Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 14, No. 2 pp. 786-792, 2013 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2013.14.2.786 손순룡 1,2, 김윤신 1, 최관우 2, 서성미 2, 민정환 3, 유병규 4, 이종석 4* 1 한양대학교대학원보건학과, 2 서울아산병원영상의학과, 3 신구대학교방사선과, 4 원광보건대학교방사선과 A study of contrast agent using biomechanics factors experimental contrast medium infusion test using at contrast enhanced magnetic resonance angiography Soon-Yong Son 1,2, Yoon-Shin Kim 1, Kwan-Woo Choi 2, Sung-Mi Seo 2, Jung-Whan Min 3, Beong-Gyu Yoo 4 and Jong-Seok Lee 4* 1 Department of Health Science, Graduate School Hanyang University, 2 Department of Radiology, Asan Medical Center, 3 Department of Radiology, Shin-Gu University, 4 Department of Radiotechnology, Wonkwang Health Science University 요약본연구는조영제 에영향을주는주된생체요인를분석하여검사에적용함으로써추가적인조영제주입에따른부작용을최소화하고고해상도의혈관영상을유지하는방안을모색하고자하였다. 시험적조영제주입법을이용한 48명의환자를대상으로, 검사전과검사중환자의생체요인을측정한후, 조영제 과상관관계를알아보고, 회귀식을이용해산출한조영제 이측정된조영제 과일치하는지 Bland-Altman plot를통해평가하였다. 연구결과, 검사시최저혈압과심박동수가조영제 과유의한음의상관관계를보였고, 1단계증가할때마다평균적으로조영제 은 -0.018과 -0.159로유의하게감소하였으며, 일치도가상당히높아두방법의차이가없음을알수있다. 결론적으로본연구의회귀식을이용하면우수한화질을유지하면서환자에게투여되는조영제사용량을줄일수있어기존의방법을대체할수있으리라사료된다. Abstract In this study was explored minimize side effects due to the additional injection of contrast medium and maintaining a high resolution imaging applied to the inspection and analysis of the contrast medium that affect the biomechanics factors. Included 48 patients using the test bolus method, after measuring a patient's biomechanics factors of inspection before and during the test, correlation between contrast medium peak time and learn, matches the regression equation calculated and measured contrast medium was assessed by the Bland Altman plot. Research result, inspections of SBP, HR contrast medium and a significant negative correlation was, step 1, every increase, the contrast medium significantly to -0.018 and -0.159 decreased, a fairly high concordance no difference between the two method. In conclusion, the regression equation using the existing methods, while maintaining excellent image quality that contrast medium is reduced to a patient, it can conclude that the alternative to the existing methods. Key Words : Biomechanics factors, CE MRA, Contrast medium, NSF, Test bolus method 이연구는 2012년도원광보건대학교교내연구비지원에의해서수행됨 * Corresponding Author : Jong-Seok Lee (Wonkwang Health Science University) Tel: +82-63-840-1234 email: jslee@wu.ac.kr Received November 16, 2012 Revised (1st December 17, 2012, 2nd January 11, 2013) Accepted February 6, 2013 786
1. 서론 2009년보건복지부발표에따르면우리나라의뇌혈관질환사망률은인구 10만명당 56.5명으로, 뇌혈관질환은사망원인별질환중전체 1위 (34%) 를차지하고있는질환이다 [1]. 이로인해뇌혈관의협착및폐색, 뇌동맥류를비롯한각종혈관질환의조기진단및치료를위한뇌혈관검사건수도증가하고있는실정이다 [2, 3]. 뇌혈관을관찰할수있는방법에는전리방사선을이용하는고식적혈관조영술 (digital subtraction angiography, 이하 DSA) 과전산화단층혈관조영술 (computed tomography, 이하 CTA), 그리고비전리방사선을이용한자기공명혈관조영술 (magnetic resonance angiography, 이하 MRA) 이있다 [4]. DSA나 CTA는시술적측면이나환자피폭에서직접적인위해가가해질수있는반면 [5], MRA는인체에무해한자기장과비전리방사선인라디오고주파를이용하여비침습적으로뇌혈관의혈류량과흐름방향을정량화하는방법으로최근에뇌혈관질환의조기진단검사로널리이용되고있다 [6]. MRA를이용하여뇌혈관을검사하는기법으로는조영제를사용하지않는유체속도강조기법 (time of flight, 이하 TOF MRA) 과위상대조기법 (phase contrast, 이하 PC MRA) 이있으며 [7], 조영제를사용하는조영증강기법 (contrast enhanced, 이하 CE MRA) 이있다 [6, 7]. TOF MRA와 PC MRA는조영제미사용으로인한부작용을최소화할수있으나 [2], 영상획득시간이길어양질의영상을얻기힘들고 [4], 와류로인한신호감소와혈관경로가바뀔때생기는탈위상에민감하다는단점이있다 [6, 7]. 이에반해 CE MRA는짧은시간에주변조직의포화정도에비해조영제로인한혈액의포화를적게하여아주우수한혈관영상을얻을수있다 [3]. 그러나주입된조영제가조직이나대순환후뇌혈관에머물러있는짧은시간동안혈관영상을획득해야하는문제점이있다 [7]. 이를해결하기위하여임상에서는고정지연시간법 (time resolved method) 과시험적조영제주입법 (test bolus method) 을사용하고있다 [8]. 고정지연시간법은환자의체중에비례하도록조영제를주입한다음, 연속적으로영상을획득하는방법이다 [4]. 추가적인조영제사용이없는비교적간단한검사법이지만 [2], 경정맥과혼재및관심혈관의불균일한조영으로고해상도의영상을얻을수없어대다수의의료기관에서는시험적조영제주입법을사용하고있다 [6]. 시험적조영제주입법이란 MRA 영상을얻기전에 1~ 2mL의조영제를시험적으로주입하여시간의변화에따른신호강도곡선 (time intensity curve) 을획득한다음, 이 곡선에서조영제에의한신호강도가정점에이루는시간 () 을산정하여실제검사에이용하는방법이다 [8]. 이는고정지연시간법에비해고해상도의혈관영상을얻을수있으나 [7], 실제검사에서소요되는조영제량 { 몸무게 (kg) x 0.1mL/kg} 보다추가적인조영제 (1~2mL) 가들어가는단점이있다. 1~2mL는매우미미한량이라고생각할수있으나, 실제검사에소요되는성인 (60kg) 기준조영제량 (7mL) 을고려해볼때, 16.7~33.3% 증가되는것을의미한다. MR검사에사용되는조영제의성분은독성이강한가돌리늄이므로반복투여나허가된용량을초과사용할경우, 치명적인신원성전신섬유증 (nephrogenic systemic fibrosis, NSF) 의위험을증가시키는요인이될수있다 [3]. 특히신장질환이있는환자의경우, 소량일지라도추가적인조영제의사용은심각한부작용을초래한다 [9]. 이러한문제점에도불구하고대부분의의료기관에서는고품질의영상을얻기위해추가적인조영제를사용하여검사를시행하고있는실정이다. 이에본연구에서는조영제 에영향을주는주된생체요인를분석하여검사에적용함으로써추가적인조영제주입에따른부작용을최소화하고고해상도의혈관영상을유지하는방안을모색하고자하였다. 2. 본론 2.1 연구대상및방법 2.1.1 연구대상 2011년 10월부터 2012년 8월까지시험적조영제주입 법을이용한 CE MRA를검사한환자 52명을대상으로 하였다. 이중조영제 에영향을주는생체요인 측정의정확도를높이기위해심장질환이나혈관질환자 4명을제외한조기진단검사환자 48명을분석의대상으 로하였다 (Table 1). [Table 1] Departments subjects Department Frequency Percent(%) Cardiovascular surgery 1 1.9 Cardiology 2 3.8 Health medicine 2 3.8 Liver transplantation surgery 1 1.9 Neurology 43 82.7 Neurosurgery 1 1.9 Urology 1 1.9 Vascular Surgery 1 1.9 787
한국산학기술학회논문지제 14 권제 2 호, 2013 2.1.2 연구방법연구방법은조영제 에영향을줄수있는생체요인을분석하고자검사전에환자개개인의키 ( cm ), 몸무게 ( kg ), 연령 ( 세 ), 성별, 최고ㆍ최저혈압 (mmhg) 을측정하였으며, 검사도중에 pulse oximeter(veris 8600, medrad) 를이용하여심박동수 ( 회 /min) 및최고ㆍ최저혈압을측정하여평균값을산출하였다. 조영제 을얻기위한시험적조영제주입은임상에서일반적으로사용하는검사방법 (2mL/sec의속도로 1mL의조영제량 ) 으로 [6] 자동주입기 (Spectris Solaris EP, medrad) 를이용하여주입하였다. 2.1.3 영상획득및기법영상획득장비로 3.0T 초전도자기공명영상장치 (Archieva, Philips medical system) 와 SENSE NV 16 channel 코일을사용하였다. 영상기법은 FFE(fast field echo) 기법으로 SPIR(spectral presaturation with inversion recovery) 영상을얻었으며, 사용된영상변수로는 TR/TE= 17/2.1msec, 숙임각 30, FOV 320mm 320mm, matrix 256 256, 절편두께 80mm, dynamic scan time 1sec, dynamic scans 150, NEX 1로하였다 [6]. 영상의포함범위는경동맥 (carotid artery) 분기점 (bifurcation) 을중심으로경동맥에평행하게대동맥궁 (aortic arch) 에서부터전대뇌동맥 (anterior cerebral artery) 과추골동맥 (vertebral artery) 을모두포함하였으며, 총검사시간은 2분 37초였다. 2.1.4 분석방법시험적조영제주입하여획득한영상에서총경동맥 (common carotid artery) 에 30mm 2 의 ROI(resion of interest) 를설정하였으며, 시간의변화에따른신호강도곡선을구한다음, 신호강도가가장높은시간을조영제 으로설정하여측정하였다. 분석방법은측정된조영제 과생체요인들과의상관관계를알아본후, 다중선형회귀분석 (SPSS 버전 18) 을이용하여조영제 의회귀식을작성하였다. 작성된회귀식을이용하여조영제 을산출한후, 산출한값이측정된조영제 과일치여부를평가교하기위하여 Bland-Altman plot(medcalc 버전 12) 를이용하였다. 성이 23명, 여성이 25명이었고, 평균연령은 58.73±12.25 세 (79세 ~28세 ) 였다. [Table 2] Socio-demographical variables Gender Age Height (cm) Weight (kg) Spec. Frequency Percent(%) Male Female 40 under 41~50 51~60 61 up 150 under 151~160 161~170 171 up 50 under 51~60 61~70 71~80 81 up 23 25 4 6 15 23 5 18 12 13 7 8 20 9 4 47.9 52.1 8.4 12.5 31.3 47.9 10.4 37.5 25.0 27.1 14.6 16.7 41.7 18.8 8.4 2.2.2 연구대상자의생체요인측정결과시험적조영제주입법을이용한 CE MRA 시조영제의 에영향을주는주된생체요인의검사전측정한값은연령 58.73±12.25세, 키 163.77±10.37cm, 몸무게 64.96±11.40kg, 최고혈압 131.21±12.95mmHg, 최저혈압 76.92±10.00 mmhg 이었으며, 검사도중측정한값은최고혈압 131.29±12.88mmHg, 최저혈압 79.69±8.86 mmhg, 심박동수 68.23±14.33회 /min이었다. 시험적조영제를주입하면서측정한조영제 은 16.60±3.54sec로나타났다 (Table 3). [Table 3] Biomechanics factors measurements Spec. Measurement (mean±sd) Age 58.73±12.25 Height 163.77±10.37cm Weight 64.96±11.40kg SBP 131.21±12.95mmHg DBP 76.92±10.00mmHg of SBP 131.29±12.88mmHg of DBP 79.69±8.86mmHg of HR 68.23±14.33beats/min Measured 16.60±3.54sec 2.2 연구결과 2.2.1 연구대상자의인구사회학적특성 연구대상자의인구사회학적특성은 Table 2 와같이남 2.2.3 생체요인과조영제 의연관성 생체요인측정치와조영제 의상관분석결과, 나이와키, 몸무게, 최고혈압, 최저혈압, 검사시최 788
[Table 4] Scatter plot of biomechanics factors and contrast media Spec. Measured Age Height Weight SBP DBP of SBP of DBP of HR Measured 1 Age.267 1 Height.203 -.190 1 Weight.106.129.584 ** 1 SBP -.109 -.014.189.513 ** 1 DBP -.229 -.330 *.347 *.288 *.601 ** 1 of SBP -.146.307 * -.005.145.175.038 1 of DBP -.312 * -.002.101.246.317 *.416 **.734 ** 1 of HR -.661 ** -.075 -.198 -.105.096.140.095.416 ** 1 * p<.05 ** p<.01 고혈압등은유의한상관관계가없었으며 (p>0.05), 검사시최저혈압과검사시심박동수는유의한음의상관관계를보였다 (p<0.05), (Table 4). 측정된생체요인중유의한상관관계를보인검사시최저혈압과검사시심박동수를대상으로조영제 peak time과다중선형회귀분석한결과, 수정된 R제곱통계량이 0.662로회귀모형이 66.2% 의높은설명력을가지고있음을알수있으며, 분산분석결과 F검정통계량이 17.591(p=0.000) 로종속변수에영향을주는하나이상의유의한생체요인이포함되어있음을알수있다 (Table 5). [Table 5] Model summary and ANOVA Adjusted R Square F Sig. 0.662 17.591.000 회귀모형의잔차분석결과 0을기점으로무작위하게흩어져오차의독립성이만족되며, 대부분의잔차가 +2 와 -2안에들어와정규성이만족되어회귀모형의기본가정에만족한다 (Fig. 1). 2.2.4 조영제 의회귀식 선형회귀분석결과, 회귀절편이 28.858이고기울기가검사시최저혈압 -0.018, 검사시심박동수 -0.159임을이용하여회귀식을작성하였다 (Table 6, 식 1). [Table 6] Coefficients of biomechanics factors and contrast media Unstandardized Coefficients t Sig. B Std. Error (Constant) 28.858 3.604 8.007.000 of HR -.159.030-5.233.000 of DBP -.018.049 -.366.716 (1) y : Calculated the χ1 : of DBP χ2 : of HR 이는검사시최저혈압과심박동수가 1단계증가할때마다평균적으로조영제 은검사시최저혈압에따라 -0.018, 검사시심박동수에따라 -0.159로유의하게감소함을의미한다. [Fig. 1] Zresid scatter plot of zpred 2.2.5 Bland-Altman plot에의한일치도실제측정된조영제 과회귀식에의해산출된조영제 이일치하는지를평가하기위하여 Bland-Altman plot를시행한결과, 일치도가상당히높다는것을확인할수있다. 또한 Bland-Altman plot에서관 789
한국산학기술학회논문지제 14 권제 2 호, 2013 찰치의차이와평균간에어떤관련성이없고무작위하게분포하고있다. 이는두방법간의불일치의크기가환자수와관련이없다는것을의미한다 (Table 7, Fig. 2). [Table 7] Descriptive statistics of measured and calculated the Measured Calculated the Mean Std. Statistic Error Std. Deviati on Variance 16.586.511 3.540 12.530 16.575.339 2.348 5.515 method1 : Measured method2 : Calculated the [Fig. 2] Coincidence result of Bland-Altman plot 3. 고찰및결론 CE MRA는정맥으로주입된상자성조영제가혈관내혈액의 T1 이완시간을단축시켜혈관영상을얻는방법으로 [10], 혈류변화에의한신호감소에덜민감하여혈관모양에따른유동관련인공물이작고영상획득시간이짧아운동인공물의영향을덜받는다 [6]. 그러나 CE MRA는조영제가관심혈관을통과하는도중어떠한시점에케이공간의중심부를채우느냐에따라영상의질이좌우되는데 [7], 조영제가대순환후동맥에머물러있는짧은시간동안혈관영상을획득해야하는문제점이있다 [10]. 이를해결하기위하여 Bae 등 [2] 은고정지연시간법을이용한 TRICKS(Time Resolved Imaging of Contrast Kinetics) MRA로해결할수있다고보고하였다. 그러나 TRICKS MRA는동맥, 모세혈관, 정맥기를시간대별로 관찰이가능하지만공간분해능이좋지않아고해상도의영상을얻을수없는한계점이있다. 또한 Kim 등 [7] 은 Keyhole 기법과 SENSE 기법을병용하여사용함으로써해상도가높은영상을얻을수있다고하였지만, Bae 등 [2] 의연구에대한개선안일뿐, 공간분해능저하라는한계로뇌혈관질환의조기진단검사에는부적합하다. 이는 Park 등 [6] 의고정지연시간법과시험적조영제주입법의비교연구에서도알수있다. 즉경동맥의명확성및신호강도의균일성은시험적조영제주입법이정성적분석에서총 30예중 28예대 22예로월등히높고, 정량적분석에서도 67.1+16.1대 27.3+17.8로월등히높아, 공간분해능이저하되는고정지연시간법대신시험적조영제주입법이유용하다고하였다. 그러나시험적조영제주입법은관심혈관이조영증강되는시점을정해야하는문제점이있으므로, 이를해결하기위해추가적인시험적조영제주입을통한신호강도곡선을얻어야한다 [6]. 시험적조영제주입은배경조직의조영증강효과가있다는점과, 신기능이저하된고령인구에서신원성전신섬유증의위험을증가시킬수있다는점, 그리고신원성전신섬유증환자에게는치명적이라는문제점이있다 [3]. 저자들은조영제 에영향을주는주된생체요인를분석하여이러한문제점을개선하고자하였다. 연구결과, 생체요인중검사시최저혈압과심박동수가유의한음의상관관계를보였고, 다중선형회귀분석결과회귀절편이 28.858이고, 기울기가검사시최저혈압은 -0.018, 심박동수는 -0.159였으며, 회귀식에의해산출된조영제 과실제측정된값의일치도가상당히높아두방법간차이가없음을알수있었다. 이는본연구방법이우수한화질을유지하면서도환자에게투여되는조영제량을감소시킴으로기존의방법을대체할수있음을의미한다. 선행연구로 Earls 등 [11] 은시험적조영제주입법에서시간결정검사와자동주입기를이용하면대동맥 MRA의신호대잡음비와대조도대잡음비를높일수있다고보고하였다. 그러나 Kim 등 [12] 은안전성과비용을고려하여조영제량의최소화를주장하였고, 변형시간결정검사를이용하여조영제량을줄임으로써 Earls 등 [11] 의방법보다우수하다고하였다. 본연구는 Kim 등 [12] 의연구보다진일보한것으로조영제 을생체요인으로산출한획기적인성과라할수있다. 이는신원성전신섬유증의위험성을줄이기위하여조영제사용을최소화해야한다는 Choi 등 [3] 의연구와부합된다. 연구를진행함에있어, 뇌혈관질환의조기진단검사의특성상연구대상자가특정진료과에편중되었다는 790
점과, 연구대상자가적다는점, 그리고연구목적상혈류속도를고려하지않았다는제한점이있다. 그럼에도불구하고국내외적으로적용한사례가없고, 우수한화질을유지하면서도환자에게투여되는조영제량을줄일수있는방안을제시하였다는데에학술적가치가있다고하겠다. References [1] Korean Statistical Information Service. Death and daeth rates By cause [Ienternet], From: http://kosis.kr/abroad/ abroad_01list.jsp?parentid=d. (accessed Oct., 10, 2012) [2] S. J. Bae, C. H. Lim, B. R. Park, W. J. Shin, J. S. Kim, "The Value of Comparison with Four Dimension Time Resolved Imaging of Contrast Kinetics(TRICKS) MRA by Time of Flight(TOF) MRA", J Magn Korean contents, 10, pp. 215-221, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.5392/jkca.2010.10.3.215 [3] J. H. Choi, S. M. Lim, Y. Kim, "Comparison of 3D TOF MRA with Contrast Enhanced MRA in Intracranial Atherosclerotic Occlusive Disease", J Korean Radiol Soc, 64, pp. 203-211, 2011. [4] Y. S. Ji, B. J. Lee, "Usefulness of 3-Dimensional Gadolinium-enjancde MR Angiography for the Evaluation of Pedal Artery: Comparison with digital subtraction angiography", J Korean Radiol Soc, 47, pp. 21-26, 2002. [5] Y. H. Kim, "Usefulness of Magnetic Resonance Angiography in Intracranial Arteriovenous Malformation", J Korean Radiol Soc, 30, pp. 7-14, 1994. [6] B. J. Park, M. G. Kim, S. I. Suh, S. J. Hong, K. R. Cho, B. K. Seo, K. Y. Lee, N. J. Lee, J. H. Kim, "The Usefulness of Test Bolus Examination in Three Dimensional Contrast Enhanced MR Angiography of the Carotid Artery", J Korean Med, 44, pp. 317-323, 2001. [7] S. Y. Kim, Y. K. Kim, S. M. Yoon, K. H. Yoo, J. S. Lim, "Using Keyhole and SENSE Technique 4D (time-resolved) MRA", Korean Journal of Magn Reson technology, 18, pp. 244-252, 2005. [8] Y. E. Chung, "Optimal delay time for the hepatic parenchymal enhancement at the multidetector CT examination", The Graduate School Yonsei Universit Department of Medicine, 1, pp. 1-50, 2006. [9] Korean Society of Magnetic Resonance in Medicine, magnetic resonance imaging", pp. 194-210, 316-326, Ilchokak, 2008. [10] K. W. Chung, T. S. Chung, J. Y. Joo, "What is the Cause of Signal Inhomogeneity at the Carotid Bifurcation During Contrast Enhanced Carotid MRA? : In Vivo and in Vitro Studies", J Korean Radiol Soc, 30, pp. 7-14, 1994. [11] J. P. Earls, "Breath-hold single-dose gadoliniym enhance three dimensional MR aortography: usefulness of a timing examination and MR power injection", Radiology, 201, pp. 705-710, 1996. [12] M. K. Kim, Y. W. Oh, K. H. Shin, K. B. Chung, W. H. Suh, Assessment of Contrast enhanced 3D Ultrafast Pulmonary MR Angiography Using Test Injection: Comparison between Single Dose and Double Dose", J Korean Radiol Soc, 41, pp.73-78, 1999. 손순룡 (Soon-Yong Son) [ 정회원 ] 1999 년 2 월 : 단국대학교보건행정학과졸업 ( 보건행정학석사 ) 2012 년 9 월 : 한양대학교보건학과박사과정수료 1990 년 6 월 ~ 현재 : 서울아산병원영상의학과 방사선영상학, 디지털영상학, 보건행정학, 보건학 김윤신 (Yoon-Shin Kim) [ 정회원 ] 1978년 2월 : 일본동경대학교보건학과 ( 보건학박사 ) 1985년 : Univ.of Texas SPH at Houston ( 환경학박사 ) 1986년 3월 ~ 현재 : 한양대학교보건학과주임교수, 한양대학교의과대학작업환경과교수 2012년 3월 ~ 현재 : 한양대학교고령사회연구원장 환경학 ( 실내공기 ), 산업의학, 보건학, 저출산고령사회 791
한국산학기술학회논문지제 14 권제 2 호, 2013 최관우 (Kwan-Woo Choi) [ 정회원 ] 2010 년 7 월 : 고려대학교의용과학대학원의료영상공학과 ( 공학석사 ) 2001 년 2 월 ~ 현재 : 서울아산병원영상의학과 유병규 (Beong-Gyu Yoo) [ 정회원 ] 1996 년 2 월 : 한양대학교환경방사선학졸업 ( 공학석사 ) 2001 년 8 월 : 동국대학교생명과학졸업 ( 이학박사 ) 1998 년 3 월 ~ 현재 : 원광보건대학교방사선과교수 방사선영상학, 디지탈영상학, 의료영상공학 방사선영상정보학, 디지털영상학, 방사선생물학 서성미 (Sung-Mi Seo) [ 정회원 ] 2006 년 2 월 : 신구대학교방사선과졸업 2010 년 3 월 ~ 현재 : 서울아산병원영상의학과 이종석 (Jong-Seok Lee) [ 정회원 ] 1988 년 2 월 : 원광대학교전기공학과석사졸업 ( 공학석사 ) 2002 년 2 월 : 원광대학교전기공학과박사졸업 ( 공학박사 ) 1984 년 2 월 ~ 현재 : 원광보건대학교방사선과교수 방사선물리학, 방사선생물학, 디지털영상학 영상정보공학, 전기전자공학, 방사선기기학 민정환 (Jung-Whan Min) [ 정회원 ] 2005 년 2 월 : 고려대학교의용과학대학원 ( 의공학석사 ) 2012 년 2 월 : 가톨릭대학교의학물리공학 ( 이학박사 ) 2010 년 3 월 ~ 현재 : 신구대학교방사선과조교수 디지탈영상처리, 의학물리 792