백서 간종양에서 자기공명 T1 map을 이용한 종양특성의 정량 분석

Abstract

[한글]

양성자 자기공명영상은 의심되는 종양의 발견과 이미 발견된 종양의 특성을 진단하는 임상 종양학의 중요한 진단 도구로 정립되어있다. 자기공명영상을 이용하여 조직의 특성을 진단하기 위해서 다양한 정성적, 정량적인 매개변수들이 제안되어왔다. 일반적으로 병변의 감별에 상용되는 T1 강조 영상이나 T2 강조 영상들은 서로 다른 조직간의 경계선과 병변을 정상 조직으로부터 구별하기 위하여 적절한 신호의 대조를 주는데, 대체적으로 시각적인 구별에 목적을 둔다. 그러므로 서로 다른 시간, 서로 다른 MR 영상 기기로 측정된 같은 부위에 대한 영상이 동일한 영상 신호를 제공하지는 않는다. 상용되는 T1 강조 영상, T2 강조 영상, 또는 양성자 밀도 영상은 담낭 및 피하지방과 같은 주변의 다른 조직과의 상대적인 신호 비교를 통하여, 병변에 대한 정성적인 정보를 일부 제공하지만 그 절대성 또는 정량성은 결여된다.

어느 특정 조직에서 T1과 T2 이완 시간은 주어진 물리적 환경에 따라 달라지게 되어 이론적으로 관측되는 T1과 T2 이완 시간을 이용하여 조직내의 양성자의 동적 특성과 주변 환경을 예측할 수 있다. 이때 대개 병변 조직들의 T1은 큰 폭으로 변하는데 비하여 T2 이완 시간은 그 변화 정도가 작다. 그러므로 이들 영상신호 특성들, 특히 T1의 정량화는 이를 조직구축학적(mapping)으로 분석한다면 다양한 간조직 병변과 종양발전단계의 조직변화를 나타내는 비침습적이고도 유용한 지표로 이용될 수 있으리라 기대된다. 또한 다양한 간 질환의 감별진단과 그 질환의 심도(severity)등의 구별도 가능할 것이다.

본 연구에서는 화학적 물질로 백서 간에 종양을 만들고 조직의 T1 이완시간 자체가 영상의 신호의 세기인 새로운 자기공명영상인 T1 map을 만들어 이를 병리학적 소견과 비교하여 T1 map이 병리학적 소견과 어느 정도 일치하는지를 조사하였다. 그리고 이들 정보를 이용하여 간조직 병변의 특성 분석에 이용될 수 있는 정량적인 정보를 얻음으로써 궁극적으로 인체에서도 T1 map이 간종양의 감별진단에 유용할 것인가를 알아보고자 하였다.

이를 위하여 40마리의 백서에 24 mg/kg의 N-nitrosomorpholine을 식수에 첨가하여 30주에 걸쳐 투여하여 간에 화학적으로 종양을 유도하였다. 자기공명영상과 T1 map은 임상용 1.5T의 자기공명영상장비를 이용하여 얻었다. 촬영시 발생하는 움직임에 의한 오차를 제거하기 위해 촬영 직전에 백서를 희생시켰다. 손목 (wrist) 코일을 이용하여 200, 400, 600, 800, 1000, 1500 msec의 6개의 반복시간으로 스핀에코 펄스열을 사용하여 쥐 간의 횡단면 영상을 얻었다. 이와 같이 얻어진 영상들을 네트웍을 통하여 워크스테이션과 개인용 컴퓨터로 전송하여 T1 map작성 및 영상 후처리를 하였다.

26주 이후에 희생한 30마리 중 22마리에서 38개의 간내 국소병소가 생겨 자기공명영상과 조직학적 소견을 비교하였다. 이들은 6개의 낭종, 2개의 혈관종, 1개의 지방종, 2개의 섬유화를 동반한 담관상피식, 8개의 이형성 결절들이었고 또 간세포암이 15개, 육종양

상피암이 2개, 그리고 담관암과 간세포암의 혼합형이 2개였다. 간세포암의 분화정도는 Edmonson-Steiner등급에 따라 분류할 때 1등급이 3개, 2등급이 11개, 3등급이 1개였다. 대상 백서 전체의 간조직 T1은 평균 709±11 msec 였으며 이중에 악성종양이 발견되지 않은 16마리의 경우는 715±32 msec였고 반대로 악성종양이 발견된 14마리의 경우는 690±44 msec였으나 통계학적인 차이는 없었다. 지방종의 T1은 452 msec로 측정되었고 섬유화를 동반한 담관상피증식은 799±115 msec였다. 혈관종과 낭종의 경우는 각각 845± 15 msec과 860±44 msec로 가장 긴 T1으로 다른 병변들과 유의한 차이를 나타내었으나 서로간에는 의미있는 차이를 보이지 않았다. 이형성 결절의 T1은 723±36 msec이었으며 간세포암의 T1은 761±54 msec로 의의있는 차이를 보였다(p<0.05). 간세포암의 분화도에 따른 T1은 1등급이 714±33 msec, 2등급이 770±55 msec, 그리고 3등급이 783 msec로 분화가 나쁠수록 T1이 증가하는 경향을 보였다. 그러나 분화가 좋은 1등급의 경우는 정상 간실질이나 이형성 결절과 차이가 없었다. 육종양상피암의 경우는 841±29 msec로 혈관종과 유사한 정도의 T1을 나타내었으며 조직소견상으로는 심한 종괴내 괴사가 관찰되었다. 담관세포암과 간세포암의 혼합형의 경우는 742±7 msec으로 간세포암과 의의 있는 차이는 보이지 않았다.

간종양에 적용한 T1 map은 통상의 T1 또는 T2 강조영상들과 전혀 다른 음영대조를 보였고 이를 이용하여 혈관종이나 낭종과 간세포암의 감별진단 또한 이형성 결절과 암종의 구별도 어느 정도 가능하였다. 그러나 영상의 질은 기존의 영상에 비해 다소 떨어져 이의 개선이 필요하리라 생각된다.

이상의 결과를 종합하면 국소 간질환에 적용한 T1 map은 통상의 T1 또는 T2 강조영상들과 전혀 다른 음영대조를 제공하며 간내 종괴의 감별진단, 특히 이형성 결절과 암종 그리고 양성 병변을 감별진단하고, 종양의 분화도등의 조직특성을 판단하는 중요한 객관적인 지표가 될 것으로 생각된다.

[영문]

The proton MR imaging is a well established diagnostic tool in clinical oncology, providing information about known or suspected tumor detection and characterization. In general, the conventional T1 and T2 weighted images need adequate contrast for differentiating lesions from normal surrounding tissue for visual recognition. The images of the same location may vary according to the scanning parameters and the type of scalier. The conventional T1 and T2 or proton density weighted images lack the absolute or quantitative information of the lesions, even though somewhat qualitative evaluation is possible by comparing the signals with the adjacent tissues such as gallbladder or subcutaneous fat.

T1 and T2 relaxation times in a specific tissue vary according to the given environment. It reflects the physical environment experienced by protons in the tissue. Theoretically, by measuring T1 and T2 relaxation times, one may be able to predict the dynamic characteristics and the environment of protons in a tissue. The variation of T1 is usually larger than that of T2. Thus it is expected that these characteristic imaging parameters, especially T1, might be a noninvasive and useful indicator reflecting various hepatic lesions and the histologic alterations on the various stages of carcinogenesis through the histologic mapping analysis. The differentiation of various hepatic diseases and their severity might also be possible.

The purpose of this study was to apply the T1 map for the evaluation of chemically induced focal hepatic lesions of rat on a commercially available 1.5 T scanner, and to assess the value of T1 for the characterization of hepatic lesions. In this study, T1 map of the focal hepatic lesions was compared and analyzed with their pathologic findings. With these information the feasibility of using T1 map as an indicator for the differential diagnosis of the various human hepatic lesions was evaluated.

The chemical induction of focal hepatic lesion was done on forty male Sprague-Dawly rats with daily feeding of 24 mg/Kg of N-nitrosomorpholine in drinking water. Using wrist coil, a series of axial spin echo hepatic MR images were taken with the TRs of 200, 400, 600, 800, 1000, 1500 msec for the calculation of T1 map. The image data were transfered to the workstation and PC for T1 mapping and post-processing of images. Survived 30 rats were sacrificed after 26 weeks from chemical induction. MR images were compared with the histopathologic characteristics of the 38 lesions in 22 rats. There were six cysts, two hemangiomas, one lipoma, two cholangiofibrosis, eight dysplastic nodules, 15 hepatocellular carcinomas, two sarcomatoid carcinomas, and two cholangiohepatomas. The degree of differentiation of hepatocellular carcinoma was classified according to the Edmonson-Steiner grade. There were three grade Ⅰ, 11 grade Ⅱ and one grade Ⅲ hepatocellular carcinomas. The mean hepatic parenchymal T1 was measured to be 709±11 msec. The T1 of the non-cancer bearing parenchyma was 715 ±32 msec and that of the cancer bearing was 690±44 msec. Slightly lower T1 in cancer bearing parenchyma was noted, but without statistical significance. The T1 of lipoma was 452 msec, and that of cholangiofibrosis was 799±115. The T1s of cysts and hemangiomas were 860±44 msec and 845±15 msec respectively. The T1s of hemangiomas and cysts were significantly higher than that of dysplastic or malignant nodules. The T1 of the overt hepatocellular carcinoma was 761±54 msec, which showed diverse scatter, but significantly longer T1 than that of dysplastic leisons(723±36 msec). The T1 of grade Ⅰ hepatocellular carcinoma was 714±33 msec. And those of grade Ⅱ and Ⅲ were 770±55 msec and 783 msec. The tendency of increasing T1 was noted as the grade went up. But the T1 of grade Ⅰ showed no significant difference with surrounding parenchyma. The T1 of sarcomatoid carcinomas was 841±29 msec, similar to that of hemangioma. Massive intratumoral necrosis seemed to be the cause of long T1 in histologic correlation. The T1 of cholangiohepatomas was 742±7 msec, which is not significantly different with that of hepatocellular carcinomas. The T1 map demonstrated very unique contrast of focal hepatic lesions. The characterization of various focal hepatic leisons was possible with T1 map. However, the quality of images are needed to be improved more.

In summary, T1 map applied to focal hepatic lesions gave unique contrast difference to conventional T1 or T2 weighted Images and it may become an important objective indicator assessing and differentiating the histologic characteristics of focal hepatic lesions, especially dysplastic and benign nodules from overt malignant hepatocellular tumor.