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요추부 해부학적 계측에 있어 자기공명영상과 초음파의 비교

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요추부 해부학적 계측에 있어 자기공명영상과 초음파의 비교

Comparison of Ultrasonography and Magnetic Resonance Imaging in Measurement of Lumbar Spine Anatomic Structures

심대무 • 김태균 • 오성균 • 이석중 • 양희석

원광대학교 의과대학 정형외과학교실

목적: 초음파를 이용한 요추부 해부학적 구조를 계측하여 초음파의 유용성을 알아보고자 하였다.

대상 및 방법: 2011년 1월에서 2011년 4월까지 요추부 통증을 주소로 본원 외래 내원하여 요추부 자기공명 영상 검사를 시행한 환자 41명 (남 22명, 여 19명)을 대상으로 시행하였다. 환자의 진단으로는 추간판탈출증이 17예, 척추관협착증이 24예였으며 평균 연령은 57.8세(18- 72세)였다. 초음파를 이용하여 요추 4번과 5번의 극돌기 중심을 기준으로 양측으로 하관절 돌기까지 최장거리 및 수평거리를 측정하였고, 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지의 거리와 양측의 다열근의 두께 및 수평거리를 측정하여 자기공명영상에서 측정한 값과 비교하였다.

결과: 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지 거리는 초음파와 자기 공명 영상에서 각각 요추 4번은 39.16 mm/39.53 mm, 요추 5번은 38.32 mm/37.74 mm였다. 우측의 다열근의 두께는 초음파와 자기공명영상에서 요추 4번은 32.13 mm/33.84 mm, 요추 5번은 31.32 mm/32.84 mm였으며 우측 다열근의 너비는 요추 4번은 24.84 mm/22.68 mm, 요추 5번은 26.05 mm/24.16 mm였다. 초음파와 자기공 명영상검사를 이용한 측정에서 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지의 거리와 다열근의 두께는 통계학적인 상관관계가 있었으며(p<0.05), 그외의 측정값은 통계학적으로 유의하지 않았다(p>0.05).

결론: 초음파를 통한 요추부 해부학적 구조물의 계측은 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지의 거리와 다열근의 두께 측정은 의미가 있는 것으로 생각한다.

색인단어: 요추, 자기공명영상, 초음파

접수일 2011년 6월 10일 수정일 2011년 10월 13일 게재확정일 2011년 11월 24일

교신저자 김태균

익산시 신용동 344-2번지, 원광대학교병원 정형외과학교실 TEL 063-859-1360, FAX 063-852-9329

E-mail osktg@wonkwang.ac.kr

Copyright © 2012 by The Korean Orthopaedic Association

“This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.”

대한정형외과학회지:제 47권 제 2호 2012

서 론

Lan Donald가 내과적 영역에서 진단의 방법으로 초음파에 대해 소개한 이후 현재 초음파는 근골격계에서도 유용한 방법으로 알 려져 왔다.1) 초음파 기구의 해상도 개선은 초음파를 이용한 연부 조직 질환의 진단을 가능하게 하였고, 이는 정형외과 영역과 스 포츠의학 영역에서 진단적 기구로서의 비중을 점진적으로 증가 시키고 있다.

 특히 요추에 대한 평가는 적절한 이학적 검사로부터 시작되며 이에 따른 해부학적 지표로는 척추체의 바른 정렬, 장골능(iliac crest)의 위치, 요추의 극돌기와 극돌기 간의 간격 등이 있다.2) 그 러나 척추체의 변형이나 측만증 또는 과체중의 환자 등에서는 시 진 및 촉진이 유용하지 않은 경우가 있으며, 경막외 주사, 후관절 주사, 신경차단술, 경막차단술, 요추천자 등 많은 시술이 초음파 를 이용하여 이루어지고 있는 바 초음파를 이용한 해부학적 평가 는 중요하다고 할 수 있다.

 초음파는 근육 두께, 근섬유속 길이의 변화 등을 평가하는 데 있어 인정 받고 있는 진단 방법일 뿐만 아니라 가격면에서 효율 적이고 비침습적이며 안전하다. 또한 실시간, 역동적인 방법이라 는 장점이 있어, 척추 영역에서도 후관절차단술이나 선택적 신경 근차단술에 빈번하게 이용되고 있으며, 경막외 주사 전 바늘 삽

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입 깊이를 예상할 수 있는 방법으로도 알려져 있다.3)

 특히 초음파의 계측이 임상적 적용에 도움이 되는 이유는 초음 파를 이용한 신경차단술이나 다른 침습적 시술 시 경장근이 비교 적 고정된 구조물로서 지표(landmark)가 될 수 있으며, 계측치를 고려하여 자기공명영상과 차이를 인지할 수 있다는 점, 근의 두 께나 부피를 측정하여 치료 효과를 판정한다는 점에서 임상적 효 용이 있다 하겠다.4)

 이렇게 진단적으로 우수한 가치를 지닌 초음파를 이용한 다열 근의 형태학적 분석이나,5) 요통 환자에서의 비대칭적인 다열근의 위축에 대해 보고한 외국 문헌들은 있으나,6) 국내외에 요추부의 해부학적 계측에 대한 자기공명영상과 초음파를 비교한 문헌은 보고된 바가 없는 실정이다.

 이에 저자들은 외래에서 요추부 자기공명영상을 촬영하고 초 음파로 후관절차단술이나 선택적 신경근차단술을 시행 받는 환 자들을 대상으로 하여 초음파를 이용하여 요추부 주요 해부학적 구조물을 확인하고, 이를 자기공명영상검사 소견과 비교하여 그 결과를 분석하고자 하였다.

대상 및 방법

1. 연구 대상

2011년 1월에서 2011년 4월까지 요추부 통증을 주소로 본원 외래 내원하여 요추부 자기공명영상검사를 시행한 환자 중 초음파를 이용한 후관절차단술이나 선택적 신경근차단술을 시행한 총 152 명의 환자 중 이전에 허리 수술의 기왕력이 있거나, 측만증 등의 심한 척추 변형이 있는 환자, 너무 비만하여 초음파를 통한 계측 이 힘들었던 환자를 제외한 41명(남 22명, 여 19명)을 대상으로 시 행하였다. 환자의 진단으로는 추간판탈출증이 17예, 척추관협착 증이 24예였으며 평균 연령은 57.8세(18-72세)였다.

2. 계측 방법

자기공명영상검사는 Philips (Gyroscan), 1.5 Tesla scanner를 이용 하였으며, 초음파는 ALOKA 9-5 MHz linear transducer를 이용하 였고, 영상은 2-D를 얻어서 측정하였다.

 환자들은 복와위 자세로 두부와 미골부의 정렬을 확인한 후 골 반 아래 베개(pillow)를 위치시켜 요추의 전만(lordosis)을 감소시 켰으며 이를 통해 요추부가 최대한 편평한 상태가 되었을 때 검 사를 시행하였다. 이학적 검사를 통하여 양측의 장골능과 요추 5 번의 극돌기를 확인하여 피부에 표시를 한 후 요추 5번을 중심으 로 근위 및 원위 방향으로 종단 스캔(longitudinal scanning)을 시 행하여 천추 및 극돌기를 확인하였다. 그 후 요추 4번에 대해서 도 극돌기를 확인하여 피부 표시를 한 후 이 선에 수직으로 횡단 스캔(transverse scanning)을 시행하였다. 극돌기가 고에코(hyper- echoic)로 보이며 그 아래 수직으로 음향 음영(acoustic shadow)이

관찰되는 것을 통해 극돌기의 중심을 확인하였으며, 양측 후관절 이 보이는 지점에서 좌, 우로 탐촉자(probe)를 이동하여 각각의 값을 측정하였다. 또한, 수치를 측정하는 데에 있어서 비등방성 (anisotropy)가 발생하지 않도록 매질에 수직인 상태에서 수치를 계측하고자 노력하였다.

 초음파를 이용하여 요추 4번과 요추 5번의 극돌기를 기준으로 양측으로 하관절 돌기까지 최장 거리 및 수평거리를 측정하였고, 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지의 거리와 양측의 다열근의 두께 및 너비를 측정하여 자기공명영상에서 측정한 값과 비교하 였다(Fig. 1). 모든 측정은 2명의 정형외과 의사가 2회씩 시행한 평 균값을 이용하였으며 이를 통해 본 연구의 측정방법이 재현성이 높은 방법임을 알아보고자 하였다.

3. 통계학적 분석

1) 관찰자 내(intra-observer) 신뢰도는 1차 계측치와 2차 계측치의 Pearson 상관계수(Pearson correlation coefficient)를 이용하여 알아 보았으며, 관찰자 간(inter-observer) 신뢰도는 Cronbach α 계수를 통해 측정하였다.

  2) 결과에 관한 통계처리는 측정 부위의 성격에 따라 나누어 통계처리를 시행하였다. 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지 거 리는 SPSS 12.0 version (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 independent t-test를 통하여 통계처리하였고, 다른 측정 부위는 추체의 level (4번, 5번)과 방향(좌측, 우측)으로 나눈 4개의 군에 서 측정장비(자기공명영상, 초음파)에 따른 계측치를 One-Way ANOVA test를 이용하여 통계처리하였다. 이에서 p-value가 0.05 이하인 것을 통계학적으로 유의한 것으로 평가하였다.

  다열근 측정 결과에 미친 요인들을 선별하였고, 이에 몸무게, 체질량지수(body mass index, BMI), 성별 그리고 나이 등의 인자 에 대하여 로지스틱 회귀분석을 통하여 분석하였다.

결 과

초음파와 자기공명영상을 이용하여 측정한 극돌기 중심에서 양 측으로 하관절 돌기까지의 최장 거리는 요추 4번에서 우측은 35.13±5.61 mm/36.24±6.74 mm, 좌측은 35.16±6.06 mm/33.76±

5.1 mm, 요추 5번에서 우측은 34.79±7.27 mm/36.16±6.14 mm, 좌측은 35.26±5.78 mm/37.82±7.99 mm였으며, 수평거리는 요 추 4번에서 우측은 25.45±6.31 mm/22.74±6.01 mm, 좌측은 24.39

±7.33 mm/22.47±7.25 mm, 요추 5번에서 우측은 28.45±6.03 mm/26.07±6.12 mm, 좌측은 26.61±5.97 mm/27.76±8.21 mm로 측정되었다. 또한 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지 거리는 초 음파와 자기공명영상에서 각각 요추 4번은 39.16±8.71 mm/39.53

±6.01 mm, 요추 5번은 38.32±9.66 mm/37.74±10.54 mm였다 (Table 1). 우측의 다열근의 두께는 초음파와 자기공명영상에서

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요추 4번은 32.13±10.79 mm/33.84±9 mm, 요추 5번은 31.32±

10.04 mm/32.84±12.28 mm였으며 우측 다열근의 너비는 요추 4 번은 24.84±9.44 mm/22.68±8.89 mm, 요추 5번은 26.05±11.14 mm/24.16±9.76 mm였다. 좌측의 다열근의 두께는 요추 4번에 서 31.85±10.99 mm/32.74±9.18 mm, 요추 5번에서 31.21±8.33 mm/31.76±11.73 mm였으며 너비는 요추 4번에서 25.95±8.48 mm/23.26±12.19 mm, 요추 5번에서 24.66±10.7 mm/22.74±9.91 mm로 측정되었다(Table 2). 초음파와 자기공명영상검사를 이용 한 측정에서 극돌기 중심에서 척추체 후연까지의 수직거리와 다 열근의 두께는 통계학적인 상관관계가 있었으며(p<0.05), 그외 의 모든 측정값은 통계학적으로 유의하지 않았다(p>0.05). 또한 관찰자 내 및 관찰자 간 신뢰할 수 있는 수준의 신뢰도를 확인하 였다(Table 3).

 선별된 다열근 측정 결과에 미친 요인들(몸무게, BMI, 성별 그 리고 나이)에 대하여 로지스틱 회귀분석을 통하여 분석한 결과 영향을 미치는 요인으로 몸무게와 성별이 통계학적으로 유의하

Figure 1. (A) Longest distance of inferior articular surface (oblique line) and horizontal distance of inferior articular surface (...) at axial transverse ultrasound image of L4-5 level. (B) Longest distance of inferior articular surface (oblique line) and horizontal distance of inferior articular surface (...) at axial transverse magnetic resonance imaging image of L4-5 level.

Table 1. Distance between SP and VB

Distance between

SP and VB US (mean±SD) MRI (mean±SD) p-value*

L4 39.16±8.71 39.53±6.01 0.018 L5 38±9.66 37.74±10.54 0.023

*SPSS 12.0 version (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) independence t test (p-value<0.05). SP, spinous process; VB, vertebral body; US, ultrasonography; SD, standard deviation; MRI, magnetic resonance imaging.

Table 2. Result of Measurance

US (mean±SD)

MRI

(mean±SD) p-value*

Distance between SP and LD 0.108 L4 (right) 35.13±5.61 36.24±6.74

L4 (left) 35.16±6.06 33.76±5.1 L5 (right) 34.79±7.27 36.16±6.14 L5 (left) 35.26±5.78 37.82±7.99

Distance between SP and HD 0.087 L4 (right) 25.45±6.31 22.74±6.01

L4 (left) 24.39±7.33 22.47±7.25 L5 (right) 28.45±6.03 26.07±6.12 L5 (left) 26.61±5.97 27.76±8.21

Thickness of multifidus 0.027 L4 (right) 32.13±10.79 33.84±9

L4 (left) 31.84±10.99 32.74±9.18 L5 (right) 31.32±10.04 32.84±12.28 L5 (left) 31.21±8.33 31.76±11.73

Width of multifidus 0.069

L4 (right) 24.84±9.44 22.68±8.89 L4 (left) 25.95±8.48 23.26±12.19 L5 (right) 26.05±11.14 24.16±9.76 L5 (left) 24.66±10.7 22.74±9.91

*ANOVA test (p-value<0.05). US, ultrasonography; SD, standard deviation; MRI, magnetic resonance imaging; SP, spinous process; LD, longest distance; HD, horizontal distance.

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게 영향을 미쳤으며, 남자의 경우 다열근의 두께가 더욱 통계적 유의성이 나타나는 것으로 조사되었다.

고 찰

근골격계의 초음파검사는, 1979년 Seltzer가 처음으로 의학계에 초음파검사를 보고한 이후 1980년대 중반에 이르러 활성화되었 으며,7) 현재 다양한 근골격계 분야에서 사용되고 있다.8) 초음파검 사는 비교적 사용이 간편하고 경제적으로 저렴하며 방사선 노출 에 대한 위험을 주지 않음에도 높은 정확도를 보이고, 역동적 검 사가 가능하다는 장점뿐 아니라 도플러검사를 파노라마로 관찰 할 수 있고, 환자의 치료 경과 관찰, 초음파 유도 주사 등에 활용 할 수 있는 장점을 갖는다.9) 하지만, 검사자의 경험에 의존적이고 주관적이며 습득하는 데 오랜 시간이 걸린다는 단점과 근골격계 구조의 단면에 대한 해부학적 지식이 있어야 한다는 어려움 및 인공음영이 많은 점도 한계점이다.10)

 다열근(multifidus muscle)은 초음파상 삼각형(triangular) 형태 이며,5) 요추부에서 기능적으로 중요한 해부학적 구조물로 요추 의 신전에 관여하며 회전운동에 안정성 및 굴곡력에 counter- balancing을 주는 역할을 한다.6,11) 1992년 Hides 등12)이 하부 요통 을 호소하는 환자에서 초음파를 이용한 요추 다열근에 대한 평가 를 시행하여 하부 요통과 관련하여 비대칭하게 관찰되는 다열근 의 위축에 대해 보고한 이후 요추 다열근과 하부 요통과의 관련 성이 많이 보고되었으며,13-15) Stoked 등8)은 초음파를 이용하여 근 육의 크기를 측정함으로써 소모(wasting) 정도를 평가할 수 있다 고 하여 요추부 근육의 크기를 측정하는 것에 있어 초음파의 유 용성을 언급하였다. 또한 Hides 등16)은 요통의 증상이 사라진다 고 하여 근육의 크기가 회복되는 것이 아니라 다열근에 대한 재 활 치료를 통해 원래의 근육 크기로 회복할 수 있다고 하여 근력 강화 운동 후 효과 판정 등에 초음파를 이용한 다열근의 계측이 유용하다고 하였다. 본 연구에서도 초음파를 통한 다열근 계측은 관찰자 간, 관찰자 내 신뢰도가 있는 것으로 확인되었으며 자기 공명영상과의 비교에서도 두께 측정은 의미가 있어 추후 요추부

질환의 운동 효과 판정 등에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 생 각한다.

 추후 근육의 크기 측정 시 영향을 미치는 요소에는 초음파 탐 촉자의 압력, 환자의 체중(BMI), 성별, 나이, 환자의 자세, 과도 한 지방의 양이 있다. 이 중 초음파 탐촉자의 압력은 표피 근육 의 두께 측정에 영향을 미치는 중요한 인자이며,17) BMI는 초음파 측정의 정확도에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보고되었다.2) Comerford와 Mottram18)은 초음파를 이용하여 복와위와 옆으로 누운 자세에서 요추 다열근의 크기 측정을 한 결과 자세에 따라 측정치는 큰 변화가 없다고 하였다.

 Lee 등19)은 초음파를 이용한 경추의 다열근 계측에 있어서는 근육의 넓이나 면적, 면적비 측정에서는 의미가 없으나 근육의 두께 측정에서는 의미가 있다고 하였다. 그러나 Hides 등20)은 자 기공명영상과 초음파를 이용한 다열근의 단면적(cross-sectional area)의 크기 비교 연구에서 결과에 차이가 없음을 발표하였다.

또한 Arzola 등21)은 초음파를 이용하여 피부에서부터 경막외 공 간까지의 거리를 측정하여 바늘 천자 시 깊이를 비교한 연구에서 의미있는 연관성을 보고하였다. 본 연구에서는 초음파와 자기공 명영상의 측정치는 극돌기 중심에서 척추체의 후연까지의 수직 거리와 다열근의 두께에서는 통계학적인 상관관계를 보였고, 이 는 측정 시 최대한 같은 압력을 유지하며 대상물에 수직으로 초 음파을 시행하였고, 요추부의 전만을 최소화하여 정확한 해부학 적 위치에서 측정하였기 때문으로 생각한다. 하지만 수평거리의 개념이 포함된 측정치에서는 모두 통계학적인 상관관계가 없는 것으로 나와 이는 초음파의 특성상 수직이 아닌 각도로 입사될 때 생길 수 있는 여러 인공음영과 초음파로 다열근의 내, 외측 경 계를 정확히 보기 어려움 점, 또한 자기공명영상과 초음파를 촬 영하는 자세의 차이로 중력에 의한 영향이 복합적으로 작용한 결 과로 생각한다.

 이와 같이 초음파를 통한 요추부 해부학적 구조물의 계측은 여 러 가지 어려운 점이 있음에도 불구하고 특히 다열근의 두께 측 정은 요추부 통증을 호소하는 환자에서 요추부 근력강화운동 후 효과 판정 등에 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

결 론

초음파를 통한 요추부 해부학적 구조물의 계측수치 중 극돌기 중 심에서 척추체의 후연까지의 거리와 다열근의 두께 측정은 의미 가 있어 이를 통해 추후 요추부 질환의 시술의 도움 및 치료 효과 판정에 참고가 될 수 있을 것으로 기대한다.

참고문헌

1. Kirchmair L, Entner T, Wissel J, Moriggl B, Kapral S, Mit- Table 3. Reliability of Ultrasound

Reliability Intra-observer* Inter-observer

Distance between SP and VPB 0.62 0.74 Distance between SP and VPB 0.67 0.69 Distance between SP and VPB 0.71 0.76 Thickness of multifidus 0.75 0.69 Width of multifidus 0.64 0.73

*Intra-observer, Pearson correlation cofeeicient (p-value<0.05); Inter- observer, Cronbach α (p-value<0.05). SP, spinous process; VPB, vertebral posterior border.

(5)

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Comparison of Ultrasonography and Magnetic Resonance Imaging in Measurement of Lumbar Spine Anatomic Structures

Dae Moo Shim, M.D., Ph.D., Tae Kyun Kim, M.D., Ph.D., Sung Kyun Oh, M.D., Seok Jung Lee, M.D., and Hee Seok Yang, M.D.

Department of Orthopedic Surgery, School of Medicine, Wonkwang University, Iksan, Korea

Purpose: The aim of this study was to determine the usefulness of ultrasonography for lumbar anatomical structure measurement.

Materials and Methods: From January 2011 to April 2011, 41 patients (22 males, 19 females) with back pain who visited the

outpatient department and underwent lumbar magnetic resonance imaging (MRI) were selected. In each level of L4 and L5, we measured the longest distance and horizontal distance between each inferior articular process based off a spinous process. We also measured the distance between the spinous process tip and the vertebral body posterior surface and the thickness and width of the multifi dus muscle. All distances were measured with ultrasonography and MRI and the two measurement results were compared.

Results: Using ultrasonography and MRI, we measured the distance between the spinous process tip and the posterior surface of

the body. The distances were 39.16±8.71 mm/39.53±6.01 mm at L4 and 38.32±9.66 mm/37.74±10.54 mm at L5. The right multifi dus muscle thickness measurements were 32.13±10.79 mm/33.84±9 mm at L4 and 31.32±10.04 mm/32.84±12.28 mm at L5. The measuring distance between the spinous process center to the posterior vertebral body surface and thickness of multifi dus muscles by ultrasonography and MRI had signifi cant correlations (p<0.05).

Conclusion: Limitations still exist in measuring the structure of lumbar anatomy with ultrasonography. However, measuring the

distance between the spinous process center to the vertebral body posterior surface and multifi dus muscle thickness was effective.

Key words: lumbar spine, ultrasonography, MRI

Received June 10, 2011 Revised October 13, 2011 Accepted November 24, 2011 Correspondence to: Tae Kyun Kim, M.D., Ph.D.

Department of Orthopedic Surgery, Wonkwang University Hospital, 344-2, Sinyong-dong, Iksan 570-711, Korea

TEL: +82-63-859-1360

FAX: +82-63-852-9329 E-mail: osktg@wonkwang.ac.kr

수치

Figure 1. (A) Longest distance of inferior  articular surface (oblique line) and  horizontal distance of inferior articular  surface (...) at axial transverse ultrasound  image of L4-5 level

참조

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