A study of spinal mineral assessment using quantitative computed tomography

大韓放射線醫學會誌 짜 22 卷 5ß 5 號 pp. 836 - 847, 1986 Journal 01 Korean Radiological Society, Vo1.22 , No.5, 1986

- Abstract -

정 량적 전산화 단층촬영술에 의한 척추무기질 측정에 관한 연구

부산대학교 의파내학 방사선과학교실 설창효·김병수

A Study of Spina l Mineral Assessment using Quantitative Computed Tomography

Chang Hyo 501

,

M.D. and Byung 500 Kim

,

M.D.

Oepartment of Radiology, Col!ege of Medicine P(jsan National University

For deterrnination of reliability and clinical applicability of spinal rnineral content assessed by quantitative cOll1puted tOll1ography. the basic experiment was undertaken to assure the correlation 01 CT numbers 01 calibration

ll1aterial within phantorn and hurnan vertebral specirnen

And the analytical study 01 mineral contents assessed by whole body computed tomography in 208 normal persons was performed at I)usan National University Hospital lor these last two years

The res미 ts obtained wprp summarized as lollows

1. The concentration of solution 01 dipotassium hydrogen phosphate had a high correlation with CT number with ιorrelation coefficient of 0.99

In experimental study. the nwthod for determining the mid-vertebral line in lateral scout view showed the precision of 1.4% (coefficient of variation)

‘

Short term precision test for mineral content of spine specimens showed 1.9% (coefficient 01 variation) and long term precision test showed 2.4% (coellicient of variation)

~. tv\ean l11ineral content of lumber spines in normal male was 139.0:t35.70mg K

,

HP04/cm³, and the highest value was 167.3:t22.96mg K

,

HPO

,

/cm' in the age range of 20-29 years. With increasing age, there was a gradual loss 01 mineral, so that by age 70 the mineral content was reduced to 85.2:t19.95mg K

,

HP04/cm³ r,. Mean mineral content 01 lumbar spines in normal lemale was 128.7:t41.87mg K2 HP04/cm'. The highest

value ws 169_S:t20.46Il1g K

,

HPO

,

/cll1' in second decade. There was gradual decrease in mineral content to 62.2^:t2S.45Il1g K

,

HPO.,/cm' by 70 years 01 age

6. FrOIl1 40’s 01 age the average ll1ineral content of spine was decreased by 70's, the mineral content in norll1al wOll1en was reduced by 62%, and that in norll1al ll1en by 47%

7. After 40's in women, the mineral content 01 spine was markedly reduced, and the level 01 mineral content in women was lower than in men

이 논문은 1986 년 8 월 18일에 접수하여 1986 년 8 월 26일에 채택되었음.

836 -

- 상장 JL . 깅뱅수 정향적 선산화 단층환영술에 의한 척추무기섣 측정에 관한 연구 -

서 ^료르

인체 골격계의 우기질 함량을 l낭사산학적으로 측정하 는 맹-법은 많은 학자들에 의해 오닷l동안 연구되어 왔다.

이들 망엽은 일반 X선촬영에 의한 측정법 ( radiog ramet ry ), 광자흡수측정 법 (photon absorptiometry) 와 정량적 전산화단층촬영술(quantitative computed

tomography) 이 있 다.

전산화단층촬영술에 의한 골 무기질함량 측정은 1976 년 Isherw∞d 등1)과 Rutherford 등 2) 이 요골과 척골에 대한 최초의 보고가 있은 후 여러 학자들에 의해 인체 각 골격부위에 대한 측정 땅법 및 측정치가 보고되어왔 으며 측정치의 81교적 높은 재현성과 해띤골파 치밀골 을 분리하여 측정할 수 있는 장점이 인정되고 있마. 골 무기질 함량을 척추 해연골에서 측정하는 l낭법은 사지 골파 치밀골에서의 측정에 비해 임상적 。 1 용에 있어 몇 가지 이점을 갖고 있는데 첫째는 골조송증에서 척추골 파 대퇴골 경부의 골절위험이 높다는 점이여 둘째는 해 연골은 치밀골에 비해 약 8배의 높은 tur n -over rate 을 가지 여 칼숨 항상성 (homeostasis)의 변화에 인강 하며 3) 셋찌|는 척추는 약 75% 가 해 연골로 구성되어 있 다는 점이다，

척추의 골 우기쥔함량 측정에 있어 선산화단층촬영슐 에 의한 방법은 척추의 앓은 절펀을- 정 량적무로 영상화 할 수 있으며 따바서 해연골을 치밀골과 공간적으로 쉽 게 분리하여 하l연골의 골우가띈만 측정할 수 있는 이점 이 있다.

전신용 선산화단층촬영기가 국내에도 비교적 많이 분 호하고 있는 점에서 이의 응용。 1 대사성 골섣환의 진단 및 치료에서 임상적으로 중요하게 널리 사용펼 수 있으 나 국내에서 이에 대한 보고가 저자의 운헌조사로는 전 무한 상태이다.

저자는 다l사정 곧질환파 노인성 골조송증의 진단과。l 들 쥔혹애l 외한 척추 잊 디|퇴골 경부골설을 이!망하기위

한 조기진단， 치료의 결정 및 치료효과의 판정에 있어서 연령에 짜른 정상인의 골 무기섣힘량 측정이 중요한 기 초자료을제공할 수 있냐는 판점에서 전산화단층촬영술 에 의한 척추 ε11띤골 우기섣 함$녕} 정 링F석 측정업에 있 어서 측정치의 유용성파 정밀도플 건사하기 위해 인체 복부 형태의 오행과 척추 표본에 의한 기초실험을 하였 고 실험의 방뱀에 따라 연령군벨로 정상안에서 척추 해

연골의 우기질 함량을 측정 하여 이들 망법과 성척 을 운 헌 고찰과 함께 보고하는 바。l 마.

기 후 심 혀

‘ 며

선산화단층촬영술에 의한 척추 해연골의 우거질 함량 측정치으| 정밀도와 정확도를 규영하기 위하여 안체위 연

부조직 파 등가물섣로 알려진 4 ) Lucit e@로 인체복부의

단연과 유사한 형태의 오형을 제작하고 모형 내에 원통 형의 용기를 넣어 용기속에 시체에서 척출한 요추를 넣 었다.

오형의 떤연부에는 직경 약 24mm의 구멍을 77fj픔 뚫 고 구멍 속에는 조정 (calibration)용으로 사용할 시료 를 넣는 polypropylene 용기를 넣었나. 또한 인체 북 부 형태의 모형 밑에는 전신용 천산화단층촬영기의 침 대 ?갈개 형태와 일치하는 형태의 초생달 모양의 모형을

Lucite로 제작하고 역시 직경 24mm의 구영 7개를균 등한 간격으로 뚫고 조준용 용액이 들어가는 polypr.

opylene 용기를 넣었마(Fig. 1).

Fig. 1. Calibration solution cylinders in human torso phantom with spine specimen and scanning phantom

전산화단층촬영기는 부산대학교 의파대학 부속병원에 설치펀 General Electric 사 제 품인 GE CT /T 8800 을 사용하였으며， 절펀 두끼1 10mm, 촬영조건 120KVp, 240mAS 로 288 view, 주사시간 4.8 초의 동태(dynam­

ic) 스캔을 실시하였다 재쿠성된 상에서 척추 해연골 의 CT 얀위 측정은 추체의 선연에서 2mm, 후변에서

- 大韓放射線醫學會홉‘ : 第 22卷 第5 뾰

1986 -

Fig. 2. ROI positioned

at cancellous

portion of spine

specimen in phantom study.

4mm 이상 떨어진 지정의 해연골에서 장경 2.09cm ，단 경

1.43 cm , 199 pi

exel 의 터원형

R

Ol

(reg ion

of

in t re

as

t

)로 추체 관상연 중심션에서 :t 1000 HU (Ho -

unsfi

eld unit) 범위로 측정하였고 (Fig.2) ， 조준용 용액은직경

0.48

cm 의 원형 RO!로 측정하였다. 각 스캔시에는

GE CT

jT 8800 에 내장된 Scout

Vi

ew

System 에 의한 측연 scout view 에서 cusor 조작으 로 스캔위치와 각도를 결정하였다.

제 I 실험

실험방법 ; 인체모형파 초생달형 모형에 각각 7 개씩의 100 mgjcm³, 200mgjcm3, 300mgjcm3, 400mgjcm 3 농도의 K

2 HP0 4

용액이 듣 용기를 넣고 각 농도옐로

5회씩의 스캔을 실시하여 각 농도벨로

K

_{2HP0 4} 용액 의

CT

단위를 측정하였다.

이는 ~HP04 용액 의 농도와

CT

단위와의 상판판 계를 알아보기 위한 옥적에서 시행하였다.

실험성적 : 각 농도별로 5 회씌 실시한 스캔에서 각용 액의

CT

단위는

table 1

과 같이 관찰되었다. 이를 용

Tab!e

1.

Correlation between

K2

HPO. Concentration

and CT Number

K2

HPO. in mg/cm3

CT No.

in Hu

Mean S.D.

100 144/147 145.6

1.36

200

2911294 292.6 1.1

4

300 435/437 436 0.71

400 584/587 585.4 1.41

600

•

/ /

그I5c 。 400

j§g 300

/ /

b

200 100

0.6 100 τδ0 300 4ÚO

K

,

^HPO‘ mg/ml

Fig. 3. Correlation between various concentration of K

2

HPO ‘

solution and

CT number

액의

CT

단위 를 Y축으로 ~HP04 용액의 농도블

X

축무로 했을 때 회귀계수 (r) 는 0.99 의 극히 높은 상판 판계를 보였으며 회귀직선의 방정식은 y=

1.46X

-

0.8

폭은

X

=

0.68

Y

+

0.55로 냐타낼 수 있었다 (Fig.3).

제 2 실험

실험방법 : 3 개의 각기 다른 요추 표본을 인체모형의 용기속에 넣고 30분 간격으로 각각 10회씌 스캔을 실 시하였다. 각 스캔시마다 모형의 위치을 바꾸고 측연

scout

view 상에서 척추의 중심선을 모니터@에서 cu- rsor 로 결정하어 결정된 위치와 각도에서 스캔을 실시 하여 척추 해연골의

CT

단위를 측정하였다.

이는 실제 스캔상 척추체의 중심부를 scout view 상 에서 결정하는 조직L에서 생걸 수 있는 오차를 실험하기 위한 옥적￡로 시행하였다.

실험성적 :제 1 번 척추표본에서는 평균

124 .I

HU 에 대해서 변이계수

1.4

%, 제 2 번 척추표본에서는 평균

100.9

HU 에 대해서 변이계수

1.4 %,

제 3 번 척추표본 에서는 펑균 230 5HU 에 대하여 변이계수

1.5

%로 각 각 높은 정밀도를 보였다 (Table 2).

Tab!e 2.

Variation in CT Number at Sequential Scans Specimens CT Number Mean S.D^‘ C.V.(%) Spine

!

122/

126 124. 1

1.79 1.4 Spine II 99/103 100.9 1.45 1.4 Spine III 226/239 230.5 3.57 1.5

c.

V. coefficient of varition

-

838-

설창효 • 검병수 정량적 전산화 단층촬영술에 의한 척추우기칠 측정어| 관한 연구

온도상승。 l 주 원인。l 되는 CT 단위의 연화를 측정하 기 위한 옥적으로 시행하였으며 연부 조직의 계산치와 골조직의 계산치의 변이 정도를 바교해 보기 위해 실시 하였다.

실험성적 200mg/cm³의 ~ HP04 ^{용액은 펑균치} 145 9HU 에 대하여 표준펀차 2.85, 변이계수 1.9 %였 으며， Lucite는 평균 116.9HU 에 대하여 표준펀차4.52 변이계수 3.8 %였다 。l는 짧은 시간중의 계속적인 스 캔 시에 X 선 광구의 온도상승어| 의한 변이는 골조직의 계산치의 변이가 연부조직의 겨|산치의 변이보다낮응것 으로 추정할 수 있었다

제 5 실험

실험방법 10개의 척추 단띤 4L에서 장정 2.09 cm, 장경 1.43 cm

,

199 piexel 의 타원형 ROI 로서 상하 좌우로 1 piexel 위치를 옮기연서 CT 단위를 측정하였 다 이는 제구성된 척추의 얀연상에서 CT 단위를 측정 할 때 ROI 의 위치에 따른 측정치의 변이을 알기 위한 옥석에서 시챙하였다.

실험성적 230 HU 의 척추 표본에서 X, Y 축으로

piexel 옮길 예의 펑균연화는 0.8HU 였 다. 이는 ROI 의 위치의 결정에서 개인의 오차가 1 piexel 이라 가정 할 때 4) ROI 의 위치에 따른 측정치의 연화는 거의 무 시할 수 있는 것￡호 사료되었마

이상의 실험성적을 분석하띤 1) ~ HP04 용액은 그 농도와 CT 얀위가 극히 높응 상관관계를 보이므로 척 추 해연골의 CT 단위플 K₂ HP04 ^용액의 mg/cm³ 단 위로 mineral equivalent 로 표시할 수 있￡며， 2) 척 추체의 중심선을 정하는데 측연 scout view--'J에서 cu

rsor로써 위치플 결정하는 1닝법은 약 1.4 %정도의 변 이계수로 정밀도가 높았A 며， 3) 재구성된 화연에서 R

이 로 CT 단위블 측정하는데 았어서 숙련된 검사자의 오」차한계인 1 piexel 위치변화에 의한 CT 만위의 변 화는 무시할 정도로 작았으마， 4) 단시간 간격(분만위) 에 때판 계속검사에서 CT 단위의 변화는 골조직에 있 어서 벤이계수 1.9 %의 정밀도가 있으여 장시간 간격 (개월 단위)에 따른 계속검사에서

K

2 HP04 mineral

equivalent 치의 변화는 스캔위치 결정의 오차를 포항 하여 떤이 "11 수 2.4 %의 정밀도가 있었다.

실험방법 개의 척추 표본을 2 개월 간격￡로 6 회 스캔을 실시하여 해연골의 CT 단위를 측정하고 이를

mg/cm³ 단위의 ~HP04 용액의 mineral equivale- nt 로 표시하였다. 환산방법은 초생달형 모형속에 넣은 7 개의 200 mg/cm³ 용액의 CT 단위의 평균치를 구하 고 추체의 CT 단위와 단순 비혀|식으로 계산하였다.

이는 전산화단층촬영기의 X 선 광구와 검출기의 장시 간 사용에 짜흔 변화을 ~HP04 용액의 CT 단위 을 보 상치로 이용하고 장시간 칸격에 따른 계속 검써l 서 측 정치의 정밀도를 알기 위한 목적에서 시행하였다.

실험성적 10 개월간 6 회 실시한 스캔에서 CT 단위 는 펑균 227 HU, 표준펀차 2, 연이계수 0.8

%

였으며，

~ HP0 4 mineral equivalent 로 환산한 측정치는 평 균 152. 7mg ~ HP04/cm

‘

^{표준펀차 3.67, 변이계수}

2.4 %였다 (Fig.4). 이런 정밀도의 측정에는 전산화 단층촬영기의 오차와 스캔위치결정의 오차가 동시에 포 함된 것으후 생각된다.

iIQ、-()n{I”i

@i-

Fig. 4. Variation in CT number and calculated mineral content converted into calibration solution, scann- ed 2 months interval

제 4 실험

실험방법 200 mg /cm³의 K₂ HP0

4

^{용액파 Lucite}

을 조준용 용기속에 넣고 2 회에 걸쳐서 주사기간 4.8

초， single location dynamic study (스캔수 10 개 ) 를 실시하여 각 용기의 CT 얀위를 측정하였다.

이는 짧은 시간중 계속적인 스캔 도중에 X 산 광구의 165

160

155

150

145

\~심짧~

152.7mgK: HP0.‘Icm:1:3.67

10 제 3 실험

240

때 때

(그

I)

」9AEg-「Q

210

200

大韓 I.&il‘t짧짧學會誌 . 第22卷 第5

wî

1986

재료 및 방법

연구대상 :최근 2 년간 부산대학교 의파대학 부속뱅 원에서 체부 선산화단층촬영출을 시행한 사랑중에서 임 상적 o 로 골조송증 및 디l 사성 골질환의 증상， 뱅 력， 검 사소견이 없으며 척추 및 사지골의 골절의 영력이 없으 며， 검사 전 2 년 이내에 일주일 이상 걸어다닐 수 없었 단 상태가 아니었으며， 척추의 X선 사진%에서 앙박골 설의 소견이 없는 건강한 남녀릎 대상으로 하였다.

이 중에서 전산화단층촬영 ÀJ-이나 척추 X 선 샤진상에 서 추간원판 탈출증과 되행성 척추변화를 제외 한 척추 뱅변이 있는 환자는 제외하였다 5)

또한 척추 해연골 무기질함량 측정 옥적으로 시행한 스캔상에서 척추 기저정맥 (basivertebral vein) 이 보 이지 않는 스캔응 저!외하였다.

측정대상으로 선정된 사람응 남자가 16 세에서 77 세 사이로 ll6멍이었으며 어자가 16 세에서 75 세 사이로

92 명이었다.

연구방법 실험에서 사용한 Luc ite 로 제작한초생달 형 오행에 인처1 골조직 퉁가물질로 알려진4 ， &-8)K

2

^HP0

4

200mg/cm³용액을 7 개의 polypropylene 용기에 넣 어 전산화난층촬영기의 환자 쉽대 칼개 사。|에 넣고 환 자와 같이 스캔하였다 (Fig.5).

샤용한 촬영기와 촬영조건은 실험에서 사용한 방법과 같았다 Scout View System 에 의한 측연 scout Vl-

Fig. 5. ROI positioned at cancellous portion of midvertebral level of Ll spine

K2 HPO. 200/cm³ solution in the scanning phan.

tom below the patient

Fig. 6. Cursor localization of mid-vertebrallevel at L1, L2 and L3 on lateral scout view

ew/생l 서 저| 1, 2, 3 요추을 신정하여 추체간격파 펑챙 하는 각도에서 추체 중심션을 cursor로서 정하고 이에 결정된 위치와 각도에서 10mm 절펀 두께로 제 1, 2,3 요추에서 각각 l회 스캔을 하였다 (Fig.6).

요추 하|연골에서 CT 단위의 측정은 실험에서 방법파 같이 하였으며 K₂ HP0₄ 용액의 측정응 7개의 용기에 서 각각 실험에서와 같은 ^{l앙법우로} 측정하고 그 펑균치 를 계산하고， 추체 해변골의 CT 단위는 K₂ HP0₄ 용액 의 동^l균 CT 단위와 단순 미례치로 ，，1]산하여

Kz

^HP04

의 mineral equivalent 로 mg

Kz

HP0

4

^{/cm3로 무기}

섣함량을 표시하였다. ;<1] 1, 2, 3 요추의 측정치를 펑균 하여 펑균 측정치로 하고 각각의 요추에 대한 7i1멜측정 치도 판참하였니.

ki C그 Ã

....,

-i

1. 낚자에 있어서 요추의 펑균 우기질함량은 전 연 령군에서 139.0::1:: 35.70mg K₂ HP0₄/cm³ 이 었다. 20 대에서 가장 높아서 167.3::1:: 22.96mg K₂ HP0

4

^/cm3이

었우며 20 대 이후에는 지속적으로 강소하여 70 대에서

는 85.2::1:: 19.95mg

Kz

HP0

4

^{/cm3까지 감소하였다}

(Table 3). 30 대까지의 우기질함량의 펑균은 약 161 mg

Kz

HP0

4

^{/cm3안테 70 대에는 약 85 mg K2 HP04 /}

cm³으로 약 47 %가 감소하였다 20 대에서 70 대까지 비교적 완만한 정도로 무기섣 함량이 감소하는 경향을

840 -

판찰할 수 있었다 (Fig. 7).

2.

남자애 있아서 제 l요추의 우기질함량은 20 대에 서 171.

5

:t 24.59mg ~HP04/cm3으로 가장 높고 20 대이후부터 지속적￡로 감소하여 70 대에서는

92.0 :t

16.60 으로 감소하였다

제 2 요추의 무기질힘량응 역시 20 대에서 168.6 :t

23.81mg

~ HP04/cm3로 가장 높고 이후 지속적으로 감소하에 70디|에서는 85.7:t 14 .78로 감소하였다.

제 3 요추도 20 대에서 161.

5

:t 22. 74mg ~ HP0₄

I

cm³로 가장 높고 70 대에서는 77

.8

:t 19.38로감소하 였 다(Table 4).

3 냥자에 있어서 전 연령군에서 제 1요추에서 제 3 요추까지 만7'1]적 으로 무기 질함량이 낮은 경 향이 판찰되

었다(Fig.8).

- 설창효 • 깅병수 : 정량척 선산화 단층촬영숭에 의한 척추무기질 측정에 관한 연구

Table 3. Average Bone Mineral

Content of Lumbar Spines

in Male

BMC

in

mg

K

,

^HPO

, / cm

³

Age

S.D

Mean

No

13.93

22

.96

26.80 37.65

18.98

18.25

19.95 158.6

167.3

152.4

129.3 114

103.1

85.2

5

앓 정

mm

mm

m

6 - 19

20 - 29 30 - 39 40 - 49 50 - 59 60 - 69

70 -

35.70

139.0

Total 116

18。

(

’1ε

”

\ 160

울

,;: 140

""

E 120

ζ 잉

m ~ 10。

그

g

여

」 잉 ζ

응 120

80 때 뻐 (낱Q、.〔)ιI“x

gt ) E@

-@

>

Se@

-a」잉:E 240

80

40 50

Age (years)

Fig.

8.

Cancellous

mineral values of

L-l

,

L-2 and L-3

vertebrae of

male.

0:

L-l, 6: L-2, X: L-3

80

% 70 JU

10 20 60 40

40 50

Age (years)

Fig_

7.

Cancellous mineral values of t

he

lumbar vertebrae of male. The values are plotted as a function of age

,

with the mean and 95

%

con fidence intervals shown

80 60 70

20 30 10

Table

4. Bo

ne

Mineral Content of Lumbar Sp

ines

in Male BMC

in mg

L-l L-2 L-3

K

,

HP04

/cm

³

Age No

. of cases Mean:t

S.D. No. of cases Mean

:t

S.

D

No

. of cases Mean:t

S.D.

19 5 163.4

:t 17.27

5 159

.4:t 12.85 5 152.8:t 11.

69

20 - 29 32 1

71.

5

:t

24.59 31 168.6+23.81 31 ‘

161.

5

:t

22.74

30 - 39 25 155.

8:t

28.61 25 152.

1:t

26.85 24 150.1

:t

27.32

40

- 49

19 136.4 +

38.20 17

13

1.

0

:t

38

.4

9

19 127.5:t

38.26

50

- 59

19 119.9+ 19.90

19 11

3.4

:t

19.76

19 109.1:t 18.98

60

-

69 10

110.8:t

20.96

10

10

1.

8

:t

18.74

10

96.8+ 15.23

70

-

6 920

:t 16.60

6 85.7

:t 14.78 6 77.

8

:t 19.38

Total

116 11

3

114

- 大짧放射線훨學슐誌 : 第22卷 第

5

짧

1986- 4.

여자에 있어서 요추의 평균 무기질 함량은 천 연

령군에서

128.7

:t 41.87 mg K₂

HP04 1

cr년이었다 10 대에서 가장 높아서

169.5

:t

20.46mg

~ HP04/cm3이 고 이후 지속적으로 감소하여

62.2

:t 25.45 로감소하였

q(Table 5).

Table 5. Average Bone Mineral Content of Lumbar Spines in Female

BMC in mg

K , HPO. /cm

^J

No. Mean S.D.

Age

- 19 4 169.5 20

.4

6

20 - 29 19 165.7 28.08

30 - 39 17 153

.4

26.36

40 - 49 20 124.9 19.78

50

- 59 16 97.7 13.10

60 - 69 11 78.7 14.34

70 5 62.2 25.45

Total 92 128.7 4

1.

87

10대에서 30 매까지는 바교척 완만히 감소하다가 40 대부터는 비교적 급격히 강소되는 경호에 판찰되었으며

30 대까지의 펑균치는 약

165mg

~ HP04/cm3인데

70

대에는 약

62mg K

₂ HP0

4

^{/cm3으호 약}

⁶²

^{%가 감소하}

였다(Fig.9).

5.

여자에 있어 서 제

l

요추의 무기질함량은

20

대 에 서

169.8

:t 26.27 mg

K

₂ HP0

4

^{/cm3으호 가장 높고}

⁷⁰

m

(~ s

~

-。ι I ” i 흩 160

m

%

-g-a -a>

g -Eg --4

240

40

w æ 40 ~ 00 ro

Age (years)

Fig. 9. Cance

Il

ous mineral values of the lumbar vertebrae of female. The values are plotted as a function of age , with mean and 95

0/0

confidence interval shown

대에서

72.2

:t 33.11 까지 지속적으호 강소하였다.

제 2 요추는 10 대에서

170.3

:t 16.45 mg ~

HP04 I

cm^3로 가장 높고 이후 감소하여 70 대에서

69.2:t 26 .3 0

까지 감소하였다.

제 3 요추의 우기질함량도 10 대에서

167.5

:t 25.64 호 가장 높고 이후 70 대에서

56.5

:t 26.50 으로 지속적으 로 감소하였다 (Table

6).

6. 여자에서 30 대까지는 제 2 요추의 우기질 함량이 높았￡며 40 대 이후에서는 제 1

,

2

,

3 요추 순으흐 우기 질 함량이 낮아지는 경험이 관찰되었다 (Fig.

10).

7.

여자는 남자에 비해 30대까지는무기질 함량이 같 거냐 높다가 40 대 이후부터는 연령증가에 따라 남자는

Table 6. Bone Minera l Content of Lumbar Spines in Female

BMC

in mg

L.l L.2 L.3

K , HPO.

/cm^J

Age

No.

of

cases

Mean

+

S.D No. of

cases Mean 土 S.D.

No. of cases Mean

:t

S.D.

- 19

3

162

:t

13.45 4 170.3

:t

16

.4

5 4 167.5

+

25.64

20

- 29 18 169.8

+

26.27 18 170.2

:t

29.01 18 158.1

:t 33.01

30

- 39 16 164.9

:t

27.92 16 166.7

:t

26.06 17

158.5 士 27.93

40

- 49 20 129.0

:t

19.94 20 125.2

:t

23.53 20 109.3

:t

38

.4

3

50

-

59

16 103.3

:t

14.11 15 100.7

:t

13.70 16 9

1.1 :t

13.67

60

- 69 11 83.8

:t

15.70 11 78.9

:t

15.99 10 74

:t

12

.65

70

- 5 72.2

:t 33.11

5 69.2

:t

26.30 4 56.5

:t

26.50

Total 89 89 89

에 무관해야 한냐 5)

X선 혹은 감마선을 이용하여 골격의 무기질함향을비 첨해적으로 측정하려는 노력응 금세기 초반에서부터 수 않은 학자들에 의해 활띨히 연쿠되어 왔다.처음으호 시 작한 망법은 일만 X신 촬영에 의한 측정법과 광자 흡 수 측정법인더| 이들은 일차석으로 사지골의 치밀골에서 측정하는 망법이다.

사"'1골의 무기질함량 측정은 비교적 쉬우며 널리 사 용되고 있마. 그러냐 사지골에서의 측정을 골조송증이 있는 환자에서 개별적으로 사용하고자 할 때는 민강도 가 낮기 때문에 진단적 가치가 제한되어 있으며 사지골 의 우기질함량은 골조송증에 의한 골절이 초기에 생기 는 척추의 우기질힘량파 충분한 상판관계가 없다 11-13)

X 선 촬영에 의한 측정법은 치밀골의 두께를 주로 중수 골에서 측정하는 방법인데 이 방법으로는 내골 재흡수 (endosteal resorption) 의 정도만 냐타내기 예운에 많 은 대시정 골질환에서 만감성 (sensitivity)이 결여되어 있마14) 단일광자 홉수측정엽(single photon absor-

ptiometry)은 치밀골을 측정하는 망업 중에 널리 사용 되고 보다 정밀한 벙법으로 2，，-，3%의 재첸생파 약， 6

%의 정확도가 보고되어 있냐15，16} 그러냐 단얼광자 흡 수측정엽의 주요한 제한점은 사지골격의 치띨골을 측정

함￡로써 다l사자극에 내한 민감싱이 낮기 예문에 개개 환자의 추적관찰에 있어 효용성이 낮다는 점이마11) 보 다 최근에 개빌된 망멈으로는 이중 광자 흡수측정법

(dual photon absorptiometry)'1，17 ，18) 이 있마. 이는 44 KeV와 100 KeV의 강마션을 l 낭출하는 gadolinium 을 사용하여 정 i상적으로 골문기싣 함량을 gmjcm³단위 로 측정하여 스캔 부우1의 해띤골파 치밀골을 힘쳐서 냐 타낸다. 측정치의 정띨도는 건강한 젊은 내조군에서 2

"-' 3 %, ~ HP04 용액의 모형에서 정확도는 4"-' 10

%

로 보고되고 있나

정량석 전산화단층촬영숲에 의한 골무기질 합량의 측 정은 Ischerwood등1)괴 Rutherford등낀이 EMI 두부 전산화단층촬영기를 이용하여 요골과 척골의 원위부 히|

연골에서 EMI 단위을 측정하여 해연골과 치띨골을 분 리하여 측정할 수 있는 점과 측정치의 티|교적 높은 재 현성을 차유 보고하였다.

이후 Reich 등19 )은 Delta Scanner 와 Nordland - Cameron 골무기질 측정기플 이용히여 Delta단위와 실 세 골좋 촬슐 함량 사。|에 높은 상판관71] (r = 0.97) 가

있마는 것을 보고하였다.

-성창효· 깅영수: 정량적 전산화 단층촬영숭에 의한 척추우기질 측정에 관한 연구-

170

130

% 150

110 (경、-。(}Z￡ 용t) ;드agag -어』@i;a

70

40 5() A,!,e (years)

Fig. 10. Cancellous mineral values of L-l, L-2 and L-3 vertebrae of male‘

0: L.l

,

t::,.: L-2

,

x: L-3

80

30 60 10 20

%

111교적 완만히 감소하는데 비해 여자는 급격히 감소하 는 경향이 있고 40대 이후부터는 여자가 남자보다 무 기질함량이 낮은 경 향이 관찰되 었다.

인체 골격계의 골량을 측정하는 방법은 않은 학자들 에 의해 오랫동안 연구되어 왔다. 그 방법들 중에는 비 타민 D 대사물질과 부강상선 흘온의 측정，혈장중의 칼 숭， 우기인의 측정파 요중의 결숨， 무기인， hydroxypr.

olyne의 측정등을 포항한 검사실적인 방법파 장골 골 생건에 의한 조직형태 측정법(his tomorphometri c in-

ve~tigation )9) 이 있다. 비침해적인 방법으로는 체니}

총 칼숨량을 측정하는 중성자 활성화 검사법 (neutron activation analysis) lO)과 일정한 부위의 선형 감쇄계 수(linear attenuation coefficiency) 의 측정에 기초 를 둔 땅사선학적인 방법이 있다. 이때 선형 감쇄계수 는 골의 무기질 항로벼| 상환H 서 변하게 된다잔

골무기질 함량을 측정하는데 있어서 가장 이상적이고 펀러한 땅법이 될려연 다음의 몇가지 조건을 충족시쳐

야 하는데 첫째는 ll]침해적이어야 하고， 둘째는 환자에 게 고통을 주지 않고 시행하기가 칸펀해야 하며，셋째는 높은 정밀도(precision ), 정확도(accuracy) 와 지|현 성 ( reproducibil ity)을 가지고 골무기질 함량의 연속 적인 측정이 가능해야 하며， 넷째로는 해띤골과 치밀골 을 구분하셔 측정할 수 있어야 하며， 다섯째는 골의 형 태와 크기， 지방파 근육과 같은 연부죠직의 개처1 벨 변。|

찰 고

大짧lidl‘l~협￡양會끓‘ • 第 22환 第5 號 1986 -

1978년 Marschall등3) 이 최초로 CT에 의한 척추골 의 우기질 함량 측정을 시행하고 척추 해연골측정의 영 상적 중요성을 강조하였으며

EMI

단위와 골무기질 함 량 사이에는 선형 상판관계가 있음을 증명하고 1 %의 높응 민감도플 보고하였다.

정량적 전산화단층촬영숨은 최근에 와서 골무기결 함 량 측정의 비침해적이며 정확한 방법으로 인정되어 정 상치의 측정뿐만 아니랴 각종 대사상 골질환의 진단 및 치료에 있어 널리 응용되고 있 A 며 12

,

13

,

20-28) 이중광자 흡수측정볍에 비해 둔가지 장점이 안정되고 있는데 3 차원적무로 정확한 해부학적 위치를 장아 직접 CT 단 위플 측정할 수 있마는 정파 치밀골파 해연골을 분리하 여 측정할 수 있기 띠|운에 치밀골파 해연골을 짝}쳐서 측 정하는 이중광자 흡수측정법에 비해 만강도가 높다는점

이마 29)

골격은 80%의 치일골과 20%위 해연골로 구성되어 있다. 사지골끽은 주호 치밀골로 구성되어 있으냐 척추 는 추체에는 대부분이 해띤골로 도|어 있고 치빌골은 추 난판(vertebral end plate )괴 척추 후철( posterior

e lement)에 분표한다 해면골은 ><1빌골에 IJI 해 약 8 비| 의 높은 turn -over rate 블 가지 고 있으며 ³⁾ 체적 에 비해 표띤이 넓은 사실로써 일부 쉰병펀 수 있다. 이러 한 높은 turn-over rate 는 에 사지→극에 외 한 높은 반 융이 얀어냐게 힘으로써 히l 띤골에서 우기질 함량측정이 늪은 맨강성윤 가지케 한냐.

깐산화난층촬영술이l 의한 골뚜기섣 힘-량의 정량적 측 정에 있어서 l나도시 하|결해야 한 몇가지 중요한 기술직 인 운세점이 있다. 첫째는 골무기섣 함량 측정치의 정 확도 운제이냐. 이는 두7 씨 인;<1에 의해 영호뇨을 받는 데 하냐는 :;<11 산펀 감쇄 :;<11 수의 정확도의 문제이며 마론 하냐는 골척을 우성하는 콸섣에 판711 되는 운치|이다.

둘째는 측정치의 정밀도의 운제이나. 이는 대사성 골 2설환의 진행상태와 치료의 효과를 판정하는데 있어서 소량의 우기섣 변화플 감지할 수 있는 민감도에 판계되 기 때문이다. 정밀도는 두가지 풍요한 조건에 의해 좌 우되는데 시간에 때촌 전산화단층촬영기의 벤화와 관련 된 운제와 스캔시에 정확한 촬영부위 선정과 측정 부우}

선정 의 재현성 운저| 이 다4)

조직의 농도를 표시하는데 흔히 사용되는 Hounsfie- ld 단위는 물의 신형 감쇄계수에 대한상대값으로 마음 식과 같이 표시할 수 있다.

μ-μwat 73 KeV

CT number = õ X 1000 Hounsfield pwat 73 KeV

unit (HU)

CT에서 사용히는 X선은 KVp로 정의되는 연속 스 펙트렁을 가지기 때운에 X 선이 인체를통파할 해 효파 적 인 광자 에 너지 (eff ective pho ton energy)는 높은 광자에너지치(photon energy value) 로 분포곡선이 천이하는데 。|을 beam hardening effect 라 하고 이 는 CT density value 가 감소하는 결파로 나타난다.

이를식으로 표시하연

pd = -

1꽉

(1 : detector output signal before

attenuation, 10 : detector output signal after att- en떠 tion) 와 같다. 이렌 현상을 보상하기 위한여러가 지 1앙법 이 고안되고 있는데 linear beam hardening

correctlOn 파 material selective beam hardening correctlOn 이 있 다. 이들 방법 은 상엽 적 전산화단층촬 영기으1 soft ware 로 포함되고 있으며 이런 보상방법으 로 정 향적 오차 (quantitative error)는 약 1%로 보고 되고 있다30)

Beam hardening effect 를 보상하는 방법 중에 이 중에너지 (dual energy) CT가 이론적 및 실제적으로 가장 좋은 땅법우로 알려 져 있다 20， 22 ， 23) 그러 냐 이 기 계는 세계석으로 몇군데 연쿠소에 살치되어 있으며 이 의 운용은 제작회사의 계속적인 기술지원이 있어야만가 능하나. 그러냐 엄상적 응용에 있어서 이중 에너지 CT 는 대부분의 상황에서 꼭 필요한 것은 아니다. 물론 특 정한 환자에서 우기질 항량의 측정이 높응 정확도를 요 구하는 경 우도 있을 수 있으냐 우기질 함량만이 골절의 위험도를 냐타내는 것이 아니기 띠!운에 일반석인 진단 옥석에서는 이러한 높은 정확도가 필요없다고 할 수 있 으며 22) 추적관찰에 있어서도 단 에너지 (single ener-

gy) CT로도 높은 정밀도을 유지할 수 있다 29) 정량적 진산화단층촬영숭의 정확도에 영호뇨을 주는 두 번째 인자는 척추내의 지방 함량에 판계되는 운제이다.

개체에 짜라 지방 함량이 20 %까지 차이가 남으호써 생 기는 실질적인 요차는 여러가지 에너지에서 스캔을 실 시하여 골우기질이 다른 연조직에 111헤 이온빌도에 민 감히 l난융하는 성질을 이용하여 극소화시킬 수 있는 땅 법을 Genant등 3D이 모형실험에서 증명하였￡냐 인체

844 -

- 설창효 • 깅벙수 정량적 전산화 단층촬영술에 의한 척추우기질 측정에 관한 연구

에 디l한 적용에 있어서 정확도에 대한 보고는 없다.

전산화단층촬영슐에 의한 골)우기섣 측정에 있어서 고 려해야 할 두벤째 문제는 정밀도이다. 정밀도는 크게 두가지 요인에 의해 죠L우되는 것으로 보고되어 있는터1⁴) 시간에 때운 선산화단층촬영기의 변화와 스캔부위의 정 확한 선정의 운제이 나. 첫 번째 요인은 단시 간 (분 단위) 의 재현성과 정시간(개월 단위)의 ;<11헨성으로 냐눠 싶 험할 수 있는데 단시간의 재현성에 있아시 Cann등4)은 정 밀도 1.5 %. Cann 등32)응 0.9 %. Genant 등8)은 2 3

%를 보고하였는데 저자의 경우는 1.9 %였다 장시간 제현성에 있어서 Cann등4)은 2.8%의 정띈도을 보고 하였는터| 저자의 경우는 1 9 %였다 Cann 등32)은 장 시간 자|현성에 있어서 정밀도가 3.5 % 이내이연 충분히 정 량적 캠사가 가능히-다고 주장하였 다 . 스캔 부우| 선정 의 재현성에 있어서는 전산화단층촬영기에 내장펀 Sc.

out Vi ew System이 개l딛되기 이선에 Cann등4) 과 Cann등32) 이 개말한 영상 제주성법에 으l한 살험에서 각 각 1.5%와 0.4 %의 정빌도을 보고하였나.

저자가 사용한 기7-11는 Scout View System이 내정 된 GE CT!T 8800 이었기에 측연 scout vlew 상에서 cursor 로서 스캔부우| 를 산정 하는 l상법으로 실험하고 인 체 스캔에도 적용하였으며 모형실험에서 1.4 %의 정밀 도플보였다.

정 량적 전산화단층촬영 슬에 의 한 골무기섣 1)-량 측정 으l 임상적 이용에 있어서 고려해야 할 또 하냐의 운제

;셈이 있다. 이는 제작회사벨로 수않은 종류의 전산화단 층촬영기가 있으며 통일한 기종。|더라도 지|작년도.X산 광쿠의 노화 정도가 각각 다프기 띠!문에 늑정한 장소에 서 특정한 기종에 의한 정상인의 측정치를 냐른 장소의 마은 기종에 융용하는데 있어서의 운제점이다. 이는 동 일 개체 촉운 척추 표본을 각각 마른 장소， 다른 기종으 로 측정하여 촬영기 간의 변이도 (interscanner vari-

ability)를 살험함으로써 해결될 수 있는데 Genant등 8)은 4 개의 각기 다른 장소， 다흔 기종에 대한 살험에 서 3~4%의 변이껴|수로 지|현성이 있으묘로 한장소에 서 한가지 기종무로 측정한 정상치를 다른 장소，마른기 종에도 응용힐 수 있음을 주장하였다.

서구인에 있어서 정량적 전산화단층촬영술에 의한 연 령에 따른 정상인의 척추 해띤골 우기질함량에 대한 조 시는 Cann 등 33) 과 Genant 등8) 에 의 해 각각 183 명 파 320멍에 디|한 조사가 있으냐 국계에는 저자의 운현조 사로는 한재까지는 없다. Genant 등8)의 조사에서는 30

대까지의 남자의 펑균치가 175mg ~ HP0₄!cm³• 여자 에서 175mg κHP0

4

^{!cm3으로 보고되어 있으냐 저자}

가 조사한 펑균치는 남자가 161. 여자가 165로 다소낮 은 경향을 보αl주고 있었다.

또한 30대 이후에서 70대에 도달할 때까지 남자에 서 40%. 여자에서는 50 %의 골우기질 감소가 있다고 보고하였는데 셔자의 조사에서는 남자 47

%.

여자 62

%로 마소 높은 감소를 보였다 이들 구미안에 대한 측 정치와 저자의 측정치가 차。l가 생기는 이유는 동서양 인의 체질인류학적인 차이에 기인한 것이지 미국에서 제 작한 선산화단층촬영기을 쿠미안에 비해 체쿠가 작은 동 양안에 적용하였기 때문에 생기는 것인지 혹은 저자가 선정한 측정대승L군의 문제점이 있는지는 확실치 않다.

이의 규l성을 위해서는 앞으로 보마 많은 정상인에 대한 측정과 장골 골생검， 이중광자 흡수측정법 등의 정향적 전산화단층촬영술 이외의 땅볍고벼 >11교에 의한 연우가 계속되어야 할 것으로 사료된다.

.u.. ζ3 ^{。 t}_「

저지는 척추골우기질함량을 정량적으로측정하는데 있 어 정량석 선산화단층촬영숭에 의한 측정치의 유용성파 정밀도을 검사하기 위하여 인체오형파 척추 표본을 。 l 용승배 기초실험을 하였고 최근 2년간 부산매학교 의 과대학 부속병원에서 체부 선산화단층촬영숭을 시행한 정상 난자 116영파 이지 92영에 때하여 정량적 전산화 단층촬영울에 의한 척추골 우기질함량을 측정한 성척을 요약하연 마음과 같마.

l 기초실험에 있어서 K₂ HP0₄ 용액의 농도와 CT 단위는 회귀계수 0.99의 높은 상판판계를 보였다.

2 척추체 중심선을 측띤 scout view 상에서 정하는 망법은 실험에서 약 1.4 %의 정밀도을 보였다.

3. 척추표본의 CT 단위는 단시간 간격검사에서 변 이제수 1.9 %의 정밀도를， 장시간 간격검사에서 변이계 수 2.4 %의 정밀도를 보였다.

4. 정상 남자의 요추 펑균 무기질함량은 전 연령 평 균은 139.0:t 35.70 mg ~ HP0₄!cm³ 이 며 20 대 에 서 167.3:t 22.96mg K₂ HP0

4

^{!cm3으로 가장 높고 70대}

에 85.2:t 19.95미g ~ HP0

4

^{!cm3까지 지속적으로 강}

소하였냐.

5. 여자의 요추 펑균 무기결함량은 전 연령 펑균은 128.7:t 41.87 mg ~ HP0₄!cm² 이 며 10대 에서 169.5

- 大웰放射線醫學會註、 · 第 22 卷 第5 號 1986 -

:t 20.46 mg

K

₂ HP0

4

^{/cm3으로 가장 높고 70 대에 62}

^.2

:t 25.45 mg K₂ HP0

4

^{/cm3까지 지속적으로 감소하였다.}

6. 연령에 짜릎 요추 평균 무기질함량은 40 대 이후 70 대까지 남자에서 약 47

%.

여자에서 약 62 %가 강 소하는 양상을보였다.

7. 40 대 이후 여지눈 냥째1 비해 우기질함량이 급 격히 감소하여 남자위 우기질함량보다 낮응 양-<J-을 보 였다.

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