자기 공명 탄성법

자기 공명 탄성법
뇌에 대한 자기공명 신장술.T1 가중 해부학적 영상이 왼쪽 상단에 표시되고, MRE 데이터의 해당 T2 가중 영상이 왼쪽 아래에 표시된다.엘라스토그램을 만드는 데 사용되는 파형 영상은 오른쪽 상단에 표시되며, 그 결과 엘라스토그램은 오른쪽 아래에 표시된다.
목적	연조직의 기계적 성질을 측정하다.

자기공명 탄성술(MRE)은 연조직의 기계적 특성(탄력성 또는 강직성)을 정량화하고 그에 따른 지도를 하기 위해 MRI를 구체적으로 활용하는 탄성술의 일종이다.MRE는 1995년 Muthupillai 외 연구진에 의해 Mayo Clinic에서 처음 개발되고 기술된 것으로, 강력한 비침습 진단 도구로, 즉 간 섬유화 스테이징을 위한 조직검사와 혈청 검사의 대안으로 부상했다.^[1][2][3][4]null

병든 조직(예: 유방종양)은 주위 정상(섬유종양) 조직보다 더 딱딱하게 굳는 경우가 많아 조직 뻣뻣함을 평가하는 동기를 부여한다.^[5][6]이 수술 원리는 오랜 팰프팅 연습의 기초가 되는데, 이는 (수술은 제외) 피상적인 장기와 병리학으로 제한되며, 시술자의 기술과 촉각 민감도에 따라 주관적이고 질적인 성질에 의해 제한된다.CT, MRI, 미국, 핵의학의 전통적인 영상 기술은 연조직의 탄성 계수에 대한 통찰력을 제공할 수 없다.^[2]MRE는 조직 경직성을 평가하는 정량적 방법으로 간, 뇌, 심장, 췌장, 신장, 비장, 유방, 자궁, 전립선, 골격근의 조직 경직성에 영향을 미치는 다양한 질병 과정을 시각화할 수 있는 신뢰할 수 있는 통찰력을 제공한다.^[2][3][7]null

MRE는 세 단계로 진행된다. 첫째, 기계 진동기를 사용하여 환자의 더 깊은 조직으로 이동하는 전단파를 생성한다. 둘째, MRI 획득 시퀀스는 파동의 전파와 속도를 측정한다. 마지막으로 이 정보는 반전 알고리즘에 의해 정량적으로 처리된다.y 유추 및 지도 조직 경직성(3-D.^[2][3]이 강성도를 엘라스토그램이라고 하며, MRE의 최종 출력물로서, 오른쪽과 같이 기존의 3-D MRI 영상과 함께 한다.^[2]null

연조직의 역학

MRE는 외부 스트레스에 대한 기계적 반응을 측정하여 생물학적 조직의 경직성을 정량적으로 결정한다.^[3]특히 MRE는 전단파 변위 측정에서 조직의 전단계수를 계산한다.^[6]탄성 계수는 재료의 강성 또는 힘이 가해질 때 탄성 변형을 얼마나 잘 견디는지 계량한다.탄성 재료의 경우 스트레인은 탄성 부위 내 응력에 정비례한다.탄성 계수는 이 영역 내에서 스트레스와 변형률 사이의 비례 상수로 간주된다.생물조직은 순전히 탄성물질과 달리 점성물질로 탄성고형물과 점성액 모두 특성을 갖고 있다는 의미다.이들의 기계적 반응은 변형률뿐만 아니라 적용된 응력의 크기에 따라 달라진다.점탄성 물질의 응력 변형 곡선은 이력(hysteresis)을 나타낸다.이력 루프 영역은 점탄성 물질이 응력을 받아 왜곡되었을 때 열로서 손실되는 에너지의 양을 나타낸다.이러한 재료의 경우 탄성 계수는 복잡하며 저장 계수와 손실 계수의 두 가지 요소로 분리할 수 있다.저장 계수는 탄성 고체 거동에 의한 기여를, 손실 계수는 점성 액체 거동에 의한 기여를 나타낸다.반대로 탄성 물질은 순수한 고체 반응을 보인다.힘을 가하면 이러한 물질들은 에너지를 탄력적으로 저장하고 방출하는데, 이것은 열의 형태로 에너지 손실을 초래하지 않는다.^[8]null

그러나 MRE와 기타 탄성 촬영 기법은 일반적으로 단순성 목적을 위해 생물학적 조직이 선형적으로 탄력적이고 등방성이 있다고 가정하는 기계적 매개변수 추정을 이용한다.^[9]유효 전단 계수 $\mu {\displaystyle }$ ${\displaystyle \mu }$은(는) 다음과 같은 방정식으로 표현할$$ 수 있다.

${\displaystyle \mu =E/[2+\nu )]}$

여기서 $E{\displaystyle }$ ${\displaystyle E}$은 재료의 탄성계수이고 $\nu {\displaystyle }$ ${\displaystyle \nu}$은 포아송의 비율이다.null

연조직에 대한 포아송의 비율은 약 0.5로 추정되어 탄성계수와 전단계수의 비율은 3이다.^[10]이 관계는 전단파 전파 측정에서 계산된 전단 계수에 기초한 생물학적 조직의 강성을 추정하는 데 사용할 수 있다.운전자 시스템은 특정 주파수(50–500Hz)로 설정된 음향파를 생성하여 조직 샘플로 전송한다.이러한 주파수에서 전단파의 속도는 약 1-10m/s가 될 수 있다.^[11][12]유효 전단 계수는 다음과 같이 전단파 속도에서 계산할 수 있다.^[13]

${\displaystyle \mu =\rho {v_{s}^{2}}$

여기서 $\rho {\displaystyle }$ ${\displaystyle \rho}$은(는) 조직 밀도, $v{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle s_{}}$ ${\$은(는) 전단파 속도다.null

최근 연구는 연조직의 복잡한 점탄성 동작을 설명하는 후처리 역 알고리즘에 기계적 매개변수 추정치를 통합하는 데 초점을 맞추고 있다.새로운 파라미터를 생성하면 잠재적으로 MRE 측정 및 진단 테스트의 특수성이 증가할 수 있다.^[14][15]null

단층 촬영

Tomoelastography는 다요량 MRE와 파수 기반 반전 방법을 기반으로 한 첨단 MRE 기법이다.^[16]단층촬영술에 의해 재구성된 생체역학 파라미터는 전단파 속도(m/s 단위)로, 조직강성의 대리물이다.Tomoelastogram(단층 촬영)은 분해능이 높은 해부학적 세부 정보가 포함된 Elastogram(단층 촬영)을 제공한다(단층 촬영 그림 참조).null

적용들

간

간 섬유증은 많은 만성 간 질환의 흔한 결과물이다; 진행성 섬유증은 간경변으로 이어질 수 있다.간의 MRE는 간의 넓은 부위에 걸쳐 조직 경직도의 정량적 지도를 제공한다.이 비침습적 기법은 간섬유화의 직접적인 결과인 간 실질의 경직성 증가를 감지할 수 있다.간섬유화를 진행시키거나 경화섬유화증 진단을 적정한 정확도로 돕는다.^{[17][18][15][19]}null

브레인

뇌의 MRE는 2000년대 초반에 처음으로 제시되었다.^[21][22]엘라스토그램 측정은 기억력 작업,^[23] 피트니스 측정,^[24] 다양한 신경퇴행 조건의 진행과 상관관계가 있다.^[20]예를 들어, 알츠하이머병과^[25][26] 다발성 경화증에서 뇌 점탄성의 지역적 및 전지구적 감소가 관찰되었다.^[27][28]뇌가 노화되면서 뉴런과 과두정맥의 퇴화로 인해 점탄성 무결성을 상실하는 것으로 나타났다.^[29][30]최근 한 연구는 뇌의 등방성 강성과 비등방성 강성을 모두 조사했고 특히 회백질에서 이 둘과 나이 사이의 상관관계를 발견했다.^[31]null

MRE는 또한 청소년기의 뇌를 이해하기 위한 어플리케이션을 가질 수 있다.최근 청소년은 성인에 비해 뇌 점탄성에 지역적 차이가 있는 것으로 나타났다.^[32][33]null

MRE는 기능 신경영상에도 적용되었다.기능성 자기공명영상(fMRI)은 비교적 느린 혈류 변화를 감지해 뇌 활동을 자극하는 반면 기능성 MRE는 100밀리초 눈금에서 일어나는 신경 활동과 관련된 뇌의 신경기계적 변화를 감지할 수 있다.^[34]null

신장

MRE는 신장의 생체역학 특성을 조사하는 데도 적용되었다.임상신상 MRE의 실현가능성은 건강한 자원봉사자를 대상으로 2011년, 그리고 신장이식환자를 대상으로 2012년에 처음 보고되었다.^[36]신장 MRE는 복강 내 신장의 음향 차폐 위치뿐만 아니라 신피질 및 중상피질 내 미세한 기계적 특성 때문에 뇌나 간 등 큰 장기의 MRE보다 도전적이다.이러한 어려움을 극복하기 위해 단층촬영술은 특히 신장의 MRE를 위해 고안되었다.단층촬영술은 압축공기 펄스로 작동하는 다중 드라이버 시스템을 사용하며, 이는 신장을 포함한 복강 전체 내에서 전단파를 발생시킬 수 있다.그 결과 신장조직의 단층촬영 지도를 통해 전단파 속도에 따른 피질혼수 분화가 가능해져 강성의^[37][38] 대리표식(tomoelastography feature a)이 된다(tomoelastography feature)이 된다.신장신경절제기능장애,^[39] 루푸스신염,^[40] 면역글로불린(IgAN) 등 신장질환을 조사한 연구결과 신장강성이 신장기능과 신장관류 등에 민감하다는 사실이 밝혀졌다.null

전립선

전립선은 또한 MRE에 의해 검사될 수 있으며, 특히 전립선암의 발견과 진단을 위해 검사할 수 있다.^[42]전립선에 잘 침투할 수 있도록 다양한 작동기 시스템을 설계하고 평가하였다.^[43][44]전립선암 환자의 예비 결과는 경직성 변화가 암 조직을 정상 조직과 구별할 수 있게 한다는 것을 보여주었다.^[45]전립선암 환자들에게 전립선암과 양성 전립선암을 구별하는데 있어 높은 특이성과 민감성을 보이는 단층촬영술은 성공적으로 사용되어 왔다(단층촬영술 그림 (b) 참조).단층촬영술을 PI-RADS(버전 2.1)를 이용한 체계적인 영상 해석과 결합했을 때 전립선암에 대한 95%의 보다 높은 특이성을 달성했다.^[47][48]null

췌장

췌장은 복부에서 가장 부드러운 조직 중 하나이다.췌장염, 췌장암 등 췌장질환이 경직성을 크게 높인다는 점에서 MRE는 췌장의 양성·악성 상태를 진단할 수 있는 유망한 도구다.MRE는 급성 췌장염과 만성 췌장염을 모두 앓고 있는 환자에서 비정상적으로 높은 췌장강성을 검출했다.^[49]췌장 강직성은 췌장 악성 종양과 양성 종양을 구별하고 췌장 내성 문합증 후 췌장 누공이 발생할 것을 예측하는 데도 사용되었다.^[51]강성의 단층촬영 측정에 근거한 췌장종양 부피 정량화는 대조 강화 전산단층촬영으로 추정된 종양 부피와 탁월한 상관관계가 있는 것으로 나타났다.^[52]췌장 덕트선염종 강성이 있는 환자에서 종양뿐 아니라 종양에 대한 췌장 실질 조직에서도 상승하는 것으로 확인되어 이질적인 췌장 관여를 시사했다(토모아스타그래피 그림(c).null

참고 항목

• 변형인코딩 자기공명영상

참조

위키미디어 커먼즈에는 자기공명 엘라스토그래피와 관련된 미디어가 있다.