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방법 논문

심혈관 자기공명영상을 이용한 심방세동 환자의 좌심실 심근 섬유화 및 부종 평가

50 조회수

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DOI:

10.3791/71491

⸱

2026년 8월 21일

 ,  , 
1Radiology Department, China-Japan Union Hospital of Jilin University

이 논문에서

요약

본 프로토콜은 심방세동(AF) 환자의 좌심방 및 좌심실의 구조, 기능 및 심근 조직 특성을 규명하기 위한 표준화된 원스톱 심혈관 자기공명영상(CMR) 절차를 설명합니다. 이 프로토콜은 환자 준비, 영상 획득 및 후처리를 다루며, 심방세동 환자에서 나타나는 대표적인 영상 소견을 함께 제시합니다.

초록

인구 고령화가 가속화됨에 따라 심방세동(AF)의 발생률이 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 심방세동의 장기 예후 관리가 임상적으로 점점 더 중요한 관심사가 되고 있습니다. 심방세동은 점진적인 심방 기능 부전과 악순환을 형성할 뿐만 아니라, 심실의 부정적 리모델링과 기능 장애를 촉진하여 심부전의 위험을 증가시킵니다. 심장 기능 평가의 표준으로 간주되는 심혈관 자기공명영상(CMR)은 심방과 심실의 기능적 이상을 정확하게 평가할 수 있을 뿐만 아니라, T1 매핑, T2 매핑 및 세포외액 분율(ECV fraction)을 포함한 정량적 평가 기법을 통해 심실 심근 병변을 조기에 정밀하게 정량화할 수 있습니다. 본 연구의 주요 목적은 다중 파라미터 정량적 심근 분석 기반의 원스톱 CMR 프로토콜을 사용하여 심방세동 환자의 좌심방과 좌심실에 대한 종합적인 평가를 제공함으로써, 임상적 치료 결정, 수술 전 평가 및 장기 추적 관찰을 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하는 것입니다.

서론

지속성 부정맥의 가장 흔한 형태인 심방세동(AF)의 발생률이 꾸준히 증가하고 있습니다1. 이 진행성 질환은 일반적으로 좌심방(LA)의 구조적 및 기능적 이상으로 시작되어 궁극적으로 좌심실(LV) 확장과 수축 및 이완 기능 저하로 이어지며, 흔히 발작성에서 지속성 형태로 진화합니다2. 심방세동은 심방의 구조적, 전기적 및 수축성 리모델링이 특징입니다. 또한 이는 전신 염증 및 미만성 섬유화와 관련이 있으며, 결과적으로 심실에서도 섬유성 및 염증성 변화를 일으킵니다3. 심근 섬유화와 염증이 심방세동의 병인과 밀접하게 연관되어 있다는 증거가 계속해서 늘어나고 있습니다4. 병리학적 연구를 통해 심방세동 환자에게서 좌심실의 미만성 심근 섬유화가 나타난다는 것이 확인되었습니다5.

심혈관 자기공명영상(CMR)은 다중 파라미터, 다평면 및 다중 시퀀스 영상을 제공하여 심장의 구조, 기능, 혈류 및 조직 특성을 종합적으로 평가할 수 있게 합니다. 이에 따라 임상적 적용 가치가 점점 더 주목받고 있습니다. 기존의 영상 기법(지연 가돌리늄 강화 및 T2WI)은 대부분 정성적 또는 반정량적이며 국소적인 심근 병변을 평가하는 데 유용합니다. 그러나 미만성 병변 및 초기 미세 병변에 대해서는 상당한 한계가 있습니다6. CMR 정량적 기법(T1 mapping, T2 mapping 및 ECV)은 이러한 결함을 효과적으로 해결하였습니다. T1 및 T2 mapping은 조직의 고유한 특성으로, 각각 조직의 종축 및 횡축 이완 시간을 나타냅니다. 세포외액 분율(ECV)은 전체 심근 부피에서 세포외 기질 부피가 차지하는 백분율을 의미합니다7. 이론적으로 정상 심근 조직은 동일한 조건에서 T1, T2 mapping 및 ECV의 고정된 값을 가집니다. 질환 상태에서는 심근 세포 및/또는 간질 기질에 병리학적 변화가 발생하며, 이에 따라 이러한 값들도 변화하게 됩니다. CMR의 T1 mapping, T2 mapping 및 ECV를 통해 심근 섬유화와 염증을 정량적으로 평가할 수 있습니다8,9.

여러 연구에 따르면 정량적 CMR 기법은 스캐닝 장비의 제조사, 자장 강도, 심지어 시퀀스와 같은 요인들에 의해 상당한 영향을 받으므로, 서로 다른 장비, 자장 강도 및 시퀀스에 기반하여 해당 센터에 적합한 정상 참조값을 설정하는 것이 권장됩니다7. 연구10에 따르면 3.0T MR 스캐너에서의 정상 전신 T1 및 T2 참조값은 각각 1193 ms ± 34 ms 및 36 ms ± 2.5 ms였습니다. 정상인 집단의 native T1 및 ECV에 대한 또 다른 메타 분석11에서는 native T1의 통합 평균이 1.5 T에서는 976 msec (95% 신뢰 구간 [CI]: 969 ms, 983 ms), 3.0 T에서는 1159 ms (95% CI: 1143 ms, 1175 ms)였으며, ECV의 통합 평균은 1.5 T에서 25.9% (95% CI: 25.5%, 26.3%), 3.0 T에서 25.4% (95% CI: 25.4%, 26.5%)로 나타났습니다. LV 심근의 조영 후 native T1 시간과 전반적인 심근 섬유화 정도 사이에 역선형 관계가 있다는 보고가 있습니다12,13. LV T1 매핑은 비후성 심근병증14, 비허혈성 확장성 심근병증15, 그리고 급성 또는 만성 심근경색16 환자에서 심근 섬유화 증가의 정량적 지표로 활용될 수 있습니다. 또한, AF 환자의 LV 심근 간질 섬유화는 심장 기능 장애와 밀접한 관련이 있으며17,18, AF 환자가 AF가 없는 환자보다 더 높은 T1 및 T2 매핑 값을 보인다는 연구 결과가 있습니다19. 본 연구에서는 AF 환자의 심방 및 심실 기능과 함께 조직 특성(T1 매핑, T2 매핑 및 ECV)을 정량적으로 분석하여, 치료 전략 수립에 필요한 종합적인 정량적 데이터를 제공하였습니다.

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프로토콜

본 연구에는 2024년 1월부터 2025년 9월 사이 길림대학교 중일우호병원에서 CMR 검사를 받은 발작성 심방세동 환자들을 연속적으로 모집하였습니다. 본 연구는 길림대학교 중일우호병원 윤리위원회의 승인을 받았으며(승인 번호: 2021092704), 헬싱키 선언에 따라 수행되었습니다. 연구 전 과정에서 환자 데이터의 기밀성은 엄격하게 유지되었습니다.

1. 스캐닝 전 준비 단계

  1. 심박수, 혈압, 체중 및 신장을 정확하게 기록합니다.
  2. 신부전, 이식된 심장 전자 장치, 체내의 기타 금속 이식물, 인공 와우 등을 포함한 자기공명영상(MRI) 금기 사항을 확인하여 제외합니다.
  3. 검사 전 관련 주의사항을 설명하고, 스캔 전 과정 동안 참가자가 움직이지 않고 가만히 있도록 안내합니다.
  4. 영상 획득 시 촬영 위치의 재현성을 유지할 수 있도록, 참가자에게 호기 말에 숨을 참게 하고 일정한 호흡 진폭을 유지하도록 안내합니다.

2. CMR 스캐닝

참고: 모든 CMR 검사는 전용 심장 위상 배열 표면 코일과 MR 호환 심전도(ECG) 게이팅 장치가 장착된 3.0 T CMR 시스템에서 수행하십시오.

  1. 심장 시네 영상(Cardiac cine imaging)
    1. 후향적 ECG 게이팅을 사용하여 호기 말 호흡 정지 상태에서 균형 잡힌 정상 상태 자유 세차(bSSFP) 시퀀스로 시네 영상을 획득합니다.
    2. 3가지 표준 장축 뷰(2-방, 3-방 및 4-방 뷰)와 심실 전체를 포함하는 12–14개의 단축 슬라이스를 포함하며, 심장 주기당 25프레임을 재구성합니다.
    3. 다음의 주요 스캔 파라미터를 사용합니다: 매트릭스 216 × 256, FOV 340 mm × 340 mm, TR 3.0 ms, TE 1.7 ms, 플립 각도 45°–55°, 시간 분해능 30–55 ms, 슬라이스 두께 8 mm, 슬라이스 간격 2 mm.
  2. 지연 가돌리늄 강화(LGE)
    1. 2차원 위상 민감 반전 회복 급속 소각 여기(two-dimensional phase-sensitive inversion recovery rapid small-angle excitation) 시퀀스를 사용합니다.
    2. 가돌리늄 기반 조영제(GBCA)를 정중 큐비탈 정맥을 통해 2 mL/s의 유속과 0.2 mmol/kg의 용량으로 주입합니다. 유속이 너무 빠르면 조영제가 누출될 수 있으므로 주의하십시오. GBCA 주입 10–15분 후에 LGE 영상을 획득합니다.
    3. LV 단축 및 2-방, 4-방 뷰를 포함합니다. 다음의 주요 스캔 파라미터를 사용합니다: TR 4.1 ms, TE 1.6 ms, TI 300 ms, 플립 각도 20°, FOV 260 mm × 350 mm, 매트릭스 130 × 256, 슬라이스 두께 8 mm.
  3. 조영 전 T1 매핑(Pre-contrast T1 mapping)
    1. 동작 보정 스핀-에코 정상 상태 자유 세차(SSFP) 기반의 수정된 Look-Locker 반전 회복(MOLLI) 시퀀스를 사용하여 native T1 맵을 획득합니다.
    2. 3개의 LV 단축 슬라이스(기저부, 중앙부 및 심첨부 분절)를 스캔합니다.
    3. 다음의 주요 스캔 파라미터를 사용합니다: TR 2.8 ms, TE 1.18 ms, 플립 각도 35°, FOV 270 mm × 320 mm, 매트릭스 144 × 256, 슬라이스 두께 10 mm.
  4. 조영 후 T1 매핑(Post-contrast T1 mapping)
    1. 조영제 정맥 주입 후 약 15분이 지난 시점에서 이전에 획득한 단축 슬라이스들의 조영 후 T1 매핑을 반복합니다. 조영 전 T1 매핑에 사용한 것과 동일한 스캔 평면 및 파라미터를 사용합니다.
      ​참고: 검사 중에 각 T1 매핑 영상을 즉시 검토하고, 아티팩트가 있는 경우 지체 없이 재획득하십시오. 조영 전 및 조영 후 T1 맵을 동일한 슬라이스 위치에서 획득하십시오. 기저부 및 심첨부 슬라이스에서 심근이 완전하고 명확하게 표시되는지 확인하십시오. 헤마토크릿 수치를 결정하기 위해 MR 검사 당일 조영제 주입 전 정맥혈을 채취하십시오.
  5. Native T2 매핑
    1. T2-preparation 펄스 기반의 정상 상태 자유 세차(SSFP) 시퀀스를 사용하여 native T2 맵을 획득합니다. 단일 호흡 정지 획득 모드를 사용하고, 심장 박동 및 호흡성 움직임 아티팩트를 줄이기 위해 동작 보정(MOCO)을 활성화합니다.
    2. T1 매핑에 사용한 것과 동일한 3개의 LV 단축 슬라이스를 스캔합니다.
    3. 다음의 주요 스캔 파라미터를 사용합니다: TR 207.5 ms, TE 1.3 ms, 플립 각도 12°, FOV 360 mm × 360 mm, 슬라이스 두께 8 mm, 매트릭스 256 × 166. 세 가지 서로 다른 T2 preparation 시간(TET2P = 0 ms, 30 ms, 55 ms)으로 원본 영상을 획득하고, 이 영상들을 후속 피팅에 사용하여 native T2 값을 계산합니다.

3. CMR 영상 분석

참고: CMR 사후 처리를 위해 cvi42 CMR 분석 소프트웨어를 사용하십시오. 영상 데이터를 CMR 분석 소프트웨어로 전송하십시오.

  1. 좌심방 및 양측 심실의 부피와 기능을 분석합니다.
    1. 양측 심실 부피 및 기능
      1. Function SAX 모듈(단축 영상을 이용한 심실 기능 분석)을 사용하여 양측 심실 기능을 분석합니다.
      2. 심실 단축 시네 영상을 선택하고 Detect LV/RV Contours at ED/ES Phases를 클릭합니다. 소프트웨어가 좌심실 내막 및 외막 경계와 우심실 내막 경계를 자동으로 획정하도록 합니다. 자동 획정이 부정확할 경우 윤곽선을 수동으로 조정합니다.
      3. 좌심실 박출률(LVEF), 좌심실 이완기말 부피(LVEDV), 좌심실 이완기말 부피 지수(LVEDVI), 좌심실 수축기말 부피(LVESV), 좌심실 수축기말 부피 지수(LVESVI), 우심실 박출률(RVEF), 우심실 이완기말 부피(RVEDV), 우심실 이완기말 부피 지수(RVEDVI), 우심실 수축기말 부피(RVESV) 및 우심실 수축기말 부피 지수(RVESVI)를 포함하여 자동으로 계산된 양심실 기능 파라미터를 얻습니다.
        ​참고: 좌심실과 우심실의 1회 박출량 차이가 5 mL 이내인지 확인하십시오.
    2. 좌심방 부피 및 기능
      1. Strain 모듈을 사용하여 LV 2- 및 4-챔버 시네 영상에서 좌심방(LA) 부피를 측정합니다. 수축기말과 이완기말의 LA 내막 및 외막 경계를 수동으로 획정합니다. 폐정맥 입구와 좌심방이(left atrial appendage)는 윤곽선에서 제외합니다.
      2. 소프트웨어가 모든 심장 주기 전반에 걸쳐 LA 윤곽선을 자동으로 확장하고 LA 부피(LAV) 곡선을 생성하도록 합니다(그림 1). LV 수축기말, 능동적 LA 수축 전의 초기 이완기, LV 이완기말에 해당하는 세 가지 심장 주기를 식별합니다. 최대 LA 부피(Vmax), 심방 수축 전 LA 부피(Vpre-a) 및 최소 LA 부피(Vmin)를 얻습니다.
      3. 다음 공식을 사용하여 전체 LAEF(LAEFtotal), 수동적 LAEF(LAEFpassive) 및 능동적 LAEF(LAEFactive)를 포함한 좌심방 박출률(LAEF)을 계산합니다.
        계산 공식:
        LAEF total＝ (Vmax－Vmin) /Vmax；
        LAEF passive＝ (Vmax－Vpre-a) /Vmax；
        LAEF active＝(Vpre-a－ V min) /Vpre-a
  2. T1 매핑의 정량적 분석
    1. Tissue T1 모듈을 사용하여 조영 전 및 조영 후 T1 값을 획득합니다. 각 조영 전 및 후 영상에서 좌심실 내막 및 외막 경계를 수동으로 획정합니다. Create T1 Map을 클릭하여 조영 전 및 후 T1 맵을 생성합니다. T1 Options 메뉴에 헤마토크릿 값을 입력하고 Create ECV Map을 클릭하여 세포외액 분율(ECV) 맵을 생성합니다.
      참고: 내막에 인접한 LV 혈액 풀(blood pool) 및 외막에 인접한 심낭 지방과 같이 측정값에 편향을 줄 수 있는 영역은 포함하지 않도록 합니다.
  3. T2 매핑의 정량적 분석
    1. Tissue T2 모듈을 사용하여 기본 T2 맵을 획득합니다. 각 영상에서 좌심실 내막 및 외막 경계를 수동으로 획정합니다. Create T2 Map을 클릭하여 T2 맵을 생성합니다.
      참고: 내막에 인접한 LV 혈액 풀 및 외막에 인접한 심낭 지방과 같이 측정값에 편향을 줄 수 있는 영역은 포함하지 않도록 합니다.

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결과

통계 분석

모든 분석은 SPSS 29를 사용하여 수행되었습니다. CMR의 기초 정보 및 정량적 파라미터의 경우, 지표가 정규 분포를 따르면 평균 ± 표준 편차로 표기하였고, 정규 분포를 따르지 않는 경우에는 중앙값과 사분위 범위로 나타내었습니다. 두 그룹 간의 측정 데이터 또는 빈도 데이터의 비교는 독립표본 t-test 또는 χ2 검정을 사용하여 수행되었습니다. P < 0.05를 통계적으로 유의한 것으로 간주하였습니다.

심방세동의 전형적인 영상 특징

AF에서의 전형적인 CMR 소견으로는 약화되고 비동기적인 심방 수축 및 이완을 동반한 좌심방 확장이 포함되며, 때때로 LA roof의 후벽을 따라 얇은 조영 증강 선이 관찰됩니다. LV 이완 기능은 현저하게 손상되며, ...

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토론

심방세동(AF)은 가장 흔한 부정맥 중 하나이며, 그 주요 병리적 근거는 좌심방의 구조적, 전기적 및 기능적 리모델링인 것으로 잘 알려져 있습니다. 이러한 이유로 전통적으로 심방의 구조적 및 기능적 변화에 주의를 기울여 왔습니다. 심방세동의 주요 부정적 결과는 새로운 심부전의 유발 또는 기존 심부전의 악화이며, 이 과정은 좌심실 간질성 섬유화 및 염증과 기전적으로 연결되어 있을 수 있습니다20. 부정맥의 초기 단계에서는 심실 이완 기능 장애가 가역적일 수 있으므로21, 심근 섬유화와 염증을 조기에 비침습적으로 식별하는 것이 매우 중요합니다. CMR에서 도출된 T1 mapping, T2 mapping 및 ECV는 심근 섬유화와 염증의 정량적 평가를 가능하게 하며8,9, 좌심실 심근의 조영 후 native T1 time과 전반적인 심근 섬유화 ...

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공개 사항

저자들은 이해 상충이 없음을 밝힙니다.

감사의 글

본 연구는 지린성 보건위원회(Jilin Provincial Health Commission)의 보건 과학 및 기술 혁신 프로젝트(연구비 번호 2020J044)의 지원을 받아 수행되었습니다. 지원 기관은 연구의 설계, 실행 또는 결과 보고에 관여하지 않았습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
cvi42 CMR 분석 소프트웨어Circle Cardiovascular Imaging (Canada)www.circlecvi.com영상 후처리, 심실 기능, 심방 스트레인, T1/T2 매핑 및 ECV 분석
심장 전용 위상 배열 표면 코일Siemens Healthineerswww.siemens-healthineers.com심장 영상용 표면 코일
가돌리늄 기반 조영제 (GBCA)제조사 미지정N/ALGE 영상 및 조영 후 T1 매핑을 위한 정맥 내 조영제
IBM SPSS Statistics 버전 29IBMwww.ibm.com/products/spss-statistics통계 분석
MAGNETOM Spectra 3.0 T 자기공명영상 시스템Siemens Healthineerswww.siemens-healthineers.com3.0 T 심혈관 자기공명 스캐너
MR 호환 심전도 (ECG) 게이팅 장치Siemens Healthineerswww.siemens-healthineers.comCMR 획득 중 ECG 게이팅

참고문헌

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