Review Korean Circulation J 2001;;;;31((((3))))::::285-289
심근조영초음파를 이용한 심근관류의 평가
고려대학교 의과대학 내과학교실
심 완 주
Assessment of Myocardial Perfusion by Myocardial Contrast Echocardiography
Wan Joo Shim, MD
Department of Medicine, Korea University School of Medicine, Seoul, Korea
서 론
심초음파로 심장의 구조와 기능을 검사하면서 동시 에 심근관류 상태를 평가할 수 있다면 관상동맥질환 환 자의 진단 및 처치에 큰 도움이 될 것이다. 최근 심근 조영 초음파로 심근관류를 검사하는 많은 실험적 또는 임상연구가 빠르게 진행되면서 심초음파로 심근관류를 평가한다는 것이 점차 현실화되고 있다. 본문은 심근조 영 초음파검사의 기초적인 배경과 현재까지 진행된 연 구들에 대한 검토 및 향후의 전망과 제한점에 대하여 기술하고 한다.
심근 조영제
조영초음파는 미세한 기포에 초음파를 조사하게 되면 이를 산란시키는 성질을 이용하여 이를 영상화시킨 것 이다. 초음파를 산란시키게 되면 에코밀도가 증가하게 되므로 만일 혈액이나 심근의 미세혈관내에 이러한 미 세 기포가 있게되면 심초음파검사상 그 부위의 에코밀 도가 증가되어 보이게 된다. 기포가 초음파를 산란시키 는 정도는 기포 반지름의 6승에 비례하므로 이 기포의
크기가 클수록 조영효과는 좋다. 그러나 기포의 크기가 10 μm이상이 되면 미세혈관을 통과하지 못하여 정확 하게 심근관류의 평가를 할수 없으며 4 μm이하로 작 으면 초음파 산란효과가 적은 단점이 있다. 따라서 심 근조영초음파에 사용될 수 있는 조영제는 적절한 조영 효과가 있을 정도의 크기면서도 폐순환 또는 심근의 미 세혈관을 통과할 수 있을 정도로 기체방울의 크기가 작 아야 하고 심근기능의 저하나 혈역학적인 부작용이 없 어야 한다.1)
조영제로 이용되는 미세기포의 구조는 공기나 per- fluoropropane과 같은 기체를 ablumin이나 surfactant 의 껍질로 싸고있는 형태이다. 조영제를 만드는 가장 간단한 방법은 직접 액체상태의 조영제를 손으로 심하 게 흔들어 액체안에 기포를 만드는 것이다. 이런 방법 으로 만든 조영제안의 기포의 크기는 매우 크고 혈액내 에서 잔류수명이 짧은 단점이 있어 좌우단락이나 삼첨 판 부전을 진단하는데만 사용할 수 있다. 다음번으로 시도된 것이 고주파를 이용하여 공기를 미세기체 상태 로 분해(sonication)시켜 포도당 용액이나 radiopaque dye안에 기포를 만드는 방법이나 역시 기포의 크기가 커서 폐순환을 통과하지 못하여 심근조영초음파를 하 려면 동맥혈내나 직접 관상동맥내에 조영제를 주입하 여 심근조영 검사를 할 수 있다.
상업적으로 처음 제조된 조영제는 Albunex(Mole- cular Biosystems Inc. San Diego, California, USA) 로서 이는 변성된 Albumin 막으로 싸여 있는 공기의 교신저자：심완주, 136-705 서울 성북구 안암동 5가 126-1
고려대학교 의과대학 내과학교실
전화：(02) 920-5445・전송：(02) 927-1478 E-mail：[email protected]
microsphere가 들어있는 5% ablumin 용액이다. Al- bunex에 들어있는 기포의 평균 크기는 3.8±0.2 μm 로서 폐순환을 통과할 수는 있다. 그러나 기포의 기체 가 공기로 이루어져 있어 이 기체가 혈액에 쉽게 녹아 들어 기포의 소실이 빠르며 정맥 투여시 심근조영에 필 요한 만큼 충분한 양의 조영제가 폐순환을 통과하지 못 하여 심근의 조영효과가 나쁘며 좌심실내의 높은 압력 에 기체방울이 쉽게 파괴되는 단점이 있다.2) 최근 개발 되고 있는 2세대 조영제들은 기포내의 기체를 공기대 신 용해도가 낮은 고분자 물질의 기체를 사용하였고 이 기체를 싸고 있는 막(shell)의 성분이 지질 또는 표면 활성제를 이용하여 1세대 조영제에 비하여 보다 혈액 내에서의 지속시간을 길게 하였다. 현재 개발되어 임상 연구중인 조영제는 다음과 같다(Table 1).1)3)
초음파 영상기법의 발달
심근조영 심초음파로 심근관류 평가를 가능케한 주요 한 초음파영상의 기술의 발달은 harmonic imaging과 triggered imaging 기법이다. 현재 심장의 구조와 기능 을 검사하는 심초음파 검사는 초음파변환기(transducer) 에서 심장에 전달되고 반사되어 돌아오는 초음파 주파 수중 전달된 초음파 주파수와 동일한 주파수의 초음파 를 가지고 심장을 영상화한 선형영상(linear imaging) 기법을 이용하여 심장을 영상화한 것이다. 반대로 비선 형 영상법(harmonic imaging：nonlinear imaging)은
물체에 초음파를 보냈을 때 되돌아오는 초음파 주파수 중 보낸 초음파 주파수의 2배의 주파수를 이용하여 심 장을 영상화하는 기법이다.4-6) 심근조영 심초음파에서 비선형 영상기법이 효과적인 이유는 현재 개발되고 있 는 조영심초음파 조영제의 미세기포에 초음파를 조사하 게 되면 미세기포가 공명을 일으켜 그 크기가 주기적으 로 팽창수축을 하게 되며 특히 높은 acoustic power를 가진 초음파를 조사하게 되면 팽창수축의 비율이 비선 형적으로 증폭될 수 있다. 그러면 조사된 초음파 주파수 의 2배 또는 3배가 되는 초음파가 비선형 공명현상으로 발생되며 이중에서 2배의 주파수를 가진 초음파만을 선 택적으로 받아 영상화 한 것이 harmonic imaging이다 (Fig. 1). 따라서 반사되는 초음파중에서 조직에서 반 사된, 조사된 초음파 주파수와 같은 주파수의, 초음파 를 걸러내게 되므로 심장구조로 인한 불필요한 잡음을 줄이게 되므로 심근관류 상태를 보다 효과적으로 영상 화할 수 있다. 최근에는 반사된 초음파중 조사된 초음 파와 같은 주파수의 초음파를 동일한 주파수이나 파형 이 거꾸로 된 초음파를 같은 스캔선상에서 연속적으로 조사하여 이를 상쇄시켜(pulse inversion technique) harmonic imaging을 하기도 하나 아직 이의 임상적 의의는 확실치 않다.
Tiggered imaging 이라는 것은 심근조영제 투여후 실시간으로 심초음파를 계속 조사하게 되면 기포가 파 괴되어 심근조영 효과가 저하되므로 간헐적으로 심초 음파 조사를 하여 초음파로 인한 미세기포의 파괴를 감 Table 1. Echocardiographic contrast agents that have been approved by the food and drug administration (*) or are under development
Name Shell composition Gas Manufacturer Albunex*/Infoson Albumin Air Mallinckrodt Optison* (FS069) Albumin Air/PFP Mallinckrodt PESDA Albumin Air/PFC T. Porter Sonazoid (NC 100100) Lipid Air/PFC Nycomed
Definity (DMP115) Lipid Air/PFP Dupont
Imagent (AFO150) Surfactant/powder Air/PFC Alliance/Schering Sonovue (BR1) Surfactant/powder Air/SF6 Bracco
Levovist Galactose/Palmitate Air Schering/Berlex BY 963 Lipid Air Byk-Gulden
EchoGen Surfactant PFC Sonus
PB-127 Bilayer Nitrogen Point Biomedical AI-700 Polymer Air/PFC Acusphere PFP：Perfluoropropane, PFC：Perfluorocarbon
소시켜 심근내 미세기포 농도를 높게 유지시켜 소량의 조영제로도 심근조영 효과를 관찰할 수 있는 방법이 다.7)8) 심전도의 R파나 수축기말에 간헐적으로 심초음 파 영상을 얻어 심박동에 비하여 2：1～5：1의 비율 로 심근영상을 얻는다. 특히 harmonic imaging 방법으 로 triggered imaging을 시행하게 되면 보다 심근조영 의 효과를 높일 수 있게 된다. Triggered imaging은 미세기포의 파괴를 줄여 심근조영 효과를 높일 수 있으 나 실시간으로 심초음파를 시행하는 것이 아니므로 심 근허혈의 중요한 지표인 국소벽운동이상을 관찰할 수 없다. 최근에는“flash echocardiography”라 하여 조 영제를 투입하면서 같은 스캔선상에 초음파를 빠르게 연속적으로 보내 먼저 심근조영 영상을 얻고 첫 번의 초음파 조사로 미세기포가 파괴된 심장영상을 연달아 얻는 방법이 개발되고 있어 실시간으로 심장기능과 관 류상태를 동시에 좀더 용이하게 평가할 수 있을 것으로 생각된다.9)
심근관류 평가
초음파 영상기법과 미세기포의 많은 발달로 심근조 영 영상의 괄목할 만한 진전이 있으나 심근조영 초음파 를 유용하게 이용하려면 조영영상이 의미하는 바를 정 확히 이해하여야 한다.10-12) Thallium이나 Tc-99m sestamibi를 이용한 방사선 동위원소 심근관류 검사법 은 심근내로 동위원소가 능동적 또는 수동적인 이동을
하여 심근내 동위원소가 방출하는 γ선을 영상화하여 이를 심근관류의 평가지표로 삼는다. 동위원소 관류영 상은 최대의 radioactivity를 보이는 부위를 정상적으 로 관류되는 기준으로 하여 이에 비하여 radioactivity 가 낮은 부위를 관류결손 부위로 판단하므로 전체 심근 의 상대적인 관류상태를 판단하는 방법이다. 그러나 조 영제 투여후 관찰되는 심근의 에코밀도의 증가로 심근 관류상태를 판단하는 심근조영 심초음파는 심근의 에코 밀도의 증가가 심근혈액양(myocardial blood volume) 을 반영하게 된다. 심근혈액양은 심근혈류양과는 다른 개념으로서 심근혈류양과 미세혈관내로 혈류의 통과율 (transit rate)을 포함한다. 즉 관상동맥의 협착이 있게 되면 혈류의 통과율이 낮아지고 총 심근혈액양은 증가 하여 심근혈류양을 유지하게 된다.13)
조영심초음파로 심근관류상태를 평가할 수 있다면 그 이용성은 무수히 많다. 관상동맥내 조영제를 투입하여 시행한 조영심초음파의 유용성에 대한 연구는 다수 있 으며 특히 관동맥 혈류예비력의 평가,14) 관상동맥 측부 순환의 평가,15)16) 관상동맥 폐쇄로 인한 심근괴사의 위 험부위 평가,17) 관상동맥 재관류 요법후 심근관류의 평
가18)19)와 생존심근의 진단20-23)에 정확하고 유용한 것
으로 보고되고 있다. 이러한 연구들로서 알게된 사실은 관동맥 조영술상의 관상동맥 개폐의 해부학적인 구조에 대한 정보는 심근관류상태를 판단하는데 매우 제한되 어 있다는 점이다. 여러 연구에 의하여 급성 관상동맥 폐쇄를 재관류 시켜 관상동맥의 혈류가 재개된 TIMI3 Fig. 1. Resonance and harmonics.
상태의 환자에서도 조영초음파로 심근관류 상태를 평 가하게 되면 심근관류가 재개된 환자군에서만 심근기 능의 회복을 기대할 수 있어 단기 및 장기 예후를 호전 시키고 좌심실의 확장의 정도가 심근관류가 이루어지 지 않은 군에 비하여 적다고 알려지고 있다. 따라서 심 근조영 초음파는 환자의 치료방침을 정하고 예후판정 을 하는데 보다 세밀한 정보를 제공할 수 있다.
정맥내로 투여하는 조영제가 개발되면서 부하 심근조 영 초음파가 시도되고 있다. 관상동맥의 협착이 50～
85%정도일 때 심근혈류양은 정상으로 유지되고 있으 나 혈류를 유지하기 위해 관상동맥이 이미 확장되어 있 으므로 혈류예비력은 저하되어 있다. 따라서 협착된 관 상동맥 영역의 심근의 심근혈류양이 운동을 하거나 관 상동맥 확장제를 투여하여도 증가하지 못하게 된다.24) 따라서 부하시 관상동맥 영역별의 관류차이를 조영제 투여후 심근조영 초음파로 진단할 수 있다.25)26) 특히 Porter 등은“accelerated intermittent imaging”이라 하여 심초음파기의 acoustic power의 지표인 mech- anical index를 0.3까지 낮추어 초음파로 인한 미세기 포의 파괴를 줄이면서 심초음파의 영상속도(frame rate) 를 높여 부하 심근조영 심초음파도중에 심근관류만이 아 니라 심근기능의 평가가 가능한 것으로 보고하였다.27)
심근조영 초음파중 초음파로 기포가 파괴되면 심근 조영 효과가 떨어져 이를 방지하기 위한 여러 초음파 영상기법에 대하여 많은 연구를 해왔으나 역으로 이 현 상을 이용하여 심근혈류양을 정량하고자 하는 시도도 되고 있다. 즉 일정 심근내의 기포를 초음파로 파괴시 켜 없앤다음 기포가 다시 심근에 채워지는 속도를 연달 아 초음파 조사로 알게되면 이로서 기포의 심근내 이동 속도를 알게 되며 심근내 혈액분포가 되는 혈관의 크기 를 알게되면 관류혈류양을 알수 있다. 물론 이러한 기 법이 실제로 이용되려면 여러 기술적인 문제점이 해결 되어야 할 것으로 생각되나 심장부하 없이도 심근의 혈 류속도를 구하여 심근혈류량을 구할 수 있으므로 관상 동맥 질환의 진단뿐만 아니라 협착된 정도의 심한 정도 를 평가할 수 있는 근거가 된다.28)
결 론
이상으로 조영초음파에 대한 간단한 배경 및 임상연 구에 대한 소개를 하였다. 심장초음파검사로 심장의 해
부학적 구조 및 기능에 대한 많은 정보를 얻음과 동시 에 심근조영 검사로 심근관류상태를 평가한다는 것은 매우 유용한 정보를 줄것으로 기대된다. 그러나 심근의 관류결손을 평가하는데 심근조영초음파는 이미 심근조 영 평가에 주로 사용되는 방사선 동위원소 심근관류 검 사와 비교하여 비교적 두 검사의 일치율은 양호하나 아 직 그 예민도가 낮아 널리 사용되기는 어려운 상태이
다.29)30) 이를 해결하기 위하여서는 몇 가지 기술적인
문제가 해결되어야 하며 특히 심초음파 영상에서 문제 가 되는 측벽의 에코밀도 저하, 조영제에 의한 bloo- ming 효과와 조직에 의한 초음파 약화 현상등에 대한 보완이 있어야 될 것이다. 또한 초음파와 조영제의 기 포 사이의 상호작용에 대한 보다 많은 연구 및 이에 대 한 이해, 조영제 투여방법, 조영영상을 얻는 방법, 조영 영상의 분석방법등에 대한 연구가 이루어져야 표준화 된 심초음파 심근조영 검사를 시행할 수 있을 것이다.
그러나 이러한 문제가 해결된다면 심근조영초음파는 가 장 간편하고 경제적인 방법으로 심장구조와 기능, 관류 평가를 할 수 있는 검사이므로 그 이용이 매우 빠르게 보편화될 수 있을 것으로 기대된다.
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