“한 번의 호흡 정지로 구현한 블랙‑혈흉·단일 샷 FSE 기반 간 T1ρ 정밀 측정: 정상인 대상 검증 연구”

📝 Abstract

Purpose: To explore the usability and normal T1rho value of liver parenchyma with a novel single breathhold black blood single shot fast spin echo acquisition based liver imaging sequence. Materials and Methods: In total 19 health subjects (10 males, 9 females; mean age: 37.4 yrs; range: 23-54 yrs) participated in the study. 11 subjects had liver scanned twice in the same session to access scan-rescan repeatability. 12 subjects had liver scanned twice in two sessions with 7-10 days’ interval to access scan-rescan reproducibility. MR was performed with a 3.0 T scanner with dual transmitter. The MR sequence allows simultaneous acquisition of 4 spin lock times (TSLs: 0ms, 10 ms, 30 ms, 50ms) in 10 second. Inherent black blood effect of fast spin echo and double inversion recovery were utilized to achieve blood signal suppression. Results: The technique demonstrated good image quality and minimal artifacts. For liver parenchyma, Bland-Altman plot showed the scan-rescan repeatability mean difference was 0.025 ms (95% limits of agreement: -1.163 to 1.213 ms), and intraclass correlation coefficient (ICC) was 0.977. The scan-rescan reproducibility mean difference was -0.075 ms (95% limits of agreement: -3.280 to 3.310 ms), and ICC was 0.820 which is better than the ICC of 0.764 of a previous bright blood multi-breath hold gradient echo acquisition technique. The liver T1rho value was 39.9 +/- 2.4 ms (range: 36.1 - 44.2 ms), which is lower than the value of 42.8=/-2.1 ms acquired with the previous bright blood technique. Conclusion: This study validated the application of a single breathhold black blood single shot fast spin echo acquisition based for human liver T1rho imaging. The lower liver parenchyma T1rho value and higher scan rescan reproducibility may improve of the sensitivity of this technique.

💡 Analysis

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📄 Content

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호흡 정지 블랙 블러드(single‑shot) 빠른 스핀 에코 획득을 이용한 간 T1ρ 측정 정밀도 향상: 건강한 자원자를 대상으로 한 검증 연구

Yì Xiáng J Wáng MMed PhD¹, Min Deng MMed¹, Gladys G Lo MD², Queenie Chan PhD³, Yuan Jing PhD⁴, Weitian Chen PhD¹

1. 영상·중재 방사선학과, 홍콩중문대학 프린스 오브 웨일스 병원, 샤틴, 뉴 테리토리, 홍콩특별행정구
2. 진단·중재 방사선학과, 홍콩산토리움·병원, 해피밸리, 홍콩특별행정구
3. MR 임상 과학, 필립스 헬스케어 대중국, 홍콩특별행정구
4. 의료 물리학·연구부, 홍콩산토리움·병원, 해피밸리, 홍콩특별행정구

Running title: 호흡 정지 블랙 블러드 single‑shot T1ρ 획득

Funding: 본 연구는 홍콩특별행정구 연구 기금 위원회(RGC)에서 지원받은 연구비(프로젝트 번호 476313 및 SEG CUHK02)로 부분 지원되었습니다.

Conflict of interest: Queenie Chan은 필립스 헬스케어에 고용된 직원입니다. 기타 저자들은 이해 충돌이 없음을 선언합니다.

Correspondence to: Yì‑Xiáng Wáng; e‑mail: yixiang_wang@cuhk.edu.hk

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초록

Purpose: 새로운 단일 호흡 정지 블랙 블러드(single‑shot) 빠른 스핀 에코 기반 간 영상 시퀀스가 간 실질(parenchyma)의 정상 T1ρ 값을 제공하고 실용성을 갖는지를 탐색한다.

Materials and Methods: 기관 윤리 위원회의 승인을 받은 후, 총 19명의 건강한 자원자(남성 10명, 여성 9명; 평균 연령 37.4 년; 범위 23–54 년)가 연구에 참여하였다. 11명은 동일 세션 내에서 간을 두 차례 스캔하여 스캔‑재스캔 반복성을 평가했으며, 12명은 7–10일 간격을 두고 두 차례 스캔하여 스캔‑재스캔 재현성을 평가하였다. 3.0 T 듀얼 트랜스미터 MR 스캐너를 사용했으며, 본 시퀀스는 4개의 스핀‑락 시간(TSL = 0 ms, 10 ms, 30 ms, 50 ms)을 10 초 내에 동시에 획득한다. 스핀‑락 주파수는 500 Hz였다. 빠른 스핀 에코와 이중 반전 회복(DIR)의 고유 블랙 블러드 효과를 이용해 혈액 신호를 억제하였다. 1.5 × 1.5 × 6.0 mm³ 해상도로 축축(axial) 3장을 획득하고, ROI 방식을 이용해 간 T1ρ 값을 측정하였다.

Results: 본 기술은 양호한 영상 품질과 최소한의 아티팩트를 보였다. 간 실질에 대해 Bland‑Altman 플롯은 스캔‑재스캔 반복성 평균 차이가 0.025 ms(95 % 신뢰구간: ‑1.163 ~ 1.213 ms)이며, ICC는 0.977이었다. 스캔‑재스캔 재현성 평균 차이는 ‑0.075 ms(95 % 신뢰구간: ‑3.280 ~ 3.310 ms)이고, ICC는 0.820으로, 이전의 밝은 혈액 다중 호흡 정지 gradient‑echo 기법(ICC = 0.764)보다 우수하였다. 간 T1ρ 평균값은 39.9 ± 2.4 ms(범위 36.1 ~ 44.2 ms)였으며, 이는 기존 밝은 혈액 기법으로 측정된 42.8 ± 2.1 ms보다 낮았다.

Conclusion: 본 연구는 인간 간 T1ρ 영상을 위한 단일 호흡 정지 블랙 블러드 single‑shot fast spin echo 획득법의 적용 가능성을 검증하였다. 낮은 간 실질 T1ρ 값과 높은 스캔‑재스캔 재현성은 이 기술의 민감도 향상에 기여할 수 있다.

Keywords: T1ρ, 간, 호흡 정지, 섬유증, 간경변, 블랙 블러드, 빠른 스핀 에코(FSE)

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서론

만성 간 질환은 전 세계적으로 주요 공중보건 문제이다. 미국 및 전 세계에서 가장 흔한 혈액 매개 감염은 B·C형 간염 바이러스이며[1,2], 만성 바이러스성 간염은 간 섬유증, 간경변, 간세포암을 초래하고 국내 간 이식의 주요 원인이다[3]. 고령화, 비만 및 비알코올성 지방간염(NASH) 유행이 확대됨에 따라 만성 간 질환의 유병률은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 현재 임상에서 이용 가능한 비침습적 진단 검사는 초기 단계의 간 손상을 감지하기에 충분히 민감하거나 특이하지 않다[4]. 따라서 간 섬유증 진단·분류의 표준인 간 생검은 여전히 필요하지만, 침습적이며 합병증 위험이 존재한다[5]. 조직학적 섬유증 평가는 주관적이며 표본 채취 편차에 영향을 받는다[6]. 따라서 비침습적이고 정량적인 간 섬유증 평가·질병 진행·치료 반응 모니터링 기술이 절실히 요구된다.

주입제 기반 분자 영상에 비해 MR 기반 분자 영상은 규제 장벽이 낮아 장점이 크다[6‑18]. T1ρ는 스핀‑락 라디오주파수(RF) 펄스가 적용되는 동안 횡자기화(magnetization)의 이완 속도 상수이다. T1ρ MR 영상에서는 평형 자기화(M₀)를 먼저 횡면으로 회전시킨 뒤, 약한 연속파 스핀‑락 펄스 하에서 정상 자유 유도 감쇠와 유사하게 이완한다. T1ρ는 정적 과정과 저주파 운동 과정을 모두 감지하므로, 다양한 조직의 대분자 조성 및 프로톤 교환을 탐지하는 데 활용될 수 있다[19,20]. Wang·et al.와 Zhao·et al.은 쥐 간 섬유증 모델에서 T1ρ MR 영상이 콜라겐 축적과 연관된 T1ρ 증가를 보여준다고 보고했으며, 염증성 부종과는 덜 연관됨을 제시하였다[21,22]. 이후 건강 자원자와 간 섬유증 환자를 대상으로 한 인간 연구가 이어졌다[23‑31]. 2D fast‑field‑echo(FE) 시퀀스를 이용한 연구에서 Deng·et al.와 Zhao·et al.은 건강 자원자의 평균 T1ρ 값을 42.8 ± 2.1 ms(B₀ = 3 T, B₁ = 500 Hz)로 보고하였다[23‑25]. Allkemper·et al.은 호흡‑게이트 3D fast‑field‑echo 시퀀스로 동일 값을 확인했으며, T1ρ가 간 섬유증 단계와는 연관이 있지만, 지방증, 염증, 철분 축적 등과는 상관관계가 없음을 보고하였다[27].

이전 대부분의 방법은 다중 호흡 정지 또는 호흡 게이팅을 필요로 하여, 서로 다른 스핀‑락 시간(TSL)에서 획득된 이미지 간 미세한 움직임에 의해 위치 오차가 발생하기 쉽다[27,29]. 또한 혈액 신호 억제가 이루어지지 않은 fast‑gradient‑echo 기반 방법은 혈관이 정상 실질의 T1ρ 값을 인위적으로 높일 위험이 있다[27,29]. 밝은 혈액 신호는 T1ρ 정량화의 움직임 민감도를 증가시키며, TSL 간 미세한 공간 재배열만으로도 인위적인 T1ρ 상승을 초래한다[29]. Singh·et al.은 12 초 호흡 정지 동안 4개의 TSL을 획득하는 2D T1ρ 시퀀스를 제안했지만, 최대 TSL이 30 ms에 불과해 정상 간 조직의 기대값보다 낮았다[31]. Yang·et al.은 MR 시퀀스 선택이 정상 간 실질의 T1ρ 값에 영향을 미친다고 보고했으며, 다중 슬라이스·3D 시퀀스에서도 정상 간과 간경변 간 T1ρ 값이 겹치는 현상이 존재함을 지적하였다[32].

최근 Chen·et al.은 2D 블랙 블러드 T1ρ MR 릴랙소메트리 기법을 제안했으며, 2D fast spin echo(FSE)와 double inversion recovery(DIR)를 이용해 혈액 신호를 억제하였다[33]. 본 연구는 이 기술을 건강 자원자에게 적용하고, 기존 2D 밝은 혈액 gradient‑echo 시퀀스와 비교하여 (1) 피험자에 대한 내약성, (2) 영상 품질 및 아티팩트, (3) 반복성·재현성, (4) 정상 간 실질 T1ρ 값의 범위와 평균을 평가한다.

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재료 및 방법

본 자원자 연구는 기관 윤리 위원회의 승인을 받았으며, 모든 피험자는 서면 동의서를 제출하였다. 총 19명의 건강한 피험자(남성 10명, 여성 9명; 평균 연령 37.4 년; 범위 23‑54 년)가 참여하였다. 12명은 동일 세션 내에서 두 차례 간 T1ρ 스캔을 수행해 반복성을 평가했으며, 12명(중 4명은 3회 스캔) 은 7‑10일 간격을 두고 두 차례 스캔을 수행해 재현성을 평가하였다(표 1).

데이터는 Philips Achieva TX 3.0 T 듀얼‑트랜스미터 스캐너(Philips Healthcare, 네덜란드)에서 수집하였다. 32채널 심장 코일(Invivo Corp., 미국)을 수신 코일로, 바디 코일을 송신 코일로 사용했으며, RF shimming을 통해 B₁ 비균일성을 최소화하였다. 피험자는 등위(supine) 자세에서 스캔했으며, 축축(axial) 영상은 전후(AP) 방향으로 phase‑encoding을 수행하였다.

시퀀스 구성

본 연구에 사용된 시퀀스는 Chen·et al.[33]에서 제시한 바와 동일하며, B₁·RF와 B₀ 비균일성을 동시에 보정하는 RF 펄스 클러스터를 T1ρ 준비 단계에 적용하였다. 블랙 블러드 효과는 double inversion recovery(DIR) + 2D fast spin echo(FSE) 조합으로 구현하였다. 주요 파라미터는 다음과 같다:

• TR/TE = 2500/15 ms
• 평면 해상도 = 1.5 × 1.5 mm²
• 슬라이스 두께 = 6 mm
• SENSE 가속 팩터 = 2
• 반전 파트(Partial Fourier) 팩터 = 0.6
• 평균 횟수 = 1
• SPAIR(스펙트럴 억제 반전 회복) 지연 = 250 ms
• DIR 지연 = 720 ms
• 스핀‑락 주파수 = 500 Hz

TSL = 0 ms, 10 ms, 30 ms, 50 ms 네 가지를 10 초 단일 호흡 정지 동안 동시에 획득하였다. 각 검사는 3개의 축축 슬라이스를 포함한다.

호흡 정지 훈련

피험자에게는 스캔 시작 전 호흡 정지 훈련을 실시하였다. 완전 흡기·완전 호기 후 호흡 정지는 횡격막·간 위치 변동을 크게

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