대퇴골두 무혈성 괴사에서 자기공명영상 (MRI)을 이용한 3차원 정량분석의 유용성에 대한 연구

Abstract

대퇴골두 무혈성 괴사 (osteonecrosis of the femoral head)에서 질병의 진행상태, 즉 병기는 단순 촬영이나 자기공명영상 (MRI)에서 보이는 대퇴골두와 고관절의 형태적 변화로 평가되어 왔으나 대퇴골두 무혈성 괴사의 크기와 위치가 중요한 예후 인자라는 연구들이 발표됨에 따라 정량분석의 중요성이 증가되고 있다. 괴사 크기의 평가는 단순 촬영이나 MRI의 일부 단면으로 시행한 2차원 정량분석이 다수 있지만 정확도가 떨어지며 방법간의 기준이 다양하여 공간적 오차를 줄일 수 있는 새로운 정량분석이 요구된다. 따라서, 이 연구에서는 대퇴골두 무혈성 괴사의 부피를 MRI 3차원 정량분석으로 평가하고, MRI 2차원 정량분석 및 고관절 전치환술 후 채취된 검체의 정량분석과 비교하여, 보다 정확하고 임상적으로 유용한 측정법을 찾고자 하였다. 대퇴골두 무혈성 괴사로 진단 받은 환자 중에서 수술 전 MRI를 촬영하고, 고관절 전치환술 후 대퇴골두 검체를 얻을 수 있었던 환자 11명, 14예를 대상으로 하였다. 무혈성 괴사의 크기 평가에서 MRI 2차원 정량분석은 횡단면 또는 관상면 T1 강조영상에서 하나의 단면을 이용한 Beltran, Kubo, Shimizu의 방법으로 대퇴골두를 3 또는 4등분하여 분류하거나, 시상면과 관상면 T1 강조영상의 두 단면을 이용한 Koo의 방법으로 괴사분율을 구하였다. MRI 3차원 정량분석은 연속적인 관상면 T1 강조영상에서 3차원 재구성 소프트웨어를 이용하여 괴사 부피와 괴사분율을 구하였다. 채취된 검체에서 병소의 정량분석은 ‘fluid displacement method’로 괴사 부피를 측정하고 괴사분율을 구하였다. MRI를 이용한 2차원 및 3차원 정량분석과 검체의 정량분석을 비교분석하고 상관관계를 통계적으로 검정하였다. 총 14예의 대퇴골두 무혈성 괴사 크기에 대한 MRI 2차원 정량분석 결과, 횡단면을 이용한 Beltran 방법은 3예 (21%)에서, 관상면을 이용한 Shimizu의 방법은 5예 (36%)에서만 채취된 검체의 정량분석과 같은 등급으로 평가되었다. 대퇴골두 무혈성 괴사의 크기 평가에서 Koo의 MRI 2차원 정량분석과 MRI 3차원 정량분석을 검체의 정량분석과 비교했을 때, 검체의 괴사분율 26.4%에 비해 MRI 3차원 정량분석에 의한 괴사분율은 34.0%로 7.6% 크게 측정되었고, Koo의 MRI 2차원 정량분석에 의한 괴사분율은 47.6%로 21.2% 크게 측정되었다. 대퇴골두 무혈성 괴사의 괴사분율에 대한 Koo의 MRI 2차원 정량분석, MRI 3차원 정량분석과 검체의 정량분석간의 차이를 보기 위해 시행한 상관분석에서 Koo의 MRI 2차원 정량분석과 검체의 정량분석간의 Spearman 상관계수는 0.657로 중등도의 상관관계를 보인 반면, MRI 3차원 정량분석과 검체의 정량분석간의 Spearman 상관계수는 0.952로 강한 상관관계가 있었고, p < 0.05로 통계적으로 유의하였다. 결론적으로 대퇴골두 무혈성 괴사 크기 평가에서 3차원 재구성 소프트웨어와 관상면 T1 강조영상을 이용한 MRI 3차원 정량분석은 MRI 2차원 정량분석보다 정확한 방법임을 알 수 있었다. 이는 임상적으로 조기 수술방법을 적용할 환자를 선택하고 수술 후 예후를 결정하는데 유용하게 쓰일 것으로 판단된다.;Staging of osteonecrosis of the femoral head is determined by morphologic assessment of the femoral head on plain radiograph or MRI. The quantitative analysis of the lesion size is more important because the size and location are the major prognostic factors predicting the collapse of the femoral head. In assessing the size of osteonecrosis of the femoral head, it has been reported that 2D quantitative analysis using plain radiograph or one or two plane MRI cannot measure the true volume of the necrotic portion. The purpose of this study was to evaluate the usefulness of 3D quantitative analysis using MRI in osteonecrosis of the femoral head by comparison with 2D quantitative analysis using MRI and quantitative analysis of the resected specimen. Fourteen hips in 11 patients with osteonecrosis of the femoral head having both the preoperative MRI and the surgical specimen after total hip arthroplasty were included in this study. The size of osteonecrosis was divided into three or four groups by 2D quantitative analysis using an axial or coronal MRI (Beltran, Kubo, Shimizu method). Each necrotic fraction of osteonecrosis of the femoral head was measured by 2D quantitative analysis using midcoronal and midsagittal MRI (Koo method) and 3D quantitative analysis with 3D reconstruction software on serial continuous coronal T1 weighted MRIs. The quantitative analysis of the specimen after total hip arthroplasty was performed by fluid displacement method. The necrotic fraction obtained from 3D quantitative analysis on MRI was compared with 2D quantitative analysis of the specimen with Spearman correlation test. The extents of lesions graded by 2D quantitative analysis using MRI of Beltran and Shimizu were similar to the lesion size of the specimen in 3 of 14 cases (21%) and in 5 of 14 cases (36%), respectively. The mean necrotic fraction by 2D quantitative analysis using MRI of Koo method and 3D quantitative analysis using MRI was 7.6% and 21.2% larger than necrotic fraction of the specimen (26.4%), respectively. In correlative analysis between quantitative analysis using MRI and specimen, the necrotic fraction by 2D quantitative analysis using MRI and specimen showed moderate correlation (correlation coefficient r = 0.657, p < 0.05). On the other hand, the necrotic fraction by 3D quantitative analysis using MRI and specimen demonstrated a strong correlation (correlation coefficient r = 0.952, p < 0.05). In conclusion, 3D quantitative analysis using MRI was more accurate than 2D quantitative analysis using MRI in volumetric measurement of osteonecrosis of the femoral head, therefore, 3D quantitative analysis using MRI in the volumetric measurement of osteonecrosis of the femoral head may be useful in predicting the long-term clinical outcome and deciding the treatment option.