: 6/8), acquisition: 1, acquisition time: 10초, velocity encoding: 10cm/sec, bandwidth: 390Hz/pixel 였다.
영상 단면은 우선, 2D PC 기법으로 두개 (頭蓋, cranial)내의 대략적인 정맥동 영상을 얻고, 이 영상중에서 관심 혈관의 구조와 위치에 맞추어 상시상정맥동 (superior sagittal sinus)을 보고자 할 경우는 시상면 (sagittal plane)을, 그 외 횡정맥동 (transverse sinus), 직정맥동 (straight sinus) , S상정맥동 (sigmoid sinus), 정맥동교회 (confluence of sinuses)의 경우는 사위관상면 (oblique-coronal)을 얻었다. 조영제 (Gd-DTPA, Schering AG, Germany)는 15～20ml를 약 7～9초 동안 손으로 주입하고, 검사는 조영제 주입 약 10초 후에 시작하였다. CEMRV 기법에서 조영제 주입 전 영상을 얻고 이어서 조영제 주입 후 영상을 연속 3번 획득하여, 조영제 주입 후 영상에서 조영제 주입 전 영상을 감 (subtraction) 하였다. 모든 영상은 최대 강도 투사법 (Maximum Intensity Projection: MIP)으로 혈관 영상을 재구성하였다. 이 재구성된 영상에서 근위상시상정맥동 (proximal of superior sagittal sinus), 중시상정맥동 (middle of superior sagittal sinus), 정맥동교회 (confluence of sinuses)의 각 부위에서 신호 강도 (signal intensity)를 측정하고, 배경 신호 (background signal)의 신호 강도 (signal intensity)로 나누어 각각의 신호대 잡음비 (signal to noise ratio: SNR)를 구하여 정량적 분석 (quantitative analysis)을 하였다. 정성적 분석 (qualitative analysis)은 방사선과 전문의 3명이 각각 개별적으로 대뇌 정맥동 (cerebral venous sinus )과 심부와 피질 정맥동 (internal and cortical venous sinus )의 묘사정도를 5단계 (1: poor, 2: moderate, 3: acceptable, 4: good, 5: excellent)로 나누어 각 기법을 각각 점수를 주어 평균치를 구하였다.
III. 결 과.
SNR은 표1에서와 같이, CEMRV 기법을 사용한 영상의 상시상정맥동 (superior sagittal sinus: SSS)의 주행을 따라 구한 근위상시상정맥동 (proximal of superior sagittal sinus), 중시상정맥동 (middle of superior sagittal sinus), 정맥동교회 (confluence of sinuses)의 값이 16.8±5.7, 14.0±4.9, 20.2±5.7를 보여 3D PC 기법에서의 5.9±2.8, 3.5±1.8, 7.3±3.8 (p<0.002)의 값과 2D TOF에서의 7.4±1.9, 5.8±1.6, 8.0±2.3 (p<0.004) 값보다 유의하게 높게 나타났다.
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Proximal of SSS. |
Middle of SSS. |
Confluence of sinuses | |
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3D PC |
5.9±2.8 |
3.5±1.8 |
7.3±3.8 |
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2D TOF |
7.4±1.9 |
5.8±1.6 |
8.0±2.3 |
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CEMRV |
16.8±5.7 |
14.0±4.9 |
20.2±5.7 |
방사선과 전문의 3명이 각각 개별적으로 대뇌 정맥동 (cerebral venous sinus )과 심부와 피질 정맥동 (internal and cortical venous sinus )의 묘사정도를 5단계로 나누어 점수를 준 결과, CEMRV 기법을 사용한 영상의 평균값은 4.36±0.48로 3D PC 기법을 사용한 영상의 평균 값 2.97±0.95 (p<0.0005)와 2D TOF 기법을 사용한 평균 값 3.67±0.96 (p<0.0005) 보다 유의하게 높게 나타났다(그림1. 그림2.).
그림1. 뇌종양 환자의 대뇌 정맥동 혈관 영상 (좌로부터 3D PC, 2D TOF, CEMRV 기법)
13명의 환자중 4명은 상시상정맥동 (superior sagittal sinus)의 종양 환자로 이 4명의 환자 모두에서 종양으로 인한 패쇄나 협착의 증거를 분명히 보여 주었고, 종양을 에워싸는 혈관의 모습도 잘 보여주었다(그림1).
그림2. 상시상정맥동(superior sagittal sinus)의 혈관 영상 (좌로부터 3D PC, 2D TOF, CEMRV 기법)
IV 결론 및 고찰.
1959년 Singer JR이 TOF(time-of-flight) 효과를 이용하여 혈류의 흐름을 처음으로 영상화 하고, 1982년에 Moran PR이 PC(phase contrast) 기법인 혈류의 속도에 의해 변화된 위상 (velocity-induced phase shift)을 영상화하게 된 이후로, 두 기법은 자기 공명 혈관 영상화 기법으로 인체의 혈관을 묘사하는데 주로 이용되어왔다 [5.6.]. 그러나 이 두 기법은 아직도 많은 제한점을 가지고 있다. TOF 기법의 경우 유속 신호 증강 효과 (flow-related enhancement effect)에 기초를 둔 기법으로 영상 단면에 유입되는 혈류가 초당 60～80cm 이상의 속도를 갖는 동맥혈류등과 같이 빠른 혈관의 검사에 적합하며, 혈류의 흐름에 평행한 검사 단면일 경우 (in-plane flow effect)는 신호 감소를 보이는 단점이 있어 현재 대뇌 정맥동의 혈관 검사시 감소된 신호를 보충하여 증가시키기 위하여 조영제를 사용하고 있다[1.～4.]. PC 기법은 흐르는 혈류에 의해 변화된 위상 (phase shift)을 영상화하는 기법으로 빠른 혈류 속도의 혈관 보다 느린 혈류 속도를 갖는 혈관 검사에 큰 장점이 있어 대뇌 정맥동의 혈관 검사에 자주 이용 되어왔다. 그러나 PC 기법은 정확한 혈류의 속도를 부호화 (velocity encoding)를 인가하여야 하며, 부호화한 속도 보다 빠른 혈류는 신호를 감지하지 못하게 된다. 또한 이 기법은 두 쌍의 경사 자계를 주어야 하기 때문에 검사 시간이 아주 오래 걸리는 단점이 있어 검사 단면의 두께가 얇은 상시상정맥동 (superior sagittal sinus)은 약 10분 정도에 가능하나, 그 외 횡정맥동 (transverse sinus), 직정맥동 (straight sinus) , S상정맥동 (sigmoid sinus), 정맥동교회 (confluence of sinuses)의 경우는 검사 단면의 두께가 두꺼워지므로 검사 시간이 15분 이상이 필요하게 된다.
이에 두 기법의 단점을 보완하기 위하여 시도된 CEMRV 기법은 조영제를 사용해야하는 단점이 있지만 검사 시간이 10초로 3D PC의 10분대와 2D TOF의 4분대 보다 27～60배까지 감소시켰으며, 더불어 3D PC와 2D TOF 기법보다 높은 신호대 잡음비 (signal to noise ratio)를 보였고(표1.), 이값을 통계 계산법중 하나인 t-test로 검증을 하였을 때 근위상시상정맥동 (proximal of superior sagittal sinus)에서 p<0.005, 중시상정맥동 (middle of superior sagittal sinus)과 정맥동교회 (confluence of sinuses)에서 p<0.0005를 보여 유의성을 확인하였다. 영상의 시각적인 진단 가치 평가에서도 대뇌 정맥동의 모든 혈관을 포함하여 심부와 피질 정맥 (internal and cortical sinus venous)까지 다른 두 기법 보다 잘 묘사되였다. 추가적인 장점으로는 조영제 주입직후부터 10초 간격으로 조영되는 혈관 영상을 보여주어 초기 정맥상 (early venous phase)과 후기 정맥상 (late venous phase)의 정보를 함께 얻을 수 있다. 이는 그림1에서와 같이 종양 환자의 경우 종양과 혈관의 관계를 보여주는데 아주 유용하다.
결론적으로, 조영제 사용의 금기 환자가 아닌 경우에 조영제를 사용한 자기 공명 혈관 조영 영상 기법인 CEMRV는 대뇌 정맥동의 모든 정맥동을 검사하는데 아주 유용하며, 기존의 고식적 기법인 3D PC 기법과 2D TOF 기법을 충분히 대체하여 사용될 수 있을 것이다.
참고 문헌
1. K.W. Neff, S. Meairs, J. Kuhnen et al. [ Evaluation of Cerebral Sinus Venous Thrombosis with Different MR Venography Techniques ]. MRM. 1996. 578.
2. D.L. Parker. [ Methodology of MRA ]. MRM. 1997. 120.
3. I.N. Pronin, V.N. Kornienko, et al. [ Presurgical Evaluation of the Superior Sagittal Sinus and Cortical Veins in Patients with Parasagittal Meningiomas: Comparion of 2D TOF and MTS with Gd Enhancement ]. MRM. 1997. 551.
4. M.F. Muller, J. Triller. [ MR Venography, Spiral CT, and Mediastinal Phleboography Prior to Stent Placement in Malignant Central Venous Obstruction]. MRM. 1996. 167.
5. Singer JR. [Blood flow rates by nuclear magnetic resonance measurements]. Science. 1959. 130:1652.
6. Moran PR. [A flow velocity zeugmatographic interlace for NMR imaging in humans]. Magnetic Resonance Imaging. 1982. 1:197. SMRT SIGNAL 잡지에 실린 최우수포스터상 논문 소개 글 수상한 논문과 저자들 사진
