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ISSN 2005-7881 REVIEW ARTICLE 뇌혈관해부학및경두개초음파수기 서울의료원신경과 박태환 Neurovascular Anatomy and Transcranial Doppler Technique Tai Hwan Park, MD Department of Neurology, Seoul Medical Center, Seoul, Korea

1 ISSN REVIEW ARTICLE 뇌혈관해부학및경두개초음파수기 서울의료원신경과 박태환 Neurovascular Anatomy and Transcranial Doppler Technique Tai Hwan Park, MD Department of Neurology, Seoul Medical Center, Seoul, Korea ABSTRACT Transcranial Doppler (TCD) is a noninvasive ultrasonic technique that measures local blood flow velocity and direction of the proximal portions of large intracranial vessels. TCD is operator dependent and requires training and experience to perform and interpret results. To perform an effective examination, it is important to understand proper patient and probe positioning, anatomical landmarks and appropriate scale settings, including spectral analysis, gray and color flow information. Further, it begins in understanding of cerebrovascular anatomy including the major cerebral vessels, circle of Willis and other potential collateral pathways, and the most common vascular anomalies. Journal of Neurosonology 2(1):5-9, 2010 Key Words: Transcranial Doppler, Cerebrovascular anatomy 경두개초음파 (transcranial Doppler ultrasonography, TCD) 를시행하기에앞서검사자는검사하고자하는뇌혈관의입체적주행경로와해부학적위치에대해상상하고이에맞추어탐침자 (probe) 를위치시켜야한다. 또한주요뇌혈관사이의곁순환 (collateral) 경로를알고있어야정상과다른혈류방향을이해하고판독할수있다. 이를위해서검사자는정상뇌혈관의해부학에대한지식과흔한변이에대해서숙지하고있어야한다. 따라서본고찰에서는 TCD에서관찰하는주요뇌혈관의해부학을중심으로기본적인 TCD의검사수기에대해정리하였다. 1. 뇌혈관해부학뇌는전체몸무게의 2~3% 가량에불과하지만심박출량의 15~17% 에해당하는혈류를공급받고있으며, 뇌전체혈류의약 80% 는전방의경동맥계 (carotid system) 가, 나머지 20% 는후방의척추뇌바닥동맥계 (vertebrobasilar system) 가담당하고있다 (Fig. 1). 두개내뇌혈관은조직학적구조에서두개외혈관과달리혈관에혈액을공급하는 vasa vasorum 이없으며같은굵기의두개외혈관에비해근육층과혈관바깥막 (tunica adventitia) 이얇다. Received May 25, 2010 / Accepted June 4, 2010 Address for correspondence: Tai Hwan Park, MD Department of Neurology, Seoul Medical Center, Samseong-dong, Gangnam-gu, Seoul , Korea Tel: , Fax: , strokezero@gmail.com 5

Journal of Neurosonology Vol. 2, No. 1, 2010 1.1. 총경동맥 (common carotid artery, CCA) 우측 CCA 는대동맥궁에서기시한팔머리동맥 (brachiocephalic artery) 으로부터분지하며, 좌측 CCA는직접대동맥궁에서기시한다. 따라서좌측 CCA의길이가우측보다 4~5 cm 가량길다. 1.2. 내경동맥 (internal carotid artery, ICA) CCA의가장큰분지인 ICA는설골 (hyoid bone) 과갑상연골 (thyroid cartilage) 의위경계정도의높이에서 CCA에서뒤외측방향으로분지후머리쪽으로주행하며 2~3 cm 가량의경동맥팽대를형성한다.

2 Journal of Neurosonology Vol. 2, No. 1, 총경동맥 (common carotid artery, CCA) 우측 CCA 는대동맥궁에서기시한팔머리동맥 (brachiocephalic artery) 으로부터분지하며, 좌측 CCA는직접대동맥궁에서기시한다. 따라서좌측 CCA의길이가우측보다 4~5 cm 가량길다 내경동맥 (internal carotid artery, ICA) CCA의가장큰분지인 ICA는설골 (hyoid bone) 과갑상연골 (thyroid cartilage) 의위경계정도의높이에서 CCA에서뒤외측방향으로분지후머리쪽으로주행하며 2~3 cm 가량의경동맥팽대를형성한다. ICA는두개골바닥에서경정맥구멍 (jugular foramen) 바로앞에위치한경동맥관 (carotid canal) 을통해두개강내로들어간다. ICA는거의머리방향으로직행하는경부 (cervical portion) 와암석골 (petrous bone) 내경동맥관을앞내측으로주행하는암석부 (petrous portion), 파열구멍 (foramen lacerum) 을나와접형골의해면정맥동을지나가는해면정맥부 (cavernous portion), 끝으로경막 (dura) 을뚫고거미막아래공간 (subarachnoid space) 으로들어가는대뇌부 (cerebral portion) 의네부분으로 나누어진다. 해면정맥부는앞침대돌기 (clinoid process) 와중간침대돌기사이에서 S-자모양으로주행하며대뇌부로이행되기때문에경동맥사이펀 (siphon) 이라부르며대뇌부의첫번째가지는위뇌하수체동맥 (superior hypophyseal artery) 이며, 안동맥 (ophthalmic artery), 후교통동맥 (posterior communicating artery, P-comm), 앞맥락막동맥 (anterior choroidal artery) 이차례대로나온다. 마지막으로실비안틈새 (sylvian fissure) 의내측끝계곡 (valecula) 에서앞대뇌동맥 (anterior cerebral artery, ACA) 과중간대뇌동맥 (middle cerebral artery, MCA) 으로나누어진다 앞대뇌동맥 ACA는 ICA에서분지한후앞내측으로반구간틈새 (interhemispheric fissure) 쪽으로주행하는 A1 분절과전교통동맥 (anterior communicating artery, A-comm) 분지이후에뇌량 (corpus callosum) 을감싸며앞위쪽으로올라가는 A2 분절, 뇌량슬 (genu of corpus callosum) 이후의뇌량과띠이랑 (cingulate gyrus) 에분포하는 A3, A4 분절로나눈다. 뒤쪽으로이어진앞대뇌동맥의줄기인뇌량주위동맥 (pericallosal artery) 은거의뇌량팽대 (splenium) 까지이어져있으며, 여기에서후대뇌동맥 (posterior cerebral artery, PCA) 의가지들과연결된다. 안쪽섬유막 (internal capsule) 의전각 (anterior limb) 과꼬리핵 (caudate nucleus) 에혈액을공급하는휴브너되돌이동맥 (recurrent artery of Heubner) 은 A2 분절에서기시하여 A1 분절의혈류방향과반대로진행한다. 한쪽 A1 분절의형성부전은 1~16% 에서관찰되며무형성은 0.3~2% 정도로드물다. Fig. 1. Cerebrovascular anatomy. 1, brachiocephalic artery; 2, left common carotid artery; 3, left subclavian artery; 4, 9, left vertebral artery; 5, 10, right vertebral artery; 6, right common carotid artery; 7, left internal carotid artery; 8, right internal carotid artery; 11, basilar artery; 12, right middle cerebral artery; 13, right anterior cerebral artery 중간대뇌동맥 ICA에서분지한 MCA는실비안틈새를따라외측으로약 15 mm 정도수평방향으로주행하며앞관통질 (anterior perforating substance) 을지나위뒤쪽으로방향을틀어섬문턱 (limen insula) 에들어가서 2개혹은 3개의 M2 분절로분지한다. M1 분절은직경이 2.4~4.6 mm이고길이는약 18~25 mm로측두창에서 MCA의혈류를관찰하는주요부분이다. 이부위에서는관통동맥들과외측렌즈줄무늬체동맥 (lateral lenticulostriate artery) 이분지한다. M2 분절의분지형태는이분형이 78% 로가장많고, 삼분지가 12%, 그리고다발성분지형태가약 10% 정도이다. 1 MCA의해부학적변이및이상은 3% 미만으로드물며 ICA에서기시한 M1이두개인중복 (duplication) 이가장흔하다고알려져있다. 2 6

3 TH Park. Neurovascular Anatomy and Transcranial Doppler Technique 1.5. 척추동맥 (vertebral artery, VA) 과뇌바닥동맥 (basilar artery, BA) VA는쇄골하동맥 (subclavian artery) 에서분지하여두개내에서좌우척추동맥이합쳐져 BA를이룰때까지 4개의분획으로나눌수있는데처음분지한후 6번째경추의횡돌기구멍으로들어가기까지를 V1, 6번째경추에서첫번째경추의횡돌기까지를 V2, 환추 (atlas) 를뒤로돌아경막을뚫고들어가기전까지를 V3, 두개강내에서 BA가될때까지가 V4이다. VA의 V1 부분은굴곡이심해약 40% 에서굴곡이관찰되나상대적으로 V2 부분은똑바로주행하는경우가많다. 약 50% 정도에서좌측 VA가우측 VA보다굵으며두개강내에서앞척추동맥 (anterior spinal artery) 과뒤아래소뇌동맥 (posterior inferior cerebellar artery, PICA) 을분지한후교뇌연수접합부 (pontomedullary junction) 부근에서 BA로합쳐진다. BA는교뇌의배쪽표면정중앙에있는바닥고랑 (basilar groove) 을따라올라가면서관통동맥들과긴둘레동맥 (long circumferential artery) 인앞아래소뇌동맥 (anterior inferior cerebellar artery, AICA), 위소뇌동맥 (superior cerebellar artery) 을분지하고이혈관들의종말가지들은 AICA와 PICA의종말가지들과연결된다. BA는위소뇌동맥을낸후바로한쌍의 PCA로나누어져끝난다. 노인에서는 BA의비틀림 (tortuosity) 이증가하기때문에검침자의각도에유의해야하며 BA에서분지되는혈관들로인해 BA의혈류방향을반대로오인할수있으므로주의한다 후대뇌동맥 PCA는발생초기에 ICA의가지였으나, 임신 5주이후에앞뇌 (forebrain) 가뒤로팽창하고후두엽이점차커짐에따라척추뇌바닥동맥계와연결되게된다. 따라서 PCA는 BA에서대부분의혈액을받게되고, ICA와이혈관을연결하고있던부분은점차작아져 P-comm을형성한다. 이렇게남아있는 P-comm 이 PCA의혈류공급원이되는경우를태아형후대뇌동맥 (fetal type PCA) 이라하며성인의약 10% 에서관찰된다. PCA는 P1 (peduncular segment), P2 (ambient segment), P3 (quadrigeminal segment), P4 (calcarine segment) 로나눈다. P1 분절은 BA에서기시하여 P-comm 과연결되는부분까지를가리키며그길이가 1 cm 이하로, 뇌심부의뒤안쪽에분포하는중심동맥인시상관통동맥 (thalamoperforator), 후내측맥락막동맥 (medial posterior choroidal artery) 이분지된다. P2 분절이후부위는외측으로대뇌각 (cerebral peducle) 을감싸고돌아소뇌천막 (tentorium cerebelli) 과접하는후두엽의아래표면까지가며, 대뇌각의가장외측에서내측후두동맥 (medial occipital artery) 과외측후두동맥 (lateral occipital artery) 으로나누어져종말부분이된다. 윈위부 P2 분절은뒤로가면서위로올라가는각을가지고있어측두창에서 TCD로검사하기어렵다 윌리스환 (circle of Willis, COW) 과곁순환 (collateral circulation) 뇌바닥의주요혈관들인 ACA, MCA, PCA 사이에서좌우를연결하는 A-comm 과경동맥계와척추뇌바닥동맥계를연결하는 P-comm 에의해완성된고리형태의혈관문합이존재하며이러한완전한 COW는약 20~30% 정도에서관찰되고 A-comm 이나 P-comm, ACA A1 분절과 PCA P1 분절의형성부전또는무형성이흔히관찰된다. 편측근위부혈관의폐색시 COW를통한곁순환의혈류방향변화를알고있어야 TCD 검사결과를해석할수있다. TCD 검사시중요한또다른곁순환으로외경동맥가지인얼굴동맥, 상악동맥및중간뇌막동맥과 ICA 가지인안동맥간의문합을들수있다. 3 근위부 ICA 협착이나폐색시외경동맥으로부터의혈류가이들문합을통해안동맥으로역류하여두개내혈류를공급하게되고안구창을통한검사시안동맥의혈류방향의역류와혈관저항의변화를관찰할수있다 뇌정맥 (cerebral vein) 대뇌정맥은표재정맥 (superficial vein) 과심부정맥 (deep vein) 그리고배출되는통로인정맥동 (dural venous sinus) 으로나눌수있다. 뇌의정맥은대부분동맥과동반되지않으며, 판막이없고근육층이발달되어있지않기때문에혈류의흐름은순전히압력차이에의해서이루어진다. 뇌의정맥은동맥에비해변이가많으며그경로도일정하지않은경우가많은데, 표재정맥중에서얕은중간대뇌정맥 (superficial middle cerebral vein) 은접형두정정맥동 (sphenoparietal sinus) 을통해해면정맥동으로정맥혈을보내고, Trolard 정맥은위시상정맥동 (superior sagittal sinus) 과연결되며 Labbé 정맥은횡정맥동 (transverse sinus) 과연결된다. 위시상정맥동으로모인정맥혈은합류정맥동 (torcular Helophili) 을거쳐양측횡정맥동 (transverse sinus) 을지나경정맥 (jugular vein) 으로배출된다. 우측횡정맥동이더발달된경우가 50% 로더많고, 약 4% 에서횡정맥동의무형성이관찰된다. 심부정맥중앞대뇌정맥 (anterior cerebral vein) 과줄무늬체정맥 (striate vein) 은합쳐져뇌바닥정맥 (basal vein of Rosenthal) 을형성하고, vein of Galen 을통해곧은정맥동 (straight sinus) 으로연결된다. 시상 (thalamus) 과맥락막총 (choroid plexus) 으로부터의정맥혈은 7

TCD 수기 TCD를 이용한 두개내 혈관의 검사는 주로 뇌바닥의 주 요 뇌동맥에서 이루어지며 2MHz의 Low-frequency 초음파 를 사용한다. 검사를 시행하기 전에 환자의 자세와 탐침 자의 위치, 해부학적 landmark를 확인하고, 적절한 scale setting, sweep speed, power 등을 조절한다.

4 Journal of Neurosonology Vol. 2, No. 1, 2010 속대뇌정맥(internal cerebral vein)을 거쳐 vein of Galen과 곧은정맥동으로 배출된다. 일반적으로 TCD를 이용한 뇌 정맥의 관찰은 측두창을 통해 MCA와 가까운 접형두정정 맥동과 후두하창을 통해 원위부 BA 옆에 위치한 아래암 석정맥동(inferior petrosal sinus)을 주로 한다. 2. TCD 수기 TCD를 이용한 두개내 혈관의 검사는 주로 뇌바닥의 주 요 뇌동맥에서 이루어지며 2MHz의 Low-frequency 초음파 를 사용한다. 검사를 시행하기 전에 환자의 자세와 탐침 자의 위치, 해부학적 landmark를 확인하고, 적절한 scale setting, sweep speed, power 등을 조절한다. 일반적으로 sample volume은 10~15 mm 범위에서, power는 100%로 검 사를 시작하도록 한다. 검사자의 숙련도가 올라가면 더 작은 sample volume과 결흐름(laminar flow) 관찰이 가능한 최소한의 power를 사용하는 것이 장시간 모니터링에 따른 안전성을 최대화할 수 있다. TCD는 시각적 도움 없이 뇌 혈관을 검사하기 때문에 혈관의 식별을 위해서는 음파조사 (insonation)의 깊이, 혈류방향, 속도, 박동지수(pulsatility index, PI), 파형분석(spectral analysis) 등을 이용한다 측두창을 통한 검사(transtemporal approach) 측두창을 통해서는 MCA, ACA, PCA, A-comm, P-comm을 관찰할 수 있다(Fig. 2). 먼저 귀 전방부의 광대활(zygomatic arch)을 촉지하여 광대활의 후방 끝 부분 위쪽에 탐침자를 위치시킨 후 약간 앞 위를 향하게 기울여 MCA M1 분절 의 혈류를 찾도록 한다. 음파조사 깊이는 54~56 mm로 하 고 탐침자로 향하는 낮은 저항의 MCA 혈류를 찾도록 한 다. MCA M1 분절은 고령일수록 주행방향이 아래쪽을 향 하는 경우가 많으므로 탐침자의 방향은 이를 고려하도록 한다. 일단 혈류 신호가 감지되면 탐침자를 가장 빠른 속 Fig. 2. Transtemporal window. F, indicates frontal; A, anterior; M, middle; P, posterior. 8 도의 결흐름이 관찰되는 부분에 위치와 각도를 고정한 후 깊이를 낮추어 MCA M2 분절로 나뉘는 부분에서 혈류신 호가 약해지거나 두 개로 갈라지는 것을 확인한다. 45 mm 깊이에서 원위부 MCA M1 분절의 혈류신호를 저장한 후 깊이를 더 낮추어 35~40 mm에서 관찰되는 M2 혈류가 있 는지 확인한 후 깊이를 60~65 mm 정도로 변화시켜 탐침 자로 향하는 근위부 M1 혈류와 멀어지는 ACA A1 혈류가 함께 관찰되는지 확인한다. 탐침자에서 멀어지는 방향의 ACA A1 혈류를 저장한 후 75~80 mm 깊이까지 ACA 혈류 가 소실되거나 탐침자로 향하는 반대편의 A1 혈류가 나타 나는지 확인한다. 다시 60~65 mm 깊이에서 MCA-ACA 분지 바로 아래 혹은 약간 뒤에 위치하는 ICA 말단부 혈 류를 확인한다. 60~65 mm 깊이에서 ICA 말단부를 향한 탐침자를 뒤쪽으로 10~30도 정도 기울이면 탐침자로 향 하는 PCA P1 혈류와 탐침자에서 멀어지는 P2 혈류를 확 인할 수 있다. ICA 말단부 혈류신호로부터 PCA 혈류방향 으로 탐침자의 각도를 바꿀 때 혈류신호의 일시적 소실이 관찰되는 것이 일반적이지만 P-comm이 발달된 사람의 경우 탐침자로 향하는 ICA 말단부 혈류신호와 멀어지는 P-comm의 혈류신호가 함께 관찰될 수 있다 안구창을 통한 검사(transorbital approach) 먼저 검사 전에 안구에 미치는 영향을 최소화하기 위해 power를 17 mw or 10%로 낮추고 2 MHz 탐침자를 눈꺼풀 위에서 약간 내측으로 향하게 하여 50~52 mm 깊이에서 탐침자로 향하는 안동맥의 혈류를 확인한다(Fig. 3). 깊이 60~66 mm에서 해면정맥동부 ICA 혈류를 찾도록 한다. 안 동맥과 달리 낮은 저항의 양측성 혈류가 관찰되는 지점을 Fig. 3. Ophthalmic window. OA, indicates ophthalmic artery; C, carotid.

TH Park. Neurovascular Anatomy and Transcranial Doppler Technique Fig. 4. Suboccipital window. 찾도록하며탐침자를향하는혈류방향의 C4와멀어지는방향의 C2 혈류를확인하도록한다. 2.3.

탐침자를중앙부분에서외측으로 3 cm 정도옮기고코나반대측눈을향하는각도에서탐침자에서멀어지는방향의척추동맥혈류를확인한다. 보통 80 mm 깊이에서 40

낮은저항혈류로외경동맥과구분할수있으나확실하지않은경우에는측두동맥을두드려구분할수있다. 2.5. 검사에유용한사항들측두창을통한검사시탐침자의과도한입사각은피하도록한다.

5 TH Park. Neurovascular Anatomy and Transcranial Doppler Technique Fig. 4. Suboccipital window. 찾도록하며탐침자를향하는혈류방향의 C4와멀어지는방향의 C2 혈류를확인하도록한다 후두하창을통한검사 (suboccipital approach) 환자의두개골뒤경계정중앙아래쪽으로 2~3 cm 부분에서탐침자를코뿌리부분을향하게한후 76~80 mm 깊이에서척추동맥과뇌바닥동맥이만나는뇌바닥동맥근위부를확인한다 (Fig. 4). 깊이를증가시켜가며뇌바닥동맥혈류가사라지는지점까지확인하도록한다. 탐침자를중앙부분에서외측으로 3 cm 정도옮기고코나반대측눈을향하는각도에서탐침자에서멀어지는방향의척추동맥혈류를확인한다. 보통 80 mm 깊이에서 40 mm까지깊이를조절하며척추동맥의혈류를확인한다 하악하창을통한검사 (submandibular approach) 2 MHz 탐침자를하악각 (mandibular angle) 아래쪽에서흉쇄유돌기근육앞쪽경계부분에위치시키고위내측방향으로향하게하면깊이 50 mm 전후에서인두부 ICA의혈류를확인할수있다. 낮은저항혈류로외경동맥과구분할수있으나확실하지않은경우에는측두동맥을두드려구분할수있다 검사에유용한사항들측두창을통한검사시탐침자의과도한입사각은피하도록한다. 경두개칼라도플러초음파 (transcranial color-coded duplex ultrasonography) 검사연구에따르면측두창의단일음파조사각 (angle of insonation, AOI) 를기준으로 MCA M1 분절의개인간주행각도의차이는 0~51도로크다. 5 AOI 이 30도차이일때혈류속도는약 15% 차이가나는것으로알려져있다. 따라서일반적으로양쪽 MCA M1 분절의혈류속도차이는 AOI이 30 인경우발생하는 15% 의차이와피검사자개인의생리학적인변화에의한변이 15% 를더해 30% 이내를정상범위로본다. 그밖에검사시작후처음확인된혈류에너무집착하지않고같은깊이에서가장높은속도의혈류를찾도록하며, 검사도중검사조건조절등의이유로탐침자를잡은손의위치나방향이변하지않도록조심한다. 그리고검사가완료되기전에탐침자를검사부위에서떼지않도록하며편측측두창만검사에용이하지않을때는반대편측두창으로부터중앙선을넘어서반대측혈관을검사하도록한다. 혈류신호가약한경우 gain을증가시켜보고필요한경우수기로속도를측정하도록한다. 6 협착등의병변이의심되는부위에서는 sample volume을줄이고 gain을증가시켜본다. P-comm 과 PCA P2 분절의구분되지않을때동측 CCA나 ICA 압박검사가도움이될수있다. REFERENCES 1. Gibo H, Carver CC, Rhoton AL Jr, Lenkey C, Mitchell RJ. Microsurgical anatomy of the middle cerebral artery. J Neurosurg 1981;54: Umansky F, Dujovny M, Ausman JI, Diaz FG, Mirchandani HG. Anomalies and variations of the middle cerebral artery: A microanatomical study. Neurosurgery 1988;22: Liebeskind DS. Collateral circulation. Stroke 2003;34: Kremkau FW. Diagnostic Ultrasound. 7th ed. St. Louis: Sounders, Martin PJ, Evans DH, Naylor AR. Measurement of blood flow velocity in the basal cerebral circulation: Advantages of transcranial color-coded sonography over conventional transcranial doppler. J Clin Ultrasound 1995;23: Alexandrov AV. Cerebrovascular Ultrasound in Stroke Prevention and Treatment. New York: Blackwell/Futura,

2-1

2-1 Part Brain, Head & Neck PART Brain, Head & Neck Overview of brain Caudate nucleus Nucleus accumbens Globus pallidus Subthalamic nucleus Putamen Substantia nigra Cerebral corter Thalamus Nucleus subthalamicus