Address reprint requests to Dong-Jun Kim, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, College of Medicine, Ewha Womans University, Dongdaemoon Hospital
#70 Chongno-6-ga, Chongno-ku, Seoul, 110-126, Korea
Tel : 82-2-760-5130, Fax : 82-2-762-3985, E-mail : djkim@mm.ewha.ac.kr 본 논문의 요지는 1 9 9 9년 대한척추외과학회 춘계학술대회에서 발표되었음.
추간판 내장증의 진단에서 자기 공명 영상의 고신호 구역의 의의
김 동 준・왕 진 만
이화여자대학교 의과대학 동대문병원 정형외과학교실
– Abstract –
Significance of the High-intensity Zone(HIZ) on Magnetic Resonance Imaging for Diagnosis of the Internal Disc Disruption
Dong-Jun Kim, M.D. and Jin-Man Wang, M.D.
Department of Orthopaedic Surgery, Ewha Womans University Hospital, Seoul, Korea
Study Design: Analysis of correlation of high-intensity zone in magnetic resonance image and pain provocation in discography.
Objectives: The purpose of this investigation was to evaluate the relationship of the high-intensity zone to the results of discography in identifying the painful intervertebral disc.
Summary of Literature Review: There is some disagreement in validity of high-intensity zone on MRI for diagnosis of discogenic pain.
Materials and Methods: Magnetic resonance images were obtained in 52 patients who were considered for surgical interven- tion after failing to respond to conservative treatment. The presence of a high-intensity zone was specially looked for within anulus fibrosus. Each patient subsequently underwent discography; and types of provocative pain and image were recorded.
Statistical analysis was used to evaluate the correlation of high-intensity zone and concordant pain response and disc disruption.
Results: The interobserver reliability for detecting a high-intensity zone in a given disc was substantial(kappa=0.646). The sensitivity of high-intensity zone for concordant pain was 47% but its specificity was relatively high(81%). Posttest odds was not so high(68%).
Conclusion: These results suggest that the usefulness of high-intensity zone is limited by low sensitivity and a high-intensi- ty zone is not indicative of exactly painful disc disruption.
Key Words : Intervertebral disc, Internal disc disruption, Magnetic resonance image, High-intensity zone
Journal of Korean Spine Surg.
Vol. 6, No. 3, pp 451~457, 1999
서 론
추간판 내장증의 진단에서 추간판 조영술 시에 나 타나는 동형 통증(concordant pain)은 이환된 추간판
을 찾아내는데 중요한 역할을 하고 있으며, 현재로서 는 추간판 조영술이 이 질환의 진단에 gold standard 의 역할을 하고 있다2 , 5 , 7 , 9 , 1 0 , 1 2 , 1 6 , 2 5 - 2 7 ). 그러나 이것은 침습적인 방법이기 때문에 시행에 어려움이 있고, 많 은 저자들은 이것을 대체할 수 있는 비침습적인 검 사법을 모색해 왔다. 추간판에 대한 대표적인 비침습
적 영상 검사법인 자기 공명 영상은 높은 감수성을 갖고 있기는 하지만, 특이성이 높지 않아서 추간판 내장증의 확진에는 그다지 큰 도움이 되지 못하고 있다2 , 5 , 7 , 9 , 1 2 , 1 6 , 2 5 - 2 7 ).
1 9 9 2년 A p r i l과 B o g d u k4 )은 자기 공명 영상에서 나 타나는 high-intensity zone(HIZ) 즉, 고신호 구역의 정의를 T2 강조 영상에서 섬유륜 후방부에 고립적으 로 나타나는 밝은 신호 강도를 보이는 지역으로 규 정하고, 이 소견은 추간판의 방사상 파열을 나타내는 것이며 추간판 내장증의 진단에 중요한 신호가 된다 고 주장했다. 그 이후 최근까지 이 신호의 의의에 관 해 다양한 측면에서 접근하여 분석한 연구 결과들이 나오고 있으나, 현재까지는 이 신호의 진단적 가치에 대해서 각 연구자들의 입장이 일치되지 못하고 의견 이 거의 반분되어 있는 상태이다.
이에 본 이대 동대문병원 정형외과학 교실에서는, 자기 공명 영상에서 발견되는 고신호 구역의 진단적 가치를 알아보기 위해서 본 연구를 시작하였다.
연구 대상 및 방법
1. 연구 대상
추간판 내장증으로 추정되어 1 9 9 4년 1월부터 1 9 9 9 년 3월까지 본원에서 자기 공명 영상과 추간판 조영 술을 모두 시행한 환자로 이전에 척추 수술의 병력 이 없었고 기록 및 사진이 잘 보존된 5 2명의 환자 1 5 4예의 추간판을 대상으로 하였다. 제 3-4 및 4-5 요 추간판이 각각 5 2예였고, 제 5요추-제 1천추간판이 5 0 예였다. 환자의 연령은 2 0세에서 5 4세까지로 평균 3 5 . 6세였고, 남자가 4 3명, 여자가 9명이었다.
본원에서 사용하고 있는 추간판 내장증의 추정 기 준은 1) 본인의 직업을 제대로 수행하지 못할 정도 의 심한 요배부 동통 또는 연관통이 6개월 이상 지 속되며 2) 방사통은 없거나 뚜렷하지 않고 3) 동통이 요추의 굴곡 상태에서 악화되는 형태를 보여 앉은 자세를 6 0분 이상 유지하지 못하며 4) 보존적 치료에 도 증상의 뚜렷한 호전이 없는 경우로 하였으며 이 환자들 중 추간판 조영술을 시행하여 동형 통증이 나타나는 경우에 추간판 내장증으로 진단하였다.
2. 연구 방법 1) 자기 공명 영상
자기 공명 영상은 1.5 Tesla의 전도 장치( S i m e n s ,
G e r m a n y )를 사용하였으며 판정을 위해 사용한 T 2 강조 영상의 시상면 사진은 반복 시간(TR) 4400㎳, 에코 시간(TE) 112㎳의 스핀-에코 펄스로 얻었다. 고 신호 구역은 A p r i l과 B o g d u k4 )의 정의에 따라 T2 강 조 영상에서 섬유륜 후방부에 고립적으로 나타나는 밝은 신호 강도를 보이는 지역으로 규정하였다( F i g . 1A). 두 사람의 관찰자(갑, 을)가 독립적으로 자기 공 명 영상 사진을 판독하였으며, 각자 판독한 일차 판 독의 결과로 이 신호의 진단적 신뢰도를 계산하였다.
서로 다른 결과에 대해서는 상의하여 함께 이차 판독 을 한 다음, 그 결과를 가지고 추간판 조영술의 영상 소견과의 관계 및 진단적 가치를 구하였다.
2) 추간판 조영술
추간판 조영술은 환자를 측와위로 한 다음 영상 증폭기 하에 삽입 부위를 정하고 1% lidocain으로 국 소 마취를 한 후 추경외 도달법으로 시행하였다. 제 3-4 및 4-5 요추간은 길이 5.5 인치의 20-gauge 바늘 을 이용한 단침법(one-needle technique)을 제5요추-제 1천추간은 5.5 인치 길이의 18-gauge 바늘을 g u i d e로 하여 끝을 굽힌 6.5 인치 길이의 22-gauge 바늘을 이 용한 양침법(two-needle technique)을 사용하였다. 조 영제는 I o p a m i d o l ( I s o v u eT M)을 사용하였으며 주입 시 강한 저항이 있거나 조영제의 양이 3 c c가 넘으면 조 영제 주입을 중단하였다(Fig. 1B).
조영제의 주입 시에 발생하는 통증의 형태를 A. 무 통증, B. 이형 통증(atypical pain), C. 동형 통증( c o n- cordant pain)의 세 가지로 분류하였다. 영상 소견은 Adams 등3 )의 분류에 따라 1 등급 ; 솜뭉치형( c o t t o n ball), 2 등급 ; 소엽형(lobular), 3 등급 ; 불규칙형 (irregular), 4 등급 ; 균열형(fissured), 5 등급 ; 파열 형( r u p t u r e d )으로 나누었다.
3) 고신호 구역 소견의 진단적 가치
고신호 구역의 진단적 신뢰도를 알기 위해 C o h e n 의 k a p p a값을 구하였다. 추간판 조영술에서 동형 통 증이 발생한 경우를 질병 유무를 결정하는 gold stan- d a r d로 하여 자기 공명 영상 사진상의 고신호 구역 소견의 진단적 유효성(감수성과 특이성)과 예측치 (양성 및 음성 예측치)를 산출하였다. 또한 질병의 유병율의 변화를 고려한 표현치인 우도비( l i k e l i h o o d r a t i o )와 이에 따른 Posttest odds(=Pretest odds x Likelihood ratio)를 구하였다1 ). 여기서 pretest odds 즉 유병율은 Schwarzer 등2 4 )의 연구 결과에 따라 4 0 %로 하였다. 자료의 통계학적 처리는 SPSS for Windows v 8 . 0 1을 이용하였다.
대한척추외과학회지 Vol. 6, No. 3, 1999
결 과
1. 고신호 구역 소견의 진단적 신뢰도
자기 공명 영상 사진에서 이 신호의 존재 여부를 판정함에 있어서 전체 추간판 1 5 4개 중 관찰자 갑은 4 7개에서 고신호 구역이 있다고 하였으며, 관찰자 을 은 3 7개에서 있는 것으로 판정하였다. 모두 2 2개의 추간판에서 두 관찰자가 서로 다른 판정을 하여 전 체 판정 대상인 1 5 4개의 추간판 중 약 1 4 %에서 판정 결과가 달랐다(Fig. 2). 관찰자 간의 재현성을 나타내 는 C o h e n의 kappa 값은 0 . 6 4 6으로 L a n d i s와 K o c h1 4 )의 평가 기준에서‘상당한 일치(substantial agreement)’
에 해당되는 결과를 보였다(Table 1).
2. 고신호 구역 소견의 진단적 타당도
자가공명영상의 이차 판독 결과 4 6개의 추간판이 고신호 구역 소견을 갖는 것으로 판정되었다( T a b l e 2). 이 신호가 갖는 진단적 타당성에 대한 결과치는 민감성이 47%, 특이성이 8 1 %이었다. 그리고 양성 예 측치가 61%, 음성 예측치가 7 1 %이었으며, 정확도는 6 8 %로 나왔다. 우도비는 양성 결과에서 2 . 5로서, 이 소견이 관찰된 경우에 질환이 있을 가능성이 그렇지 않은 경우에 비해 약 2 . 5배 더 높은 것으로 나타났으
며, 이 질환의 유병율을 고려한 posttest odds는 6 8 % 이었다.
3. 고신호 구역과 추간판 조영술의 영상 소견과의 관계 고신호 구역이 관찰된 4 6개의 추간판을 조영술 사 진 상의 형태에 따라 분류하면 솜뭉치형이나 소엽형 은 없었고, 불규칙형이 9예(19.6%), 균열형이 2 2예 (47.8%), 파열형이 1 5예( 3 2 . 6 % )였다. 고신호 구역이 관찰되지 않았던 1 0 8예는 솜뭉치형이 1 5예( 1 3 . 9 % ) , 소엽형이 2 5예(23.1%), 불규칙형이 1 8예(16.7%), 균열 형이 3 1예(28.7%), 파열형이 1 9예( 1 7 . 6 % )로 각각 분 류되었다(Table 3). 통계학적으로는 이 고신호 구역 과 추간판 조영술 사진의 영상 형태는 의의 있는 관 Table 1. Interpretation criteria for Cohen kappa value(by Laun-
dis and Koch, 1977)
<0.00 = poor agreement
0.00-0.20 = slight agreement
0.21-0.40 = fair agreement
0.41-0.60 = moderate agreement
0.61-0.80 = substantial agreement 0.81-1.00 = almost perfect agreement
Table 2. Numbers of the cases with HIZ regarding the pain pattern.
pain concordant atypical or no total HIZ
present 28 18 46
absent 32 77 108
total 59 95 154
Fig. 1. A 23-year-old male suffered from severe low back pain.
A . MRI showing high-intensity zone(HIZ) on L4-5 intervertebral disc. B . Discography showing various types of anular tear. The L4-5 disc with HIZ in MRI revealed a fissured type. A concordant pain was pro- voked at this level.
A B
Fig. 2. Magnetic resonance images showing atypical high-intensity zones at L3-4 and L4-5 disc.
계가 없는 것으로 나타났다( p＞0 . 0 5 ) .
고 찰
추간판 내장증의 진단에 있어서 필수적인 요건은 통증성 추간판(painful disc)의 존재를 입증하는 것이 다. 일부의 부정적인 입장도 있지만, 추간판 조영술이 통증성 추간판을 발견하는데 가장 유용하고 중요한 수단이라는 의견에 많은 저자들이 동의하고 있다
2 , 5 , 7 , 9 , 1 0 , 1 2 , 1 6 , 2 5 - 2 7 ). 그러나 추간판 조영술은 침습적인 방법
이고 기술적으로 어려워서 시행하기가 쉽지 않다는 단점이 있다. 추간판의 내적 상태를 볼 수 있는 자기 공명 영상 검사법이 발전되면서 침습적인 추간판 조 영술을 대체할 수 있는 자기 공명 영상 사진 상의 소 견에 대한 연구가 광범위하게 행해졌다2 , 5 , 7 , 9 , 1 2 , 1 6 , 1 9 , 2 5 - 2 7 ). P a r f e n c h u c k과 J a n s s e n1 9 )은 자기 공명 영상에서 보이는 추간판의 신호 강도를 그 정도에 따라 백색형( w h i t e ) , 반점형(speckled), 흑색형( d a r k )으로 나누고, 추간판 조 영술과의 관계를 알아보았다. 그들은 흑색형으로 나타 난 추간판이 전례에서 추간판 조영술 상 양성 소견을 보였다고 하였으며 따라서 자기 공명 영상에서 흑색 형으로 보이는 추간판은 추간판 내장증의 진단에 유 용한 소견이 될 수 있다고 하였다. 그러나 이 연구에 서 전체 1 0 4개의 추간판 중 흑색형으로 분류된 것은 4 개에 불과하였으며, 저자들도 통계적 결과는 의의가 없었다고 보고하였다.
자기 공명 영상 사진에서는 추간판의 전체적인 신 호 강도의 변화 외에도 여러 형태의 섬유륜 파열이 관찰될 수 있다. Farfan 등8 )에 의하면 섬유륜 외연의 파열은 염전 하중과 연관되어 있으며 척추의 다른 구 조에도 영향을 끼쳐 변성을 초래한다고 한다. 또 O s t i
등1 7 )은 실험적 연구에서 섬유륜 외연의 횡 파열이 방
사형 파열을 유발하며 나아가서는 척추 분절의 퇴행 성 변화를 초래한다고 하였다. 이 외에도 많은 저자 들에 의해서 섬유륜 파열이 추간판의 변성에 관계한 다는 사실들이 알려지면서1 1 , 1 6 - 1 8 ), 이 파열이 갖는 임 상적 의의 및 통증과의 관계에 대한 연구들이 행해졌 다. Osti 등1 8 )과 Moneta 등1 5 )은 섬유륜 파열이 추간 판성 동통의 발생에 관련이 있다고 하였으나, Stadnik
등2 9 )은 이런 소견이 정상인에서도 나타난다고 하였
고, Ito 등1 3 )은 방사형 파열이 동형 통증을 유발하는 추간판에서 자주 발견되기는 하지만 이 소견이 통증 성 추간판을 확인하게 하는 것은 아니라고 하였다.
A p r i l과 B o g d u k4 )은 단순 파열 소견으로서는 동통 성 추간판을 진단하기가 어렵고 그들이 정의한 고신 호 구역이라는 소견이 동통을 유발하는 추간판을 나 타내는 것이며 추간판 내장증의 결정적인 영상 소견 이라고 주장하였다. 이들은 이 고신호 구역이 C T - discogram 사진에서 조영제가 3 0도 이상의 호를 그리 며 퍼지는 제 4등급의 섬유륜 파열과 연관되며, 동형 통증의 유발에 대해서는 8 2 %의 민감도와 8 9 %의 특 이도를 갖는다고 주장하였다.
이 고신호 구역의 생성 기전으로 A p r i l과 B o g d u k4 ) 은 섬유륜에 원형 균열(circumferential fissure)과 방사 형 균열이 복합적으로 발생한 상태에서, 수핵이 방사 형 균열을 통해 원형 균열부로 밀려나가게 되면, 자 기 공명 영상의 시상면 사진에서 섬유륜부내에 고립 된 형태의 수핵 신호가 관찰된다고 하였고, Ricketson
등2 0 )은 고신호 구역이란 염증 반응에 의해 유도된
섬유륜 후방부의 edge neovascularity 또는 육아 조직 이 자기 공명 영상 사진에서 고강도 신호의 형태로 나타나는 것이며 이 염증 반응은 탈출된 수핵 조직 이나 외상 또는 어떤 매개 물질에 의해 유도된다고 추정하였다.
고신호 구역이 갖는 진단적 가치에 대해서 적지 않 은 연구 결과가 발표되었으며 아직까지도 많은 논란 의 대상이 되고 있다. Schmidt 등2 3 )은 고신호 구역이 있는 분절은 운동 범위가 감소된다고 하였고, Schellas
등2 2 )은 고신호 구역이 관찰된 1 0 0예의 추간판 가운데
8 7예에서 동형 통증이 유발되었지만 고신호 구역이 없었던 6 7예의 추간판은 6 5예에서 동형 통증이 유발 되지 않았다고 보고하면서 이 신호는 동통성 추간판 의 진단에 가치있는 소견이라고 하였다. 반면에 Ricketson 등2 0 )은 고신호 구역이 정상 추간판에서는 발견되지 않았지만 동형 통증의 유발과는 의의 있는 연관성이 없다고 하였으며, Smith 등2 8 )은 이 소견의 진단적 가치에 대한 연구에서 관찰자간 신뢰성( i n t e r- observer reliability)이 0 . 5 7이었고, 제 4등급 섬유륜 손 상의 발견율에 대한 민감도가 31%, 양성 예측치가
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Table 3. Distributions of image type on discography
image
cotton ball lobular irregular fissured ruptured total
HIZ
present 00(00.0%) 00(00.0%) 09(19.6%) 22(47.8%) 15(32.6%) 046(100%)
absent 15(13.9%) 25(23.1%) 18(16.7%) 31(28.7%) 19(17.6%) 108(100%)
4 0 %로서 비록 특이도는 높지만(90%), 진단적 가치가 높지 않다고 주장했다. Saifuddin 등2 1 )은 고신호 구역 이 갖는 동통성 추간판(painful disc)의 진단에 대해 9 5 . 2 %의 높은 특이도를 보이나 민감도가 2 6 . 7 %로 낮 아서 유용성이 높지 않다고 하였다. April과 B o g d u k4 ) 은 자기 공명 영상의 저 품질, 관찰자의 간과 그리고 촬영면의 차이 때문에 이 소견의 발견율이 낮다고 하 였으나 이러한 면을 충분히 고려하여 시행한 본 연구 에서도 민감도가 47%, 특이도가 8 1 %로 나타났으며 이 결과는 A p r i l과 B o g d u k4 )의 결과보다는 S a i f u d d i n
등2 1 )의 결과에 더 가까운 것으로 생각된다. 진단적 가
치의 평가를 위한 또 하나의 척도로 이환율을 고려한 우도비가 있다. Ito 등1 3 )이 고신호 구역은 통계적 수 치가 낮아 진단적 가치가 높지 않다고 발표한 연구 결과에 대해서 B o g d u k6 )은 반론에서 Ito 등1 3 )의 데이 터로 고신호 구역의 우도비 및 posttest odds 즉 진단 적 확신도(diagnostic confidence)를 계산하면 각각 5 . 1 과 7 7 %가 되며 따라서 보다 유용한 척도에 따라 평 가하면 고신호구역은 추간판 내장증의 진단에 유용한 소견이 된다고 주장하였다. 그러나 본 연구에서는 이 우도비와 posttest odds가 각각 2 . 5와 6 8 %로 계산되었 다. 따라서 본 연구의 결과로는 고신호 구역의 진단 적 가치를 우도비와 posttest odds로 평가한다 하더라 도 그 유용성이 그리 높지 않은 것으로 생각된다.
결 론
1 5 4예의 추간판을 대상으로 한 본 연구에서 자기 공명 영상 사진에서 관찰되는 고신호 구역의 진단적 의의는 kappa 값이 0 . 6 4 6으로 비교적 높이 나타났으 나, 민감도가 떨어지고, 우도비도 높지 않아 자기 공 명 영상 사진에서 관찰되는 고신호 구역은 추간판 내장증의 진단에서 결정적인 역할을 하기는 어려울 것으로 생각된다. 따라서 이 소견은 추간판 조영술을 실패했을 때, 또는 시행하기 힘든 경우 등에 제한적 으로 사용하거나, 추간판 조영술의 결과가 불분명한 경우에 결과 판정에 보조적인 역할을 수행할 수는 있을 것으로 사료된다.
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대한척추외과학회지 Vol. 6, No. 3, 1999
연구계획 : 자기 공명 영상 사진의 고신호 구역 소견이 갖는 진단학적 의의를 규명한다.
연구목적 : 자기 공명 영상 사진 상 관찰되는 고신호 구역이 추간판 내장증의 진단에 어느 정도의 유용성을 갖고 있는지에 대해 알아보고자 한다.
대상 및 방법 : 보존적 요법에 실패하여 수술적 치료의 필요성이 고려되고 있는 5 2명의 환자에서 자기 공명 영상 검사를 시행하여 고신호 구역의 존재 여부를 관찰한다. 모든 환자들에게서 추간판 조영술을 시행하여 유발 통증의 형태와 영상 등급을 확인하여 고신호 구역과 유발 통증의 형태 및 영상 등급간의 관계를 알아본다.
결과 : 고신호 구역의 존재 유무에 대한 관찰자간의 신뢰도는 비교적 높았다(kappa=0.646). 동형 통증에 대한 고신 호 구역의 감수성은 4 7 %이었으나, 특이성은 8 1 %로 비교적 높게 나타났다. Posttest odds는 6 8 %로 계산되었다.
결론 : 이런 결과로 볼 때 자기 공명 영상 사진에서 고신호 구역은 특이도는 높으나 감수성이 낮아 추간판 내장증 의 진단에 결정적인 수단이 되기는 어려울 것으로 사료된다.
색인단어 : 추간판, 추간판 내장증, 자기 공명 영상, 고신호 구역 국 문 초 록
※ 통신저자 : 김 동 준
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