대퇴골두 무혈성 괴사는 대퇴골두의 순환 장애로 인해 일어

나는 질병으로 원인과 발생 기전이 명확히 규명되지는 않았지

만 과도한 음주, 스테로이드 투여, 외상 등이 위험 인자로 알

려졌다. 30-50대의 남자에 잘 발생하며 약 50-80%에서 양

측성으로 발생한다(1). 골두의 함몰이 심하지 않은 병의 초기

단계에서는 원래의 관절을 유지할 수 있는 치료가 가능하지만,

병이 진행되면 고관절의 퇴행성 변화 및 파괴가 동반되어 고

관절 전치환술(total hip replacement)을 받게 되므로 조기 진

단이 중요하다(1).

대퇴골두 무혈성 괴사의 진단에 대한 초기의 연구는 주로

괴사의 조기 발견과 병기(stage) 분류 체계에 초점을 두었다

(2, 3). 비교적 널리 사용되고 있는 Ficat 분류는 단순촬영에

서 보이는 대퇴골두와 고관절의 형태적 변화로 질병의 진행을

평가하였다(3). 그러나 대퇴골두 무혈성 괴사의 크기와 위치

가 치료 방침을 결정하고 예후에 영향을 미치는 요소라는 연

구가 발표됨에 따라 정량분석의 중요성이 증가하고 있다(4-

7). 그 결과 괴사의 위치나 크기를 세부 분류 기준으로 설정

한 병기 분류 체계들이 제시되었다(5, 8).

괴사 크기의 평가는 단순촬영이나 MRI의 일부 단면을 이용

한 2차원 정량분석에서 다수 보고되었지만(6, 8-12), 그 정

확도가 떨어지며 방법 간의 기준이 다양하여 공간적 오차를

줄일 수 있는 새로운 정량분석 방법이 요구된다. 최근 고해상

도 영상 기법의 발달과 3차원 재구성 소프트웨어의 획기적인

개발로 MRI에서 대뇌 부피를 측정하거나 CT에서 폐 결절의

부피를 측정하는 것처럼(13, 14) 대퇴골두 무혈성 괴사 부피

의 3차원 정량분석도 가능하게 되었다(15, 16).

이 연구에서는 대퇴골두 무혈성 괴사의 크기를 MRI 3차원

정량분석으로 평가하고 MRI 2차원 정량분석 및 채취된 검체

의 정량분석과 비교하여 정확하고 임상적으로 유용한 측정법

을 찾고자 하였다.

대상과 방법

2002년 4월부터 6월까지 3개월간 대퇴골두 무혈성 괴사로

진단받은 환자 중에서 수술 전 MRI를 촬영하고 고관절 전치

환술 후 대퇴골두 검체를 얻을 수 있었던 환자 11명, 14예의

대퇴골두를 대상으로 하였다. 11명 환자 중 남자는 9명, 여자

─ 487 ─

대한영상의학회지 2006;55:487-494

대퇴골두 무혈성 괴사에서 자기공명영상을 이용한3차원 정량분석의 유용성1

황 지 영·이 선 화·박 윤 수2

목적: 대퇴골두 무혈성 괴사의 부피를 MRI 3차원 정량분석으로 평가하고, MRI 2차원 정량분

석 및 검체의 정량분석과 비교하여 임상적 유용성을 찾고자 하였다.

대상과 방법: 3개월간 무혈성 괴사로 진단된 14예의 대퇴골두를 고관절 전치환술 후 얻었다.

수술 전 촬영한 MRI를 이용하여 후향적으로 괴사크기에 대한 정량분석을 시행하였다. 2차원

정량분석은 정중시상면과 정중관상면 MRI로, 3차원 정량분석은 연속적인 관상면 MRI와 3차

원 재구성 소프트웨어를 이용하여 괴사분율을 측정했다. 검체에서 괴사분율은‘fluid displace-

ment method’로 측정했다. MRI 2차원 및 3차원 정량분석과 검체의 정량분석을 비교분석하

고 상관관계를 통계적으로 검정하였다.

결과: MRI 2차원 정량분석과 검체의 정량분석 간의 Spearman 상관계수는 0.657로 중등도의

상관관계를 보였지만, MRI 3차원 정량분석과 검체의 정량분석간의 Spearman 상관계수는 0.952

로 강한 상관관계가 있었고, p < 0.05로 통계적으로 유의하였다.

결론: 결론적으로 대퇴골두 무혈성 괴사 크기 평가에서 MRI 3차원 정량분석은 MRI 2차원 정

량분석보다 정확하였고, 이는 임상적으로 조기 수술방법을 적용할 환자를 선택하고 수술 후 결

과를 예견하는데 유용하게 쓰일 것으로 판단된다.

1이화여자대학교 의과대학 방사선과학교실, 의과학연구소2성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 정형외과이 논문은 2006년 3월 30일 접수하여 2006년 5월 23일에 채택되었음.

는 2명이었고, 나이는 평균 54세(32-67세)였다. 14예의 대

퇴골두 무혈성 괴사 중 좌측이 8예, 우측이 6예였으며, 3명에

서 양측에 있었다. 11명 환자 모두에서 고관절 통증을 호소하

였으며 통증의 기간은 평균 29개월(3-60개월)이었다. 과도한

음주의 병력이 있는 환자가 5명(46%), 스테로이드를 투여받

은 환자가 3명(27%)이었으며, 3명(27%)은 추정되는 위험 인

자가 없었다. 총 14예 대퇴골두 무혈성 괴사의 수술 전 병기

는 Ficat 분류를 기준으로 하여 stage III가 5예(36%), stage

IV가 9예(64%)였다. 12예에서 수술 1일 전에 MRI를 시행하

였고, 나머지 2예에서는 각각 수술 99일 전(환자 3)과 419일

전(환자 1)에 MRI를 시행하였다.

MRI는 1.5 T 기기(Signa; GE Medical Systems, Milwaukee,

WI, U.S.A.)와 동체 코일(body coil)을 이용하여 촬영하였다.

T1 강조영상은 TR 350-700 msec, TE 8-16 msec로 횡단

면(axial), 관상면(coronal), 시상면(sagittal) 영상을 얻었고,

T2 강조영상은 TR 4200-5900 msec과 TE 105-108 msec

로 횡단면 영상을 얻었으며, 관상면 STIR 영상은 TR 4000-

5000 msec, TE 24-30 msec, TI 150 msec로 얻었다. 관상

면 STIR 영상은 절편두께 4 mm, 절편간 간격 1 mm로 영상

을 얻었으며, 그 외의 영상은 절편간 간격 없이 절편두께 2

mm로 영상을 얻었다. 격자 크기(matrix size)는 512×256이

었고, 영상 범위(field of view; FOV)는 34-38 cm였다. 촬영

시 환자의 자세는 앙와위(supine position)로 하고 중립 위치

를 취했다. 무혈성 괴사의 MRI 2차원 정량분석은 Koo 등(11)

의 방법대로 관상면과 시상면 T1 강조영상에서 각각 정중앙

영상을 한 개씩 선택하였다. 정중 관상면에서 무혈성 괴사가

있는 부분을 대퇴골두 중심에서 부채꼴 모양으로 표시한 뒤

그 각도를 a, 정중 시상면에서의 각도를 b로 하고(Fig. 1), 괴

사분율(necrotic fraction)은 (a/180)×(b/180) ×100(%)의

수식으로 구하였다(11). MRI 3차원 정량분석은 20개 내외의

연속적인 관상면 T1 강조영상을 의학영상 전송규격(digital

imaging and communications in medicine; DICOM)대로 3차

원 재구성 소프트웨어(Rapidia, Infinitt, Seoul, Korea)로 옮겨

서 시행하였다. 괴사의 범위는 관상면 T1 강조영상에서 저신

호 강도의 구불구불한 선(serpiginous line)으로 둘러싸인 영

역으로 정하였다(Fig. 2A). 대퇴골두 전체의 부피(total

volume of femoral head on MRI; VtMRI)는 20면 내외의 연

속적인 관상면에서 원형의 관심 영역(region of interest; ROI)

을 그린 면적을 합산하고 이를 절편 두께와 곱한 값으로 역시

소프트웨어에서 자동 계산되었다(Fig. 2B, D). MRI 3차원 정

량분석에서 괴사 부피(volume of osteonecrosis on MRI;

VonMRI)는 연속적인 관상면에서 자유선(freehand technique)

으로 그린 괴사 범위의 면적을 합산하고 이를 절편 두께와 곱

한 값으로 소프트웨어에서 자동으로 계산되었다(Fig. 2C, E).

VonMRI와 VtMRI의 부피 측정은 한 명의 관찰자가 2회 측정

하여 그 평균값을 구하였다. 괴사분율은 전체 대퇴골두 부피

에서 괴사 부위 부피가 차지하는 백분율로 (VonMRI/ VtMRI)

×100(%)의 수식에 의해 구하였다.

검체에서 대퇴골두 괴사 부위의 부피를 측정하기 위해 고관

절 전치환술 시 대퇴경부 하단과 전자(trochanter) 경계부에

서 절골술(osteotomy)을 시행하여 대퇴골두 검체를 얻었다.

채취된 대퇴골두는 거즈에 싸서 영하 76도의 질소 냉동고에

보관되었다. 질소 냉동고에서 꺼낸 검체를 하루 동안 0-4도

의 냉장고에서 해동하여 대퇴골두 괴사부의 부피를‘fluid

displacement method’로 측정하였다 (17). ‘Fluid

displacement method’는 200 mL 비커를 빈 수조에 두고 비

커에 물을 가득 채운 뒤 채취된 검체를 비커에 넣어 수조에 넘

친 물의 부피로 검체의 부피를 평가하는 방법이다. 채취된 검

체에서 괴사 부위의 부피(volume of osteonecrosis in

specimen; VonS)는 대퇴골두 검체 전체의 부피(total volume

of femoral head in specimen; VtS)에서 괴사 부위를 제외한

검체의 부피(volume of normal area in specimen; VnS)를 빼

서 구하였다(VonS = VtS - VnS). VtS는 채취된 검체 전체

에 대해, VnS는 론조(ronger)를 이용하여 대퇴골두의 괴사 부

위를 제거한 검체에 대해 각 3회씩‘fluid displacement

method’로 측정하여 평균값을 사용하였다. 론조로 대퇴골두

괴사 부위가 잘 제거되었는지 확인하기 위해 검체의 중앙 관

상면을 따라 절단하여 육안으로 괴사 경계 부위를 확인하였고

─ 488 ─

황지영 외: 대퇴골두 무혈성 괴사에서 자기공명영상을 이용한 3차원 정량분석의 유용성

A B

Fig. 1. MRI 2D quantitative analysis inassessment of the necrotic fraction inosteonecrosis of the femoral head. ‘a’is the angle of necrotic portion (graycolored area) in the midcoronal image(A) and ‘b’is the angle of necrotic por-tion in the midsagittal image (B). Thenecrotic fraction = (a/180)× (b/180)×100 (%).

대부분의 예에서 쉽게 괴사 부위가 정상 부위로부터 분리, 제

거되었다. 채취된 검체에서 괴사분율은 검체 전체의 부피에 대

한 괴사 부위 부피의 백분율로 [(VtS - VnS) / VtS]×100(%)

의 수식으로 계산되었다.

대퇴골두 무혈성 괴사의 크기 평가에서 검체의 정량분석을

기준으로 MRI 2차원 정량분석과 MRI 3차원 정량분석의 결과

─ 489 ─

대한영상의학회지 2006;55:487-494

A B C

D EFig. 2. Measurement of necrotic fraction by MRI 3D quantitative analysis.A. Coronal T1WI in a 61-year-old man with osteonecrosis in right femoral head. B. Circular ROI along the entire femoral head is outlined on continuous coronal T1WI. C. Freehand ROI along the necrotic interface line is drawn. D. Summary of volumetric measurement of total femoral head after processing shown in (B). Automatically calculated total volumeof the femoral head is 57532.02 mm3. E. Summary of volumetric measurement of osteonecrosis after processing shown in (C). Automatically calculated volume of necro-sis is 8752.69 mm3.

Table 1. Necrotic Fractions of the Femoral Head by MRI 2D Quantitative Analysis, MRI 3D Quantitative Analysis, and QuantitativeAnalysis of the Specimen

CasesNecrotic Fraction Necrotic Fraction Necrotic Fraction of

by MRI 2D Method (%) by MRI 3D Method (%) the Specimen(%)

01* 52.10 30.97 26.4802* 53.70 20.11 15.9303* 63.50 38.36 32.0704* 57.50 46.36 37.5905* 69.20 53.93 40.1906* 20.20 18.49 11.7207* 25.10 15.21 09.9808* 63.90 42.33 30.8609* 47.10 25.71 20.6510* 38.00 24.96 18.4711* 42.30 38.56 30.3912* 57.40 48.70 41.5213* 35.70 44.15 38.2314* 40.30 28.15 15.22

* In case 1 and case 3, MRI were obtained at 419 days and 99 days before operation, while in other cases at 1 day before operation.

를 비교 분석하였다. MRI 2차원 및 MRI 3차원 정량분석과 검

체의 정량분석에서 얻은 괴사분율의 상관관계는 상관분석

(Spearman correlation analysis)으로 검정하였다. SPSS

version 11.0 컴퓨터 프로그램(SPSS, Chicago, Ill, U.S.A.)을

사용하였으며, 상관계수(correlation coefficient) r 값이 0.7 이

상이면 강한(strong) 상관관계, 0.3-0.7인 경우 중등도

(moderate) 상관관계, 0.3 이하이면 약한(weak) 상관관계를

보이는 것으로, p 값이 0.05 미만일 때 통계학적으로 유의하

다고 판정하였다.

결 과

MRI 2차원 정량분석, MRI 3차원 정량분석과 검체의 정량

분석 결과는 Table 1 및 Fig. 3과 같다.

대퇴골두 무혈성 괴사의 괴사분율의 평균값은 MRI 2차원

정량분석에서 47.6%였고, MRI 3차원 정량분석에서는 34.0%

였으며 채취된 검체의 정량분석에서 26.4%였다(Fig. 4). 검체

에서의 괴사분율에 비해 MRI 3차원 정량분석에 의한 괴사분

율은 7.6% 크게 측정됐지만 MRI 2차원 정량분석에 의한 괴

사분율은 21.2% 크게 측정되었다(Fig. 4). 대퇴골두 무혈성

괴사의 괴사분율에 대한 상관분석 결과, MRI 2차원 정량분석

과 검체의 정량분석 간에는 Spearman 상관계수 0.657로 중

등도의 상관관계를 보였지만(Fig. 5), MRI 3차원 정량분석과

검체의 정량분석 간에는 Spearman 상관계수 0.952로 강한 상

관관계가 있었고 이는 p < 0.05로 통계적으로 유의하였다(Fig.

6).

─ 490 ─

황지영 외: 대퇴골두 무혈성 괴사에서 자기공명영상을 이용한 3차원 정량분석의 유용성

Fig. 4. Comparison of mean value of necrotic fractions of thefemoral head measured by MRI 2D, 3D quantitative analysis,and necrotic fraction of the specimen. Data within the box rep-resent mean value of necrotic fractions.

Fig. 5. Correlation between necrotic fraction by MRI 2D quan-titative analysis and necrotic fraction of the specimen.

Fig. 6. Correlation between necrotic fraction by MRI 3D quan-titative analysis and necrotic fraction of the specimen.

Fig. 3. Comparison of necrotic fractions of the femoral headmeasured by MRI 2D quantitative analysis, MRI 3D quantita-tive analysis and necrotic fraction of the specimen. Number ofX axis represents each case. Number of Y axis represents per-centage of necrotic fraction.

고 찰

대퇴골두 무혈성 괴사는 특징적인 임상소견이 없기 때문에

방사선학적 진단이 중요하다. 기본적으로 단순촬영을 이용하

지만 99Tc-MDP bone scan, MRI, CT 등 다양한 영상 기법

이 조기 진단과 감별 진단에 이용되고 있다.

대퇴골두 무혈성 괴사에서 병의 진행 정도와 치료 방법을

결정하기 위한 분류 체계에는 단순하고 가장 널리 사용되는

Ficat system(3), 형태적 변화와 함께 괴사의 크기나 위치를

기준으로 분류한 Japanese Investigation Committee (JIC)

system(5, 7), Steinberg system(8), Association Research

Circulation Osseous(ARCO) system(1)이 있다. 이 중,

Steinberg system과 ARCO system에서는 전체 대퇴골두에

대한 괴사 크기의 비율을 기준으로 grade A (<15%), grade

B(15-30%), grade C(>30%)로 세분하였다.

대퇴골두 무혈성 괴사의 치료는 분류 체계에 근거하여 대퇴

골두의 함몰이 있는 진행된 병기에서는 고관절 전치환술이나

반치환술(hemiarthroplasty)을 시행한다. 고관절 전치환술은

통증 감소와 고관절 기능을 회복시키는 효과적인 수술 방법이

지만 젊은 환자에게서의 장기 결과에 대해서는 아직 미지수다

(18). 대퇴골두의 함몰이 발생하기 전에 진단된 경우에는 핵

심 감압술(core decompression), 골 이식술(bone grafting),

절골술(osteotomy) 등의 다양한 고관절 보존술(joint

preserving surgery)을 시도해볼 수 있다(4, 19). 고관절 보

존술의 초기 연구에서는 53-72% 정도의 낮은 성공률을 보고

했는데(4), 이는 수술 방법 자체의 문제나 수술자의 경험 부

족 등의 이유도 있겠지만 환자의 예후에 영향을 미치는 괴사

의 크기나 위치를 고려하지 않고 수술의 대상을 정했기 때문

이다. 병의 초기 단계 환자에서 고관절 보존술의 성공률을 높

이기 위해서는 괴사의 크기가 작고, 내측에 있는 환자로 적응

증을 좁혀야 하는데, 많은 연구에서 크기가 클수록 대퇴골두

함몰의 빈도가 높다고 보고하였으나 예후를 결정하는 크기의

기준값(cutoff value)에 대해서는 합의를 이루지 못하였다(5-

8, 15).

현재까지 문헌에 발표된 괴사 크기의 측정 방법 중 단순촬

영을 이용한 방법은 다음과 같다. Kerboul 등(9)은 전후면과

frog-leg 측면 단순촬영에서 괴사의 표면 각의 합을 측정하였

고, Sugano 등(7)은 frog-leg 측면 촬영에서 전체 대퇴골두

에 대한 괴사의 면적을 측정하였으며, Steinberg 등(8)은 전

후면 단순촬영에서 눈금 종이를 이용하여 괴사 크기를 측정하

거나, 대퇴골두의 연골하 골절 또는 함몰 부위의 표면 길이 및

함몰의 깊이를 측정하였다. 그러나 단순촬영을 이용한 방법들

은 변화가 적은 초기 진행 단계의 환자에게서는 적용할 수 없

고 변화가 있더라도 겹치는 정상 구조물의 음영에 의해 괴사

부위의 경계에 대한 관찰자 내 변이 및 관찰자 간 변이가 크

다는 단점이 있다(8, 20).

MRI는 단순촬영에 비해 조기에 병변을 발견할 수 있고, 괴

사가 T1 강조영상에서 저신호 강도의 선으로 비교적 명확하

게 그려지기 때문에 괴사 크기를 측정하는 영상 기법으로 유

용하다. MRI에서 괴사 크기 측정 방법은 하나의 단면 영상을

이용하는 2차원 정량분석부터 시도되었다. Beltran 등(10)은

괴사가 가장 크게 보이는 횡단면 T1 강조영상에서 대퇴골두

전후 직경에 대한 괴사의 전후 직경의 비율로 평가하였고,

Shimizu 등(6)과 Kubo 등(12)은 정중앙 관상면 T1 강조영

상에서 괴사의 크기를 평가하였다. 하나의 단면을 이용한 MRI

2차원 정량분석은 짧은 시간 내에 괴사 크기를 평가할 수 있

어 임상적으로 간단하게 사용할 수 있는 장점이 있지만 첫째,

면적을 자로 재거나 계산하여 수치로 표현되는 것이 아니라

대퇴골두를 3등분 또는 4등분하여 괴사 크기를 간접적으로 평

가하기 때문에 대퇴골두 크기의 15% 및 30%를 기준으로 세

부 등급을 나누는 몇 가지 분류 체계를 적용할 수 없고, 둘째,

관찰자 내 변이 및 관찰자 간 변이가 있을 수 있으며, 셋째, 한

단면에서의 괴사 크기가 대표 값으로 부적절할 수 있다는 단

점이 있다. Theodorou 등(20)은 4-5 mm의 절편 두께로 얻

은 관상면 T1 강조영상에서 정중앙 부위를 포함하는 5개 영

상을 선택하고 각 영상에서의 괴사 면적을 비교하였는데 대퇴

골두의 앞쪽으로 갈수록 괴사 면적이 커서 한 단면에서의 괴

사 크기가 다른 단면에서의 괴사 크기와 차이가 난다는 것을

보고한 바 있다.

Koo 등(11)은 관상면과 시상면 T1 강조영상에서 정중앙

영상을 각각 한 개씩 선정하여 2개의 영상을 이용한 MRI 2차

원 정량분석을 시도하였다(Fig. 1). 이 방법은 비교적 간단하

게 임상적으로 이용할 수 있으며 측정 오차가 적어 재현성이

좋다. 또한, 수치로 표현할 수 있어 기존의 다른 MRI 2차원 정

량분석보다는 더 유용하게 사용될 수 있다. 이 연구에서 검체

를 이용한 정량분석 결과와 비교했을 때 Koo의 MRI 2차원 정

량분석은 21.2% 정도 크게 측정되었으나 상관계수가 0.657로

중등도의 상관관계를 보였다(Fig. 5).

MRI 3차원 정량분석은 최근 MR 장비와 3차원 재구성 소

프트웨어의 발달로 가능하게 되었다. MRI의 해상도가 높아졌

으며, 신호 대 잡음비의 변화 없이 절편 두께도 최소화할 수

있게 되었다. 3차원 재구성 소프트웨어는 얇은 절편 두께로 얻

은 MRI나 CT 2차원 영상을 이용하여 3차원 입체 영상이나

원하는 방향의 2차원 영상으로 재구성할 수 있다. 그뿐만 아

니라 개인용 컴퓨터의 그래픽 프로그램처럼 길이, 각도, 면적,

부피 측정 등이 가능한데 부피는 면적을 그리면 판 두께(slab

thickness)를 고려하여 자동 계산된다. 국내외적으로 많은 종

류의 3차원 재구성 소프트웨어가 있으며 이 연구에서는 국내

에서 상용화되고 있는 프로그램 중 하나를 이용하였다. 최근

에 Nishii 등(15)과 Kishida 등(16)이 대퇴골두 무혈성 괴사

에서 MRI 3차원 정량분석을 시도하여 1 mm의 절편 두께로

얻은 연속적인 관상면 경사 에코 영상(three-dimensional

spoiled gradient-echo sequence; 3D-SPGR)과 컴퓨터 그래

픽 프로그램(Adobe Photoshop, Adobe Systems, San Jose,

CA)을 이용한 연구가 발표되었다. 이들의 괴사 부피 측정 방

법은 비교적 오차가 적고 정확하였으나, 첫째, 1 mm의 절편

두께로 대퇴골두 당 40개 이상의 많은 영상을 얻고 2차원 컴

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대한영상의학회지 2006;55:487-494

퓨터 그래픽 프로그램에서 수작업으로 괴사 면적을 그리기 때

문에 괴사 부피를 구하는데 시간과 노력이 많이 소요되며 둘

째, 임상에서 대퇴골두 무혈성 괴사의 진단에 흔히 이용되는

스핀 에코 T1 및 T2 강조영상 이외에 별도의 경사 에코 영

상을 얻어야 하는 단점이 있어 임상적으로 널리 활용되는데

제한적이다.

따라서 이 연구에서는 대퇴골두 무혈성 괴사 부피 평가에

있어 임상적으로 활용할 수 있고 정확한 MRI 3차원 정량분석

을 찾고자 하였다. 임상 진단을 위해 통상적으로 얻는 스핀 에

코 영상 중 연속적인 관상면 T1 강조영상을 이용하였으며 비

교적 얇은 2 mm 절편 두께로 오차를 줄이고자 하였다. 3차원

재구성 소프트웨어에서 괴사 부피(VonMRI)는 연속적인 관상

면에서의 괴사 면적의 합과 절편 두께가 곱해져서 mm3의 단

위로 자동 계산되었다. 각 관상면에서의 괴사 면적은 저신호

강도의 구불구불한 선을 따라 자유선(freehand technique)으

로 그려서 측정하였다. MRI에서 부피 측정은 한 명의 관찰자

에 의해 측정하여 관찰자 간 오차의 가능성은 있지만, 관찰자

내 오차를 줄이기 위해 2번의 측정으로 평균하였다. 이 연구

에서는 또한 MRI에서 측정한 괴사 부피의 정확도를 평가하기

위해 채취된 검체에서 괴사 부피를 측정하여 비교하였다. 수

술 검체에서는 MRI T1 강조영상에서의 저신호 강도의 선에

해당하는 구불구불한 선이 육안으로 관찰되었고 이 선을 경계

로 괴사 부위를 론조를 이용하여 괴사 부위를 제거하였다. 이

선은 조직 병리학적으로 섬유혈관조직과 괴사조직으로 구성되

며 재생 과정의 경계에 해당한다(17). 비교적 간단하게 괴사

의 부피를 직접 측정하는 방법으로‘fluid displacement

method’를 이용하였고(17), 측정에서의 오차를 줄이기 위해

3번 측정하여 평균값을 구하였다. 기존의 연구(6, 10, 15)에

서 주요 연구대상이었던 초기 상태의 환자에게서는 대퇴골두

전체를 얻을 수 없어 검체의 정량분석을 시도하지 않았는데

이 연구에서는 검체를 이용한 정량분석을 위해 고관절 전치환

술 후 대퇴골두 검체를 채취할 수 있었던 진행된 병기의 무혈

성 괴사로 연구대상을 한정하였다. 임상적으로 진행된 병기의

환자에서는 초기 상태에 비해 괴사의 크기가 덜 중요하지만,

이 연구로부터 얻어진 MRI 정량분석과 검체를 이용한 정량분

석 간의 상관관계는 초기 상태의 환자에게서도 적용될 수 있

을 것이라 판단된다.

연구마다 다른 정량분석 방법과 기준값을 제시하기 때문에

이 연구에서는 전체 대퇴골두의 부피에 대한 괴사 부피의 백

분율인 괴사분율을 구하여 MRI 2차원 정량분석과 MRI 3차원

정량분석을 검체의 정량분석을 기준으로 비교하였다. MRI 2

차원 정량분석에서는 검체의 정량분석과 중등도의 상관관계를

보였지만, MRI 3차원 정량분석은 검체를 이용한 정량분석과

강한 상관관계를 보여 MRI 3차원 정량분석이 기존에 발표된

MRI 2차원 정량분석에 비해 진단적 가치가 높다고 판단된다.

이 연구에서 MRI 3차원 정량분석이 검체를 이용한 정량분석

보다 7.6% 크게 평가한 것은 채취된 검체 전체의 부피를 측

정할 때 대퇴골두와 함께 대퇴경부가 일부 포함되었다는 점이

하나의 요인으로 추정된다. 또한, MRI 3차원 정량분석이 Koo

의 MRI 2차원 정량분석보다 13.6% 작게 평가한 것은 MRI 3

차원 정량분석에서는 대퇴골두 함몰로 인해 괴사 부피가 작게

측정됐지만 Koo의 MRI 2차원 정량분석에서는 괴사각으로 괴

사분율을 평가하기 때문에 관절 면에서 함몰된 대퇴골두의 부

피가 반영되지 않았다는 점이 하나의 요인으로 추정된다.

현재까지 대퇴골두 괴사 크기 또는 부피 평가에서 같은 방

법에 의한 영상 기법간의 비교연구는 드물게 보고된 바 있다.

괴사 크기가 단순촬영에서 MRI보다 8% 정도 크다고 보고한

연구가 있었던 반면(8), MRI에서 단순촬영보다 12.6% 크다

는 상반된 결과도 보고되었다(20). 이는 괴사 크기를 측정하

는 MRI의 단면을 선택한 기준과 MRI 촬영 시 절편두께 등의

요인이 관련되는 것으로 추정된다.

이 연구의 제한점은 첫째, 2 mm 절편 두께로 MRI를 촬영

하여 임상에서 통상적으로 이용하는 4-5 mm 절편 두께보다

영상의 수가 증가했기 때문에 영상 분석에 시간이 많이 소요

될 수 있다는 점이다. 따라서 관상면 T1 강조영상만을 정량분

석에 이용해서 시간과 노력을 줄이고자 하였고, 앞으로 3차원

재구성 소프트웨어의 자동 부피 측정 기능이 발전한다면 임상

적인 활용도를 더 높일 수 있을 것으로 판단된다. 둘째, 검체

에서 병소의 정량분석을 위해 고관절 전치환술로 검체 채취가

가능했던 진행된 병기의 환자만이 연구대상에 포함되었다는

점이다. 진행된 병기의 환자에게서는 대퇴골두 함몰 부위가 괴

사 크기 측정시 반영되었는지에 따라 오차가 생길 수 있으므

로 정량분석 방법 간의 비교가 정확하게 되지 않았을 가능성

이 있다. 셋째, 검체의 정량분석에서 괴사 부위 설정에 있어 조

직 병리학적 확인 없이 육안 소견을 기준으로 하였다는 점이

다. 이 연구에 포함된 검체는 대부분 괴사 부위가 쉽게 분리

되었지만 앞으로 연구에서는 조직 병리학적 비교가 동반되어

야 할 것으로 생각된다. 넷째, 대퇴골두 표본의 냉동 보관과 해

동 과정에서의 조직 변화, 부피 측정 과정에서 물이 대퇴골두

의 해면골 내로 흡수되어 생길 수 있는 오차를 고려하지 않았

다는 점이다.

같은 기준으로 치료 방법과 몇 가지 분류 체계의 타당도나

유용성을 평가하기 위해서는 괴사 크기 또는 부피를 측정하는

정량분석 방법이 통일되어야 한다. 2 mm 절편 두께로 얻은

관상면 T1 강조영상을 이용한 MRI 3차원 정량분석은 정확하

며, 임상적으로 활용될 수 있을 것으로 생각되며 앞으로 초기

단계의 더 많은 수의 환자를 대상으로 대퇴골두 함몰과의 상

관관계를 보는 연구가 필요할 것으로 판단된다.

결론적으로 대퇴골두 무혈성 괴사 부피 평가에서 3차원 재

구성 소프트웨어와 관상면 T1 강조영상을 이용한 MRI 3차원

정량분석은 정확한 방법임을 알 수 있었다. 이는 임상적으로

조기 수술 방법을 적용할 환자를 선택하고 수술 후 예후를 결

정하는데 유용하게 쓰일 것으로 판단된다.

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Address reprint requests to : Ji Young Hwang, M.D., Department of Diagnostic Radiology, Ewha Womans University MokDong Hospital, 911-1 Mok-dong Yangcheon-gu, Seoul 158-710, Korea.Tel. 82-2-2650-2723 Fax. 82-2-2650-5302 E-mail: mshjy@ewha.ac.kr

The Usefulness of 3D Quantitative Analysis with Using MRI forMeasuring Osteonecrosis of the Femoral Head1

Ji Young Hwang, M.D., Sun Wha Lee, M.D., Youn Soo Park, M.D.2

1Department of Radiology and Medical Research Institute, Ewha Womans University College of Medicine2Department of Orthopedic Surgery, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine

Purpose: We wanted to evaluate the usefulness of MRI 3D quantitative analysis for measuring osteonecrosisof the femoral head in comparison with MRI 2D quantitative analysis and quantitative analysis of the speci-men. Materials and Methods: For 3 months at our hospital, 14 femoral head specimens with osteonecrosis were ob-tained after total hip arthroplasty. The patients preoperative MRIs were retrospectively reviewed for quantita-tive analysis of the size of the necrosis. Each necrotic fraction of the femoral head was measured by 2D quanti-tative analysis with using mid-coronal and mid-sagittal MRIs, and by 3D quantitative analysis with using serialcontinuous coronal MRIs and 3D reconstruction software. The necrotic fraction of the specimen was physical-ly measured by the fluid displacement method. The necrotic fraction according to MRI 2D or 3D quantitativeanalysis was compared with that of the specimen by using Spearman’s correlation test. Results: On the correlative analysis, the necrotic fraction by MRI 2D quantitative analysis and quantitativeanalysis of the specimen showed moderate correlation (r = 0.657); on the other hand, the necrotic fraction byMRI 3D quantitative analysis and quantitative analysis of the specimen demonstrated a strong correlation (r =0.952) (p < 0.05). Conclusion: MRI 3D quantitative analysis was more accurate than 2D quantitative analysis using MRI formeasuring osteonecrosis of the femoral head. Therefore, it may be useful for predicting the clinical outcomeand deciding the proper treatment option.

Index words : Hip, necrosisMagnetic resonance (MR), volume measurementMagnetic resonance (MR), three-dimensionalFemur