대한물리의학회지제 권제 호 년 월 1) 자기공명영상 (MRI) 을통한요통환자의다열근위축에대한정량적분석 양대중 동신대학교대학원물리치료학과 Quantitative analysis of lumbar multifidus atrophy with low back pain patients using Magnetic Resonance Image Dae-jung Yang, PT, MS Department of Physical Therapy, Graduate School of Dong Shin University <Abstract> Purpose The purpose of this study was to compare chronic patients and asymptomatic subjects on measures of multifidus size (cross-sectional area;csa, thickness) and symmetry (proportional difference of relatively larger side to smaller side). Methods Data were obtained from 12 asymptomatic subjects without a prior history of (8 females, 4 males), and a retrospective audit was undertaken of records from 12 chronic low back pain patients (8 females, 4 males). CSA and Thickness of the lumbar multifidus muscles was measured from axial T1-weighted magnetic resonance images(mri). Results The results of the analysis showed that chronic patients had significantly smaller multifidus CSA and thickness than asymptomatic subjects at L4-5 vertebral levels(p<.05). The asymmetry between sides was seen at L4- L5 vertebral level in patients with chronic low back pain presentations(p<.05). Conclusions MRI provided a quantitative measure of change between asymptomatic subjects and chronic low back pain patients of multifidus muscle. MRI identified significant differences in cross-sectional area and thickness and helps to evaluate clinically and plan the treatment modalities of. Key Words Multifidus, MRI, Low Back Pain 교신저자 양대중, E-mail: hpydj@hanmail.net 논문접수일 2010 년 10 월 01 일 / 수정접수일 2010 년 11 월 15 일 / 게재승인일 2010 년 11 월 17 일
대한물리의학회지제 권제 호 Ⅰ. 서론 요통은전형적인만성통증질환중하나로여러가지기질적인원인, 정신적인요인, 자세변동, 나쁜체위등에의하여발생하며기질적인원인이나부상을치료한후에도만성요통으로진전되는경우가많다 ( 이원제, 2005). 급성요통환자의 30% 가만성으로진행하며 (Andersson, 1999) 이로인해요통은기능활동과직업활동등의제한을가져와현저한사회경제적인손실을초래하게되므로요통환자에대한적절한치료는매우중요하다 (Deyo와 Tsui-Wu, 1987). 요통환자에서는통증또는반사적근수축억제로전체적인활동성이감소된다. 장기적인비활동성과불용 (disuse) 으로인한근력의저하및근위축이오게되며, 근위축이다시요통의악화및이차적척수손상을초래하게된다. 이러한요통으로인한척추주위근육을관찰할수있는자료로는근육의단면적, 근육내지방함량, 근력, 능률과근섬유종류등이있다 (Nakamura 등, 1986). 만성요통을겪은사람들은그렇지않은사람들에비해요부심부근의위축정도가더심하다고보고했으며급성요통의 90% 는 2~3주내에자연적인치유가일어나지만, 이러한환자들의 60~80% 가 1년이내에요통이재발되는데이것이더큰문제라고하였다. 또한, 요통환자에게다열근의약화는절대로자연적인치유가일어나지않고통증이감소되어도다열근의크기는특정운동을행하지않으면회복되지않아서요부심부근의기능을증진시키는특별한근육재훈련만이정상적인근육횡단면을재성립시키고재발률을유의하게감소시킬수있다고하였다 (Hides 등, 1996). 만성요통과다열근의관련성이점차주목받고있으며이에대한선행연구로 Kang 등 (2007) 은요추의퇴행성후만증과척추기립근에대한상관성을연구하여보고하였다. 배지혜등 (2001) 의연구는요추부의자기공명영상에서척추주위근의관찰이가능한 80명의요통환자를대상으로다열근위축을관찰한결과하지연관통이있는경우가없는경우에비해다열근의위축정도가심하다고하였으며, 추간판변성, 척추후관절변성, 신경근압박등에의해요추의여러병적인변화에다열근이민감하게변화하며, Kader 등 (2000) 은하지연관통과다열근의변화에대해보고한바있다. 척추주위근은요추부가운동할때척추를안정시키는데매우중요한것으로알려져있으며, 요추부에서신경근의조절은원하는근력과함께추체의안정화를위해중요하다. 특히, 요통환자들에게정상인에비해배부근력이감소되어있는것이보고되고있으며, 신전근근력이굴근에비해더악화되어있다는보고가많다 (Grabiner 등, 1992). 그러나현재까지요통에대한초점이추간판이나뼈그리고관절에맞추어져있고척추주위근의크기와역할에대한연구는많지않고간과되는경향이있어왔다 (Savage 등, 1997). 이에저자는만성요통환자들에서연부조직의좋은영상도를보여줄수있는자기공명영상을시행하여척추주위근에서가장중요한다열근에대한정량적인분석을하고자한다. Ⅱ. 연구방법 1. 연구대상 본연구의대상자는 2009년 3월부터 2010년 2월까지최근약 1년간 00병원에입원또는외래로내원한만성요통환자중에서 6개월이상만성요통을호소하여자기공명영상을촬영한 12명의환자와정상인 12명을대상으로하였다. 환자군과정상군의성별은각각남자4 명과여자 8명으로하였으며평균연령은환자군이 42±5.2이고정상군은 34.4±7.7이었으며, 두군의평균연령은 38.2±7.5이었다. 체중은환자군이 63.±8.52이고정상군은 61.6±7.12였다. 또한신장은환자군이 166.9±6.87이고정상군이 168.8 ±9.52였다. 이중, 뇌졸중이나파킨슨과같은중추신경계환자, 척추수술을받았거나, 종양, 염성, 대사성질환, 구조적기형으로인한경우와다른근골격계질환이있는자는제외하였다. 2. 측정방법
자기공명영상 을통한요통환자의다열근위축에대한정량적분석 자기공명영상 (MRI) 을이용한다열근 (multifidus) 의측정은 Magnetom symphony(1.5t, siemens, 독일 ) 를사용하였다. 자기공명영상 (MRI) 의 T1 강조영상 (TR 450, TE 17, spin echo, 해상도 256x192) 에서종단면 (axial) 의영상 (FOV:116*155, Z:313%, L:387, W: 856) 을얻었다. 본연구에서는요추다열근의위축에대한분석을위해자기공명영상에서종영상 (axial image) 을얻어횡단면적 (cross-sectional areas) 과두께 (thickness) 를영상학적프로그램을이용하여분석하였다 (Fig 1). 요추다열근의정량적평가는측정의신뢰성이검 Fig 3. 다열근의두께 (Thickness) 측정 Fig 1. 요추4-5 번종축 (axial) 자기공명영상에서추간판 (Disc), 요근 (PS), 척추기립근 (ES), 다열근 (MF) 의횡단면적 (CSA) 측정시사용하는관심영역 (ROI) 증된자기공명영상 (MRI) 장비를이용하였으며, 연구대상자들의촬영자세는앙와위 (supine) 자세에서무릎밑에쿠션을받치고슬관절을 25도굴곡시킨상태로제4~5번요추부위를촬영하였다. 요추 4~5번부위의종단면 (axial) 영상을획득하여측정프로그램인컴퓨터영상저장및전송프로그램인 PACS(picture achiving and communication system) 을이용하여분석하였다. PACS(Infinitt tech, Korea) 의 free line ROI(region of interest) 와 Caliper 를이용하여횡단면적 (CSA) 과두께 (thickness) 를분석하였다 (Fig 2). 3. 통계처리 이연구에서수집된자료들은 SPSS(ver,10.0) 을이용하였고, 연구대상자의일반적특성을집계하기위하여기술적통계를사용하였고, 연구변수의특성에따라독립표본검정 (independent t-test) 방법을실시하였다. 유의수준 α는.05로하였다. Ⅲ. 결과 1. 다열근의면적 (CSA) Fig 2. 다열근의횡단면적 (CSA) 측정 정상군과환자군에서좌, 우다열근의면적을비 교한결과정상군은 1574.39±332.44mm² 이고환자군
대한물리의학회지제 권제 호 Table 1. Multifidus muscle CSA CSA* 1574.39±332.4 1098.38±193.7 CSA : cross sectional area, :low back pain (mm²) 정상군과환자군에서좌, 우다열근의두께에대한좌우대칭성을분석한결과정상군은 2.3±1.5% 이고환자군은 6.6±5.4% 이었다. 환자군은정상군에비해좌, 우근육의두께에대해비대칭적이었다. 통계학적으로도유의한차이를보였다 (Table 4). 은 1098.38±193.76mm² 으로환자군의다열근면적이 정상군에비해위축이되었으며통계학적으로도유 의한차이를보였다 (Table 1). 2. 다열근의두께 (thickness) 정상군과환자군에서좌, 우다열근의두께를비 교한결과정상군은 68.3±4.4mm 이고환자군은 58.5 ±6.2mm 였다. 정상군에비해환자군의두께가유의 하게감소하였으며통계학적으로도유의한차이를 보였다 (Table 2). Table 2. Multifidus muscle thickness Thickness* 68.3±4.4 58.5±6.2 3. 다열근의좌, 우대칭성 ( 횡단면적 ) (mm) 정상군과환자군에서좌, 우다열근의면적에대 한대칭성을분석한결과정상군은 5.8±4% 이고환 자군은 11.7±7.3% 이었다. 환자군은정상군에비해 좌, 우근육의면적에대해비대칭적이었다. 통계학 적으로도유의한차이를보였다 (Table 3). Table 3. Symmmetry (percentage difference) of multifidus muscle CSA (%) symmetry* 5.8±4.2 11.7±7.3 4. 다열근의좌, 우대칭성 ( 두께 ) Table 4. Symmmetry(percentage difference) of multifidus muscle thickness Symmetry* 2.3±1.5 6.6±5.4 Ⅳ. 고찰 (%) 다열근은다섯개의분리된띠로구성되며, 각각 은척추후관절의유두상돌기, 장골릉, 천골에서 기시되어척추의극돌기에부착하며, 가장표층의 섬유다발은여러척추에걸쳐있으며가장깊은섬 유다발은인접한두척추에만걸쳐있으며, 다른척 추주위근육과는달리척추신경분지에서나온후 일차가지의안쪽분지에의해단일신경지배를받 는다. 기능적으로척추의안정성과움직임에중요하 며척추를신장시키고수축되는반대방향으로회 전시켜요추의전만을유지하고원하지않는비틀 림, 굽힘과같은움직임을제한함으로써추간판을 보호한다 (kader 등, 2000). 이런구조중안정화기능에대한다열근의중요 성에대하여는대부분의연구자들모두이견이없 는실정이다 ( 최희수등, 2005). 요통은매우흔해오직소수의사람들만이요통 없이살고있다. 80% 의사람들은미래의어느시점 에서요통을겪게되며 20% 의사람들은어느시점을 기준으로요통을겪고있다 ( 대한임상통증학회, 2008). 통증또는반사적근수축억제로전체적인활동성 이감소되어근력이저하되고근위축이오게되며, 근위축이다시요통의악화및이차적척추손상 을초래하게된다 (Cooper 등, 1992). 본연구에서는자기공명영상을이용하여요통환 자의다열근에대한영상학적분석을알아보고자 하였다.
자기공명영상 을통한요통환자의다열근위축에대한정량적분석 Hides 등 (1994) 은초음파를이용한요추다열근면적측정을급성편측요통환자 26명과정상인 51 명을대상으로요추 2번에서요추 5번그리고천추 1번까지에서수행한결과, 급성요통환자그룹에서증상이나타난쪽의다열근 (multifidus) 단면적에서증상이없는부위보다 31±8% 작았으며현저한비대칭을보였다고했다. 한편증상을일으킨부위의위, 아래의다열근단면적에서는좌, 우차이가 6% 정도인반면, 정상인그룹에서는요추 2번에서천추 1번까지의다열근단면적좌, 우차이가 5% 이하로나타났다. 즉요통을일으킨부위와다열근위축정도간에통계적으로유의한상관성이인식된것이다. 또한급성요통이나타난지 14일미만일때다열근단면적의좌, 우차이가 33±7% 이였고, 14일이상일때는 25±8% 로, 요통이지속되면척추주위근이약화되면서위축이발생한다고주장하였다. 정상군에서의양쪽의차이는근래의연구에서는 2.9%~5.8% 의사이이며, 비교적다열근은대칭적이라는것이제안되어지고있으며, 편측요통환자에서다열근의좌우비대칭에관한연구에서는증상이있는부위와없는부위에서의비대칭의차이는 31±8% 로보고하고있다 (Hides 등, 1994). 정상인을대상으로한 Stokes 등 (2005) 의연구결과에서도다열근의좌, 우대칭성을볼수있었으며, 정상군에서다열근좌우차이는 3±4% 로보고되었다. 그리고최근에는다열근의좌, 우차이를 2.9%~5.8% 로보고하였다 (Stokes 등, 2005). 12주이상된편측요통환자 50명을대상으로자기공명영상을이용한분석에서임상적인검진와관련하여증상이있는쪽의다열근위축이있음을알수있었다 (Barker 등, 2004). 본연구에서도다열근에대한영상학적분석에서요통환자와정상인의횡단면적에서유의한차이를보였다. 다열근은척추기립근중에서가장크고안쪽에있는근육으로최근다열근에대한해부와기능이 Bogduk과 Twomey에의해정확하게밝혀졌다. 다열근은다섯개의분리된띠로구성되며, 각각은척추후관절의유두상돌기, 장골릉, 천골에서기시되어척추의극돌기에부착하며, 가장표층의섬유다발은 여러척추에걸쳐있으며가장깊은섬유다발은인접한두척추에만걸쳐있으며, 다른척추주위근육과는달리척추신경분지에서나온후일차가지의안쪽분지에의해단일신경지배를받는다 (Bogduk과 Twomey, 1991). 근육의위축은크게폐용과탈신경이라는두가지기전을통해서일어난다 (Donald & Neumann, 2002). 즉, 요통이지속되면서척추주위의운동량이감소되므로그근육을사용하지않기때문에근육의크기가감소되는폐용성위축 (Parkkola 등, 1993) 과반사적근수축억제에의해손상부위의구심성자극이척수반사를통해해당근육을지배하는 alpha운동신경원의활성화를억제함으로써생기는탈신경성위축이있다. 하지만폐용성위축은다열근만의위축이아닌그외다른대부분의척주주위근육에서도공통적으로일어나게된다 (Mc Gill, 1997). 시각적측정법은 Lamminen(1990) 의 4단계로나누는방법과 Kader 등 (2000) 의 3단계로나누는방법이있는데 Kader 등 (2000) 의 3단계방법은측정하기에용이하고실제근육크기의감소와도연관성이높으며관찰자간의일치율도우수하다고보고된바있다. Kamaz 등 (2007) 은만성요통환자 36명과정상인 34명을대상으로컴퓨터단층촬영을통해체간근육들의단면적을비교한결과, 다열근의단면적은정상군은 5.65±1.33, 환자군은 4.59±1.13, 그리고요방형근은정상인 3.98±1.17 였고환자군은 3.77±1.25 이었다. 또한요근의경우정상인 7.85± 1.81, 환자군은 7.29±1.99 로환자군에서체간근육의단면적에유의한감소가나타났으며, 이중다열근의위축이가장현저하였다고하였다. 본연구에서자기공명영상을통한요추부다열근의횡단면적과두께에대해분석한결과정상인에비해요통환자들에서다열근의위축을알수있었으며, 이런결과는기존의연구들에서초음파 (US) 나컴퓨터단층촬영 (CT) 을통한요추부다열근의면적에대한결과와일치하였다. Ⅴ. 결론
대한물리의학회지제 권제 호 본연구는요통환자의다열근위축에분석을위해자기공명영상을이용하여분석한결과정상인에비해다열근의횡단면적 (CSA) 과두께 (thickness) 가유의하게감소되어있었다. 그리고다열근의좌, 우대칭성에대한비교도횡단면적과두께도유의한차이를보였다. 따라서임상에서요통환자의치료적접근방법과중재에있어서즁요한자료와근거를제시할수있으리라사료된다. 참고문헌 대한임상통증학회. 근골격계통증의학. 서울, 한미의학. 2008:699 배지혜, 나진경, 유지연등. 요통환자의다열근위축에대한고찰. 대한재활의학회지. 2001;25(4):684-91. 이원제. 6주간의 Sling 운동과 Medx 운동이만성요통환자의요부근력안정화에미치는영향. 한국체육학회지. 2005;44(5):485-92. 최희수, 권오륜, 이충휘, 전혜선등. 요부안정화운동에따른몸통근육들의근활성도비교. 한국전문물리치료학회지. 2005;12(1):1-10. Andersson GBJ. Epidemiological features of chronic back pain. Lancet. 1999;354(9178):581-5. Barker KL, Shamley DR, Jackson D. Changes in the cross-sectional area of multifidus and psoas in patients with unilateral back pain.the relationship to pain and disability. Spine. 2004;29(22):E515-.9. Bogduk N, Twomey LT. Clinical Anatomy of the Lumbar Spine and sacrum. 2nd edition. Melbourne PA: Churchill Livingstone.1991;86-9. Kang CH, Shin MJ, Kim SM et al. MRI of paraspinal muscle in lumbar degenerative kyphosis patients and control patients with chronic low back pain. Clinical Radiology. 2007;62(5):479-86. Cooper RG, Forbes W, Jayson et al. Radiographic demonstration of paraspinal muscle wasting in patients with chronic low back pain. JOR. 1992; 31(6):389-94. Deyo RA, Tsui-Wu YJ. Functional disability due to low back pain.a population based study indicating the importance of socioeconomic factors Arthritis Rheum 1987;30(11):1247-53. Donald A Neumann. Kinesiology of the musculoskeletal system. 서울 : 정담미디어. 2002:491. Grabiner MD, Koh TJ, Elghazawi A. Decoupling of bilateral paraspinal excitation in subjects with low back pain. Spine 1992;17(10):1219-23. Hides JA, Stokes MJ, Saide M, et al. Evidence of lumbar multifidus muscle wasting ipsilateral to symptoms in patients with acute/subacute low back pain. Spine. 1994;19(2):165-72. Hides JA, Richardson CA, Jull GA. Multifidus recovery is not automatic following resolution of acute, first-episode of low back pain. Spine. 1996; 21(23):2763-69. Kader DF, Wardlow D, Smith FW. Correlation between the MRI changes in the lumbar multifidus muscle and leg pain. Clinical Radiology. 2000;55(2):145-9. Kamaz M, Kıresi D, Oğuz, H et al. CT measurement of trunk muscle areas in patients with chronic low back pain. Diagn Interv Radiol. 2007;13(3): 144-8. Lamminen AE. Magnetic resonance imaging of primary skeletal muscle disease; patterns of distribution and severity of involvement. Br JR adiol. 1990; 63(756):946-50. Mc Gill SM. The biomechanics of low back injury: implications on current practice in industry at the clinic. J Biomech 1997;30(5):465-75. Nakamura T, Kurosawa H, Kawahara H, et al. Muscle fiber atrophy in the quadriceps in knee joint disorders. Histochemical studies on 112 case. Arch Orthop Trauma Surg. 1986;105(3): 163-9. Parkkola R, Rytokoski U, Kormano M. Magnetic resonance imaging of the discs and trunk muscles in pationts with chronic low back pain and healthy control subjects. spine. 1993(7);18:830-6. Savage RA, Whitehouse GH. Roberts N. The
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