대한빌시선의학회지 1997; 37 : 975- 984
뇌농양의 병기결정에서 자기공명영상의 유용성:
가토를 이용한 실험 모텔과 임상 증례의 비교1
정용연
·강형근
·서정진
·김윤현
·박진균
·김재규
·정현대
·오종석 2
•이민철3
목 적 · 실험적으로 세균성 뇌농양을 일으킨 후 일정시간 경과에 따른 자기공명영상 소 견과병리조직 소견을 비교하고，실제 임상증례들과비교하여 자기공명영상의 유용성을평 가하고자하였다.
대상 및 방법 . 설험은 가토 10마리에 연쇄상구균 106/ml를 직접 뇌실질에 접종하여 뇌농 양을 유발시켰으며， 뇌농양의 전개과정인 급성 뇌염증기(1 -5일) , 만성 뇌염증기 (6-10일) , 급성 농양기(11-15일)， 만성 농양기(1 6일이상)의 병기에 맞추어 관찰하기 위하여 3,8, 13, 28일째에 각각 자기공명영상을 시행하여 T1 및 T2 강조영상과 조영증강영상을 얻은 후， 각 시기에 가토를 2-3마리씩 희생시켜 병리조직 검사를하여 상호간의 연관관계를 비교검토 하였다. 또한 병리조직학적으로 확진된 뇌농양 환자 13예의 자기공명영상 및 병리조직소견 을실험 모델의 자기공명영상소견과비교분석하였다.
결 과 : 실험 모델의 자기공명영상에서 뇌농양 내부의 신호강도는 모든 시기에서 T1 강 조영상에서 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도였다. 급성 뇌염증기 10예 모두에서 미미한 조영증강이 관찰되었고， 병리조직 소견에서 염증세포 침윤이 관찰되었다. 만성 뇌염 증기 7예 중4예에서 불규칙한환상조영증강이 있였고， 병리조직 소견에서 중심부괴사， 주 변부에 염증세포의 침윤과 혈관증식이 관찰되였다. 급성 및 만성 농양기에서 농양벽은 T2 강조영상에서 저신호강도였으며 조영증강영상에서 매끈한 환상 조영증강이 관찰되었다. 병 리조직 소견에서 급성 농양기에서는 뇌농양의 중심부 괴사가 투렷해지면서 섬유양 물질의 침착이 보였으며， 만성 농양기에서는 투렷한 교질성 피막이 관찰되었다. 임상 증례에서 농 양 내부의 신호강도는 모든 시기에 관계없이 Tl 강조영상에서 저신호강도， T2 강조영상에 서 고신호강도였다. 급성 뇌염증기 환자에서 미미한 조영증강이 있었고， 만성 뇌염증기 환 자에서 불완전한 환상 조영증강이 관찰되었다. 급성 및 만성 농양기 환자에서 농양벽은 모 두 T2 강조영상에서 저신호강도， 조영증강영상에서 매끈한 환상 조영증강이 관찰됨으로써 실험 모델의 자기공명소견과 일치하였다.
결 론 : 실험 모텔에서 자기공명영상은 뇌농양의 각 시기를 잘 보여 주였으며， 특히 농양기 에 T2 강조영상에서 농양벽의 저신호강도 및 환상조영증강 소견은 임상적으로 뇌농양 환자의 자기공명영상소견과 일치하였다. 따라서 자기공명영상은 뇌농양의 병기에 따른 진단 뿐만 아니 라 치료방법의 결정 및 다른 질환의 감별 진단에 도움을 주는 유용한 검사방법으로 사료된다.
뇌농양은 중추신경계 감염성 질환의 하나로서 내과적 혹은 외과적 치료를 조기에 적절히 하지 못하면 사망률이 높은 치명 적 염증성 질환으로 알려져 있다 (1 ， 2). 최근 전산화단층촬영
(Computed Tomography, 이하 CT) 과 자기공명영상 (Mag
netic Resonance Imaging, 이하 MRI) 등의 영상 진단방법의
l 전냥대학교 의과대학 진단방사선과학교실 z전담대학교 의과대학 미생물학교실
‘전남대학교 의과대학 영리학교실
이 논문은 전남대학교병원 임상연구소 지원으로 이루어졌음 이 논문은 1997년 6월 2일 접수하여 1997년 9월 22일에 채택되었음
발전과 더불어 다양한 항생제 개발 및 외과적 시술기법의 진보 등 치료방법의 발달로 뇌농양으로 인한 사망률은 5% 이하로 감소되었다. 그러나 아직도 정상인은 물론 연역이 저하된 환자 에서 혐기성 세균， 진균 또는 기생충 등의 이차 감염으로 인한 뇌농양의 발생은 줄어들지 않고 있다 (3).
Enzmann 등 (4) 에 의하면 뇌농양의 전개 과정을 병리조직 소견과 연관지어 1) 급성 뇌염증기 (1-5일)， 2) 만성 뇌염증기 (6-10일)， 3) 급성 농양기 01-15일)， 4) 만성 농양기(1 6일 이상)로 구분하여 진단 및 치료방법에 도움을 주고자 하였다.
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뇌농양 환자에서 농양의 아교질성 펴막 형성 여부는 환자 치료 방법의 결정에 영향을 주는데，즉피막형성이 불완전한뇌염증 기에는 항생제 등을 이용한 내과적 치료 또는 단순 배농술을 우 선 시행하나， 일단 뇌농양의 피막이 형성되는 급성 빛 만성 농 양기에는 농양 적출술 등이 시행되어야 한다 (5-7). 따라서 뇌 농양환자에서 치료전 뇌농양의 병기를정확히 아는것이 중요 하며 이 시기를 구분하기 위한 시도가 계속 진행되고 있다
(7-12). 본 연구의 목적은 실험적으로 가토에서 세균성 뇌농
양을 일으켜 병기에 따라 MRI에서 T1 및 T2 강조영상과 가돌 리니움 조영증강 소견을 관찰하여 병리조직 소견과 비교하고，
임상 증례들과 비교하여 MRI의 유용성을 평가하고자 하였다.
대상및방법
실험모델
실험 대상및세균주입
실험동물은 순계 New Zealand 백색 가토 10마리를 사용하 였다. 가토의 몸무게는 2.5-3.5Kg이었으며 모두 건강한 가토 였다. 모든 가토는 24게이지 정맥유지용 바늘 (Medicut 24G IV Catheter, JELCO, San Francisco, U.S.A.) 로 귀정맥에
5% 포도당 용액을 주업하면서 조영제 주업을 위한 정맥로를 확보하였다. 마취는 가토를 복와위 자세를 취하게 한 후 우레탄
( Urethane: Sigma Company, St. Louis, U.S.A.) 3ml/Kg를 피하에 주사한 후 30-60분을 기다려 호흡 이외의 다른 움직임 이 없고 통증 등에 반응하지 않으면 마취가 완료된 것으로 하였 고 필요에 따라서 다이아제팡 (Diazepam : Hanol, Seoul, Korea) 0.5 -1ml를 정 맥으로 추가 주입하였다. 다음으로 양안 사이의 피부를 절개하고 두정골을 소독된 드렬로 천자하여 0.2xO.2cm의 구멍을뚫었다.
세균은 베타-용혈성 연쇄싱다균 (β-hemolytic Streptococ- cus pneumoniae) 을 이용하였으며 세균의 농도는 1ml에 1067~
가 되도록 하였다. 연쇄상구균 1ml를 뇌실질이 많이 파괴되지 않도록 끝이 가늘고 중간이 굽어진 비루관 천자용 바늘
(nasolacrimal duct needle)을 4-5mm정도 깊이로 넣어서 가 토의 뇌실질에 접종하였다. 그 후 다시 피부를 봉합하였으며 이 상의 모든 과정은 멸균상태에서 시행하였다. 시술 후 가토는 동 물환경제어 사육장치에서 사육하였다.
자기공명영상검사
MRI는 1.5T 초전도형 기기 (GE Signa Advantage, Mi- lwaukee, USA) 를 이용하였으며 코일은 가토의 크기가 작아 슬 관절 코일을 사용하였다. 촬영조건은 절편두께 3mm, 절편간격
1mm, matrix수 256x192, 여기 (excitation) 2회， 그리고 촬영 시야 12cm였다. T1 강조영상은 고식적 스핀에코 기법으로
TR = 400 - 50Omsec, TE = 14msec의 조건으로 축상면을 얻었 으며， T2강조영상은 급속스핀에코 기법으로 TR=3,000- 4,000msec, TE = 90 - 95msec의 조건으로 축상변을 얻었다. 조 영전 T1과 T2 강조영상을 획득한 후 조영제로 가돌리니움
정용연 오1: 노|농앙의 병기결정에서 자기공명영상의 유용성
맥주입 후 5분 이내에 축성변을 얻었다. 모든 가토는 촬영 20분 전에 다이아제팝 0.5ml를 정맥내 주입하여 진정시켰다. 또한 가 토의 움직임으로 인한 동작잡상을 최소화하기 위해 플라스틱 재질의 고정대를고안하여 사용하였다.
Enzmann 등 (9)이 제시한 기준에 기초를 두어 뇌농양의 전 개과정을 1) 급성 뇌염증기(1 -5일)， 2) 만성 뇌염증기 (6-10 일)， 3) 급성 농양기 (1 1-15일)， 4) 만성 농양기 (16일 이상)로 분류하였고 이 시기 에 맞추어 3,8, 13, 28일째에 MRI를 시 행 하였다.
병리조직 검사
세균을 접종한 후 3일째 3마리， 8일째 3마리， 13일째 2마리，
28일째 2마리를 MRI를 시행한 후 병리조직 검사를 위해 희생 시켰다. 희생 방법은 potassium chloride(KCl) 5ml를 정맥에 주입하였으며 호흡과 심장박동이 정지되면 사망한 것으로 판정 한 후 곧바로 두개골을 박리하고 뇌척수 연결부 직상부에서 뇌 전체를 그대로 적출하여 10% 완층포르말련에 약 2주 정도 고 정한 후 축상면으로 약 3mm 간격으로 절단하면서 육안 검사를 하였다. 조직검사는 paraffin 절편을 만들어 4μm의 두께로 박 절하고 hematoxylin-f)osin, Masson’s trichrome과 GFA로 염 색후 광학현미경으로 관찰하였다.
결과분석
MRI에서 각 병기에 따른 농양 내부와 벽의 신호강도를 T1
빛 T2 강조영상에서 관찰하였으며 조영증강영상에서 환상 조 영증강의 유무와 모양을 관찰하였다. 이때 농양 내부의 신호강 도가 T1 및 T2 강조영상에서 뇌회질 신호강도보다 높을 때를 고신호강도， 낮을 때를 저신호강도로 표시하였다. 또한 조영증 강영상에서 농양 내， 외측 벽의 두께가 균질할 때를 동심성
(concentric), 한쪽이 두꺼울 때를 편심성 (eccentric) 으로 구 분하여 관찰하였다. 병리조직 소견은 중심성 괴사여부， 염증세 포 침윤， 혈관 증식 여부와 교질성 피막 형성 등의 소견을 MRI
소견과 비교분석하였다. 또한 시간별로 각각의 정도에 따라 저 배율에서 약간 산재 되어있을 때 경도， 전체적으로 퍼져 있을 때 중등도，전체적으로밀집해 있을때 중증도로등급을정하여 변화를관찰하였다.
임상증례 조사대상
1992년 6월부터 1996년 5월까지 MRI를 시행하였고 수술과 병리조직 검사로 확진된 13예를 대상으로 하였다. 연령은 12세 에서 65세까지로 평균 43세였으며 남녀의 비는 9:4였다.
자기공명영상진단
MRI는 1.5T 초전도형 기 기 (GE Signa Advantage, Mil- waukee, USA) 를 사용하였고 두부 코일을 이용하였다. 촬영조 건은 절편두께 5mm, 절편간격 2.5mm, matrix수 256x 192, 여 기 2회， 그리고 촬영시야 22cm였다. T1 강조영상은 고식적 스 (Magnevist : Shering, Berlin, Germany) O.lmmol/ Kg을 정 핀에코 기법으로 TR=400-6。이nsec， TE = 15 - 20msec의 조
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Table 1. Sequential Changes of Enhancement Pattern of Brain Abscess in Experimental Model
Stage No.of Enhancement pattern cases
Early cerebritis 10 Subtle (10) Late cerebritis 7 Irregular ring (4) Early capsular 4 Eccentric ring (3) Concentric ring (1) Late capsular 2 Concentric ring (2)
건으로 시상면과 축상연을 얻였으며， T2강조영상은 급속스핀에 코 기법으로 TR=3,OOO -4,OOOmsec, TE =90 -95rnsec의 조건으 로 축상변 영상을 얻었다. 조영제로 가돌리니움을 O.lm mol/kg 정맥 주사한 후 축상면과 관상면 Tl 강조영상을 얻었다.
병리조직 김사
모든 뇌농양 환자에서 조직을 hematoxylin-eosin으로 염색 B
Fig. 1. Early cerebritis stage of brain abscess in the rabbit A. T1-weighted axial image(TR/TE=400msec!l4msec) shows ill defined hypointense lesion(arrows) in the right cerebral hemisphere
B. T2-weighted axial image(TR/TE=3,000msec/90msec) shows hyperintense lesion (arrows) in the right cerebral hemisphere.
C. Photomicrograph shows focal accumulation of neutro- phils (H&E, X 100).
하였고 필요에 따라 Masson’s trichrome과 GFA로 염색후 영 상 소견을 모르는 상태에서 병리과 전문의가 관찰하여 En zmann 등 (9) 이 제시한 기준을 기초로 뇌농%탤 4단계 병기로 분류하였다. 급성 뇌염증기는 l예， 만성 뇌염증기 2예， 급성 농 양기 4예와 만성 농양기 6예였다.
결과분석
뇌농양의 원인균을 확인하였고 두명의 방사선과 전문의가 후 향적으로 Tl과 T2 강조영상에서 뇌농양의 위치， 크기 빛 뇌농양 내부와 벽의 신호강도를， 그리고 조영증강영상에서 환상 조영증 강의 유무와 모양을 관찰하였다. 신호강도 기준은 Tl과 T2 강조 영상 모두에서 뇌회질 신호강도보다 높을 때를 고신호강도， 낮을 때를 저신호강도호 표기하여 분석하였고， 농양벽의 형태를 실험 모델과 마찬가지로 동심성과 편심성으로 구분하였다.
결 과
실험모델
MRI에서 뇌농양내부의 신호강도는모든시기에 Tl 강조영 상에서 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도였다. 농양벽 의 신호강도의 변화와 조영증강 양상， 그리고 병리조직 소견은 각시기별로다음과같았다.
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정용연 오1 : 노|농앙의 병기결정에서 자기공염영상의 유용성
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A B
Fig. 2. Late cerebritis stage of brain abscess in the rabbit
A. Gd-enhanced Tl-weighted axial image{TR!TE=400msec!14rnsec) demonstrates irregular ring enhanced lesion{arrows) in the right cerebral hemisphere.
B. Photomicrograph reveals infiltration of macrophages, lymphocytes and vascular proliferation (H&E, X 100).
Table 2. Pathologic Findings in the Sequential Stages of Experimental Model Stage Necrotic Inflammatory
center cell infiltration
Early cerebritis
+
Late cerebritis
+
+十Early capsular
++ ++
Late capsular
+ ++
+ :
mild degree+ + :
moderate degree+ + + :
severe degree (no case in this study)급성뇌염증기
10예 모두에서 병변은 T1 강조영상에서 경계가 불분명한 저 신호강도， T2강조영상에서 고신호강도였다 (Fig. 1A, 1B). 조 영증강영상에서 조영증강의 정도는모든예에서 미미했으며 환 상 조영증강되는 농양벽은 없었다 (Table 1). 희생된 가토 3예 의 병리조직 소견에서 국소적으로다핵형 백혈구，럼프구，형질 세포 등 급성 염증세포들이 침윤되어 있었다. 반응성 신경교증
(gliosis) 과 혈관증식은 미미했다 (Table 2, Fig 1C).
만성 뇌염증기
7예 중 4예에서 불규칙하고 불완전한 환상 조영증강이 관찰 되었으며 (Table 1, Fig. 2A), 나머지 3예에서는 환상 조영증강 은 없였으나 조영증강이 급성 뇌염증기에 비해 뚜렸이 보였다.
희생된 가토 3예에서 병리조직 소견상 중심부 괴사가 급성 뇌 염증기보다 투렷하게 보이기 시작하였고 염증성 세포가 두럽게 침윤되였으며， 주변부에서 혈관증식과 반응성 신경교증이 관찰 되었으냐 교질성 피막 형성은 없였 q(Table 2, Fig 2B).
Vascular Collagenous Gliosis proliferation fibrosis
++ ++ + ++
+ ++ ++
급성농앙기
4예 모두에서 농양벽은 T1 강조영상에서 동통신호강도였고 T2 강조영상에서 저신호강도였으며， 가돌리니움 조영증강영상 에서 비교적 매끈한 환상 조영증강을 관찰할 수 있였다 (Table 1, Fig. 3A). 그리고 농양벽은 4예 중 3예에서 외측벽이 내측벽 에 비해 두꺼운 편심성 환상 조영증강 형태로 관찰되었으며 1
예는 동심성이었다. 희생된 가토 2예의 병리조직 소견에서 중 심부 괴사는 만성 뇌염증기 보다 잘 경계 지워지며 괴사 주위에 섬유성 물질과 약간의 교질이 침착이 있였 q(Table 2, Fig.
3B).
만성농앙기
2예 모두에서 농양벽은 T1 강조영상에서 동등신호강도였고 T2 강조영상에서 저신호강도였으며， 이 중 l예에서는 농양벽 바깜쪽에 T1 빛 T2 강조영상에서 고신호강도의 고리가 있었 다.2예 모두에서 가돌리니움 조영증강영상에서 비교적 매끈한 동심성의 환상 조영증강을 볼 수 있었다 (Table 1, Fig. 4). 병 리조직 소견상 중심부 괴사가 보이면서 주변부에 만성 염증성 세포의 침윤을 통반한 육아조직 및 비후된 교질성 피막이 관찰
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A B
Fig. 3. Early capsular stage of brain abscess in rabbit
A. Gd-enhanced Tl-wei'ghted axial irnage(TR/TE=400msec/14msec) demonstrates the abscess cavity with eccentric ring enhancement (arrows) irt the left cerebral hemisphere.
B. Photomicrograph shows necrotic center surrounded by inf1ammatory cell infiltrations consisting of macrophages, lymphocyte and reactive gliosis(H&E, X 100).
A B C
Fig. 4. Late capsular stage of brain abscess in rabbit
A. Tl-weighted axial image(TR/TE=400msec!l4msec) shows inner isointense abscess wall(black arrows) and outer hyperintense rim (white arrows).
B. T2-weighted axial image(TR/TE=3,000msec/90msec) shows hypointense wall(arrows) of abscess and hyperintensity of inner content.
C. Gd-enhanced Tl-weighted image(TR/TE=400msec/14msec) shows the abscess cavity with concentric ring enhanced wall(arrows)
되었고 가장 바깜층에 신경교층의 증식은 저명하지 않았다 (Table 2).
잉상증례
수술과 병리조직학적으로 확진된 뇌농양 13예는 각 시기별로 급성 뇌염증기 l예， 만성 뇌염증기 2예， 급성 농양기 4예， 그리 고 만성 농양기 6여1 였다. 원인균은 연쇄%니L균 (Streptococcus) 이 2예， 포도/암l균 (Staphylococcus) 이 l예， 프로티우스 (Pro teus) 균이 l 예， 아스페길루스 (Aspergillus) 균이 1 예였으며 나 머지 8예에서는 원인균이 배양되지 않았다. 뇌농양 위치는 측 두엽이 5예， 전두엽이 4예， 두정엽이 3예， 측두엽과 두정엽에 걸
친 농양이 1예로， 모두 피수질 경계부( corticomed비lary junc-
tion) 에 위치하였으며， 뇌농양 크기는 직경이 2-5cm( 평균，
4cm} 였다. MRI에서 뇌농양 내부의 신호강도는 모든 시기에 T1 강조영상에서 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도였 다. 농양 주위에 작은 2-3개의 위성병소 (satellite lesion)가 3 예에서 관찰되었다. 농양벽의 신호강도， 조영증강양상 그리고 병 리조직 소견은 다음과 같았다.
급성 뇌염증기
13예 중 1예에서 T1 강조영상에서 경계가 불분명한 뇌회질 보다 낮은 저신호강도를， T2 강조영상에서 뇌회질 보다 높은 고신호강도였으며， 조영증강영상에서 미미한 조영증강이 관찰 되어 실험 모델의 급성 뇌염증기의 소견과 일치하였 q(Table
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3). 병리조직 소견에서 급성 염증세포의 침윤이 있였으며 주변 에 부좀을 동반하였고 농양벽은 없었다.
만섣 뇌염증기
13여| 중 2예 모두에서 조영증강영상에서 불규칙하고 불완전 한 환상 조영증강이 있었다 (Table 3, Fig. 5A). 병리조직 소견 에서 C념증성 세포가 두텅게 침윤되었고 주변부 혈관증식이 저 명하게 있었으나 교질성 피막은 없었다 (Fig.5B).
급섣농앙기
총 13예 중 2예에서 농양벽은 T1 강조영상에서 동등산호강 도였고 다른 2예는 고신호강도였으며， T2 강조영상상 4예 모두 는 저신호강도였다. 농양벽의 조영증강 양상은 각각 2예에서 편성성 및 동섬성의 환상 조영증강이 관찰되어 급성농양기의 실험모델 소견과 일치하였 q(Table 3). 병리조직 소견에서 교 질성 농양벽이 형성되면서 중심부에는 괴사와 그 주위에 섬유 양물절이 침착되었다.
만싣농앙기
총 13예 중 농양벽은 T1 강조영상에서 3예는 동등신호강도，
3예는 고신호강도였으며， T2 강조영상에서 6예 모두에서 저신 호강도였다 농양벽의 조영증강 양상은 2예에서 편심성， 4예에 서 동섬성의 균질한 환상 조영증강 형태였 q(Table 3, Fig. 6A, 6B,6C). 병리조직 소견에서 안쪽의 괴사 및 염증세포층， 교질 층， 그리고 바깥쪽 신경교층으로 3층을 이루는 농양벽을 형성 하였다 (Fig.6D).
A B
정용연 오1: 노|농앙의 명기결정에서 자기공명영상의 유용성
고 찰
뇌농양의 원인균들은 대부분 화농성 세균이고， 이외에 진균 그리고 기생충 등이 있으며， 영상 진단방법과 항생제 발달 이전 에는 연쇄상구균， 포도상구균 등의 호기성 세균 (aerobic bac teria) 이 대부분의 원인균이었으나 점차 감소하고 있다(1， 13).
최근에는 혐기성 서l균 (anaerobic bacteria) 인 박테로이드스 (Bacteroides), 펠토코코스 (Peptococcus) , 프로티우스(Prote us) 등에 의한 뇌농양의 빈도가 증가하고 있는 추세이다. 특히 선천성 심장 질환이나 면역체계가 떨어지는 질환을 갖고있는 환자에서 화농성 세균 이외의 원인균들이 증가하고 있으나 아 직도 전체적으로 베타-용혈성 연쇄상구균， 황색 포도힘L균，
폐렴 쌍구균， 그람 음성균 등이 많은 빈도를 차지하고 있다
(13). 이 연구의 실험 모델에서는 뇌농양의 많은 원인을 차지하 는 베타-용혈성 연쇄상구균을 이용하였다.
뇌농양이 일어나는 기전은 사람에서는 첫째， 혈행성으로 원
Table 3. Relationship between Enhancement Pattern and Pathologic Stage in Clinical Review(n = 13)
Pathologic stage No.of Enhancement pattern cases
Early cerebritis 1 Subtle (1)
Late cerebritis 2 Irregular ring (2) Early capsular 4 Eccentric ring (2) Concentric ring (2) Late capsular 6 Eccentric ring (4) Concentric ring (2)
Fig. 5. A 17-year-old male patient with late cerebritis stage of brain abscess
A. Gd-enhanced Tl-weighted axial image(TR/TE=400msec/17msec) demonstrates irregular ring enhanced lesion(arrows) in the left frontal lobe with marked surrounding edema.
B. Photomicrograph reveals intense infiltration of neutrophils, plasma cells and lymphocytes, and marked proliferation of fibrovascular granulation tissues(H&E, X 40).
대한빙시선의학회지 1997; 37 : 975 - 984
A B
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인균들이 혈류를 통하여 파급되어 뇌수막에 착상 뇌수막염을 일으킨 후 뇌염증으로 발전하는 경우가 가장 많고， 둘째， 주위 의 염증 즉 중이염， 유양돌기염 그리고 부비동염 등에서 골 파 괴를 동반하여 직접 파급되는 경우， 셋째， 외상에 의하여 세균 이 직접 들어가는 경우 등이다(1， 2, 14). 이 실험 모델에서는 세균을 직접 뇌실질에 접종하여 뇌농양을 유발시켰으며， 임상 증례에서는 부비동염과 중이염 각각 l예를 제외하고는 대부분 정확한 원발 병소가 밝혀지지 않았으나 혈행성 원인으로 추정 되었다. 혈행성 원인으로 생긴 뇌농양은 피수질 경계부에 잘생 기며 뇌의 어느 부위에도 발생할 수 있는데(1 3， 15, 16), 이 연 구의 임상 증례에서도 측두엽 5예， 건두엽 4예， 두정엽 3예 등 으로 다양한 분포를 보였다.
Enzmann 등 (4) 은 뇌농양의 CT소견을 병리조직 소견과 연 관지어 뇌농양은 2-3주에 걸쳐서 병리조직 소견의 변화를 보 이는데 시간 경과에 따라 급성 뇌염증기(1 -5일)， 만성 뇌염증 기 (6 -10일)， 급성 농양기 (11-15일) 및 만성 농양기 (16일 이
C
Fig. 6. A 36-year-old female patient with late capsular stage of brain abscess
A. Tl-weighted axial image(TR!TE=400msec!15msec) sho- ws a mass with thin isointense abscess wall(arrows) in the left posterior parietal lobe separating a markedly hypo- intense central cavity from relatively hypointense edema tous brain.
B. T2-weighted axial image(TR!TE=3,OOOmsec!90msec) shows hypointense abscess wall(arrows) to gray matter and massive surrounding edema of hyperintensity.
C. Gd-enhanced Tl-weighted axial image(TR!TE=400msec
!15msec) delineates a bscess cavity with concentric ring enhancement.
D. Photomicrograph demonstrates distinct three layers; in- ner necrotizing inf1ammatory layer(l), granulation tissue layer(2), and outer collagenous fibrous capsule(3). The lesion is surrounded by reactive gliosis (H&E, X 4이
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상)의 4병기로 구분하였다. 세균 감염 후 보통 4-5 일간 지속 되는 급성 뇌염증기와 같은 급성 감염이 있을 때 병변 부위에 수분이 증가되어 MRI에서 신호강도는 T1 및 T2 이완시간이 증가되어 T1 강조영상에서 경계가 불명확한 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도가 보이며 조영증강영상에서 환상 조 영증강은 되지 않고 병변 부위에 미미한 조영증강을 보이는 비 특이적인 소견이 보고되고 있다 (2， 17). 병리조직 소견에서는 급성 염증세포의 침윤이 있으면서 주변 부종과 경계가 불분명 하며 교질로 구성된 농양벽은 관찰되지 않는다고 알려졌다 (4，
5). 이 연구의 실험 모델과 임상 증례의T1 강조영상에서 경계 가 불분명한 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도였으며 조영증강영상에서 미미한 조영증강이 있었다. 병 리조직 소견에 서는 경계가 불분영한 급성 염증 세포의 침윤이 관찰되었고 이 런 급성 염증 세포의 침윤이 수분을 증가시켜 T1 강조영상에서 저신호강도， T2 강조영상에서 고신호강도로 관찰된다고 추정 된다.
만성 뇌염증기는 감염 6일 이후부터 시작되는데 불완전한 농 양벽이 T1 및 T2 강조영상에서 동등신호강도로， 조영증강영상 에서 불규칙하고 두꺼운 환상 조영증강이 일부에서 나타나 다 음 시기인 농양기와 구분이 어려워진다 (18) . 또한 병리조직 소 견에서는 중심부에 괴사가 있으면서 주위에 염증세포의 침윤，
신생혈관 증식과 부종이 투렷해지는 시기이다(4， 5). 특히 이 시기의 MRI에서 환상 조영 증강되는 부위는 병리조직 소견에 서 염증세포들의 침윤과신생혈관증식 등혈뇌장벽 이상때문 에 나타나는 것으로 알려져있다(8， 10, 11). 이 연구의 실험 모 델에서 MRI에서 불규칙한 환상 조영증강이 7예 중 4예에서 관찰되었고 임상 예에서는 2예 모두에서 불규칙한 환상 조영증 강이 관찰되었으며， 병리조직 소견에서는 중심부에 괴사가 생 기기 시작하며 주위에 고도의 염증세포의 침윤과 주변부 혈관 증식이 관찰되였다. 병리조직 소견에서 중심부 괴사는 MRI에 서 조영증강이 되지 않고 주변부의 고도의 염증세포와 주변부 혈관증식 때문에 혈뇌창벽 이상을초래하여 불규칙하고두꺼운 환상 조영증강이 관찰된다고 사료된다.
급성 농양기는 대개 감염 11 일경부터 시작되는데 MRI에서 농양벽은 T1 강조영상에서 동등신호 또는 고신호강도로， T2
강조영상에서 저신호강도로 관찰되고， 조영증강영상에서 비교 적 균절하고 완전한 환상조영증강 형태로 관찰된다(2， 8, 12, 15,17). 병리조직 소견에서는 만성 뇌염증기 보다 농양벽이 완 전하게 형성되고 중심부 괴사와 섬유양 물질과 교질이 함께 침 착되면서 교질성 피막이 형성되고이런 교질성 피막과염증세 포의 침윤 때문에 혈뇌장벽이 변화되어 균질한 환상 조영증강 이 된다고 알려져있다 (4， 5， 11, 12, 17). 이 연구의 실험 모델 4 예와 임상 증례 4예에서 교질성 피막으로 구성된 농양벽은 T2 강조영상에서 저신호강도였으며， 모든 실험 모델과 임상 증례 에서 균질한 환상 조영증강을 보여 알려진 급성 농양기의 소견 과 일치되였다. 급성 농양기에 병리조직 소견에서 교질성 피막 으로 구성된 농양벽이 만성 뇌염증기와 구별점이 되고 치료방 법의 결정에도 중요한데 즉 만성 뇌염증기까지는 항생제 응을 이용한 내과적 치료 또는 단순 배농술을 시행하고， 급성 및 만 성 농양기에는 적출술을 시행하게 된다(19). 따라서 이 두 시기 를 방사선학적 검사에서 감별 진단하기 위한 연구가 많이 이루 어지고 있다 (4， 8， 11, 12, 17 -19). Enzman 등 (4) 은 초기영상 에서는 환상 조영증강만 보이지만 30-60분 후의 지연영상에서 만성 뇌실질엽기는 농양 중심부에 괴사가 완전히 되지 않고 염 증 조직이 부분적으로 남아있기 때문에 중심부로 점차 조영 증 강되는 소견을 보여 수술적 치료를 요하는 농양기와 감별이 된 다고 하였다. 그러나 Grossman 등 (18) 은 포도상구균을 원숭 이 두개내 작은 혈관에 색전시켜서 두개내 뇌농양을 일으킨 후 MRI로관찰하였는데 농양기에도지연영상에서 조영제가농양 내로 조영 증강되어 만성 뇌염증기와 급성 농양기와 구별하는 것이 어렵다고 하였다. 그러나 다른 보고들에 의하면 조영증강 영상에서 급성 농양기에서는균질하고완전한환상조영증강이 관찰되고만성 뇌염증기에서는불규칙하고불완전한환상조영 증강이 관찰되어 두 시기의 감별에 도움이 된다고 하였다 (17，
20). 이 연구의 실험 모델에서도 만성 뇌염증기의 MRI에서 불
정용연 오1: 뇌농앙의 병기결정에서 자기공명영상의 유용성
규칙하고 환상 조영증강이 7예 중 4예에서 관찰되었으며 만성 염증기 2예에서 불규칙한환상조영증강이 관찰되었고급성 농 양기에는 모든 실험 모델과 임상 증례에서 균질한 환상 조영증 강이 관찰되어 조영증강 양상의 차이가 두 시기를 구분뺨데 도움을주었다.
만성 농양기는농양벽이 성숙되어감에 따라농양벽에 교질의 침착이 많아지는 시기로 MRI에서 농양벽은 T1 강조영상에서 동등신호 또는 고신호강도이며 T2 강조영상에서 저신호강도로 관찰되어 T2강조영상에서 농양벽의 저신호강도가 농양기의 특 정적 소견으로 알려져 있으며， 조영증강영상에서 균질한 환상 조영증강이 관찰된다(8， 17). 그리고 병 리조직 소견에서는 가장 안쪽의 괴사 및 염증세포층， 교질층， 그리고 바깜쪽의 신경교층 으로 3층을 이루는 농양벽을 형성한다 (4， 5). 이 연구의 실험 모델이나 모든 임상 증례에서는 가몰리니움 조영증강영상에서 균질하게 환상 조영 증강되는 농양벽은 T2 강조영상에서 모두 저신호강도로 나타나셔 급성과 만성 농양기를 구분하는 것은 한계가있었다.
농양기에 교질성 피막으로된농양벽의 저신호강도는뇌농양 의 특정적 소견으로 T1 강조영상에서 주변 뇌실질과 동등 혹은 고신호강도를 보여 T1 강조영상에서 농양벽이 동등 신호강도 일때 병변 자체와구분이 쉽지는않지만 T2 강조영상에서는괴 사된 중심부의 고신호강도와 주변부 부종의 고신호강도 사이에 서 저신호강도로 잘 관찰된다(8， 17, 20). 이와 같이 농양벽이
T2 강조영상에서 저신호강도로 보이는 기전은 몇 가지 가성이 있다 (17， 20). 첫째， 교질의 침착이 원인이라는 가설이다. 그렇 지만 교질과 같은 섬유조직은 T1 빛 T2 강조영상에서 저신호 강도로 관찰되어야 하는데 뇌농양의 농양벽은 T1 강조영상에 서 고신호 또는 동등신호강도를 보여 적절치 않다. 둘째， 출혈 의 가능성이다. 그러나 농양벽에서 병리조직 소견에서 출혈을 발견할 수 없었고 출혈에 의한 신호 강도는 부분적이고， 시기마 다 다양하게 관찰되는데 T2 강조영상에서 저신호강도로 보이 는 농양벽의 저신호강도는 수개월 동안 지속되므로 맞지 않다.
셋째， 염증이 활발할 때 농양벽의 대식세포 (macrophages) 에서 생성된 산소 유리기 (oxygen free radicals) 의 감수성 효과
(susceptibility effect) 에 의한 T2 감축에 기인한다는 가젤로 가장 가능성이 있다. 농양기에 T2 강조영상에서 농양벽의 저신 호강도는 특정적이기는 하지만 전이암 등에서도 나타날 수 있 어 감별을 요하는데， 전이암은 뇌농양보다 더 피질 쪽에 위치하 고， 위성 평소가 없으며， 백질 쪽의 벽이 더 앓지 않고， 환상 조 영증강 벽에 국소적인 결절을 보이고 단발성인 경우가 많아 감 별에 큰 어려움이 없으나 간흑 단발성 환상 조영증강을 보이는 경우에는 이들의 감별이 쉽지 않은 경우가 있다 (2， 20). 또한 뇌농양이나 전이암과 같이 환상 조영증강을 보이는 경우가 다 른 뇌질환에서도 보고되고 있는데 다형성 교아세포종 (gli -
oblastoma) 과 같은 원발성 뇌종양， 분해되는 혈종 (res 이ving
hematoma), 육아종 (granuloma) ， 뇌경색 등에서 빈번히 나타 나고 그밖에 색전성 뇌혈관기형， 다발성 경화 (multiple scler- osis), 그리고 색전성 뇌동맥류(thrombosed aneurysm), 후천 성면역결핍증 환자에서 잘 동반되는 일차성 뇌신경계 엄파종과
대한빙시선의학회지 1997; 37: 975-984
같은 질환들에서 보고되고 있어 감별진단이 어려운 경우가 많 다 (2， 6, 17).
결론-적으로 MRI는 실험 모델에서 뇌농양의 각 시기를 잘 나타내주며， 특히 만성농양기의 T2강조영상에서 농양벽의 저 신호강도와 환상 조영증강양상은 임상 증례의 소견과 일치하여 뇌농%뇨을 감별 진단하고 각 시기를 잘 구분하여 뇌농양의 진단 뿐만 아니라 치료방법의 결정에도 도움을 주는 유용한 검사방 법으로사료된다.
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J Korean Radiol Soc '997; 37: 975-984
Usefulness of MR Imaging in the Staging of Brain Abscess:
Comparison between Experimental Models and Clinical Cases1
Yong-Yeon Jeong, M.D., Heoung Keun Kang, M.D., Jeong Jin Seo, M.D., Yun Hyeon Kim, M.D., Jin Gyoon Park, M.D., Jae Kyu Kim, M.D., Hyon Dae Chung, M.D., Jong Suk Oh, M.D.2, Min Choel Lee, M.D.3
1 Department of Diagnostic Radiolog)ι Chonnam University Hospital, Chonnam University Medical School
‘Department of Microbiology, Chonnam University Medical School
3 Department of Patholog)ι Chonnam University Hospital, Chonnam University Medical School
Purpose: The purpose of this study is to evaluate the usefulness of MR imaging in the staging of brain abscesses and to determine the correlations between pathologic and MR findings.
Materials and Methods: Experimental brain abscesses were induced by direct inoculation of lml suspension of 106/ml Streptococcus pneumoniae into the brain parenchyma of ten New Zealand white rabbits. The evolution of abscess formation was divided into four stages, based on pathological cri- teria: early cerebritis (days 1 to 5), late cerebritis (days 6 to 10), early capsular (days 11 to 15), and late capsular (day 16 and later). The brain abscess of each animal was examined by MR imaging and light microscopy at 3, 8, 13, and 28 days; Tl-weighted, T2-weighted and Gd-enhanced images were obtained. The MR images and pathologic findings of 13 pathologica11y confirmed clinical cases were compared to MR images of the experimental model.
Results: In the experimental model, signal intensity of the abscess content was at a11 stages hypointense on Tl-weighted and hyperintense on T2-weighted images. In all ten cases, Gd-enhanced images showed an ill-defined contrast-enhanced lesion at the early cerebritis stage, and in four of seven cases, irregular ring enhancement at the late cerebritis stage. Pathologic specimens at this latter stage revealed prominent vascular proliferation and infiltration of chronic inflammatory ce11s. Signal intensity of the abscess wa11 during the capsular stage showed isointense relative brain parenchyma on Tl-weighted images and this was hypointense on T2-weighted images. Gd-enhanced images demonstrated smooth ring enhancement of the abscess wall. At the early capsular stage, pathologic specimens revealed a discrete necrotic center surrounded by infil- tration of reticulin and some co11agen; at the late capsular stage, these specimens showed marked infiltration of co11agen. In clinical cases, the signal intensity of abscess content was at a11 stages hypointense on Tl-weighted and hyperintense on T2-weighted images. Gd-enhanced images demonstrated ill-defined subtle contrast enhancement at the early cerebritis stage and irregular ring enhancement at the late cerebritis stage. In a11 cases, signal intensity of the abscess wall during the capsular stage was hypointense on T2-weighted images; at this stage, the abscess wa11 was showed a pattern of smooth ring enhancement. In cl
Index words: Animals Brain, abscess Brain, MR Brain, infection
Address reprint requests to: Yong-Yeon Jeong, M.D., Department of Diagnostic Radiology, Chonnam University Hospital Chonnam University Medical School, # 8 Hakdong, Dong-ku, Kwangju, 501-757 Korea.
Tel. 82-62-220-5740 Fax. 82-62-226-4380
