대 한 방 사 선 의 학 회 지 1994; 30( 6) : 1051-1056
생체내·외 기관의 자기공명영상소견 1
김 명 준·서 진 석·정 현 주2
목 적:초직학적 구성층에 따른 기관의 신호 특성을 밝히기 위하여 생체 및 사체를 대상으로 연구 하였다.
방법 및 대상: 11 명의 환자 (종격동 종괴 2예， 대동맥 기형 2예， 기관 협착이나 외인성 기관식도천공 4예， 피열후두개주름의 비후나 종괴가 의심되었던 2예， 유암종 뼈 1) 와 1명의 지원자， 사체에서 얻은 기관에대한 자기공명영상 을 얻었다. 다앙한 코일 (경부 코일， 이중 3 인치 코일， 두부코일， 및 체부코 일)을 사용하여 축상 및 관상 영상을 얻었다. 기관의 조직학적 층과 자기공명영상에서 다른 신호강도 로 나타나는 층 과를 비교하였다.
결 과:생체내 · 외 기관의 자기공명영상 모두에서 기관은 신호강도가 다른 두층으로 보였으며 내 층은 중， 혹은 고신호강도를 보였고 외층은 저신호강도를 보였다.
조직학적으로 기관연글은 모든 영상방법에서 점막하층은 T1 강조영상에서 중간 신호강도를 보였으 나， 다른 영상방법들에서는 고신호강도를 보였다. 그 이유늠 점막하층이 점액과 점액선을 함유하기 때 문이다. 점막층과 외측연골막은 자기공명영상 서 분별할 수 없었다.
결 론:기관의 구성층별로 자기공명영상 신호강도가 다르다는 것을 밝히는 것이 앞으로 기관 자체 의 병변이나흑은주변병변의 침윤을평가하는데 도움을주리라고생각한다.
서 론
자기공명영상의 해상력및 연조직 대조비가 좋아점에 따 라 정상 및 병적 구조물의 형태학적 연구가 발전하게 되었 다. 특히 조직학상 여러 층으로 이루어진 구조물중 비교적 표층에 위치한장기를대상으로자기공명영상소견과조직 학적 형태를 비교하려는 연구가 있었다(1， 2). 저자들은 평 상 호홉시 움직임이 적고 피부차까이 위치한 기관 (tra
chea) 을 대상으로 자기공명영상술을 시행하여 몇개의 층 을 볼 수 있고 어떤 신호강도를 나타내는 지를 알기위해 본 연구를시행하였다.
대상및방법
대 상
종격동 종괴(폐분리증， 신경모세포종) 2예， 대동맥 기형 (이중대통맥궁， 우대동맥궁빛 이상좌쇄골하동맥) 2예， 기 관 협착이나 외인성 기관식도천공이 있던 4예， 피열후두개
1연세대학교 의과대학 진 단방사선과학교실 2연세대학교 의과대학 병리학교실
이 논문은 1994 년 1 월 8일 접수하여 1994 년 3월 21 일에 채택되었음
주름 (aryepiglottic fold) 의 비후나 종괴가 의심되었던
2
예， 기관지경 조직생검상 확진된 기관 유암종( carcinoid)
1예와 정상 지원자 1명의 기관을 대상으로 하였으며， 나이 는 3개월부터 39세까지였다. 한편 기관이나기관지에 질명 이 없었던 사체에서 갑상선을 포함한 기관의 일부(두께 ; 약 3cm) 를얻어 자기공명영상을실시하였다.
자기공명영상기및 coils
1.5T 자기 공명 영 상기 (Signa,
GE Medical Systems
,Milwaukee
,Wisconsin
, U.S.A.) 를 사용하였고 성 인 환자 에서는anterior or volume neck
coil, 소아환자에서는body or
head coil을 이용하였으며 정상 지원자와 사체에 서 얻은 기관에는 3 inch dual coil을 이용하였다.생체 기관의 영상조건및 검사방법
환자에서는 T1강조 (TR 500-600/TE 11-20) 횡단， 시 상， 관상 영상및 양자， T2강조 (TR 2000-3000/TE 30， 8이 횡단영상을 얻었다. 일부 환자에서
fast spin echo
T2강조(TR
3000,4000/Effective TE
95, 162,Echo train
16), inversionrecovery(TR
2000,TE 40
, TI 140) 횡단영상을 얻었다. 시야16-24cm
, 절편두께 3- 5mm, 절편간격1- 1.
5 mm, matrix size
256x
128-256, excitation 숫자대 한 밤사 선 의 학회 지 1994 : 30( 6) : 1051- 1056
는 1-2회 였다. 소아환자 10명중 5명에서는 심전도유도하 에 검사를실시했다.
조영증강 (gadopentetate dimeglumine, Magnevist, Sc- hering AG, Germany) T1강조 횡단 혹은 관상영상은 기 관협착， 피열후두개주름의 비후나 종괴가 의섬된 경우， 기 관유암종환자에서 실시하였다.
정상 지원자에서는 T1 강조 (TR 400/TE 20), fast spin echo T2강조 (TR 4000 effective TE 100
,
Echo train 8) 횡단 영상을 얻었고 시야 8cm, 절편두께 5mm, 절편간격 1.5mm, matrix size 256x
192-256, excitation 숫자는 4 였다. 3 inch dual coil을 양측 갑상선부위에 고정시켰으며 심전도유도없이 영상을 얻었다.사체 기관의 영상조건및 검사방법
사체에서 얻은 기관절편은 식엽수나 포르말련 용액에 넣지않고 공기중에 노출하였고 조직을 넣은 플라스틱용기 양옆에 3 inch dual coil을 수직으로 세워 검사를 시행하였 다. T1 강조 (TR 500/TE 20), 양자， T2강조 (TR 2000/
TE 30, 80) 횡단및 관상영상을 얻었고 fast spin echo T2 강조영상 (TR 4000/Effective TE 110, Echo train 8) 은 횡단면만을 얻었고 시야 8cm, 절편두께 및 간격은 각각 3 mm, 1 mm, matrix size 256
x
192, 256, exci tation 숫자a b
a b
는 1-2 회였다. chemical shift artifact 의 능성을 배제하 기 위 해 frequency, phase direction을 바꿔 서 영 상을 얻 었 다.
기관연글의 신호강도분석
시야 8cm로 얻은 영상으로는 기관 각층의 두께가 앓아 최소 관심영역을 기관의 각 층에 위치시켜도 주변 다른 층 이 관심영역에 포함되어 정확한 신호강도를 측정할 수 없 었다. 따라서 command line image processing system (CLIPS) 을 이용하여 각 영상의 신호 histogram을 얻어 경추부위 기관의 각 층별 신호강도를 갑상션과 흉쇄유돌 근의 신호강도와 상대적으로 비교하였다.
조직학적으로 같은 유리연골인 무릎 관절연골의 신호강 도는 정상 무릎을 보인 환자의 T1, T2강조 시상영상 (TR 600
,
2000/TE 16,
80/FOV 14cm/ slice thickness 3 mm/ matrix 256x
256, extremity coil)을 참고하였다.기관의 조직학적 검사
사체에서 얻은 기관은 자기공명영상을 실시한후 바로 조직절편을 만들었고 hematoxylin-eosin 염색을 하여 기 관을이루는각층의 조직학적 구조를관찰하였고교원질
(collagen) 분포를 알기위해 trichrome 염색을 실시하였
Fig. 1. MR imaging 01 the trachea in nor- mal volunteer.
Spin echo T1 weighted (TR400/TE20) (a) and last spin echo T2 weighted (TR4000 ITE100Ef) (b) axial images show i nter- mediate to high signal intensity 01 inner layer and low signal intensity 01 outer layer 01 the trachea
Fig. 2. Subglotlic stenosis in a 15 year-
。Idlemal patient.
a. T1 weighted (TR600/TE14) coronal im- age shows subglottic stenosis(arrow) b. Gd-DTPA enhanced T1 weighted (TR
600/TE14) coronal image shows markedly enhanced inner layer 01 the trachea
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다. 조직절편의 육안및 저배율 (10배) 광학현미경 소견상 점막하층이나 기관연골， 연골막등이 각 절펀 마다 균등한 두께를 보이지 않아 자기공명영상이나 조직절편에서 관찰 되는각층의 두께나두께의 비율은구하지 않았다.
7:1
틀걷 과
생체 기관의 자기공명영상 소견
기관유암종 환자를 제외한 나머지 환자와 정상 지원자 의 기 관은 사용한 모든 pulse sequence에서 두개 의 다른 신호강도를 보이는 동섬원 구조로 관찰되었다. 정상지원 자의 경 우 3 inch dual coil을 사용하고 시 야를 8cm로 하 였지만 역시 두개의 층만 관찰할 수 있었다 (Fig. 1). Tl 강 조영상에서 내층의 신호강도는 외층보다 강하였고， 갑상 선과 유사하거나 약간 낮았으나 흉쇄유돌근보다는 높은 신호강도를 보였다. 외층은 흉쇄유돌근보다 낮은 신호강
김명준 오1: 생체내 ·외 기관의 자기공명영상
도를보였다. Spin echo혹은 fast spin echo T2강조영상이 나 inversion recovery 영상에서 내층의 신호강도는 갑상 선이나 흉쇄유돌근보다 높았고 외층은 가장 낮은 신호강 도를보였다.
일부 환자의 조영제주입후 얻은 T1강조 횡단， 관상영상 에서 내층의 신호강도는 높게 증가 되었다 (Fig. 2). 특히 외인성 기관식도천공이 있던 1예의 Tl강조 횡단영상에서 주름지고 두꺼워진 내층을 관찰 할 수 있었으며 외층은 정 상과 같은 저신호강도를 보였다 (Fig. 3). 기관유암종환자 의 경우 종괴에의해 기관내경이 좁아진 부위에서는 두개 의 층을 구별할 수 없었다 (Fig. 4).
사체 기관의 자기공명영상 소견
Tl, 양자， T2강조 횡단영상 모두에서 생체와 같은 2층의 신호강도를 보였다. Spin echo 및 fast spin echo T2강조 횡단영상에서 내층이 가장 강한 신호강도를 보였고 외층 은 갑상선보다 낮은 신호강도를 나타냈다 (Fig. 5a, b, c).
양자및 T2강조 관상영상에서 저신호강도의 외층은 중간 중간 끊겨있고 위， 아래로 연결된 고리모양을 보였다 (Fig.
5d). 한편 생체기관과는 달리 저신호강도를 보이는 외층의
후외측으로 모든 영상에서 중간내지 저신호강도를 나타내 는 일부 층이 관찰되었다.
사체 기관의 조직학적 소견
기관의 가장 내측으로부터 점막， 정막하층， 내측연골막，
연골， 외측연골막이 관찰되었다. 이중 점막층이 가장 앓고 점막하층과 기관연골이 비교적 두꺼우며 점막하층에는 혈 관과 점액선 (mucous glands), 점장액선 (mucoserous glands) 이 풍부하였다 (Fig. 6). Trichrome 염색에서 청색 Fig. 3. latrogenic tracheoesophageal listula in a 6 year-old 으로 염색된 교원질 섬유는 연골막과 기관연골에서 관찰 girl. T1 weighted(TR600/TE15) axial image reveals thickened, 할 수 있었고 특히 연골막은 소성 (loose) 교원질 섬유로 구
corrugated inner layerol the trachea 성되어 있었다. 외측 연골막과 기관연골사이에 벌어진 간
a
Fig. 4. Tracheal carcinoid in a 19 year- old lemal patien t.
a. ECG gated , respiratory compensated T1 weighted(TR594.1/TE11.0Frl axial images show thickened wall 01 the trachea(white arrows) and narrowed tracheal lumen Partially preserved two layers 01 the tra- cheal ring is seen in the lower image b. ECG gated, respiratory compensated T2 weighted(TR2553.2/TE70) axial images show heterogeneously increased signal intensity 01 the thickened tracheal wall
대한방사선의학회지 1994;30(6): 1051- 1056
a b
c d
격이 보였고 이는 조직보관이나 조직절편 제작시 생긴 것 으로추정하였다.
고 찰
임상소견및 단순흉부사진뿐 아니라 기관의 고관전압 기 법 (high kilovoltage technique) 이나 형광투시법등으로
Fig. 5. In vito MR images 01 the cada- veric trachea
T1 weighted(TR500/TE20)(a), proton den- sity and T2 weighted(TR2000/TE30,80)(b), last spin echo T2 weighted(TR4000/TE110 EI)(c) axial images reveal intermediate to high signal intensity 01 submucosal layer
。1 the trachea (arrowheads) and low sig- nal intensity 01 the tracheal cartilage (arrows). Proton, T2 weighted(TR2000/TE3 0,80) coronal images(d) show interrupted, low signal intensity 01 the tracheal carti.
lage(arrow)
기관협착을 진단할 수 있지만 수술적인 치료를 고려할 때 기관협착이나 폐쇄를 일으킨 원인과 좁아진 기관의 위치，
정도와 범위를 정확히 알아야 한다. 따라서 컴퓨터단층촬 영이나 자기공명영상술이 진단에 많이 이용되고 있으며 최 근에는소아기도폐쇄환자에 대한자기공명영상의 보고가 있었다 (3-6). 그러나 기관의 조직학적 구조에 따른 신호강 도의 차이를 언급한 경우는 없었고 단지 Marin등 (-7) 이 기
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Fig. 6. Photomicroscope 01 the cadaveric trachea(H & E stain, X1 이
As compared to the thickness 01 submucosa and cartil age , the mucosal layer is very thin. Numerous mucous, mucoserous glands and blood vessels are present in the submucosa. The cartilage is enclosed in a perichondrium that is partially detached(arrows)
관지원성낭의 자기공명영상소견을보고하면서 그내부에 포함되 어 있던 유리 연골 (hyaline cartilage) 이 Tl 강조영 상에서 고신호강도를 나타낸것으로 보고하였고 Mitchell 등 (8)은 유리연골이 Tl강조영상에서는 중간， T2강조영상 에서는 중간 혹은 저신호강도를 보인다고 하였다.
저자들의 경우 사체에서 얻은 기관연골은 Tl, T2 강조 관상영상에서 저신호강도를 나타냈고 중간중간 떨어져 있 지만 위， 아래로 연결되어 있는 양상을 보였다. 기관연골 안쪽으로는 Tl, T2강조영상에서 각각 중간， 고신호강도를 보이는 점막하층이 의심되었다. 횡단영상에서도 같은 신호 강도를나타내는두층이 동성원과같은형태를이루고있 였고 이와 같은 소견은 기관 유암종환자를 제외한 모든 환 자 및 정상 지원자의 기관에서도 관찰할 수 있었다. 한편 사체 기관의 횡단영상에서는 기관연골의 후외측과 갑상선 사이에 중간내지 저신호강도의 층이 일부 관찰되었지만 환 자나 정상 지원자에서는 볼 수 없었다.
무릎의 관절연골이 주변 근육과 유사한 신호강도를 보이 는데 비해， 조직학적으로 같은 유리연골인 기관연골은 갑 상선이나 흉쇄 돌근 보다 낮은 신호강도를 보였다. 무릎의 관절연골로 관절강내의 수분이 자유롭게 이동할 수 있어 유리연골내의 세포외수분의 양이 많고 완충역활에 도움이 되는 것으로 알려져 있고(9) ， 수술시 얻은 무릎의 관절연 골을 각기 다른 페하 (Ph) 의 용액에 담가 일정 시간간격으 로 자기공명영상을 얻어 수분의 이동에 따른 관절연골의 신호강도 변화를 실험적으로 입증한 보고도 있다 (Lee
DH
, McFarlandEW
, Personal Communication). 따라서 유리연골에는 뮤코다당질 기질에 결합된 세포외수분이 많 고수분과단백질분자사이의 강력한수소결합때문에 유리 연골은 대부분의 자기공명영상에서 세포조직과 유사한 이김명준 외 :생체내·오| 기관의 자기공명영상
완특성 (relaxation characteristics) 을 보이며 Tl 강조영 상에서는 중간， T2강조영상에서는 저 (low)또는중간신호 강도 를 나타내는 것으로 알려져있다 (8). 그러나 저자들은 기관연골에는 세포외수분이 관절연골보다 적고 상대적으 로 연골기질에는 proteoglycan의 양과 단백분자를 많이 함유한미세섬유소가많아 Tl 이 길어지고 T2가짧아져 저 신호강도를 나타내지 않았나 생각한다.
Narumi등 (2) 과 It ami등(10) 이 보고한 방광이나 대장 점막하층의 신호강도와 같이 기관의 점막하층은 T2강조 영상에서 고신호강도를 보였고 Tl 강조영상에서는 중간내 지는 고신호강도를 보여 흉쇄유돌근보다 높은 신호강도를 나타냈다. 특히 기관식도천공에 의한 만성염증이 있던 경 우 점막하층이 주름지고 두꺼워졌으며 조영제를 주업한 경우는 점막하층이‘ 조영증강되는 양상을 관찰할 수 있었 다. 이는 점막하층에 풍부한 정액션， 점장액션， 수분과 혈 관을 포함하는 세포외공간때문인 것으로 생각한다.
조직절편과 자기공명영상의 각 층의 비율은 얻지 않았 지만 조직학적으로점막층은다른층에 비해 매우 앓아구 분할수없었던 것으로생각되며 내，외측 연골막도점막하 층이나 기관연골에 비해 앓았다. 연골막은 수분이 적은 섬 유소로구성되어 있을뿐아니라 (9) 연골과유착되어 있어 자기공명영상 에서 구분할 수 없었던 것으로 생각된다.
저자들의 연구에서는 기관의 자기공병영상과 조직학적 소견과의 정확한 일대일 비교를 할 수 없었고 기관의 각 층의 조직구성， 특히 기관연골의 생물리적인 특성이 관절 연골과 어떤 차이가 있는지 객관적으로 밝히지 못하였다.
기관의 자기공명영상 소견과 조직절편의 각 층과의 정확 한 비교를 위해서는 MR microscopy를 시행해야 하며， 관 절연골과 기관연골사이의 신호강도차이를 밝히기 위해서 는 각 연골의 수분함량의 차이 및 연골막이 수분이동에 어 떤 역활을 하는지를 연구하는 것이 중요할 것으로 생각한 다.
결론적으로， 기관은 1.5T 자기공명영상기와 보통의 pul- se sequence및 surface coil을 이용한 결과 두개의 다른 신 호강도를 보이는 층으로 보였으며 점막하층으로 생각되는 내층은 Tl, T2강조영상 모두 흉쇄유돌근보다 높은 신호강 도를 나타냈고 유리 연골로 생 각되는 외 층은 Tl, T2강조영 상 모두 흉쇄유돌근보다 낮은 신호강도를 보였다. 따라서 경부혹은 갑상선 악성종양이나 종격동내 악성종양에 의한 기관침범의 유무， 원발성 기관 종양의 진단시 자기공명영 상에서 기관의 서로 다른 신호강도를 보이는 두층이 유지 되는지를 관찰하는 것이 도움될 것으로 생각한다.
*~ C그 고 헌
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MR Imaging of the Trachea: In Vivo and In Vitro Study
Myung Joon Kim, M.D. , Jin Suck Suh , M.D. , Hyeol1 Joo Jeong, M.D.'
Department of Diagnostic Radiology, College of Medicine, Yonsei University
1 Department of Pathology, College of Medicine, Yonsei University
Purpose: To establish signal intensity characteristics of the trachea according to the histologic layers, we performed in vivo and in vitro MR studies.
Materials and Methods: We performed MR imaging of the trachea at 1.5T unit in 11 patients mediastinal masses, vascular anomalies, tracheal stenosis or iatrogenic tracheoesophageal fistula , aryepiglottic fold thick- ening or mass, tracheal carcinoid , one healthy volunteer and one cadaveric trachea. By using anterior , volume neck or 3 inch dual coil with various pulse sequences, axial and coronal images of the trachea were obtained The tracheal layers with different signal intensity on MR images were correlated with the histology.
Results: In vivo and in vitro MR studies revealed two layers of the trachea; the inner 1 ayer had intermediate to high signal and the outer had low signal. The tracheal cartilage showed low signal intensity in all p비 se
sequences. The submucosa appeared as intermediate signal intensity on T1 weighted images but high signal intersity on other images due to its abundant mucous and mucoserous glands. However, the mucosa and peri- chondrium could not be defined on MR images
Conclusion: Characterization of the signal intensity according to the histologic layers of the trachea might be helpf비 for the evaluation of intrinsic lesions of the trachea or the possibil ity of tracheal invasion from the adjacent tumors.
Index Words: Trachea, anatomy
Trachea, Magnetic Resonance Imaging
Address reprint requests to : Myung Joon Kim, M.D., Department of Diagnostic Radiology, Medical College of Yonsei University 134 Shinchon-dong, Seodaemun 용u， Seou1120-752 Korea. Tel. (82 깅) 361-5838 Fax. (82-2) 393-3035
