[논문]1.5T MR 기기를 이용한 확산강조영상에서 b Value의 증가에 따른 요추압박골절 환자의 신호대 잡음비와 현성 확산 계수의 변화

조재환; 박철수; 이선엽; 김보희

1.5T MR 기기를 이용한 확산강조영상에서 b Value의 증가에 따른 요추압박골절 환자의 신호대 잡음비와 현성 확산 계수의 변화
SNR and ADC Changes at Increasing b Values among Patients with Lumbar Vertebral Compression Fracture on 1.5T MR Diffusion Weighted Images 원문보기

의학물리 = Korean journal of medical physics, v.21 no.1, 2010년, pp.52 - 59

조재환 (순천향대학교 부천병원 영상의학과) , 박철수 (한림성심대학 방사선과) , 이선엽 (한림성심대학 방사선과) , 김보희 (강릉아산병원 응급센터)

초록
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요추 압박 골절이 있는 환자를 대상으로 1.5 T MR 기기에서 b value의 변화를 이용한 확산강조영상에서 압박 골절이 있는 요추의 신호대 잡음비와 현성 확산 계수가 어떤 변화를 나타내는지 알아보고자 하였다. 2008년 1월부터 2009년 11월까지 요추 MRI를 촬영한 환자 중에서 만성 골다공증으로 척추 압박 골절을 보였던 환자 30명을 대상으로 1.5T MR scanner를 이용하여 b value를 400, 600, 800, 1000, $1200\;s/mm^2$으로 점차 증가시켜가면서 확산강조영상을 각각 획득하였다. 각각의 b value로 획득한 확산강조영상에서 1~5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위에서 신호대 잡음비를 측정하였고 각각의 b value로 획득한 ADC map 영상에서는 세 부위의 신호대 잡음비와 현성 확산 계수를 측정 하였다. 정량적 분석방법으로 b value $400\;s/mm^2$으로 획득한 확산강조영상과 ADC map영상을 기준으로 각각의 b value로 획득한 영상과 비교하였다. 정성적인 분석방법은 b value $400\;s/mm^2$ 확산강조영상과 ADC map영상의 1~5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위의의 신호강도를 분석하여 이를 기준으로 각각의 b value를 증가시켰을 때의 확산강조영상과 ADC map영상에서 신호강도가 상대적으로 어떻게 변화하는지 알아보았다. 영상의 정량적 분석에서는 확산강조영상에서 b value가 증가함에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호대 잡음비가 상대적으로 감소했다. ADC map영상에서는 b value가 증가함에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호대 잡음비가 상대적으로 감소했다. ADC map영상에서 b value에 따른 관심영역의 현성 확산 계수는 b value가 증가함에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 현성 확산 계수가 상대적으로 감소했다. 영상의 정성적 분석에서 b value를 $400\;s/mm^2$ 이상으로 증가시킴에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호강도가 점차 감소하였고 b value를 $1,000\;s/mm^2$ 이상으로 했을 때에는 세 부위 모두 영상의 잡음이 매우 심했다. 또한 척추 압박 골절이 있는 부위는 상대적으로 위, 아래 추간판 보다 높은 신호강도를 보였다. 확산강조영상에서 b value를 증가시킴에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판 등 세부위 모두 신호대 잡음비와 현성확산계수가 점차 감소하는 결과를 얻었고 향후 확산강조영상 검사 시 Multi b value를 사용하여 신호의 변화를 인지함으로서 여러 가지 척추질환으로의 적용에 도움을 줄 것이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

To examine among patients with vertebral compression fracture the extent to which signal-to-noise ratio (SNR) and Apparent Diffusion Coefficient (ADC) values at the lumbar vertebral compression fracture site vary on diffusion-weighted MR images according to varying b values on the 1.5T MR device. Diffusion-weighted MR images of 30 patients with compression fracture due to chronic osteoporosis who underwent vertebral MRI from Jan. 2008 to Nov. 2009 were respectively obtained using a 1.5-T MR scanner with the b values increased from 400, 600, 800, 1,000 to $1,200\;s/mm^2$. For diffusion-weighted MR images with different b values, the signal-to-noise ratio (SNR) was assessed at three sites: the site of compression fracture of the lumbar vertebral body at L1 to L5, and both the upper and lower discs of the said fracture site, while for ADC map images with different b values, the SNR and ADC were respectively assessed at those three sites. As a quantitative analysis, diffusion-weighted MR images and ADC map images with b value of $400\;s/mm^2$ (the base b values) were respectively compared with the corresponding images with each different b value. As far as qualitative analysis is concerned, for both diffusion-weighted MR and ADC map images with b value of $400\;s/mm^2$, the extent to which signal intensity values obtained at the site of compression fracture of the lumbar vertebral body at L1 to L5 vary according to the increasing b values were examined. The quantitative analysis found that for both diffusion-weighted MR and ADC map images, as the b values increased, the SNR were relatively lowered at all the three sites, compared to the base b value. Also, it was found that as the b values increased, ADC valueswere relatively lowered at all the three sites on ADC map images. On the other hand, the qualitative analysis found that as the b values increased to more than $400\;s/mm^2$, the signal intensity gradually decreased at all the sites, while at the levels of more than $1,000\;s/mm^2$, severe image noises appeared at all of the three sites. In addition, higher signal intensity was found at the site of compression fracture of the lumbar vertebral body than at the discs. Findings showed that with the b value being increased, both the signal-to-noise ratio (SNR) and Apparent Diffusion Coefficient (ADC) values gradually decreased at all the sites of the lumbar vertebral compression fracture and both the upper and lower discs of the fracture site, suggesting that there is a possibility of a wider range of applications to assessment of various vertebral pathologies by utilizing multi b values in the diffusion-weighted MRI examination.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 저자가 조사한 바 척추 검사의 확산강조영상에서 b Value의 변화에 따른 확산강조영상에 대한 연구보고는 없었고, 또한 척추 압박골절 환자를 대상으로 일반적으로 시행되는 확산 강조 영상에서도 b value의 변화에 따른 척추압박골절 환자의 확산강조영상에 대한 연구보고도 없었다. 이에 저자는 요추 압박 골절이 있는 환자를 대상으로 1.5 T MR 기기에서 b value의 변화를 이용한 확산강조영상에서 압박 골절이 있는 요추의 신호대 잡음비와 현성 확산 계수가 어떤 변화를 나타내는지 알아보고자 하였다.

제안 방법

각각의 b value로 획득한 확산강조영상에서 1∼5번의 요추체(L-spine vertebral body)중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판(intervertebral disc)등 세 부위에서 신호 강도(signal intensity)측정을 하였고 각각의 b value로 획득한 ADC map 영상에서는 세 부위의 신호 강도와 현성 확산 계수를 측정 하였다.
본 연구에서는 b value 400 s/mm2을 기준으로 만성 골다공증성 골절 환자 중 고신호강도를 보이는 환자를 대상으로 하였으며 b value의 변화에 따른 신호대 잡음비의 차이와 더 나아가 ADC map에서의 신호대 잡음비와 현성확산계수 차이를 연구하였다.
정성적인 분석방법은 2명의 방사선와 1명의 전문의가 육안적으로 먼저 b value 400 s/mm2 확산강조영상과 ADC map영상의 1∼5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위의의 신호강도를 분석하여 이를 기준으로 400∼1,200 s/mm2까지 b value를 증가시켰을 때의 확산 강조 영상과 ADC map영상에서 신호강도가 상대적으로 어떻게 변화하는지 알아보았다.
확산강조영상은 b value를 400, 600, 800, 1,000, 1,200 s/mm²으로 점차 증가시켜가면서 spin-echo EPI 기법을 이용하여 3쌍의 확산 강조 시상면 영상을 획득하였으며 영상 변수는 다음과 같다.
확산강조영상을 시행하기 전 척추 압박 골절 정도를 관찰하기 위하여 fast spin-echo (FSE) 영상법을 이용하여 T2강조 영상(TR=3500 sec, TE=100 msec, NEX=2)과 T1강조 영상(TR=600 sec, TE=10 msec, NEX=2)인 시상면(Sagittal plane)영상과 축상면(Axial plane)영상을 각각 획득하였다.

대상 데이터

2008년 1월부터 2009년 11월까지 요추 MRI를 촬영한 환자 중에서 골다공증에 의해 만성으로 척추에 압박 골절을 보였던 환자 30명을 대상으로 하였으며, 환자 병력상 추락이나 사고 등 분명한 외상의 병력이 있는 경우, 또한 원발성 및 전이성 골 종양에 의한 병적 골절(pathologic fracture)이 있는 경우는 조사 대상에서 제외하였다. 대상 환자의 연령은 50에서 82세(평균65.
MR영상의 획득은 1.5T MR scanner (Signa 1.5T HDx. GE Healthcare. Milwaukee. WI)와 HD T/R 8ch spine array coil (In vivo Corp. Gainesville. FL)을 이용하였다.
An MR image for a patient with vertebral compression fracture due to osteoporosis. The study was conducted on a sample of 30 patients with chronic pathologies of compression fractures due to osteoporosis who underwent vertebral MRI and their mean age was 65.3. (a) Sagital T2 weighted image, (b) Sagital T1 weighted image.
획득한 확산강조영상은 Advantage Workstation (Ver 4.3, Revision 4. GE healthcare. Milwaukee. WI)으로 보내져 ADC(apparent diffusion coefficient)map영상을 획득하였다. 각각의 b value로 획득한 확산강조영상에서 1∼5번의 요추체(L-spine vertebral body)중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판(intervertebral disc)등 세 부위에서 신호 강도(signal intensity)측정을 하였고 각각의 b value로 획득한 ADC map 영상에서는 세 부위의 신호 강도와 현성 확산 계수를 측정 하였다.

데이터처리

각각의 b value로 획득한 신호대 잡음비와 현성 확산 계수의 평균값 차이는 ANOVA 검증(ANOVA, SPSS win 12.0)을 이용하였고, 좀 더 정확한 차이를 알기 위하여 사후검증(post-hoc analysis)을 하였다(p＜0.05).
신호대 잡음비는 1∼5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위에서의 신호 강도 값을 백그라운드 표준편차(background standard deviation)의 신호강도 값으로 나누어 계산하였다. 백그라운드 표준편차는 신호대 잡음비 효과를 정확하게 하기 위하여 좌상단과 우하단 두 곳에서 측정하여 평균값과 표준 편차로 나타냈다.
신호대 잡음비는 1∼5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위에서의 신호 강도 값을 백그라운드 표준편차(background standard deviation)의 신호강도 값으로 나누어 계산하였다.
실험에 대한 정량적 분석방법으로 관심영역의 신호대 잡음비(signal to noise ratio)와 현성 확산 계수(apparent diffusion coefficient; ADC)를 구하고 평균화 하여 b value 400 s/mm²으로 획득한 확산 강조 영상과 ADC map영상을 기준으로 각각의 b value로 획득한 영상과 비교하였다. 신호대 잡음비는 1∼5번의 요추체중 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위에서의 신호 강도 값을 백그라운드 표준편차(background standard deviation)의 신호강도 값으로 나누어 계산하였다.

성능/효과

1,2) 척추 골절은 연령 증가에 따라 발병률이 증가하여 50세 여성의 경우 5%, 85세 여성의 경우 50%에 달한다.³⁾ 척추 골절 환자에서 통증을 동반하는 경우가 약 50%이고, 실제 임상적으로 진단되는 경우는 33%에 불과하며 나머지는 우연히 발견된다고 한다.
^1,2) 척추 골절은 연령 증가에 따라 발병률이 증가하여 50세 여성의 경우 5%, 85세 여성의 경우 50%에 달한다.³⁾ 척추 골절 환자에서 통증을 동반하는 경우가 약 50%이고, 실제 임상적으로 진단되는 경우는 33%에 불과하며 나머지는 우연히 발견된다고 한다.⁴⁾ 그러나 척추 골절은 급성 및 만성 통증 척추 후만증(kyphosis), 신장 감소, 기능적 장애 등을 초래하며 골절 후 사망률이 증가한다는 보고도 있다.
The variation in ADC values at the lumbar vertebral compression fracture site according to the varying b values on ADC map images. Findings showed that with the b value being increased, ADC values gradually decreased at all the sites of the lumbar vertebral compression fracture and both the upper and lower discs of the fracture site.
결론적으로 확산강조영상에서 b value를 증가시킴에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호대 잡음비와 현성확산계수가 점차 감소하는 결과를 얻었지만 신호 비교를 통해 임상적으로 b value 값의 적절성을 비교하기는 어려웠다.
DeLano 등¹⁶⁾은 정상 뇌를 대상으로 b value가 증가함에 따라 백질과 회질에서 신호강도가 감소한다고 보고하였다. 본 연구 결과에서는 b value가 증가함에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호대 잡음비가 감소했고 척추 압박 골절이 있는 부위는 상대적으로 위, 아래 추간판보다 높은 신호대 잡음비를 보였다. ADC map에서도 마찬가지로 세 부위 모두 신호대 잡음비가 상대적으로 감소했고 척추 압박 골절이 있는 부위는 상대적으로 위, 아래 추간판보다 높은 신호대 잡음비를 보였다.
5). 영상의 정성적 분석에서 b value를 400 s/mm² 이상으로 증가시킴에 따라 척추 압박 골절이 있는 부위와 골절이 있는 부위의 위, 아래 추간판등 세 부위 모두 신호강도가 점차 감소하였고 b value를 1,000 s/mm² 이상으로 했을 때에는 세 부위 모두 영상의 잡음이 매우 심했다. 또한 척추 압박 골절이 있는 부위는 상대적으로 위, 아래 추간판보다 높은 신호강도를 보였다(Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	척추 골절은 어떤 위험을 초래하는가?	3) 척추 골절 환자에서 통증을 동반하는 경우가 약 50%이고, 실제 임상적으로 진단되는 경우는 33%에 불과하며 나머지는 우연히 발견된다고 한다.4) 그러나 척추 골절은 급성 및 만성 통증 척추 후만증(kyphosis), 신장 감소, 기능적 장애 등을 초래하며 골절 후 사망률이 증가 한다는 보고도 있다.4-6) 척추 골절이 발생하게 되면 다른 부위의 척추 골절이 3년 이내에 발생할 확률이 증가되어 척추 골절의 과거력은 그 자체가 새로운 골절 발생의 위험요인으로 알려져 있다.
	MRI 기법 중 확산강조영상의 장점은?	자기공명영상(MRI)은 골다공증의 합병증으로 나타나는 척추압박 골절이나 부전골절(insufficiency fracture) 등의 진단에 있어 MRI는 이들을 민감하게 발견할 수 있다고 보고되고 있다.11) 자기공명영상 기법 중 확산강조영상(diffusion weighted image)은 세포 내외 공간에서 수분의 이동을 영상화하는 기법으로 골격근 손상이 있을 때 근육의 신호 강도 변화를 조기에 모두 알 수 있었으며 특히 상대적으로 미약한 손상을 받은 경우 T2강조영상 보다 유의하게 민감하였고12) 양성과 악성 척추 압박 골절의 감별 진단에 유용 하다고 보고되고 있다.13) 확산강조영상을 얻기 위해서는 보통 영상을 얻기 위해 필수적으로 사용하는 경사자장 외에 매우 강한 한 쌍의 경사자장, 즉 확산강조 경사자장을 추가로 사용한다.
	척추 골절과 동반된 질환을 정확히 진단하여 치료해야 하는 이유는?	7) 따라서 골다공증에 따른 척추 골절은 조기 진단과 치료가 중요하다. 한편 골다공증 환자에서 척추 통증은 골절 외에도 다양한 원인에 의해서 발생하며 척추 골절이 있는 경우에도 골절이 통증의 단독 원인인 경우보다는 다른 원인 질환과 동반된 경우가 더 많기 때문에 골절뿐 아니라 동반된 질환을 정확히 진단하여 치료하는 것이 중요하다.8) 척추 골절의 진단에는 단순 골 사진이 주로 이용되는데 중등도 이상의 척추 골절 환자에서도 진단율이 50% 정도에 불과할 뿐 아니라9) 골절이 진단되더라도 임상 증상과의 연관성이 낮다고 알려져 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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