Ⅰ. 서 론

물 분자의 미시적인 움직임을 감지하여 영상화하는 자기 공명 확산강조영상(diffusion weighted image; DWI)은 개 발 초기에는 허혈성 뇌졸중(ischemic stroke)의 조기 발견 과 예후를 평가하는 데 주로 사용되었으나[1], 종양을 감별 하는데 유용성이 입증되어 현재에는 종양의 진단과 치료 후 평가를 위해 전신에 활발히 적용되고 있다[2].

DWI는 일반적으로 single-shot echo planar imaging (SS-EPI) 기법을 주로 사용하여 영상을 촬영한다[3]. 왜냐 하면 아주 짧은 시간에 일어나는 물 분자의 미시적인 움직 임을 감지하기 위해서는 빠른시간 내에 K-공간(space)을 채워야 하는데 SS-EPI 기법은 K-공간에서 위상부호화 방 향의 픽셀 당 대역폭을 작게 할 수 있어 한 번의 여기 펄스 로 K-공간을 채울 수 있기 때문이다[4, 5].

그러나 위상부호화 방향의 픽셀 당 대역폭을 작게 할 경우에 영상획득 시간이 단축되어 물 분자의 확산을 정밀 하게 감지할 수 있다는 장점이 있으나[6], 자화율 효과 (susceptibility effect)에 매우 민감하게 반응한다는 단점 이 있다[7]. 이러한 자화율 효과는 조직과 자화율 차이가 큰 공기나 뼈가 영상화하려는 부위에 인접해 있을 경우에 극대 화되어 조직 경계면에서 신호 감소와 기하학적 왜곡에 의한 영상의 뒤틀림(distortion)을 많이 발생시키는데[8, 9], 특 히, 두경부검사 중 최근 들어 많이 시행하고 있는 관자뼈 (temporal bone) DWI 검사의 경우 공기를 포함한 두개저부 의 자화율 차이에 의해 영상의 뒤틀림이 강하게 나타난다.

영상에서 뒤틀림은 영상화하려는 구조물을 기하학적으로 왜곡하여 신호를 감소시키거나 증가시켜 병소를 불분명하 거나 오인하게 만든다[4]. 따라서 자화율 차이가 큰 공기나 뼈가 인접해 있는 부위에서 SS-EPI 기법을 적용하여 DWI 를 획득하기에는 영상의 뒤틀림으로 인해 한계가 있다.

SS-EPI 기법의 이러한 한계로 인해 현재에는 공기 나 뼈가 인접한 부위에 turbo spin echo를 기반으로 한 single-shot turbo spin echo(SS-TSE) 기법이 개발되어 영상의 촬영에 적용되고 있다. SS-TSE 기법은 여러 개의 재위상(refocusing) 펄스를 사용하여 영상을 촬영하는 방법 으로, 재위상 펄스로 인해 자화율 효과에 민감한 SS-EPI 기법에 비해 자화율 차이가 큰 물질들의 자화율 효과를 감 소시켜 영상의 뒤틀림이 줄어든다는 장점이 있다[10]. 이러 한 장점으로 인해 현재에는 기존의 SS-EPI 기법으로 검사 하는 데 한계가 있었던 부위의 DWI 검사에 많이 적용되고 있다.

본 연구는 SS-TSE 기법의 장점을 temporal bone DWI 검사에 적용한다면 재위상 펄스로 인해 자화율 효과를 감 소시킬 수 있어 영상의 뒤틀림으로 인해 진단적 가치가 저하되는 문제점을 개선할 수 있으리라 판단하였다. 즉, temporal bone DWI는 청신경과 안면신경에 발생하는 진주 종(cholesteatoma)과 염증성 육아종(granuloma)의 미세한 확산차이에 의한 신호강도를 구별하기 위해 시행하는데 영 상화하려는 청신경과 안면신경이 매우 가늘고 뼈와 공기를 포함한 두개저부와 인접해 있어 영상에서 뒤틀림이 매우 강 하게 나타나는 문제점을 SS-TSE 기법을 적용하여 개선하 고자 한 것이다.

이에 본 연구에서는 진주종과 염증성 육아종을 감별하기 위한 temporal bone DWI 검사 시 기존의 SS-EPI 기법과 달리 재위상 펄스를 사용하여 뒤틀림을 개선한 SS-TSE 기 법을 적용하여 temporal bone에 발생하는 영상의 뒤틀림을 감소시키고자 하였다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 연구 대상 및 방법

연구 대상은 2020년 3월부터 8월까지 temporal bone DWI 검사를 시행한 환자 115명 중 temporal bone에 질환 이 있는 83명을 제외한 32명을 대상으로 U 대학병원 임상 시험 센터의 연구승인 및 환자 동의를 받아(2020-0113) 연 구를 진행하였다.

연구 방법은 신경과 공기, 그리고 두개저부의 뼈가 인접 해 있어 자화율 차이에 의한 영상의 뒤틀림이 강하게 나타 나는 temporal bone을 대상으로, 동일 환자에게 SS-TSE 기법과 SS-EPI 기법을 적용하여 DWI를 획득한 후 SS-TSE 기법과 SS-EPI 기법에 따라 획득한 DWI를 각각 b-value 0 영상과 b-value 800 영상, 그리고 겉보기확산계수(ADC) 영상으로 나누어 각 영상의 뒤틀림을 기법에 따라 비교평가 하였다. 본 연구는 연구의 정확성을 높이기 위해 기법에 사 용되는 변수 이외에는 다른 변수를 동일하게 하여 비교평가 하였다.

2. 영상획득 및 기법

영상획득 장비는 초전도 3.0T MRI 장치(Ingenia CX, Philips medical system, Netherlands)와 32 channel dS Head 코일을 사용하였다.

사용된 영상변수는 SS-EPI 기법의 경우에 반복 시간 (TR)는 2,000msec, 에코 시간(TE)은 82msec, 영상영역 (FOV)은 200×200mm, 화소 배열 수(matrix)는 128× 128, 여기 횟수(NEX)는 2, 병렬영상기법(SENSE)는 factor 2로 하였고, SS-TSE 기법의 경우 TR 4,475msec, TE 60 msec, FOV 200×200 mm, matrix 128×128, NEX 2, SENSE factor 2로 하였다.

영상은 절편 두께(slice thickness) 3mm, 절편 간격(gap) 0mm로 내이도 중심으로 10절편(slice)을 획득하였으며, 각 기법별 검사시간(scan time)은 SS-EPI 기법이 55초, SS-TSE 기법이 1분 2초였다.

3. 측정 및 분석 방법

획득된 영상은 영상측정 프로그램(Image J, Ver. 1.8.0, NIH, USA)을 사용하여 자화율 차이에 영향을 받지 않는 3D T2 VISTA 영상의 내이도 내에 관심 영역(Region of Interest)을 설정한 후 이를 기준으로 기법에 따라 획득한 b-value 0, b-value 800, ADC 영상의 동일한 부위에 신 호강도를 측정하여 영상의 뒤틀림을 측정하였다[Fig. 1].

본 연구에서 신호강도를 이용하여 뒤틀림을 측정한 이유 는 곧게 뻗어있는 내이도 내 신경다발은 기하학적 왜곡이 발생한 경우 뒤틀림이 발생하여 인접한 부위의 공기가 설정 한 신경다발의 관심 영역 내로 침범하여 신호강도가 낮아진 다. 따라서 기하학적 왜곡이 발생하지 않는다면 인접한 부 위의 공기가 관심 영역 내로 침범하지 않아 신호강도가 높 아지는데, 저자는 이에 착안하여 SS-TSE 기법이 180도 재 위상 펄스로 인해 영상의 뒤틀림이 덜 발생한다면 SS-EPI 기법에 비해 신호강도가 높을 것이며, SS-EPI 기법에 비해 신호강도가 높다면 SS-TES 기법이 기하학적인 왜곡에 의 한 뒤틀림이 덜 발생한 것이라 증명할 수 있다고 가정을 한 것이다.

b-value 0 영상은 물 분자를 인위적으로 확산시키는 확 산 경사자장이 인가되지 않는 영상이며, b-value 800 영상 은 확산 경사자장이 인가된 영상이고, ADC 영상은 획득한 b-value 0 영상과 b-value 800 영상을 기반으로 확산계수 를 산출 영상으로 세 영상 모두 뒤틀림이 발생하지 않는다 면 값이 높아지고 뒤틀림이 발생한다면 값이 낮아진다.

기법에 따라 측정된 신호강도는 대응표본 t-검정(paired t-test, SPSS Ver. 22)을 이용하여 유의한 차이가 있는지 비교평가 하였으며, p 값이 0.05보다 작은 경우 유의한 차 이가 있는 것으로 판단하였다.

Ⅲ. 결 과

기법에 따른 뒤틀림을 비교 평가하기 위해 신호강도를 측정한 결과, b-value 0 영상의 경우 SS-TSE 기법이 962.17±119.19로 SS-EPI 기법의 513.32±142.03보다 영 상의 신호강도가 87.44%(448.85) 증가하였고, b-value 800 영상의 경우도 b-value 0 영상과 마찬가지로 SS-TSE 기법이 144.58±11.84로 SS-EPI 기법의 98.94±14.66보다 영상의 신호강도가 46.13%(45.64) 증가하였다. ADC 영상 의 경우도 SS-TSE 기법이 2.42±0.18, SS-EPI 기법이 1.70±0.38로 나타나 SS-TSE 기법이 SS-EPI 기법보다 확 산계수가 42.35%(0.72) 증가하였다[Table 1].

기법에 따른 뒤틀림을 비교 평가하기 위한 신호강도의 대응표본 t-검정 결과, b-value 0 영상의 경우 평균 차 -448.86± 142.00, t -9.996, 유의확률 0.000으로 나타 나 기법에 따라 통계적으로 유의하게 신호강도의 차이가 있 다고 할 수 있으며, b-value 800 영상도 b-value 0 영상과 마 찬가지로 평균차 -45.64±10.67, t -13.521, 유의확률 0.000 으로 나타나 통계적으로 유의하게 신호강도의 차이가 있다고 할 수 있다. ADC 영상의 경우도 평균차 -0.72±0.40, t -5.667, 유의확률 0.000으로 나타나 b-value 0과 b-value 800 영상 과 마찬가지로 통계적으로 유의하여 기법에 따른 신호강도 의 차이가 있다고 할 수 있다[Table 2].

위 결과는 영상을 통해서도 확인할 수 있는데 기법에 따 른 temporal bone DWI를 window width와 window level 을 동일하게 하여 비교한 결과, b-value 0, b-value 800, ADC 영상 모두 SS-TSE 기법이 SS-EPI 기법에 비해 뒤틀 림이 감소함을 육안으로도 확인할 수 있다[Fig. 2].

Ⅳ. 고 찰

자기공명영상(magnetic resonance imaging; MRI)을 이용한 temporal bone DWI는 전산화단층촬영(computed tomography) 검사로 감별하기 어려운 진주종과 염증성 육 아종의 감별을 위해 시행된다. 그러나 DWI 검사 시 일반적 으로 사용되는 SS-EPI 기법은 위상부호화 방향의 픽셀 당 대역폭을 작아[4, 5] 자화율 차이가 큰 공기나 뼈가 영상화 하려는 부위에 인접해 있을 경우 자화율 차이가 극대화되어 조직 경계면에서 신호 감소와 기하학적 왜곡에 의한 영상의 뒤틀림이 많이 발생한다[8, 9].

영상에서 뒤틀림은 영상화하려는 구조물을 기하학적으로 왜곡하여 신호를 감소시키거나 증가시켜 병소를 불분명하거 나 오인하게 만들어 영상의 진단적 가치를 저해시킨다[4]. 이러한 영상의 진단적 가치를 저해시키는 영상의 뒤틀림을 해결하기 위해 여러 연구들이 있었다. Ishihara 등[11]과 Zhang 등[12]은 K-공간을 여러 구획으로 나누어 획득하는 multi-shot echo planar imaging 기법(MS-EPI)을 사용하 여 영상의 뒤틀림을 개선할 수 있다고 하였다. 그러나 MS-EPI 기법은 K-공간을 여러 구획으로 나누어 획득하기 때문에 영상획득 시간이 길고, 획득 중 움직임이 있을 경우에 위상변화가 발생하여 영상에 움직임 인공물이 나타난다는 문 제점이 있다[13]. 이러한 MS-EPI 기법의 문제점을 개선하기 위해 Buonocore 등[14]과 Hennel[15]은 navigator echo를 이용한 새로운 알고리즘을 제안하였고 Yeom 등[5]과 Thian 등[3]은 K-공간을 주파수부호화방향에 따라 여러 구획으로 나눠 촬영하는 readout-segmentated EPI 기법을 제안하였 다. 그러나 위 기법 모두 기본적으로 MS-EPI 기법을 기반으 로 하기 때문에 영상획득 시간이 길어 움직임 인공물의 증가 로 인해 적절한 대안이 될 수 없다. 이에 반해, Choi 등[16]은 조직과 공기가 맞닿은 부분에 조직밀도와 유사한 실리콘 패 드를 이용하여 보상함으로써 영상의 뒤틀림을 감소시킬 수 있다고 하였다. 그러나 이는 인체 외에 적용이 가능한 방법일 뿐 temporal bone과 같이 인체 내 조직과 공기가 맞닿아 있 을 경우에 적용이 불가능하다는 제한점이 있다. 따라서 위 연구들을 종합해 봤을 때 인체 내 조직과 공기가 맞닿아 있는 부위의 DWI 검사 시 SS-TSE 기법을 적용한 방법이 영상의 뒤틀림을 방지할 수 있는 최적의 대안인 것이다.

영상의 뒤틀림을 개선할 수 있는 방안으로 SS-TSE 기법 의 유용성을 증명한 연구는 여러 연구들이 있었다. Lövblad 등[17]은 연속적인 재자화 펄스를 사용하는 SS-TSE가 허혈 성 뇌졸중 환자 검사 시 뒤틀림이 개선된 진단적 가치가 높 은 영상을 제공한다고 하였고, De Foer 등[10]과 De Graaf 등[18]은 SS-TSE가 안구나 귓속 영상에서 뒤틀림을 개선 하여 병소를 잘 관찰할 수 있다고 하였다. 또한, Verhappen 등[19]은 두경부 병소에 대하여 SS-TSE를 사용하는 것이 뒤틀림을 개선하여 림프절과 원발성 두경부암의 묘사에 우 수하다고 하였다. 그러나, 위 연구들은 뒤틀림이 잘 발생 하지 않은 부위를 영상화한 연구이거나 정성적인 평가를 시행한 연구로 아직까지 청신경과 안면신경이 지나가는 temporal bone을 대상으로 정량적으로 증명한 연구는 부족 한 실정이다[20, 21]. 즉, SS-TSE가 자화율 감수성에 대한 뒤틀림 개선에 유용하여 temporal bone DWI 검사 시 SS-EPI를 대처할 수 있는 가능성에도 불구하고 아직까지 SS-EPI 기법에 비해 SS-TSE 기법의 유용성이 다른 부위 의 DWI 연구에 비해 충분하지 못한 것이다.

이에 본 연구에서는 진주종과 염증성 육아종을 감별하기 위한 temporal bone의 DWI 검사 시 SS-EPI 기법과 달리 재위상 펄스를 사용하여 뒤틀림을 개선한 SS-TSE 기법을 적용하여 temporal bone에 발생하는 영상의 뒤틀림을 감소 시키고자 하였다.

연구 결과, 뒤틀림을 비교 평가하기 위한 신호강도는 SS-TSE 기법이 SS-EPI 기법보다 b-value 0 영상은 87.44% (448.85), b-value 800 영상은 46.13%(45.64), ADC 영상은 42.35%(0.72) 유의하게 증가하였다. 이는 temporal bone 의 DWI 검사 시 SS-TSE 기법이 SS-EPI 기법보다 뒤틀림 을 개선함을 의미한다.

본 연구는 기법의 특성상 SS-TSE 기법과 SS-EPI 기법 의 에코 시간을 동일하게 설정하지 못했다는 점과 검사 부 위의 특성상 면적을 측정할 수 없어 뒤틀림 계산식을 이용 하지 못했다는 제한점이 있다. 그러나 temporal bone DWI 검사에 SS-TSE 기법을 적용하여 기존에 정량적으로 증명 하지 못했던 뒤틀림의 개선 정도와 유용성을 실제 수치를 통해 정량적으로 증명하였다는 점과 SS-EPI 기법 사용 시 발생하는 temporal bone 영상의 뒤틀림을 감소시켜 진단적 으로 가치가 높은 영상을 획득할 수 있는 방안을 마련하였 다는 데에 의의가 있다.

Ⅴ. 결 론

본 연구는 영상화하려는 청신경과 안면신경이 매우 가늘 고 뼈와 공기를 포함한 두개저부와 인접해 있어 영상에서 뒤틀림이 매우 강하게 나타나는 관자뼈의 확산 강조영상검 사 시 자화율 차이로 인해 발생하는 영상의 뒤틀림을 SS-TSE 기법을 적용하여 감소시키고자 하였다. 연구 결과, SS-TSE 기법 적용 시 b-value 0 영상은 87.44%, b-value 800 영상은 46.13%, ADC 영상은 42.35% 신호강도가 유의 하게 증가하여 뒤틀림이 감소한 것을 볼 수 있었다. 결론적 으로, 관자뼈의 확산 강조영상검사 시 본 연구의 SS-TSE 기법을 이용하면 기존 기법의 사용 시 발생하는 영상의 뒤 틀림을 감소시킬 수 있어 진단 가치가 높은 영상을 획득할 수 있다.