기능 추적을 사용하여 자기 공명이 유래 심근 스트레인 평가

변형률(strain)의 개념은 물체의 변형 정도를 원래의 형상으로 정규화한 것으로, 심실 기능을 평가하는 데 있어 매우 중요합니다. 본 영상에서는 표준 시네(cine) 시퀀스를 사용하여 원주 방향 변형률(circumferential strain)을 평가하는 새로운 피처 트래킹(feature tracking) 기술을 선보입니다. 먼저, 표준 심장 MRI 단축 단면(short axis) 시퀀스를 획득합니다.

그 다음 심장 MRI Short access Sydney 시퀀스를 피처 트래킹 소프트웨어로 다운로드하고, 스트레인 분석을 위한 데이터 패키지를 구성합니다. 이완기 말 단계에서 초기 심내막 경계를 추적하면, 피처 트래킹 소프트웨어가 전체 심장 주기 동안 해부학적 구조를 나타내는 개별 패턴의 변위를 자동으로 추적합니다. 마지막으로, 추적된 데이터를 분석하여 원주 방향 스트레인을 평가합니다.

속도, 변위 및 변형률의 절대값과 지역적 값을 도출할 수 있습니다. 기존 방법과 비교하여 특징 추적(feature tracking) 기법의 주요 장점은 추가적인 영상 획득 없이도 원주 방향 변형률 분석이 가능하다는 점이며, 사용법이 간단하고 현재 사용 가능한 태그 영상 소프트웨어와 높은 상관관계를 보인다는 것입니다. 이 기법을 숙달하면 몇 분 내에 분석을 완료할 수 있으며, 본 분석 방법은 단일 단축 단면 영상(short axis slices)을 대상으로 제시되었습니다.

중간 레벨에서는 심실의 전체적인 평가가 가능합니다. 이는 기저부와 심첨부 레벨을 함께 사용하고, 추가적으로 장축 단면을 통해 종방향 변형을 측정함으로써 달성됩니다. 이 절차의 첫 번째 단계는 심장 소프트웨어가 탑재된 표준 MRI 기기를 사용하여 표준 심장 MRI 단축 시퀀스를 획득하는 것입니다.

이는 표준 프로토콜의 일부이므로 시간이 많이 소요되는 추가 태깅 절차는 필요하지 않습니다. 표준 단축 접근 시놉시스 서열(short access syn sequence)은 오프라인으로 저장되며, 영상은 원주 방향 변형률 분석을 위해 특징 추적 소프트웨어로 가져올 수 있습니다. 이제 데이터를 가져오고 선택하는 방법을 살펴보겠습니다.

표준 단축 시네(short axis cini) 시퀀스를 오프라인 워크스테이션 또는 네트워크 드라이브에서 피처 트래킹(feature tracking) 소프트웨어의 환자 데이터베이스로 가져옵니다. 단축 시네 시퀀스가 환자 데이터베이스에서 사용 가능해지면, 패키지 컴포저(package composer)를 사용하여 변형률 분석(strain analysis)을 위한 데이터 패키지를 구성합니다. 패키지 컴포저를 통해 환자 데이터베이스의 단축 시퀀스나 스택에서 특정 단축 슬라이스를 선택할 수 있습니다.

이 데이터는 스트레인 분석을 위해 환자 데이터베이스에 저장 및 보관됩니다. 본 사례에서는 유두근 높이의 심실 중간 부분 단축 단면을 선택하여 원주 방향 스트레인 분석을 수행합니다. 이제 데이터를 분석하는 방법을 살펴보겠습니다.

선택한 단축 단면 영상을 특징 추적 분석 소프트웨어로 가져오며, 이미지 대비를 원하는 대로 조정할 수 있습니다. 심실의 크기가 가장 큰 시점인 이완기 말 단계에서 심내막 경계를 추적하여 분석을 시작하며, 추적선은 필요에 따라 수정하거나 변경할 수 있습니다. 추적을 시작하기 전, 초기 추적선이 공동-조직 접점 내에 있는지 확인한 후 버튼을 눌러 완전 자동 추적 절차를 시작하십시오.

첫 번째 트레이스를 구성하는 개별 지점들은 이후 프레임에서 해당 지점의 주변 약 한 지점 범위 내에 있는 동일한 특징점을 검색함으로써 시간 순서대로 추적됩니다. 추적되는 특징점은 공동 조직의 경계이거나 조직을 따라 다르게 나타나는 해부학적 요소일 수 있습니다. 이들은 두 프레임 사이의 두 관심 영역에서 최대 가능도법을 통해 찾아냅니다.

단축 뷰의 특징 추적 분석(Feature tracking analysis)을 통해 반지름 방향(radial direction)과 원주 방향(circumferential direction) 모두의 속도 변위 및 변형률 데이터를 얻을 수 있습니다. 현재는 원주 변형률(circumferential strain)만 검증되었으며, 이는 현재 사용 가능한 태그 영상 분석 소프트웨어와 높은 상관관계를 보입니다. 단축 원주 변형률은 미국 심초음파 학회(American Society of Echocardiography)의 16분할 또는 17분할 모델에 따라 분절별로 표시하거나, 모든 분절의 평균값으로 나타내어 전역 중부 좌심실 원주 변형률(global mid left ventricular circumferential strain)로 제시할 수 있습니다.

원주 방향 변형률(circumferential strain) 결과는 이후 추가 분석을 위해 텍스트 파일로 내보낼 수 있습니다. 이 특징 추적 기술은 광범위한 심장 기능 장애를 가진 대규모 뒤셴 근이영양증 환자군에서 태그 영상의 조화 위상 평가(harmonic phase assessment)와 높은 상관관계를 보입니다. 이제 팬텀을 이용한 이 기술의 검증 과정을 살펴보겠습니다.

이 목적을 위해 단순하고 완벽하게 제어된 조건에서 영상 분석 절차를 테스트할 수 있도록 일련의 인공 컴퓨터 생성 루프가 준비되었습니다. 이상적인 좌심실의 단축 투영 팬텀이 준비됩니다. 공간 해상도, 프레임 속도 및 심외막 운동 유형이 다양한 팬텀을 사용하여 트래킹 방법을 테스트하였습니다.

또한, 초기 추적에 사용된 점의 수를 다양하게 변경하여 모든 경우에 대해 그 영향을 테스트했습니다. 적분량인 반경과 변형률의 오차는 매우 작았으며, 미분량인 속도와 변형률 속도의 오차는 약간 더 컸습니다. 이는 미분 연산자가 오차를 증폭시키기 때문에 예상된 결과였습니다.

공간 해상도가 낮아지면 결과의 품질이 저하되어 매우 낮아집니다. 그러나 초당 약 25프레임 이상의 최소 수준만 유지된다면, 시간 해상도는 결과에 큰 영향을 미치지 않습니다. 프레임 간 변위가 픽셀 크기보다 작아지기 때문에, 프레임 속도를 높인다고 해서 결과가 개선되지는 않습니다.

따라서 공간 해상도의 증가가 동반되지 않는 경우, 프레임 레이트의 증가는 효용성이 거의 없거나 전혀 없습니다. 이제 몇 가지 대표적인 임상 사례와 결과를 보여드리겠습니다. 대조군, 정상 박출률을 가진 젊은 DMD 환자, 정상 박출률을 가진 고령 DMD 환자, 비정상 박출률을 가진 DMD 환자, 그리고 말기 심부전 상태인 DMD 환자 간의 스트레인 차이가 나타나 있습니다. 대조군과 질병의 각 단계에 있는 DMD 환자들 사이의 전반적 원주 방향 스트레인 차이에 주목하십시오.

좌심실 원주성 변형률(circumferential strain)의 피처 트래킹(feature tracking)은 태그 영상(tagged images)을 이용한 변형률 평가와 매우 높은 상관관계를 보일 뿐만 아니라, 태그 영상 시퀀스의 조화 위상 분석(harmonic phase analysis)과 유사한 ST 층을 정의할 수 있었습니다. 피처 트래킹 방식의 원주성 변형률 분석은 후천성 및 선천성 질환 모두에서 박출률(ejection fraction)이 감소하기 전의 심장 기능 장애를 감지함으로써, 심부전 분야의 핵심적인 질문들에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 조기 개입과 치료 효능 평가를 가능하게 할 것입니다.

심장 정량화의 고질적인 문제는 서로 다른 영상 기법들이 각기 다른 측정 기술을 사용하기 때문에 그 결과를 비교하기 어렵다는 점이었습니다. 여기서 살펴본 기술은 심장 MRI뿐만 아니라 초음파와 같은 다른 영상 소스에도 적용 가능하므로, 영상 기법 간의 비교 가능성을 높이는 데 있어 매우 중요한 진전입니다.