Gadolinium 조영증강 CT에서 조영증강에 영향을 미치는 인자에 관한 실험적 연구

Abstract

Gadolinium 은 상자성(paramagnetic properties) 때문에 주로 MRI 조영제로 널리 알려져 있으나, 높은 원자번호와 기존의 CT 조영제인 iodine 조영제와 유사한 약물동력작용(pharmacokinetics)을 갖는 특성을 고려해 보면 CT 조영제로의 사용 가능성을 착안할 수 있다. Gadolinium 조영제는 인체에 심각한 부작용이 거의 없는 것으로 알려져 있어 iodine 조영제가 금기이거나 부적절한 환자에서 조영증강 CT 가 필요한 경우 대체 조영제로서 유용할 것으로 기대된다. 본 연구의 목적은 CT에서 Gd-DTPA와 iopromide 의 농도에 따른 흡수감약계수의 변화를 시험관 실험을 통해 평가하고, Gd-DTPA 의 주입변수인 주입속도, 주입농도 및 주입량이 정상토끼의 뇌혈관 및 뇌실질의 조영증강 정도에 미치는 영향을 분석함으로써 Gd-DTPA의 주입방법에 따른 조영증강 변화와 상호관계를 보다 정확히 이해하고 이를 바탕으로 gadolinium조영제의 CT조영제로서의 최적의 주입방법을 선정하는데 유용한 기초자료를 제시 하는데 있다. 본 연구는 시험관 실험과 동물실험으로 나누어 시해하였고, 우선 시험관 실험에서는 Gd-DTPA와 iopromide를 1배에서 0.1배까지 생리 식염수를 섞어 순차적으로 희석하여 주입농도를 변화시키면서 총 10mL의 용량을 만들어 사용하였다. 관전압 120kVp, 관전류 120mA, 5mm의 절편두께 하에 CT를 시행하였으며 총 20개의 시험관의 각각의 농도에서 1mm2 크기의 관심영역(region of interest)을 설정한 후 흡수감약계수(attenuatipn cpeffient)를 측정하여 두 조영제의 농도에 따른 조영증강 정도를 비교분석 하였다. 동물실험에서는 체중 2.5kg의 건강한 토끼 5 마리를 대상으로 하여 Gd-DTPA를 0.2mL/sec, 0.4mL/sec의 주입속도, 0.25mmol/mL, 0.5mmol/mL의 주입농도, 5mL, 10mL 의 주입량으로 주입변수를 변화시키면서 단일주입방법으로 주입하였다. 관전압 120kVp, 관전류120mA, 3mm의 절편두께로 하여 조영제 주입 후 10초 후부터 5초의 간격으로 2분간에 걸쳐 역동적 CT를 시행하였다. Iodine조영제와의 조영증강 정도의 비교를 위해서 0.2mL/sec의 주입속도 2.5mmol/L의 주입농도 5mL의 주입량의 iopromide 로 조영증강 CT를 시행하였다. 5 마리 토끼의 CT 영상에서 뇌혈관과 뇌실질에 1mm2 크기의 관심영역을 설정한 후 흡수감약계수를 측정하여 시간-조영증강 곡선을 구하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 시험관 실험에서는 Gd-DTPA 원액의 흡수감약계수는 2,578HU 으로 iopromide 의 0.33 배 희석액의 흡수감약계수를 상응하였으나, 동일한 몰수의 조건에서 두 조영제의 흡수감약계수를 비교하였을 때, Gd-DTPA 의 흡수감약계수가 더 높았다. 동물실험 경우 뇌실질의 시간-조영증강 곡선에서 Gd-DTPA 와 iopromide를 주입했을 때 두 조영제 모두에서 조영제 주입 후 최고점 없이 20-40HU 내외의 흡수감약계수를 보여 뇌실질에서는 조영증강 효과가 미약하였고, 주입변수의 변화에 따른 유의한 차이도 보이지 않았다. 반면, 뇌혈관에서는 조영증강이 현저하였고 Gd-DTPA의 주입농도와 주입량을 일정하게 하면서 주입속도를 증가시키면 흡수감약계수의 최고치는 증가되었고 최고점에 도달하는 시간이 짧아졌다. 주입농도를 증가시키면 흡수감약계수의 최고치는 증가 되었다. 다른 두 변수는 고정하고 주입량을 증가시키면 흡수감약계수의 최고치는 증가하였고 최고점에 도달하는 시간은 지연되었다. 주입변수의 변화에 따라 흡수감약계수의 최고치가 가장 높아지고 최고점에 도달하는 시간도 가잘 짧아지는 경우는 Gd-DTPA 의 주입량이 일정한 조건 하에서 주입속도를 0.4mL/sec, 주입농도를 0.5mmol/mL로 하였을 때였으며, 이때 주입량을 10mL로 하면 iopromide와 가장 유사한 양상의 시간-조영증강 곡선을 나타내었다. 결론적으로 Gd-DTPA의 CT에서의 조영증강 효과는 정상 뇌실질에서는 미약하난 뇌혈관에서는 상당한 효과를 보이며, 조영증강 정도는 조영제 주입속도, 주입농도 및 주입량의 변화에 따라 다양한 조영증강 양상을 보이며 흡수감약계수의 최고치에는 조영제의 주입농도, 최대 조영증강에 도달하는 시간에는 조영제의 주입량이 가장 중요한 요인으로 작용 하였다. 따라서 보다 이상적인 시간-조영증강 곡선을 얻기 위해서는 gadolinium조영제 주입농도와 주입량의 최적으 조건에 대한 향후 지속적인 연구가 요망된다고 하겠다. 본 연구가 제시한 조영제 주입변수에 따른 조영증강 양상은 실제 조영제 주입방법을 결정하는데 주용한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. ; Because of the paramagnetic properties of gadolinium-64, gadolinium-based contrast agent is popular as an effective contrast agent in MR imaging. Gadolinium is characterized by high atomic number and similar pharmacokinetics with iodine, which is widely used as a CT contrast agent, and gadolinium is also anticipated as CT contrast agent. Since gadolinium-based contrast agent is well tolerated by humans and only a few serious side effects have been reported, it is of value as an altenative contrast medium in CT in patients who have contrainducation to iodinated contrast medium. The purpose of this study is to investigate the use of gadolinium-based contrast agent as a CT contrast agent by evaluating the effects of contrast medium injection parameters including injection rate, concentration and volume on contrast enhancement of the brsin vessel and parenchyma and to assess optimal injection protocols. This study consists of two categories, in vitro and in vivo. Vitro study was performed to determine the relative CT attenuaetion cdefficient of Gd-DTPA and iopromicde with serial dilutuon by adding each agent in multiples of 1mL to normal saline solution up to total volume of 10mL in test tubes. Each test tube was scanned by using 120kVp, 120mA, 5mm collimation and attenuation measurements were obtained from region of interest approximately 1mm2 . In animal studies, 5 rabbits weighing 2.5kg underwent single level dynsmic gadoliniun-enhanced brain CT by monophasic mode at 5second-interval just 10seconds after contrast injectuion for 2 minutes. The CT scans were obtained by using different injection parameters : tates(0.2ml/sec, 0.4ml.sec), concentrations(0.25mmol/mL, 0.5mmol/mL) and volumes(5mL. 10mL) and additional scan of iopromide(rate of 0.2mL/sec. concentration of 2.5mmol/mL. volume of 5mL) was performed for comparison. Time-attenustion curves of the brain vessel and parenchyma were obtained in cach scan and the magnitude of and the time to peak enhancement were analyzed. In vitro study. the attenuation coefficient of undiluted Gd-DTPA of 2.578HU corresponded to that of iopromide diluted to 0.33 timds the original concentration. This attenuation coefficientration. In 5 rabbits, time-enhancement curves of the brain parenchyma demonstrated no peak enhancement ranging from 20 to 40HU and were not influenced by different injection parameters of both contrast medium. While, time-enhancement curves of the brain vessel demonstrated distinct pattern with peak attenuation coefficient ranging from 40 to 138HU. Alterations in injection parameters had sugnificant impact on contrast enhancement of the brain vessel. Higher injection rate of Gd-DTPA resuted in higher magnitude of peak enhancement and shorter time to pesk enhancement. Higher concentration of Gd-DTPA resulted in higher magnitude of pesk enhancement but no significant difference of time to pesk enhancement. Higher volume of Gd-DTPA revealed higher magnitude of peak enhancement and delayed time to peak enhancement. The highest magntude of peak enhdncement and the shoptest time to peak enhancment were esnablished by injection of Gd-DTPA whit rate of 0.4mL/sec. concentration of 0.5mmmol/mL with constant volume. Ten mL volume of Gd-DTPA at tgus condition demonstrated the most similar pattern of time-enhancement curve with iopromide. In conclusion, enhancement of the brain parenchyna on gadolinium-enhancement of the brain vessel. The degee of contrast enhancement was variable by injection rate, concentration and volume. Among them, the most important factor affecting the magnitude of peak enhancement of the vessel was concention and the time to peak enhancement of the vessel was volume of contrast medium. Thus, further study for optimal injection protocol to obtain ideal time-enhancement ctrve is recommended and study will be a useful baseline for clinical application of gadolinium as an alternative CT contrast agent.