신경근골격계 질환에서 실시간 탄성초음파의 적용

접수일 : 2016 년 12 월 5 일 , 게재승인일 : 2016 년 12 월 5 일 책임저자 _: 권동락 _, 대구시 남구 두류공원로 ₁₇ 길 ₃₃

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신경근골격계 질환에서 실시간 탄성초음파의 적용

대구가톨릭대학교 의과대학 재활의학교실

박기영ㆍ권동락

Application of Real-Time Sonoelastogra- phy in Neuromusculoskeletal Diseases

Gi-Young Park, M.D., Ph.D. and Dong Rak Kwon, M.D., Ph.D.

Department of Rehabilitation Medicine, Catholic University of Daegu School of Medicine, Daegu, Korea

Real-time sonoelastography is a recently developed ultra- sound-based imaging technique that evaluates tissue elas- ticity in real time, and it is based on the principle that the compression of tissue produces a strain (displacement) that is lower in hard tissue and higher in soft tissue. Real-time sonoelastography provides information on tissue elasticity, in addition to the shape or vascularity, which is obtained via B-mode ultrasound. Similar to B-mode ultrasound, free- hand manipulation or acoustic radiation force impulse with the transducer and real-time visualization are now available for real-time sonoelastography in actual clinical practice.

Tissue elasticity not only varies among different tissues but also seems to reflect disease-induced alternations in tissue properties. Real-time sonoelastography was recently applied to the normal and pathologic tissues in muscle and tendon disorders, and it showed promising results and new poten- tialities. Therefore, it is expected to be a useful modality for providing novel diagnostic information in neuromusculo- skeletal diseases because tissue elasticity is closely related to its pathology. It can also be used as a research tool to provide insight into the biomechanics and pathophysiol- ogy of tissue abnormality. (Clinical Pain 2016;15:71-82) Key Words: Sonoelastography, Tissue Elasticity, Ultrasound,

Neuromusculoskeletal Diseases

서 론

조직 강도는 촉지 때 느낄 수 있는 조직의 탄성으로 특징

지어 지고, 조직의 구조와 구성성분을 사용하여 결정될 수 있는 조직의 가변형성으로 정의된다. 촉지 시 조직 탄성과 경도의 연관성은 만지는 물체가 주위 조직보다 딱딱해야 하는 기본 원칙을 따른다. 조직 경도는 다른 조직, 지방, 근 육 및 힘줄에 따라 다양하나 조직 성질에서 질병에 의한 변화를 반영할 수 있다. 그러므로 조직 강도의 측정은 의학 에서 매우 중요한 진단 도구이다. 실시간 탄성초음파영상 은 조직의 탄성 성질을 평가할 수 있는 최근에 새롭게 개발 된 초음파에 기반을 둔 기술이다. 본 종설의 목적은 재활의 학과 의사들에게 실시간 탄성초음파를 소개하고, 재활의학 과 관련된 신경근골격계 질환을 위한 현재 임상적 적용을 요약하는데 있다.

탄성초음파의 원칙, 발달 및 임상적 적용

탄성영상은 영상기술을 통하여 조직의 생체역학적 성질 (탄성)을 평가하는 과정이다. 조직의 강도는 조직에 가해지 는 알려진 압력을 적용하여 결정할 수 있다. 병적 조직은 정상 조직과 명백히 다른 생체역학적 성질을 가지고 있어 탄성영상은 병적 상태를 측정하는 데 도움이 될 수 있다.

그러므로 조직의 탄성은 질병의 진단에 도움이 될 수 있다.

탄성영상의 원칙은 다음과 같다. 첫째, 조직 압박은 조직의 전위와 긴장을 유발한다. 둘째, 전위는 부드러운 조직보다 단단한 조직에서 작다. 셋째, 조직의 강도는 압박에 의해 유발되는 조직 긴장을 측정하여 예측할 수 있다.

많은 탄 성영상 방법들은 정적 조직 압박에 기초를 두고, 조직의 이 완과 압박에 의해 생성되는 인체 내의 긴장 분포를 측정한 다. 그러므로 탄성영상은 조직의 탄성을 직접적으로 나타 내지 못하고, 조직의 변이, 전위 및 긴장을 나타낸다.

B-mode 초음파를 사용할 때 초음파촉지(sonopalpation)를

사용하여 검사하는 조직의 강도를 영상화할 수 있다.

단단

한 조직은 하나의 개체로 움직이는 경향이 있는 반면에 부

드러운 조직은 국소적 압력 하에 변형되는 경향이 있다. 초

음파 탐침자를 사용한 초음파촉지는 병변을 압박하여 강도

를 평가하고, 주위 조직층의 두께 변화와 비교하여 병변의

두께 변화를 측정한다. 실시간 탄성초음파영상은 B-mode

초음파를 통해 얻을 수 있는 조직형태와 혈관분포 외에 조

직 강도의 정보를 제공한다. 자기공명 탄성영상은 조직의

Fig. 1. Compression method of sonoelastography. (A) Manual compression. (B) Acoustic radiation force impulse.

역학적 성질을 정량적으로 측정하기 위한 최근 개발된 자 기공명영상이다. 자기공명 탄성영상은 위상 대조(phase contrast) 영상을 사용하여 조직의 기계적 파동의 전파를 평 가하여 조직 강도에 대한 정보를 얻을 수 있다.

적외선을 이용한 광학 응집 단층 탄성영상(optical coherence tomo- graphic elastograpahy)은 동맥경화 판과 같은 조직의 탄성 을 평가하기 위해 사용된다.

Ophir 등

은 처음으로 실시간 탄성초음파 연구를 시작하였고, 외부 조직 압박 하에 부드 러운 생체조직의 긴장 분포를 영상화하였다. 그 후 실시간 탄성초음파는 조직의 강도가 병적 상태와 밀접히 연관되어 있는 암을 발견하고, 악성과 양성을 구별하는 데 유용한 정 보를 제공한다. B-mode 초음파는 때때로 주위의 건강한 조 직과 병변이 둘 다 같은 에코성을 나타내므로 구별하는 데 어렵거나 혹은 불가능할 수 있다.

많은 유방암은 촉진 때 정상 조직보다 단단하게 느껴진다. 작은 암과 깊은 병변은 만져질 수 없으므로 병적 상태에서 기인한 조직 탄성의 변 화를 영상화하는 실시간 탄성초음파를 사용하여 촉진할 수 없는 암을 발견하는 데 도움이 될 수 있다. 실시간 탄성초음 파는 간경화, 유방, 갑상선 및 전립선 암 등을 진단하는 데 주로 사용되고 있다.

최근 실시간 탄성초음파는 정상과 병적 힘줄과 근육의 변화를 확인하는 데 적용되어 왔고, 현 재 신경근골격계, 근육, 힘줄, 인대, 신경, 연골 및 림파선 등의 병리에 대한 임상적 적용을 위해 연구가 활발히 진행 되고 있다.

탄성초음파의 원칙

실시간탄성초음파의 원칙은 살아있는 조직 압박에 의해 발생하는 긴장(전위)을 압박 전후 획득할 수 있는 에코 신 호를 비교하여 측정할 수 있다.

초음파 탄성영상은 세 가 지 형태, 긴장 측정을 위해 압박 동안 조직 운동을 추적하는 방법, 외부 진동에 반응하는 조직 운동의 영상을 영상 도플 러를 사용하는 방법 및 탄성 계수를 획득하기 위해 조직의 횡파(shear wave) 전파를 추적하는 방법이 있다.

이와 같은 방법들은 탐촉자로 돌아오는 에코를 B-mode 영상으로 변 환하기 전에 분석한다. 실시간 탄성초음파는 기계적 자극 의 적용 전후 비여과된 초음파 신호의 변화를 측정한다.

B-mode 영상은 본래 초음파 신호에서 획득할 수 있는 정보 의 15% 이하를 획득하나 실시간 탄성초음파는 B-mode 영 상 생성과 동시에 발생하는 가공하지 않는 자료를 나타낸 다.

실시간 영상과 단순 작동과 같은 초음파 검사의 장점 들이 실제적 임상 적용을 위해 탄성영상에 필요하다. 단순 작동과 임상적 적용에 관하여 B-mode 영상과 겹쳐진 조직 탄성의 직접 영상을 제공하는 손을 이용한(freehand) 실시 간탄성초음파는 바람직하다. 초기에 실시간 탄성초음파는

컴퓨터 조정 압박 도구를 사용하면서 시행되었다. 그 후 초 음파 탐촉자를 사용하여 손을 이용한 압박으로 대치되었 고, 초기에 모든 영상 획득이 이루어진 후 처리과정을 거쳤 으나 최근에는 실시간처리가 가능해졌다. 실시간 탄성초음 파에 기반을 둔 빠른 단면적 기술은 실시간 탄성초음파의 임상적 활용에 있어 보다 나은 적용을 위해 개발되었다. 이 기술 개발 후 검사자들은 실질적으로 양질의 실시간 탄성 초음파 영상을 획득하였고, 상호 작용하는 압박력과 기술 을 조정할 수 있게 되었다. 실시간 탄성초음파는 실시간 측 정을 위해 긴장 분포와 손 압박의 범위와 속도에 의존하지 않는 안정적 측정을 위한 큰 능동적 범위의 긴장을 평가하 기 위해 고속도의 알고리즘을 가져야한다. 세 가지 방법, 공간 상관 방법(spatial correlation), 단계변이 추적(phase- shift tracking) 방법 및 복합 자동상관(combined autocorre- lation) 방법들이 실시간 탄성초음파의 조직 긴장을 측정하 기 위해 도입되었고, 각 방법들은 확실한 장점과 단점들을 가지고 있다. 이 방법들을 사용하여 실시간탄성초음파는 실시간으로 다른 조직의 다른 전위를 영상화 할 수 있다.

탄성초음파영상의 압박방법

손(정적 방법) 혹은 기계적(동적 혹은 일시적 방법) 압박 적용에 따라 두 가지 주요 탄성초음파 기술이 있다(Fig. 1).

실시간 탄성초음파는 B-mode 초음파 검사 동안 손으로 잡

은 탐촉자를 조직에 가벼운 압박을 가하면서 실행한다. 실

시간 탄성초음파 동안 조직의 주요 전위는 종적 방향에서

발생한다. 그러므로 외측 방향에서 피부 표면에 탐촉자 운

동의 영향은 손 압박 동안 억제되어야 한다. 손 압박 방법의

단점들은 검사자 의존, 재현성의 제한 및 양적 평가보다 질

Fig. 3. Ultrasound images of the right median nerve injury after car- pal tunnel injection. 3 days after injection. (A) The focal heteroge- neous hyperechoic area of the right median nerve on this B-mode transvere ultrasound image (left) is colored red (hardest tissue) on the corresponding real-time sonoelas- tographic image (right). (B) The focal heterogeneous hyperechoic area in the right median nerve has disappeared on follow-up trans- verse ultrasound (left) ultrasound image and the entire right median nerve is presented in yellow scale on the follow-up real-time sonoe- lastographic (right) images of the right median nerve.

Fig. 2. Shear wave sonoelastography.

적 평가이다. 다른 방법은 기계적 진동기에 의해 발생하는 횡파의 전개 속도 분포를 영상화하는 동적 검사이다.

진 동은 위상 대조 분석에 의해 영상화되는 주기적 횡파를 유 발하는 조직에 적용해야 한다. 이 분석을 통해 파장이 측정 하여 전이 속도를 확인하고, 횡 계수(shear modulus)를 계 산하고 영상화한다(Fig. 2). 횡파는 단단한 조직에서 빠르 게 움직이고, 조직을 통해 퍼지는 횡파의 속도는 조직의 강 도에 직접적으로 연관된다. 이는 이미 간경화를 특징하는 데 사용되어 왔다.

스트레스를 발생하는 다른 대체 방법 은 광 방사 힘(acoustic radiation force)이다. 광 방사 힘 충

격(acoustic radiation force impulse) 영상으로 알려진 이 방 법은 의미 있는 조직 변이를 유발하기에 충분한 짧은, 고강 도, 집중 초음파 파동을 조직에 가한다. 이 방법은 심장 혹 은 간과 같은 빨리 움직이는 혹은 단단한 조직의 실시간탄 성초음파를 생성할 수 있다.

탄성초음파영상의 해석과 재현

실시간탄성 초음파는 실시간으로 나란히 보이는 B-mode 초음파와 중첩된 색깔 혹은 그레이 스케일 탄성 지도로 긴 장 분포를 직접적으로 볼 수 있다(Fig. 3). 색깔 척도는 상이 한 상업적 초음파 체계에 따라 다른 조직 경도를 정의한다.

예를 들어 지멘스 초음파 체계에서 색깔 척도는 붉은 색(단

단한) 부터 보라색(부드러운) 범위 까지 검사 조직의 상대

적 경도를 표시하고, 노랑색과 녹색은 중간 경도를 나타낸

다. 그러나 히타치 초음파 체계는 색깔 척도를 기본적으로

반대로 나타낸다(파랑색, 단단한: 붉은 색, 부드러운). 정상

아킬레스 힘줄의 실시간 탄성초음파의 검사자간, 검사자내

일치도와 재현력은 조직 긴장의 분류 척도를 사용했을 때

양호하였다.

종적 영상이 횡적 영상보다 양호한 일치도를

나타내며, 영상 획득이 쉽고, 더욱 재현성이 높았다. 횡적

영상의 낮은 재현성은 영상의 양쪽 끝 부위의 변이성, 아킬

레스 힘줄의 해부적 특징, 조직 압박 적용 때 검사자 손의

비 횡적, out-of-plane 동작에 의해 야기될 수 있다. 이와 같

Fig. 4. Shear wave quality of supraspinatus tendon sonoe- lastography. Green color indicate high quality and red color low quality.

은 문제를 극복하기 위한 최적의 방법은 탐촉자와 피부 사 이 보다 나은 접촉과 검사자 손의 안정성을 향상하기 위해 겔 패드(gel pad)를 사용해야 한다.

탄성초음파의 검사 방법

실시간 탄성초음파는 탐촉자의 외측 움직임을 제한하면 서 관심 지역에 손으로 잡은 탐촉자로 환자의 호흡에 의해 발생하는 자연적 압박 혹은 부드러운 압박 주기를 적용하 여 종적 혹은 횡적 면에서 주사한다. 조직 강도의 비선형 성질 때문에 높은 압박은 피하는 것이 중요하다. 적용된 압 력과 조직 긴장 사이에 비례적 연관성이 유지되어야하고, 이 연관 관계는 초음파 기계에서 시각 긴장 표시자를 사용 하여 감시할 수 있다. 긴장 표시자는 수적 척도로 표시되어 어느 정도의 압박이 조직에 가해졌는지 나타낸다.

표시된 긴장이 어떤 단계 위 혹은 아래일 때 조직 탄성 영상의 형 태는 과도하게 변하기 시작한다. 긴장 표시자가 없는 경우 과도한 압박은 손의 조정으로 피할 수 있다. 청각 방사력을 이용한 횡파 탄성초음파 검사 때 탐촉자의 압력을 가하지 않아야 한다. 그리고 횡파 실시간탄성초음파 분석 전 질적 인자 영상에서 스캔된 영상의 적합도를 확인할 수 있다 (Fig. 4). 또 다른 문제는 탐촉자 가장자리의 비 균질적 압력 적용과 편측 압박에 의한 조직 이동은 겔 패드를 사용하여 완화할 수 있다. 조직 변이와 비등방성을 피하기 위해 조직 에 수직으로 탐촉자를 유지하는 특별한 주의가 필요하다.

실시간 탄성초음파는 B-mode 초음파 주사에 추가하여 추 가적으로 5내지 10분 정도 추가 검사시간이 소요된다. 실 시간 탄성초음파 동안 환자와 탐촉자 자세는 B-mode 검사 와 동일하다. 실시간 탄성초음파와 상응하는 B-mode 초음

파와 나란히 실시간으로 이중 표시된다. 관심 지역(region of interest)은 B-mode 초음파 도움 하에 병변과 주위 정상 조직을 포함하여 조정한 후 선택한다. 병변과 정상 조직 사 이에 경도 차이를 결정하기 위해 관심 지역에 충분한 주위 정상조직을 포함하여야 한다. 관심 지역 창의 크기는 선택 된 창 안에 조직의 상대적 경도를 색깔 신호 시각 표시로 나타나기 때문에 실시간 탄성초음파 영상에 영향을 준다.

그러므로 종적, 횡적 주사를 위해 창의 깊이와 넓이를 병변 크기의 2 내지 3배로 표준화하여야 한다. 10초 동안 지속되 는 4에서 8 사인 고리를 획득한 후 동시에 상응하는 B-mode 초음파와 함께 분석한다. 녹화된 실시간 탄성초음파 영상 들은 조직 구조의 적절한 묘사와 주사 영상의 일관된 재생 으로 정의되는 최적의 대표 영상을 선택하기 위해 재생한 다. 압박과 비 압박의 각 압력 주기의 처음과 끝 영상들은 처음과 끝 주사 긴장의 부정확한 측정 때문에 적절한 실시 간 탄성초음파영상을 나타내지 않는다. 이 문제는 탐촉자 로 최소 압박을 할 때 획득하는 영상을 사용하여 극복할 수 있다. 색깔 척도에서 한 색 이상이 병변의 영상에서 나타 나면 우세한 하나 혹은 두 가지 색깔을 기록된다. 이와 같은 색 척도들은 상응하는 B-mode 영상에 겹쳐져서 표시되어 검사자는 긴장 분포와 B-mode 초음파 영상의 병변사이에 상관관계를 쉽게 확인할 수 있다. 조직 긴장의 질적 평가를 이용한 실시간탄성초음파의 해석은 조직의 두 가지 상이한 긴장 형태를 구별할 수 있어 임상에서 유용할 수 있다. 횡파 탄성초음파에서 횡파는 근육 섬유를 가로지르는 것 보다 근육 섬유를 따라 잘 전파되므로 탐촉자를 근육 섬유에 종 적으로 위치하여야 한다.

탄성초음파의 기술적 제한점

실시간 탄성초음파는 기술적 어려움에 기인한 몇 가지

주요한 제한점들이 있다. 첫째, 실시간 탄성초음파는 검사

자 의존적 방법으로 간주되며, 손 기술을 사용하여 압력을

가할 때 영상의 재현성 문제이다. 탐촉자 혹은 환자 자세의

조그마한 변화도 조직 탄성을 근본적으로 변화시킬 수 있

다. 손 압박은 검사자에 의해 시행되고, 평가도 검사자 의존

적 변이의 위험을 피하기 위해 같은 검사자에 의해 시행된

다. 횡파 탄성초음파 기술은 일정한 청각 방사력을 조직에

가할 수 있어 검사자 의존을 줄일 수 있다. 둘째, 실시간

탄성초음파에서 관심 지역 창의 크기에 대해 일치된 의견

은 없다. 주위의 많은 부드러운 조직을 포함하는 큰 창은

단단한 조직을 더욱 단단하게, 주위의 부드러운 조직을 적

게 포함하는 작은 창은 단단한 조직을 부드럽게 만든다. 그

러므로 표준화된 창 크기가 필요하다. 창의 깊이는 병변 크

기의 세배로, 넓이는 종적 영상 화면의 4분의 3정도로 조정

한다.

셋째, 분석되어야 하는 표적 지역의 정확한 선택 은 비교와 추적 검사를 위해 필요하다. 실시간 탄성초음파 는 검사 동안 표시되는 색깔이 동시에 영상화하는 다른 조 직에 의해 영향을 받기 때문에 내적 조직 탄성의 진정한 값을 측정할 수 없다. 예들 들어 힘줄이 주위 뼈와 함께 검 사할 때 다소 부드럽게 보일 수 있다. 넷째, 실시간 탄성초 음파는 탐촉자에서 1.2 센티미터 깊이 이하에 위치한 표층 조직은 검사할 수 없다. 마른 환자에서 표층 조직의 검사를 위해 젤 패드 사용 때 인공음영이 관찰되지 않으므로 젤 패드를 사용하여 정확한 실시간 탄성초음파 영상을 획득할 수 있다.

다섯째, 실시간 탄성초음파는 명백히 주관적인 검사이므로 검사와 해석 기술에 적절한 훈련이 필요하다.

여섯째, 실시간탄성초음파는 질적 평가이지 양적 평가는 아니다. 긴장 척도를 사용한 양적 평가는 긴장의 절대적 평 가라기보다는 오직 비교 지표로 사용할 수 있다. 그러나 횡 파 탄성초음파 기술은 청각 방사력을 조직에 가할 때 발생 하는 횡파의 속도를 측정하여 조직의 탄성도를 양적으로 측정할 수 있다.

신경근골격 질환에서 실시간탄성초음파의 임상적 적용

실시간 탄성초음파검사는 신경, 근육, 힘줄, 인대, 액체 수집 및 연골을 포함한 거의 모든 신경근골격 조직에서 사 용 가능하다. 압력을 쉽게 가할 수 있는 표층 조직은 실시간 탄성초음파를 최적으로 적용할 수 있다. 저자들은 다양한 신경근골격 질환 중 신경, 힘줄 및 근육에 대한 실시간 탄성 초음파의 임상적 연구에 대해 기술하고자 한다.

말초신경

정상 말초신경은 초음파에서 고에코의 결체 조직에 의해 둘러싸여 있고, 개별적 신경 다발은 저에코로 보이는 다발 형태를 가지고 있다. 말초신경은 다소 고에코와 저에코의 혼합된 형태를 가지고 있어 에코성은 주위 조직에 관련되 어 변화한다. 정중신경 손상은 수근관 증후군에서 국소 스 테로이드 주사와 연관되어 발생하는 가장 심각한 합병증이 다.

수근관 스테로이드 주사 후 발생한 정중감각신경손상 을 신경전도검사, 초음파 및 실시간탄성초음파를 사용하여 연속적으로 평가하였다(Fig. 3).

횡적, 종적 초음파 검사에 서 국소적 이질적 고에코 지역이 근위 수근관에서 정중신 경의 외측에서 관찰되었다. 이 고에코 지역은 실시간탄성 초음파 검사에서 붉은색으로 보여 단단한 조직으로 표시되 었다. 주사 6개월 후 시행한 추적 초음파에서 국소적 고에 코 지역은 완전히 사라졌고, 정중신경은 정상 에코를 보였

으며, 실시간 탄성초음파에서 전체 정중신경은 노랑색과 녹색으로 표시되어 중간 경도의 조직으로 표시되었다. 그 러므로 연속적 탄성초음파검사는 정중 신경손상을 평가하 는 유용한 영상검사방법이다. 치료하지 않은 수근관 증후 군 환자에서 수근관내 구조물의 경도는 정상인보다 높고, 스테로이드 주사 후 감소하였다.

정상인과 수근관 증후군 환자에서 정중신경의 탄성도를 비교하고, 정상신경 탄성도 측정의 진단적 유용성을 평가하였을 때 실시간탄성초음파 는 수근관 증후군 초음파 평가의 진단적 정확도를 향상시 킨다.

힘 줄

B-mode 초음파는 힘줄 형태에 관한 정보를 제공하는 반 면에 실시간 탄성초음파는 힘줄의 기계적 특정에 대한 추 가 정보를 제공한다. 그러므로 실시간 탄성초음파 사용은 힘줄과 힘줄 병리의 이해를 증대시킬 수 있다.

외측 상과 염에서 힘줄의 조직학적 소견으로 콜라겐 변성, 혈관섬유 아세포 증식, 조직괴사와 점액과 유리 변성 등이 관찰된다.

가장 흔한 초음파 소견으로 펴짐근 힘줄의 국소적 저에코 지역 외에 이와 같은 병리적 변화들은 조직 성질의 변화를 유발한다.

외측상과염에서 공동 펴짐 힘줄병증의 새로운 초음파 증세는 힘줄이 부드러워져 힘줄 압박이 증가되는 tenomalacia이다.

외측상과염의 탄성초음파에서 명백한 공동 펴짐 힘줄이 부드러워지는 것이 확인되었다(Fig. 5).

임상적 진단과 비교하여 실시간 탄성초음파는 100% 민감 도, 89% 특이도 및 95% 정확도를 나타내었다. 이와 같은 값들은 일반 초음파의 95% 민감도, 89% 특이도 및 91%

정확도보다 우수하였다. 그러므로 실시간탄성초음파는 외 측 상과염에서 건강한 힘줄과 증상 있는 펴짐 힘줄 기원을 구별하는 데 사용할 수 있다.

또한 실시간 탄성초음파는 외측 상과염 힘줄 병증의 임상 진단과 비교할 때 B-mode 초음파보다 의미 있게 높은 진단 정확도를 보였다.

실시 간 탄성초음파는 회전근개 힘줄병증에서 극상근 힘줄내 혹 은 힘줄주위의 변화를 발견하는 데 유용하고, 높은 검사자 간 신뢰성을 보였으며, 자기공명영상과 기존의 초음파 소 견과 비교하여 높은 상관관계를 나타내었다(Fig. 6).

골격근

근육 조직의 기본적인 단위는 근섬유라고 불리는 하나 하나의 근육 세포이며 이들이 평행하게 배열되어 근육을 형성한다. 근섬유 하나하나는 모세혈관과 신경이 망을 형 성하고 있는 근육속막(endomysium)으로 둘러싸여 있다.

이런 여러 개의 근섬유가 모여 근육 다발(muscle bundle)을

Fig. 5. Lateral epicondylitis. (A, B). Longitudinal and transvere B mode ultrasound images shows partial-thickness common extensor tendon. (C, D). Longitudinal and transverse sonoelastography shows green or purple color indicating in- termediate or low stiffness in com- mon extensor tendon.

Fig. 6. Partial-thickness supraspinatus tendon tear (intrasubstance tear). (A). Intrasubstance partial-thickness supraspinatus tendon tear is revealed on B mode ultrasound. (B) Low shear wave velocity (4.25 m/sec) is calculated in most bursal side of supraspinatus tendon but high shear wave velocity (6.88 m/sec) in articular side of supraspinatus tendon.

이루며 이는 결체조직, 혈관, 신경, 지방조직으로 구성되어 있는 근육다발막(perimysium)으로 둘러싸여 있다. 또한 하 나의 근육은 이런 다수의 근속이 모여 구성되며 강한 결체 조직인 근육바깥막(epimysium)으로 싸여 있다. 이런 조직 학적 특징 때문에 근섬유는 B-mode 초음파 검사에서 저에 코성(검게)으로 나타나며, 근육다발막의 섬유 지방 중격은 근섬유를 구분하는 고에코성(희게)의 선으로 구현된다.

정상 골격근의 B-mode 초음파 소견은 장축 영상에서 근 섬유들에 의해 비교적 저에코성의 배경이 관찰되고 중간중 간 근육다발막에 의한 고에코성의 선들이 관찰되며, 단축 영상에서는 근섬유로 인한 저에코성 사이에 고에코성의 작 은 점들이 관찰된다(Fig. 7).

골격근 손상은 다양한 형태의 병인으로 발생할 수 있다.

예를 들어, 골격근의 타박상이나 골격근의 열상과 같은 직 접 외상이 있을 수 있고, 골격근의 근육디스트로피와 같은 퇴행성 질환과 뇌질환에 의한 경직과 같은 경우에 의해서 도 발생할 수 있다.

신경근육질환은 결과적으로 근육의 위축, 근육의 섬유 화, 그리고 지방 침착이 되고 이는 초음파에서 잘 보일 수 있다. 여러 선행연구들은 신경근육 질환의 진단에서 초음 파의 높은 민감도와 특이도를 보고하였다.

근육의 구조는 B-mode 초음파에서 근육 에코의 강도로

평가될 수 있다. 근육의 에코 강도는 나이가 증가하면 지방

과 섬유조직으로 인해 증가된다.

Fig. 7. Ultrasonography (US) findings of normal skeletal muscle. Long axis (A) and short axis (B) US image of the sternocleidomastoid muscle shows innumerable hyperechoic lines (arrowheads) consistent with perimysium. The epimysium (arrows) demarcates the outer boundaries of the muscle. SCM, sternocleidomastoid; A, carotid artery.

Table 1. Heckmatt Score: Visual Grading Scoring System to Classify Muscle Echo Intensity

Grade Ultrasound appearance

Grade I Normal

Grade II Increased muscle echo intensity with distinct bone echo

Grade III Marked increased muscle echo intensity with a reduced bone echo

Grade IV Very strong muscle echo and complete loss of bone echo

지방과 섬유조직은 다른 소리저항을 가진다. 근육에서 반향 접촉면의 수가 증가되면 초음파에서 더 희게 보인다.

신경근육계질환은 동일한 기전으로 근육의 에코 강도가 증

가된다.

Heckmatt 등은 근육의 에코 강도를 시각적 4등

급으로 분류하였다. 1등급은 정상근육, 2등급은 뼈 에코가 뚜렷하고 근육의 에코 강도가 증가된 경우, 3등급은 뼈 에 코가 감소하고 근육의 에코 강도가 뚜렷이 증가된 경우, 4 등급은 뼈 에코는 완전히 소실되고 근육의 에코 강도는 아 주 강하게 증가된 경우로 정의하였다(Table 1).

하지만, B-mode 초음파는 원래 고유의 신호 중 15% 미만의 정보를 사용해서 영상을 만들고, 근육의 에코가 유사해도 근육의 물리적인 특성은 다를 수 있으며, 근육 에코의 시각적 분류 는 검사자간 일치가 낮고, 검사자의 경험에 의존하며, 반정 량적인 단점이 있다.

또한, 지방 변성과 섬유조직 모두 희게 나와 구별하기 힘들다. 이러한 단점을 보완하고 조직 의 단단한 정도(탄성)을 영상화하면 더 정량적인 정보를 제 공받아 진단에 도움을 주기 위해 근육에 기계적인 힘을 가 하고 변형된 정도를 측정하는 탄성초음파가 개발되었다.

탄성초음파는 B-mode 영상에서는 사용하지 않는 가공되지 않는 정보를 보여준다.

근막통증후군

근막통증후군의 병인은 명확하지는 않지만, 운동종말판 (motor endplate) 장애와 세포수준에서 칼슘과 APT의 불균 형에 의해 근막통유발점이 발현된다는 이론이 대표적이고

근육이 손상되거나 과도하게 사용하게 되면 근육과 근막내 에 히알루론산(hyaluronic acid)이 과도하게 축적되는 과점 도화(densification) 상태가 되어 근육의 전반적인 강직도 (stiffness)를 증가시킨다는 보고도 있다.

하지만 여러가

지 치료법들이 근막통유발점의 증상을 완화시켜줌에도 불 구하고, 근막통유발점에서 근육의 탄성에 대한 객관적인 정량화 방법이 없었다.

최근 연구에서 활성 근막통유발점이 상부 등세모근에서 주위 조직에 비해 더 빠른 횡파 음속도를 보인다고 보고하 였다.

또 다른 연구에서 등세모근에 근막통유발점을 가진 환자 에서 자침(dry needling)후와 엎드린 자세가 근막통유발점 의 횡파탄성에 의미있는 감소 효과를 보이고, 횡파탄성초 음파가 이러한 변화를 잘 측정할 수 있다고 보고하였다.

얕은 근육에 비해 깊은 근육은 손으로 만지기가 힘들어 횡 파탄성초음파가 진단에 도움이 될 수 있을 것이다.

극상근 파열에서의 극상근 위축

극상근 파열 후 극상근에 근 위축, 지방 변성, 그리고 탄

성의 감소등의 변화가 동반될 수 있다.

근육의 탄성 증

가는 수개월 후 비가역적이며 장애를 유발하고 극상근의

봉합 수술 후 예후를 결정할 수 있는 중요한 인자이다. 그러

Fig. 8. Representative RTS and color histogram changes of red pixel intensity of affected SCM. Yellow freehand selections depict region of interests for quantitative analysis of the SCM on color histogram. (A, B) RTS image showed red coloring in infant with a SCM thickness of greater than 10 mm and the mean values for the intensity of red was 178.13. (C, D) RTS image showed yellow to red coloring in infant with a SCM thickness of less than 10mm and the mean values for the intensity of red was 129.04. RTS:

real-time sonoelastography, SCM: sternocleidomastoid. C, carotid artery.

므로 극상근 근육의 조직의 탄성을 평가하는 것은 수술 전 평가와 치료 방법 결정에 중요한 고려사항이다.

극상근 파열에서 근 위축의 정도를 자기 공명 영상을 통하여 객관 적으로 평가하였다.

22명의 무증상 자원자와 44명의 극 상근 파열 환자를 대상으로 횡파탄성초음파를 시행하여 횡 파의 음속도를 비교한 연구에서, 정상 극상근의 횡파 음속 도는 3.0 m/sec로 환자군의 2.5 m/sec에 비해 의미있게 높 았고, 지방이 증가함에 따라 근육 조직이 부드러워져 횡파 음속도는 감소하였다. 횡파탄성초음파의 검사자내와 검사 자간 신뢰도가 높게 나와 횡파탄성초음파는 극상근의 근육 평가에 재현성이 있는 것으로 확인되었다.

선천성 근성 사경

선천성 근성 사경은 일차적인 근육성 질환으로 흉쇄유돌 근의 국소 또는 전체가 섬유화로 단축되어 사경이 생기는 것으로 생각된다.

사경의 진단에는 이학적 검사와 영상 학적 검사 중 초음파 검사가 흔히 사용되고 있다. 경부 초음 파 소견을 에코 양상과 종괴 유무 등에 따라 심한 정도에 따라 5등급으로 나누고 초음파 등급이 1∼2등급의 경도의 사경은 치료 기간도 짧으며 호전이 잘 되고 3∼5등급의 중 도의 사경은 치료 기간이 유의하게 길고 회복이 잘 안되어 초음파등급과 호전 여부는 유의한 상관관계가 있음을 보고 하였다.

하지만, 2008년 Pillen 등

은 근육 초음파에서 근 육 메아리밀도의 변화를 육안으로 판단하기가 어렵다고 보

고하였다. 또한 초음파 장비 증폭의 변화와 같은 초음파 장 비의 환경에 따라 근육이 더욱 메아리밀도가 높아져 실제 병변과 구별하기 어려워지며 오진을 할 수 있다고 하였다.

실제 임상에서 사경 진단 시 근육초음파는 2등급, 3등급,

4등급간의 구별이 쉽지 않다. 이러한 초음파의 단점을 보완

하기 위해 선천성 근성 사경 환아 50 명을 대상으로 1군은

흉쇄유돌근의 두께가 10 mm 이상이고 전층을 침범한 20

명, 2군은 흉쇄유돌근의 두께가 10 mm 미만이고 부분 침범

한 30명으로 분류하여 실시간탄성초음파로 흉쇄유돌근의

탄성을 비교하였다. 실시간탄성초음파의 탄성정도는 색깔

로 4등급으로 정성화해서 1등급은 보라에서 녹색(부드러

움), 4등급은 붉은색(단단함) 점수화 하였다. 흉쇄유돌근의

탄성초음파 영상을 칼라 히스토그램을 이용하여 정량화된

붉은색 파라미터를 추출하여 비교한 결과 1군에서 2군에

비해 의미있게 높은 붉은색 파라미터가 측정되었다. 이러

한 결과는 실시간탄성초음파가 흉쇄유돌근의 탄성 정도를

측정할 수 있음을 보여주었다(Fig. 8).

또한, 전층 침범한

선천성 근성 사경 환아 20명 대상으로 미세전류 치료병행

유무에 따라 각각을 10명씩 두 군으로 나눈 후 치료 결과를

실시간탄성초음파를 이용하여 분석한 결과 미세전류 치료

와 스트레칭을 포함한 재활치료를 병행한 군의 치료기간이

2.6개월인데 비해 재활치료 단독 치료 군은 6.3개월로 치료

기간이 의미있게 단축되었고, 이러한 결과는 실시간탄성초

음파로 확인되었다. 여러 연구들에서 검사자내와 검사자간

신뢰도가 높게 나와 실시간탄성초음파는 흉쇄유돌근의 근

Fig. 9. B-mode ultrasound and dynamic sonoelastography of medial gastrocnemius (GCM) and soleus of spastic cerebral palsy. (A) Longitudinal sonoelastographic image (right) of the spastic medial gastrocnemius muscle showed yellow to red coloring. (B) Strain ratio between medial gastrocnemius and soleus muscles was 0.52. Shear wave velocities of medial gastrocnemius (C) and soleus (D) muscles were 3.14 m/s and 2.00 m/s in ARFI sonoelastography. ARFI, acoustic radiation force impulse.

육 평가에 재현성이 높은것으로 확인되었다.

경직성 뇌성마비

뇌성마비는 미성숙한 뇌에 비 진행성 손상을 입었을 때 운동과 자세의 이상을 보이는 일종의 증후군이다. 하지 경 직의 정도를 평가하는 방법으로 관절운동 범위, 수정 애쉬 워스척도, 수정타듀척도 등이 있다. 그러나 2010년 Rekand

는 이러한 평가 방법들이 경직형 운동에 관여하는 근육과 관련된 충분한 정보를 줄 수 없으며 임상에서 이들 방법들 의 신뢰도와 타당도에 의문이 든다고 하였다. 경직성 뇌성 마비 환아에서 B-mode 초음파를 이용한 여러 연구에서 마 비쪽과 건측 비복근의 근육 다발의 길이와 두께를 측정하 여 비교하였다. 환자의 발목 경직과 근육 탄성도와의 관련 성을 밝혀낸 첫 연구는 15명의 경직성 뇌성마비 환자와 13 명의 정상아를 대상으로 실시간탄성초음파와 횡파탄성초 음파를 이용하여 종탄성 변형률과 횡파의 음속도를 비교하 였다(Fig. 9).

경직성 뇌성마비 군이 정상에 비해 종탄성 변형률은 의미있게 낮았으며, 횡파의 음속도는 의미있게 빨랐다. 그 후, 경직성 뇌성마비의 보툴리눔 독소 치료,

체외충격파 치료

후의 경직 변화를 탄성초음파를 이용하 여 평가한 여러 논문들이 보고 되고 있다. 여러 연구들에서 검사자내와 검사자간 신뢰도가 높게 나와 실시간탄성초음 파는 경직의 근육 평가에 재현성이 높은 것으로 확인되었다.

결 론

빠르게 발전하는 실시간탄성초음파 기술은 다양한 신경 근골격계 질환에서 임상적으로 이미 사용되고 있으며 그 결과들은 유망하다. 실시간 탄성초음파의 많은 적용들은 신경근골격계 질환에서 조직의 성질, 구조 및 기능을 결정 하기 위해 연구되고 있고, 의사들에게 중요한 정보를 제공 하고 있고, 관심영역은 점차 확장되고 있다. 비록 실시가 탄성초음파가 표준화되지 않은 검사자 의존 영상 방법으로 간주되나 횡파 탄성초음파는 검사자 의존을 극복할 수 있 고, 초음파에 기반을 둔 기술이므로 탄성자기공명보다 비 용이 저렴하고, 쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다. 실시간 탄성초음파는 신경근골격계 질환에서 조직 탄성을 비침습 적으로 평가할 수 있고, 질환의 진행과 치료의 효율성을 평 가하는 데 중요하게 사용될 수 있다.

감사의 글

This research was supported by Basic Science Research

Program through the National Research Foundation of

Korea (NRF) funded by the Ministry of Education

(NRF-2016R1D1A1B01014260).

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