서     론

   뇌졸중은 사망 및 장애를 흔히 동반하는 주요 원인으로, 식생활이 점차 서구화됨에 따라 허혈성 경색성 뇌혈관 질환이 증가하는 추세이다. 자기공명영상은 뇌허혈의 조기진단을 위해 흔히 사용되어 왔으나, 초급성기 때 뇌경색증을 빨리 진단하여, 혈전 용해제를 최대한 빨리 주입하여, 회복될 수 있는 뇌조직인 반음영(penumbra)을 조기 진단하기 위한 기법이 발전되어 왔다. 특히 양성자(proton) 자기공명분광법은 뇌경색을 조기진단하고, 급성경색의 정도 및 예후를 평가하고, 치료법의 효과를 알 수 있으며, 허혈성 penumbra 지역을 규명하고, 혈관성 협착과 경색을 평가하는데 이용되고 있다.¹²⁾ 저자는 급성 뇌경색 환자에서 자기공명영상 및 자기공명분광법을 동시에 시행하여, 뇌경색 환자에서 자기공명영상 및 자기공명분광법의 기능성 및 유용성을 알아보았다.

대상 및 방법

   먼저 18명의 정상인 지원자에서 자기공명영상 및 자기공명분광법을 시행하였으며, 정상군의 남녀비는 10:8이었고, 연령은 20~42세(평균 29.3세)까지 다양하였다. 급성경색증 환자 10례는 남녀비가 6:4이었으며, 평균연령은 35.5세(2~69 세)였다. 정상인 지원자는 과거력상 특이 소견이 없는 건강한 남녀들이었으며, 뇌자기공명영상, 자기공명분광법은 1.5T Magnet (GE Signa MR, Milwaukee, WI, USA)를 이용하여 시행하였다. Coil은 송, 수신 겸용 head coil을 사용하였고, soft ware는 Matlab 6.0(U.S.A)를 이용하였다. 연구방법은 MRS에서 높은 분광신호를 얻을 수 있는 PRESS 기법을 이용하였으며, 정상지원자에서는 1H MRS PRESS 기법의 조건으로 TR/TE=3000/144 msec, Number of excitation(이하 NEX):64, Voxel 크기:20 20 20 mm, 검사시간은 4분 12초 이었다. 그리고 Voxel localization을 잡기 위해 횡단면으로 T2 강조영상을 6 mm/1.5 mm 간격으로 20개의 절편을 얻었다. T2강조영상에서 전두백질이 잘 보이는 영상절편을 찾아서 가장 잘 보이는 절편에서 두개골과 다른 물질이 포함되지 않도록 절편을 1개씩 밑으로, 위로 올려서 전두백질이 충분히 포함되었는지 확인하고 스캔을 하였다. 기저핵도 같은 방법으로 스캔을 하여 Voxel위치를 잡았다. 그곳에서 관심도 영역(region of interst이하 ROI)을 설정하여, 같은 부위에서 짧은 에코시간과 긴 에코시간을 순서대로 MR분광 raw data를 얻었다. 뇌경색환자에서의 Multivoxel의 영상 protocol은 시상 T1-영상 multislice Fast spin-echo sequence(repetition time [TR ], 1,500 msec, echo time [TE ], 144msec), NEX:128, 두께:10 mm, 평균 촬영시간은 약 6분 30초가 소요되었다. ROI 방법은 단일용적기법과 마찬가지로 Voxel 위치를 잡기위해 횡단면으로 T2강조영상을 얻고 거기서 ROI를 설정하여 가로와 세로의 크기는 두개골이 포함되지 않는 범위에서 최대한 크게 직사각형으로 그려서 절편을 1개씩 밑으로, 위로 올려서 두개골이 포함되지 않는지 확인하고 MR분광 raw data를 얻었다.
   본 연구에서는 일반적으로 생체 내 대뇌에서 관찰되는 대사물질인 N-acetyl aspartate(이하 NAA로 칭함), creatine(이하 Cr로 칭함), choline(이하 Cho로 칭함), lactate(이하 Lac로 칭함)를 대상으로 한 대사물질의 획득을 목적으로 하였고, 이들 모두가 존재하는 구간(0.3~0.4 ppm)을 설정하여 256개(frequencies)의 대사물질영상을 획득한 후 선택된 대사물질 피크의 영상들을 평균화하여, 대사물질 영상을 획득하였다. 이때 대사물질영상만으로는 해상도가 너무 낮기 때문에 선상보간법으로 확대시켜 컬러로 디스플레이 하였고, 이를 MRS 스캔 시에 획득한 영상과 중첩시켜각대사물질의 공간분포를 쉽게 하였다. 정상인에서 뇌의 양쪽의 NAA, Cho을 비교하였으며, 통계는 SPSS 7.5를 이용하여, t-test로 유의성 검정(p<0.05)을 하였다. 

결     과

   정상지원자에서, single-voxel을 이용한 1H자기공명분광법은 TE를 길게 했을 때와 짧게 했을 때 얻은각각의 분광신호에서 각 대사물질에 해당하는 peak의 면적을 구한 다음 peak 면적 비 NAA, Cho을 평균+표준편차의 형태로 나타냈다.
   N-acetyl aspartate(NAA)은 우측뇌기저부에서 1.64±0.37 ppm, 좌측 뇌기저부에서 1.72±0.40 ppm으로, choline(Ch)이 좌뇌기저부에서 1.19±0.19, 우뇌기저부에서 1.12±0.15으로 관찰되었으며, 통계학적 의의는 없었다(Table 1). 
   Multi-Voxel기법을 사용한 급성 뇌경색 환자에서는 뇌경색이 있는 병변측이 정상부위보다 lactate의 평균 18.5%의 증가, N-acetyl aspartate(NAA)는 평균 8.6%감소를 보여주었다(Table 2).

토     론

   자기공명분광법의 개발로 뇌의 대사물질을 비침습적으로 검사하여 대사물질을 구별할 수 있게 되어, 조기에 질병을 진단하고 치료하는 것이 가능하게 되었다. 자기공명분광법은 뇌졸중, 간질, 뇌의 퇴행성질환, 뇌종양의 악성양성감별, 급성뇌경색환자의 대사물질 변화를 측정하는데 이용되고 있다. 정상인 뇌에서 자기공명 분광은 비침습적으로 체내의 생화학적 정보를 제공하는 기법으로 인체 두부에서 나타나는 주요 대사물질로는 N-acetyl aspartate (NAA)는 살아있는 신경세포의 성분으로 분광(spectrum)상 2.01 ppm에서 주 피크(peak)를 이루며 정상인 뇌에서 가장 peak가 높다. Creatine 및 Phosphocreatine(Cr & PCr)은 정상 또는 질병에 크게 변하지 않기 때문에 기준이 되는 물질로 이용되며, 세포의 에너지 대사에 관계되고 에너지 Phosphate를 adenosine disphosphate(ADP)에 공급하여 Adenosine triphosphate (ATP)를 만들 수 있도록 한다. 분광 3.03 ppm, 3.94 ppm (N-CH2)에서 주 peak를 이룬다. Choline(Cho)은 세포막의 주성분인 인지질의 성분으로 세포막의 합성에 관여하며 분광상 3.22ppm에 주 peak를 이루며 분포한다. 본 연구에서는 N-acetyl aspartate(NAA)은 우측뇌기저부에서 1.64±0.37 ppm, 좌측 뇌기저부에서 1.72±0.40 ppm으로, choline(Ch)이 좌뇌기저부에서 1.19±0.19, 우뇌기저부에서 1.12±0.15으로 관찰되었다.
   Myo-Inositol(ml)의 정확한 기능은 아직까지 알려져 있지 않으며, Inositol diphosphate라는 호르몬 전달자의 형태로 저장된 것으로 추측되며, 분광상 3.56ppm과 4.06ppm에서 분포한다. Glutamate는 가장 풍부하게 존재하는 신경계 아미노산으로 분광상 α-CH, β-CH2, γ-CH2는 각각 3.8 ppm, 2.1 ppm, 2.35 ppm 구간에 분포하며 Glutamine (Glx)은 분광상 2.1 ppm~2.45 ppm 구간에서 Glutamate와 중첩되어 잘 구분되지 않으며, 농도가 가장 높으면서도 여러 개의 peak로 분할(splitting)되어 나타나고 있다. Lactate(Lac)는 1.3 ppm에서 나타나며 정상적으로는 나타나지 않으나 급성 저산소증일 경우 손상된 뇌에서 발견되어진다.¹⁹⁾ H-1 자기공명분광법에는 single voxel 방법과 multivoxel 방법이 있으며,¹²⁾ single voxel 방법은 어느 일정한 부위에서 비교적 빠른 시간내 정확한 정보를 얻을 수 있으나 동시에 여러 부위에서 정보를 얻을 수 없고, 대사물질에 대한 정보를 영상으로 나타내지 못하는 단점이 있다. Multivoxel 방법은 넓은 범위의 여러 부위에서 동시에 정보를 얻을 수 있고, 화학천이영상이 가능하여 회복 가능한 허혈조직과 회복 불가능한 경색조직을 구별할 수 있다. 그러나 시간이 오래 걸리고(약 30~60분), 특수한 소프트웨어가 필요한 단점이 있다.¹²⁾ 회복 가능한 급성 허혈반영 부위 (ischemic penumbra)에서는 불충분한 산소공급 상태에서 무산소성 해당 작용을 통해 에너지를 생산하여 유산(Lactate)이 생성되어 축적된다.¹²⁾ 유산 축적은 뇌혈류가 15~20 ml/100g/min 이하로 감소할 때 생기며, 허혈의 이상적인 표시자이나, NAA는 감소하지 않는다.¹⁾²⁾⁴⁾ NAA는 정상적인 신경세포와 축삭에서만 발견되는 대사물질로 신경세포의 생존을 의미하는 표시자이다. 회복 불가능한 뇌경색조직에서는 신경세포가 파괴되어 NAA 농도가 감소하는데, 급성허혈/경색에서 증세 발현 6시간 후에 NAA 농도는 약 50%감소하고, 완전 경색 부위에서는 NAA농도가 완전히 고갈 된다.¹⁾²⁾⁴⁾

1. 급성뇌경색증 뇌경색 발생
   12시간 내 유산은 증가하여 뇌경색증의 가장 민감한 지시자로, 급성뇌경색증을 가진 환자에서 유산의 존재는 허혈을 강력히 시사 하나, 비가역적 뇌경색을 반드시 의미하지는 않으며,^1)7)10) 뇌경색증 때 lactate가 없으면 급성뇌경색증은 아니다. Lactate는 뇌경색 중심부가 말초부보다 대개 높고, lactate 상승된 조직의 범위는 T2-영상에서의 고음영 부위보다 넓다.⁷⁾ Lactate는 1.3 ppm에서 peaks 사이에 7Hz 분리를 가진 doublet를 보이며, TE를 144 mseconds로 변화하면, 7-Hz coupling 때문에 lactate resonance invesion을 보인다.¹⁴⁾ N-acetyl asparate (NAA)는 뇌경색을 가진 조직 손상의 지시자로서, Neuronal 소실 및 손상 때문에 아급성기에는 감소되며, 초급성기 뇌경색에는 정상을 보인다. 흔히 뇌경색 발현 30~60분내 NAA는 감소되어, 약 6시간 후 NAA는 50%감소가 일어난다. NAA, creatine(Cr), Choline(Cho)감소가 일어날 수 있다.¹¹⁾
   본 연구의 급성 뇌경색 환자에서도 병변측이 정상부위보다 lactate의 평균 18.5% 현저한 증가, N-acetyl aspartate의 평균 8.6% 감소를 보여주었다.

   Proton MRS의 NAA 및 lactate 수치는 뇌허혈의 정도 및 Cell death 정도와 직접 관여되며, Parson 등¹⁵⁾은 19례의 뇌경색증 환자에서 자기공명분광법을 시행하여 급성기, 만성기에 lactate/Cho, NAA/Cho 비가 뇌경색증의 진행과 관계가 있었다. Lipid 증가는 TE를 낮추면 보일 수 있고, Cho 및 Cr 수치는 급성뇌경색증에는 유동적이고, glutamine 및 glutamate(Glx)수치는 증가될 수 있다.³⁾¹⁴⁾

2. 아급성 및 만성 뇌경색증
   뇌경색이 진행됨에 따라 주당 약 36%가 감소되나,¹⁰⁾ 계속적인 lactate 증가는 확실치가 않다.¹⁶⁾ Lipids는 조직괴사를 보여주고, NAA, Cho, Cr은 시간이 감에 따라 감소되고,¹⁸⁾ NAA의 감소는 진행적이고, 비가역적이며, 주당 약 29%가 감소되며,¹⁰⁾ 신경원(Neurons)이 신경교세포(glial cells)보다 뇌허혈에 더 예민하여, Cho 및 Cr 수치 감소보다 더 감소한다.⁴⁾⁶⁾ Glx 수치는 상승한다. 본 연구에서도 급성뇌경색증에는 NAA의 감소, Lactate의 현저한 증가를 보여 주었다(Table 2). 
   Proton MRS는 뇌종양과 뇌경색증의 감별진단을 위해 이용되며, 뇌경색증 때는 lactate 증가, NAA, Cr, Cho 감소를 보이고, 뇌종양 때는 lactate, Cho 증가, NAA, Cr 감소를 보인다. 그러나, 아급성 만성 뇌경색증 때 재유수화(remyelination)및 신경교증(gliosis) 때문에 Cho 수치가 증가하며, 어떤 1H MRS연구에서는 뇌의 악성 종양 및 농양에서만 커다란 지질 피크가 발견되고 양성종양에는 보이지 않아 지질피크가 악성 등의 척도가 된다는 보고도 있다.⁴⁾

3. 반음영 (Penumbra)
   뇌혈류가 감소되나, 손상된 electrical 활성도의 복구가 가능한 penumbra는 혈전용해제 치료의 좋은 적응이 되고 있으며, van der Ground 등²⁰⁾은 lactate 상승이 약 33%증가하고, NAA/Cho 비가 감소한다고 보고하였으나, NAA 수치는 정상이다(Table 3). 
   본 연구에서도 자기공명분광법은 뇌경색을 조기진단하고, 경색의 정도 및 시기를 평가함으로써, 초급성기때의 뇌경색증을 빨리 진단하여, 혈전용해제를 주입함으로써 뇌경색증으로 인한 합병증을 줄이는 데 도움을 줄 것으로 사료된다. 

결     론

   자기분광법은 허혈성 뇌경색 환자에서 회복 가능한 허혈반영부위 및 회복 불가능한 뇌경색부위를 구별하고 진단하며, 때로는 뇌종양과 감별하는 데, 자기공명분광법은 좋은 진단방법이다. 

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