Ⅰ.서 론

자기공명영상을 이용한 심장질환의 평가는 1980년대부 터 시도되어 왔다^[1]. 하지만 심장의 움직임에 따른 위상오류 (phase error)가 발생하고 심장동기화(ECG-synchronized) 를 통한 검사를 실시해야 하기 때문에 부정맥 환자의 영상 오류가 심해 제한적으로 이용되었다. 그러나 실시간 영상이 가능한 parallel imaging기법의 등장으로 영상획득 시간이 크게 단축되었다^[2,3]. 이러한 기법을 이용한 위상대조도 자 기공명영상(phase contrast magnetic resonance imaging, PC MRI)은 영상의 각 화소로부터 혈류속도를 측정할 수 있고, 이를 혈관면적과 곱하면 혈류량을 측정할 수 있다 (Fig. 1). 이는 경사자장을 따라 움직이는 양자들의 속도와 방향에 비례하여 발생한 혈류의 위상이동에 대한 비침습적 인 평가를 가능하게 한다^[4]. 정지된 양자들은 위상 이동을 만들지 못하며, 움직이는 양자와 정지된 양자들 사이에서 위상 이동의 차이를 측정할 수 있고, 움직이는 스핀의 위상 차이가 속도에 비례한다는 점을 이용하여 혈류의 속도를 측 정할 수 있다. Donald W(2007)등이 제시한 위상대조도 자 기공명영상의 수식은 다음과 같다.

세차주파수의 시간을 적분한 것이 스핀의 위상(phase)이 다(식1).

x방향으로 스핀의 이동을 다음과 같이 나타낼 수 있다(식2).

지속시간과 진폭을 고려한 위상차를 다음과 같이 나타낼 수 있다(식3).

따라서 움직이는 스핀의 위상이동은 자기장 안에서 다음 과 같은 공식에 따른다(식4).

위상대조도 자기공명영상에서 획득한 정보는 일련의 과 정을 거쳐 두 개의 영상으로 나타난다. 하나는 자기강도 영 상(magnitude image)으로 위상 차이에 따른 신호 크기로 표현되며, 주로 해부학적 정보를 제공한다. 다른 하나는 속 도부호화 영상(velocity image)으로 속도를 계산하기 위한 위상 정보를 가지고 있어 혈류의 방향과 속도를 알기 위해 사용된다^[5,6]. 이러한 위상대조도 자기공명영상은 최근 sequence의 발전으로 인해 호흡을 멈추거나 쉬면서 수행될 수 있다.

심장 자기공명 영상에서 호흡문제는 심장 박동에 의한 허 상과 함께 영상의 질을 결정하는 중요한 요소이다. 따라서 심장의 혈류에 대한 자기공명영상 측정은 혈관의 작은 직경 그리고 호흡운동에 의해 매우 어려운 과제였다. 따라서 심 박동에 따른 동기화와 호흡 동기화 방법이 많이 연구되었 고, 실제 영상에서 사용되고 있다(Fig. 2).

최근 자기공명영상은 대부분 20초 내외의 단일 호흡시간 동안 처리하여 호흡에 따른 허상을 감소시킨다. 또한 심장 혈류 및 혈류 역전에 대한 호흡 정지 MR 평가는 분절 k-공 간획득(segmented k-space acquisition)과 나선형 자기공 명영상(spiral MRI)과 같은 초고속 자기공명영상을 이용해 가능하게 되었다^[7-11]. 움직이는 심장에 대한 검사는 호흡정 지 기법을 사용한 검사 방법이 표준이지만 호흡정지는 흉강 내압을 발생시켜 혈류에 영향을 미치게 되므로 혈류정보의 생리적 변화가 우려된다^[12-13].

본 연구에서는 위상대조도 자기공명영상을 이용하여 상 행대동맥과 하행대동맥에서 호흡정지(breath-hold)한 상 태에서의 자기공명혈류 측정과 자유로운 호흡을 이용한 비 호흡정지(free-breath) 자기공명혈류 측정과의 유의성에 대해 비교하여 심장혈류 검사의 정확성을 알아보고자 한다.

Ⅱ.대상 및 방법

1.연구대상

2016년 2월 10일부터 2016년 4월 30일까지, 심혈관계의 특별한 이상이 없는 정상의 지원자 15명을 대상으로 하였 고, 평균 나이는 30±5.2(25~43)세였으며 남자가 10명, 여 자가 5명이었다.

2.검사방법

검사에 사용된 장비로는 MAGNETOM Skyra 3.0T (SIEMENS, Erlangen, Germany)와 32 channel body coil 을 사용하여 상행대동맥(ascending arota)와 하행대동맥 (descending aorta)에서 혈류 정보의 정량적 측정을 위해 위상대조도 자기공명영상을 시행하였다. 영상 변수로는 TR 과 TE를 47.60, 3.53msec로 하였고, flip angle은 20°로 정하였다. Matrix size는 132×192이었고, slice thickness/ spacing은 6/1.2mm, FOV는 233×340mm로 하였다. VENC는 velocity image에서 aliasing artifact 없이 높은 signal to noise ratio(SNR)을 얻기 위해 가능한 낮게 설 정하였다(ascending aorta:150cm/s, descending aorta: 120cm/s). 검사는 동일 환자를 대상으로 retrospective gating을 사용하였고, 영상 단면을 through-plane방법으 로 상행대동맥과 하행대동맥에 대하여 각각 수직으로 위치 시켜 한 번의 검사마다 심장주기에 맞추어 위상이 다른 20 개의 영상을 4 segments로 획득하였다(Fig. 3).

호흡정지 영상은 상행대동맥과 하행대동맥 모두 retro spective gating을 사용하여 1NEX에서만 검사하였으며, 비 호흡정지 영상은 retrospective gating을 사용하여 NEX 를 1-3으로 변화하면서 검사하였다.

3.영상분석

두 방법에 의해 획득된 영상의 분석은 HeartPro version 2.0.1(MedVoxel, Toronto, Canada)을 사용하여 20개의 위상이 다른 영상을 이용해 magnitude와 velocity image에 관심영역(region of interest, ROI)을 자동으로 설정하여 average flow, average velocity등을 측정하였다(Fig. 4). 이 때 ROI의 선택은 혈류의 흐름을 나타내는 혈관을 따라 자동으로 그렸으며, 상행대동맥과 하행대동맥에서 호흡정지 retrospective gating 1NEX와 비 호흡정지 retrospective gating에서 NEX를 변화(1-3NEX)하여 얻어진 결과 값의 평균과 표준편차를 구하고 얻어진 평균을 통해 호흡정지와 비 호흡정지 영상을 각각 비교하였다. 심장의 평균혈류량과 평균혈류속도의 편차 범위는 임상에서 일반적으로 이용되 는 10%이내를 수용할 수 있는 기준으로 정하였고, 비 호흡 정지 방법에 의해 구해진 각각의 혈류측정 값은 호흡정지 방법에 의해 구해진 혈류측정 값과 정량적으로 비교 분석하 였다. 통계적 분석은 SPSS version 23을 이용하여 유의성 을 검정하였으며, 유의 수준은 p값 0.05 이하일 때 유의하 다고 판단하였다.

Ⅲ.결 과

1.인구 통계적 특성

전체 15명의 환자(남자: 10명, 여자: 5명)를 대상으로 나 이, TR, HR, FR, Area의 평균값과 표준편차를 산출하여 각 각의 항목에 대하여 기술하였다. TR은 각각의 phase당 시 간분해능을 말하며, HR은 검사에 참여한 대상자들의 심박 동수를 의미한다. FR은 분당 혈류흐름을 의미하며, Area는 위상대조도 자기공명영상을 통해 얻어진 혈관 내경의 면적 을 나타낸 것이다(Table 1).

2.Ascending aorta에서의 혈류측정 비교

상행대동맥에서 호흡정지 retrospective 1NEX의 평 균혈류량과 평균혈류속도는 각각 96.17±19.12ml/sec, 17.04±4.12cm/sec로 비 호흡정지 retrospective 1NEX의 72.31±13.27ml/sec, 12.32±3.85cm/sec와는 평균혈 류량, 평균혈류속도 모두 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 반면에 비 호흡정지 retrospective 2 NEX 의 101.90±24.09ml/sec, 16.84±4.32cm/sec와 3NEX 103.06±25.49ml/sec, 16.88±4.19cm/sec와는 평균혈류량, 평균혈류속도 모두 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았 다(p >0.05)(Table 2).

3.Descending aorta에서의 혈류측정 비교

하행대동맥에서 호흡정지 retrospective 1NEX의 평균 혈류량과 평균혈류속도는 각각 79.68±19.72ml/sec, 22.23± 4.83cm/ sec로 비 호흡정지 retrospective 1NEX 76.31± 19.88ml/sec, 21.10±5.75cm/sec, 2NEX 75.48±20.25ml/sec, 20.86±5.64 cm/sec, 3NEX 75.85±19.93ml/sec, 21.32± 5.54cm/sec 모두 계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (p >0.05)(Table 3).

Ⅳ.고 찰

MRI 검사에서 심장의 기능 평가를 위한 정량적 측정은 어느 임상 영역보다 심장학에서 아주 중요한 역할을 담당하 고 있다. 특히, 위상대조도 자기공명영상에서는 혈관 내부 의 혈류 차이를 계산할 수 있어 평균 혈류량의 평가가 우수 한 것으로 판명되었다^[14]. 뿐만 아니라 위상대조도 자기공명 영상은 심장 및 대혈관에 대한 비 침습적 평가를 제공할 수 있다. 하지만 심장동맥의 혈류에 대한 MR 측정은 혈관의 작 은 직경 그리고 호흡 운동에 의해 매우 어려운 과제였다. 따 라서 임상에서는 호흡에 의한 움직임을 최소화하기 위해 대 부분 호흡정지 방법으로 검사를 시행한다. 그러나 호흡정지 방법은 심박출량의 심각한 감소를 유발하는 것으로 알려져 있다. 이는 심장으로의 정맥환류가 감소되기 때문이다^[15]. 이러한 호흡정지 방법의 기술적 단점은 40ms정도의 낮은 temporal resolution과 RR간격 동안에 30장 정도의 영상 을 얻어야 한다는 것이다^[16,17]. 반면에 비 호흡정지 방법으 로 영상을 얻을 때 가장 큰 단점은 영상 획득 시간이 길다는 것이다. 따라서 호흡에 의해 발생할 수 있는 움직임의 영향 을 받을 수 있다.

HARA AK 등은 main portal vein과 superior mensentric artery에서 시행된 연구 결과에서 main portal vein에서는 호흡정지 기법이 모든 면에서 우수하며 superior mensentric artery에서는 비 호흡정지 기법이 우수하다고 보고하였 다^[18]. Sebastian Ley 등은 pulmonary artery와 ascending aorta에서 시행된 호흡정지와 비 호흡정지의 retrospective 와 prospective기법의 연구에서 비 호흡정지 prospective triggering기법이 가장 유용하다고 보고 함에 따라 각각 상 이한 결과를 내놓았다^[19]. 스핀의 위상오류(phase error)가 나타나는 이유는 자기장의 불균질성이나 움직이는 구조물 일 경우에 나타날 수 있다. 이러한 오류를 최소화 하기 위해 서 데이터 샘플링(data samping)을 증가시켜 신호감소를 최소화할 필요가 있다^[20]. 이처럼 심장검사에 있어서 아직까 지 호흡정지 기법과 비 호흡정지 기법에 대한 검사의 기준 이 최적화 되어있지 않아 심장검사의 혈류평가에 있어서 더 자세한 연구가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 상행대동맥 에서 호흡정지 retrospective기법의 평균혈류량과 평균혈 류속도는 비 호흡정지 retrospective기법과 유의한 차이를 보이다가 NEX가 증가함에 따라 유의한 차이를 보이지 않았 다. 하행대동맥에서 호흡정지 retrospective기법의 평균혈 류량과 평균혈류속도는 NEX의 크기에 상관없이 유의한 차 이를 보이지 않았다. 이는 Descending aorta가 상대적으로 ascending aorta보다 움직임이 적기 때문에 스핀 위상오류 (phase error)가 적기 때문일 것으로 판단된다. 상행대동맥에 서 호흡정지 retrospective기법이 비 호흡정지 retrospective 기법과 혈류측정값에 있어서 유의한 차이를 보이다가 NEX 의 증가에 따라 유의한 차이를 보이지 않은 것은 호흡에 의 해 생겼던 스핀의 위상오류가 NEX의 증가로 인해 데이터 샘플링이 증가하여 신호의 중첩으로 그 차이를 보상했기 때 문으로 사료된다.

본 연구의 제한점으로는 충분한 지원자를 대상으로 검사 를 시행하지 못하였고, 측정의 오차를 충분히 고려하지 못 한 것이 아쉬운 점이라 할 수 있겠다.

Ⅴ.결 론

2016년 2월 10일부터 2016년 4월 30일까지, 심혈관계의 특별한 이상이 없는 정상의 지원자 15명을 대상으로 호흡동 기화를 통한 위상대조도 자기공명영상을 시행한 결과 다음 과 같은 결론을 얻었다.

이상의 본 연구결과에서 비 호흡정지 retrospective방법 은 NEX의 증가에 따라 호흡정지 retrospective방법과 비교 하여 심장혈류 측정에 유의한 차이점이 없기 때문에 숨을 잘 참지 못하거나 또는 소아환자에게 있어서 심장혈류 검사 의 진단적 가치를 높여줄 것으로 사료된다.