목적: 관상동맥의 이상으로 인해 여러 가지 심장 관련 질환이 발병하기 때문에 관상동맥을 관찰할 수 있는 영상기법의 필요성이 늘어남은 물론 세계적으로 Cardiac 영상 기법 개발이 활발하게 진행되어 지고 있다. MRI System을 이용한 관상동맥(Coronary Artery) Image는 여러 가지 움직임 때문에 사용할 수 있는 영상기법에 제한을 받게 된다 가장 큰 제약은 심장의 움직임에 관한 것인데 이러한 움직임은 ECG Gating을 사용하여 극복할 수 있다. 본 논문에서는 관상 동맥을 촬영하는 영상기법의 개발과 촬영된 영상을 재처리하는 기법을 소개 하고자 한다 ECG Gating을 이용한 영상 기법 및 얻어진 영상을 Morphology, MIP를 이용한 Image processing을 하여 얻어진 영상을 enhance시켜 보았다.
심장 내의 와동은 심장 내에서 일어나는 모든 혈류의 흐름에 중요한 역할을 하며, 조영심초음파를 이용하여 이를 정량적으로 측정할 수 있는 방법이 최근에 개발 되었다. 심혈관 질환에 있어서 와동의 측정 및 분석은 기존의 영상 기법으로 설명하기 힘든 환자의 증상이나 혈류역학적 상태를 잘 설명해 줄 수 있을 것으로 기대되고, 심장 질환의 조기 진단 및 치료에 큰 도움을 줄 것으로 생각된다. 심장 내 와동 혈류 측정은 새로운 심혈관계 영상기법으로, 조기에 심기능을 평가할 수 있는 도구로서 매우 유용할 것으로 기대하며 기술적인 문제 등이 보완된다면 임상적인 적용이 점차 확대 될 수 있을 것이라 생각된다.
자기공명영상에서 심장의 기능을 진단에 필요한 심장 영상을 얻기 위해서는 심장의 움직임을 모니터 할 수 있는 ECG나 pulse oximeter 등의 장비로 동기를 맞추어 주기위한 트리거 신호가 필요하다. 본 논문은 심장의 움직임을 다른 장비의 도움 없이 동기화하여 자기공명 심장 영상을 재구성하는 새로운 방법을 나선주사영상기법에 적용하여 제안하였다.
본 논문에서는 수술 도중에 심장내부로 삽입한 초음파 탐침을 통해 획득된 초음파 심장영상에서 강인하게 심장 영역을 고속 자동 분할하는 방법을 제안한다 제안한 방법은 심장 초기 경계 추출, 신뢰도 경쟁을 통한 전체 경계 검출, 회전 국부 방사선 기법을 이용한 국부 경계 보완으로 세 단계로 구성된다. 첫째, 초음파 탐침의 중심에서 방사선을 만들어 각 방사선에서 밝기값 기반 임계값 기법으로 얻어진 심장외부 영역을 이용하여 대략적인 초기 심장영역의 경계를 추출한다. 둘째, 각각의 방사선에서 임계치로 추출된 초기 심장영역의 위치를 포함하여 경계와 영역정보를 이용해 추출된 새로운 후보들과 신뢰도의 경쟁을 수행하여 높은 신뢰성을 가진 심장 경계를 검출한다. 셋째, 방사선 기법으로 경계획득이 어려운 심장의 오목한 영역에서 경계를 따라 회전하면서 국부적으로 방사선 조사법을 적용하여 경계를 보완한다. 제안된 방법은 실제 환자의 심장 수술 도중에 얻어진 초음파 영상에 적용되어 고무적인 결과를 획득했다.
심장의 영상화에 장애가 되는 요인은 심장 운동, 호흡, 심장 내 혈류 등에 의한 인공물(artifact) 과 심장 조직의 용적이 작음으로 인한 낮은 신호 대 잡음비 등이 있다. 심장 운동에 의한 화질 저하를 막기 위해 신속영상기법(fast imaging technique) 을 이용하여 심장 운동의 특정 위상(phase) 에서만 영상을 얻는 심장동기(cardiac gating) 방법을 이용하고 있다. MRI를 이용한 심장의 검사는 심장의 형태, 심실 기능, 심근 관류, 심근 대사, 관상동맥 영상 등을 대상으로 한다. 심장의 형태적 진단에 있어서 심근내 수분의 정도와 지방조직을 보기 위해 이중(double) 혹은 삼중역전회복기법(triple inversion recovery technique) 을 사용한다. 심근관류검사를 위해서는 조영증강신속경사에코법(contrast-enhanced fast gradient echo technique)을 사용하여 일차통과조영증강(first-pass enhancement) 을 검사한다. 또한 10-15분 지연영상을 얻어 심근내 조영제의 재분포를 검사하여 만성심근경색 등의 심근파괴부위를 확인한다. 심실기능 평가를 위해서는 신속경사에 코법을 이용한 영화영상(cine image) 이 사용되며 심실의 국소적 운동이상 및 심실기능의 정량적 검사가 가능하다. MRI는 관상동맥영상을 제외한 포괄적 심장검사에 실용성이 있다. 특히 지연영상은 다른 검사장비에선 얻을수 없는 유용한 정보이다.
파브리병(Fabry disease)은 매우 드문 X-연관 유전 대사 질환으로 알파 갈락토시다아제(alpha galactosidase A)의 결핍으로 인하여 다양한 세포 및 기관에 글리코스핑고지질(glycosphingolipid)의 축적을 초래하는 질환이다. 심장 침범이 비교적 흔하며 비정상적인 지질침착으로 인한 심근 염증, 좌심실 비대 및 심근 섬유증을 일으킨다. 심장 침범은 환자 예후를 결정하는 중요한 요인이므로 이를 진단하는 것은 매우 중요하다. 심장 자기공명영상은 심실의 기능, 부피 측정을 위한 표준기법으로 알려져 있으며 심근의 조직 변화를 볼 수 있는 유용한 기법이다. 특히 최근 많이 쓰이는 T1 지도화 기법을 통한 심근 조영 전 T1 수치를 이용하여 파브리병의 심장 침범을 조기 진단할 수 있으며 자기공명영상을 이용한 심근 질량 측정으로 치료 모니터링을 할 수 있다. 심장 자기공명영상은 파브리병 환자에서 다양한 역할을 할 수 있을 것으로 생각되며 이에 대해 정리해보고자 한다.
Echo Planar Imaging (EPI) Spiral Scan 영상을 초고속 자기공명영상 기법으로서 전체 k-space의 데이터를 한번 scan에 다 받을 수 있기 때문에 데이터 측정시간을 100ms 이내로 단축시킬 수 있다. 이러한 초고속 영상 기법은 최근 활발히 연구되고 있는 뇌기능 영상과 관련하여 중요도가 더욱 커지고 있다. EPI는 직각좌표계에서 데이터를 받기 때문에 재구성은 비교적 쉬우나 eddy current를 많이 야기시키는 단점을 가지고 있다. 반면에 Spiral Scan 영상은 먼저 데이터를 원 또는 직각좌표계로 interpolation을 한 후 재구성하여야 하는 단점이 있으나, 상대적으로 eddy current가 작고, 방향과 무관하게 균일한 point spread function을 가지며, 혈류와 관련한 위상이 스스로 rephasing 되어 심장 영상 등에 유리한 장점이 있다.
방사선 치료를 진행한 오른편 유방암 환자에 비해 왼편 유방암 환자의 방사선 치료 시 왼편 유방의 인접 주요 장기인 심장에 전달되는 선량에 의한 심장 질환의 발병 및 기타 질환의 발병으로 인한 높은 치사율과 관련된 예후가 보고되고 있다. 방사선 치료에서 computed tomography (CT) 영상을 획득 하는 방법 중 deep inspiration breath hold (DIBH) 기법은 들숨 상태에서 일정 시간 동안 환자의 호흡을 정지시키고 영상을 획득 하는 방법으로 심장과 흉곽 사이의 거리가 최대가 되게 한다. 따라서 본 연구에서는 DIBH 영상 획득 기법을 활용하여 왼편 유방암 환자의 방사선 치료 시 DIBH 기법을 적용한 CT 영상을 토대로 심장과 왼편 유방까지의 거리 계산 및 심장에 전달되는 피해 선량을 정량화 함으로써 왼편 유방암 환자의 방사선 치료 시 DIBH 기법의 유용성을 평가하고자 하였다. Free breathing (FB)와 DIBH 기법을 적용한 여성 유방암 환자의 CT 영상을 각 10세트를 획득하고, 50 Gy를 28번으로 분할하여 처방하였으며, 쐐기 필터(wedge filter)를 이용한 대향 2문 접선 조사를 적용했다. 심장과 왼편 유방까지의 거리는 각 장기의 중심 좌표를 획득하고, 각 중심좌표 간의 거리를 계산하였다. DIBH 기법의 경우, 일반적인 FB 기법을 적용 했을 때보다 심장과 왼편 유방 사이의 거리가 평균 1.43 mm 증가하였으며, 통계적 유효성을 확인할 수 있었다. 심장에 전달된 피해 선량의 경우, 최대 선량 기준으로 크게는 3,555 cGy 가량 감소함을 확인할 수 있었다. 각 영상마다의 거리 및 심장의 피해 선량에 대한 정도의 차이는 있었지만, DIBH 기법을 적용하였을 경우, 심장과 왼편 유방까지의 거리의 증가 및 피해 선량 감소 등의 경향성을 확인할 수 있었다. 본 DIBH 기법은 기존 방사선 치료 과정 중 추가적인 시간 소모가 적고, 쉽게 적용할 수 있다는 장점이 있으며, 임상에서의 적용으로 여성 유방암 환자의 불필요한 심장 피해 선량 전달을 감소 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
아밀로이드증은 세포 외 공간에 비정상적인 단백질이 축적되는 것을 특징으로 하는 전신 질환이며, 심근을 포함한 다양한 기관을 침범한다. 저자들은 심장 아밀로이드증 환자에서 항암 화학 요법 및 줄기세포 이식 후 심장 자기공명영상의 추적검사에서 조영 전 T1 및 T2 수치와 세포 외 부피 분율의 감소를 보인 사례를 보고한다. 조영 전 T1 이완시간 및 세포 외 부피 분율은 아밀로이드증 환자에서 조직의 아밀로이드 축적 정도와 밀접한 관련이 있다. 이 사례를 통해 T1 지도화 심장 자기공명영상 기법이 심장 아밀로이드증의 치료 반응 모니터링에 비침습적이며 정량적인 도구로서 큰 역할을 할 수 있는 가능성을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 심장의 박동영상을 방사선 투시법으로 관찰하여 심장질환을 진단하기 위한 실시간 처리 심장 디지탈 감산 조영 영상기법(cardiac digital subtraction angiography)을 개발하여 임상실험을 시행하였다. 평균 1초에 1번의 심장박동에 따른 주변부위의 운동에 의한 오차의 영향을 감소하면서, 좌심실 박동상을 32프레임까지 실시간으로 감산 처리하는 고속기억(512X512 해상도와 256 gray level) 및 고속 데이타링크 시스템과 프로세서를 개발하였다. 기억된 영상을 컴퓨터에 입력하고, 심장의 경계면을 Dynamic Programming을 사용하여 검출하고, 부피를 구하여 심장의 박동에 따른 최대부피(ESV)와 박동후 최소부피(ESV), 최대와 최소부피의 비율(EF)로서 표시되는 심박출계수 등 심장의 좌심실기능을 나타내는 생리계수를 영상으로 부터 구하는 알고리듬을 개발해서 임상실험을 시행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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