Diagnostic Radiology radiologist

안녕하세요? 오랜만에 찾아 뵙는 @radiologist입니다. 지지난 주에 대만 여행을 다녀 온 뒤 지독한 여독으로 인해 휴식을 하였습니다. 기회가 닿는다면 대만 여행기도 올려보겠습니다.


오늘은 MRI의 기법 중 하나인 MRS(MR spectroscopy, 자기공명분광법)에 대해 알아보겠습니다.
이 사진이 바로 MRS 결과물입니다.


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정상인의 Brain MRS. 좌측 상단의 MRI내의 검은 사각형 부위의 성분을 분석한 내용. 산봉우리 같은 peak들이 특정 물질들의 농도를 나타낸다.


간단히 말해, 특정 부위에 대해 MRS를 시행하면, 어떤 물질들이 많이 존재하는지 알 수 있습니다.


원리


MRI의 원리에 대해 간단히 설명하자면, MRI는 물질에 있는 수소에 특정한 방향의 자기장을 준 뒤 다른 방향의 Radiofrequency pulse(RF pulse)을 다시 가하면 시간이 지남에 따라 수소들이 원래의 방향으로 정렬하게 됩니다. 이 와중에 발생하는 신호를 받아들여 영상화 시키는 것이 MRI 입니다.


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A, 물질 내의 수소가 무작위 정렬. B, 외부 자기장에 의해 수직 방향으로 정렬.
C, Radiofrequency (RF) wave를 주면 수평방향으로 다시 정렬한다. D. 차츰 다시 수직 방향으로 정렬되면서 MRI 신호를 방출한다.
다시 수직방향으로 정렬되는 것(D)은 조직에 따라 속도가 다르고, 이에 따라 조직간의 신호 차이가 있다. 이를 영상화 한 것이 MRI 이다.


그런데 인체 내 물질에 있는 수소는 같은 원자라도 화학적 구성성분이 다르면 공명주파수가 다릅니다. 따라서 각각의 물질의 수소 공명주파수가 다른 것을 이용하여 특정한 공명주파수의 신호 크기를 분석한다면 해당 물질의 비율을 알 수 있습니다. 특정 물질의 고유한 ppm(part per million)이 있고 그 특정 물질의 농도를 분석 할 수 있습니다. 따라서 MRS 그래프 가로축에서 고유의 ppm을 찾으면 세로축에서 물질의 농도(peak) 를 알 수 있습니다.


활용


MRS를 이용하여 측정하는 대표적인 물질에는 뇌손상에서 감소하는 NAA(N-acetyl aspartate), 원발성 종양이나 기타 많은 질환에서 증가하는 Cho(Choline), 큰 변화 없이 일정하여 참고물질로 쓰는 Cr(Creatinine), 무산소대사 시 (뇌경색, 염증, 악성 종양 등) 증가하는 Lac(Lactate), 알츠하이머 치매에서 증가할 수 있는 mIns(Myo-inositol), 간성뇌병증에서 증가하는 Glu(Glutamate), 농양에서 증가하는 Ac(acetate), Su(Succinate)가 있습니다. 그 이외에도 다양한 물질들의 측정이 가능하나, 쓰임이 많지는 않습니다. 물질들의 특성을 읽어보시면 알겠지만 대개는 뇌질환의 감별에 사용합니다. 부연하자면, MRS로만 진단 하는 것은 거의 불가능하며 보조적인 지표로 주로 사용합니다. 아래에서 예를 봅시다.



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악성 뇌종양(glioblastoma multifome) MRS. Choline peak (주황색)이 매우 높다.



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악성 뇌종양과 방사선 괴사의 감별. 악성 뇌종양(좌)에서는 Cho/Cr이 높다. 방사선 괴사(우)는 그렇지 않다.



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뇌농양 MRS. Ac와 Suc peak이 높다. Lip, Lac와 아미노산(AA) peak도 높다 (Lac 및 아미노산의 경우 peak이 뒤집히는 경우도 있다).



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알츠하이머 치매가 진행됨에 따라 Myo-inositol(mIns)의 peak이 높아진다.


예를 보셨듯이, 양성 종양/악성 종양 감별, 방사선 치료 후 방사선 괴사/재발 종양 감별, 낭성 종양/농양의 감별에 도움을 받을 수 있습니다. 대개 악성 종양에서는 Cho/NAA가 증가하고, 농양에서는 발효의 산물인 Ac, Su 및 아미노산이 증가합니다. 이를 토대로 감별 진단에 도움을 받을 수 있습니다.


미래


각종 뇌질환의 MRS 소견 연구는 꾸준히 진행중입니다. 이에 더해 연구 되는 분야 중 하나는 지방간을 비롯한 간 질환입니다. 지방간의 경우 Lipid peak을 측정하여 지방간의 정도를 진단 할 수 있고, 악성 간 종양의 경우 Cho의 증가로 진단에 도움을 줄 수 있습니다.



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지방간 MRS. Lip peak이 높아 간에 지방(lipid)이 많이 있음을 알 수 있다.

그 외에도 유방암이나 전립선암, 심근 병증에 대해 연구가 이루어 지고 있습니다. 앞으로 많은 연구가 진행된다면 뇌질환뿐 아니라 다양한 병에 대해 MRS가 도움을 줄 수 있으리라 생각합니다.



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Reference



  1. 장기현 외. 신경영상의학. 일조각. 2011.

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  5. Aliya Qayyum. MR Spectroscopy of the Liver: Principles and Clinical Applications. RadioGraphics 2009; 29:1653–1664.

  6. Pascal A. T. Baltzer et al. Breast Lesions: Diagnosis by Using Proton MR Spectroscopy at 1.5 and 3.0 T—Systematic Review and Meta-Analysis. Radiology: Volume 267: Number 3 June 2013.


7. Victoria M. Stoll et al. Dilated Cardiomyopathy: Phosphorus 31 MR Spectroscopy at 7 T. Radiology: Volume 281: Number 2 November 2016.


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