대한빔사선의학호|지 1998; 38: 233- 239

스테얀레스 스틸과 나이티놀로 제작된 스텐트의 혈관모형내 자기공명영상 비교에 관한 실험적 연구1

전용선 · 강성권 · 검원홍 · 노홍기 · 임명관 · 검형진 · 조순구 · 서창해

목 적 : 스테인레스 스틸 스텐트 또는 나이티놀 스텐트를 장치한 혈관의 추적 검사로서

MRI의 이용가능성을알아보고자하였다.

대상 및 방법 : 스테인레스 스틸 스텐트와 나이티놀 스텐트를 제작하여 물이 들어있는 혈

관모양의 관상고무관에 넣은후，고무관을물이 들어있는아크릴수조에 위치시켰다.고무

관내에 물을충만시킨 후와물이 흐르는동안자기공명영상을얻었다.자기공명영상방법은

SE T1WI , FSE T2WI, Heavily T2WI, SE EPI , FMPSPGR, GRASS, FLAIR, 3D SSFP,

2D PC MRA, 2D TOF MRA를 이용하였다. 각각의 자기 공명 영상에서의 허상의 발생 여

부와 그 정도를 스텐트와 고무관 벽， 주위의 물과의 구별 가능 정도로 비교 분석하였다.

결 과 : 고무관 내의 물 흐름이 없는 실험에서 스테인레스 스렬은 허상에 의해서 스텐트

를 알아볼 수 없었고 나이티놀은 SE T1 WI, FSE T2WI, Heavily T2WI에서 허상없이 스텐

트와고무관벽이 구별되는우수한영상을얻였다.고무관내의 물흐름이 있는실험에서 스

테인레스 스렬은 SE T1WI , FSE T2WI, Heavily T2WI, GRASS, FLAIR에서 물 흐름에대

한 원위부 끝 부위 영상에서 다른 부위에 비해 적은 허상이 발생했다. 나이티놀은 SE

T1 WI , FSE T2WI, G RASS, FLAIR, 2D TOF MRA에서 허상없이 스텐트와 고무관 벽이

구별되는 우수한 영상을 얻었다.

결 론 · 자기공명영상은 나이티놀 스텐트를 장치한 환자의 추적 검사로 이용 가능한 방

법으로전망된다.

혈관의 중재적 치료를 받은 환자에서 추적 검사 방법으로는

고식적인 혈관조영술과 이중 초음파(duplex ultrasonograp

hy) , 자기공명영상(magnetic resonance imaging, 이하 MRI)

이 이용되고 있다(1 -2). 특히 스텐트를 설치한 환자의 추적 검

사에는 혈관조영술과 이중 초음파가 흔히 이용되며 (3-6)

MRI는 스텐트의 금속 성질에 따라 강자성 허상(ferromag­

netic artifact)을 발생시켜 이에 의한 영상 정보의 소설 때문

에 (7-9) 침습적인 혈관조영술을 시행하거나 MRI보다 연부

조직의 해상력이 낮은 다른 검사로 대치되는 경우가 많다. 일반

적으로 혈관조영술은 침습적이며， 이중 초음파는 기술적인 어

려움과 초음파로 보이지 않는 부위 및 전체 혈관을 한 영상으로

보지 못하는 등의 단점이 있다(1-2). MRI는 비침습적이며 해

부학적， 기능적인 정보를 동시에 얻을 수 있으며 현재 MRI를

이용한 혈관검사나 중재적 시술이 다양하게 시도되고 있다

(10- 13).

저자들은 본 연구를 통하여 스테인레스 스릴 스텐트 또는 나

l 인하대학교 외과대학 방사선과학교실 이 논운은 1996년도 인하대학교 연구비 보조로 이루어졌음. 이 논문은 1997년 8월 11일 접수하여 1997년 12월 5일에 채택되였음.

이티놀 (nitinol) 스텐트를 장치한 혈관의 추적 검사 방법으로

MRI의 이용 가능성을 얄아보고자 하였다.

대상및방법

각각 0.04mm 두께의 스테인레스 스렬 (88304， 8 -12% 니켈

함량) 철사와 나이티놀 철사를 이용하여 8 밴드의 Gianturco

형 스텐트를 제작하였다. 스텐트의 크기는 지름 10mm, 길이

20mm로 하였다. 또한 스벤트가 들어갈 수 있는 혈관 모형

(phantom)을 제작하였는데 혈관 모형은 아크릴로 제작한 사

각형의 상자 내부에 고무관을 장치하고 고무관의 한쪽은 수도

꼭지에 연결하고 다른 한쪽은 배수되도록 장치하였다(Fig.1).

먼저 고무관에 물을 채우고 각각의 스텐트의 관상면 MRI

영상을 얻고 난후 고무관에 물을 흐르게 하면서 스텐트의 관상

면과 축상변의 MRI 영상을 얻었다.

물 흐름이 없는 실험에서는 스테인레스 스틸 스텐트와 나이

티놀 스텐트를 물이 들어 있는 혈관 모양의 관상 고무관에 넣은

후， 스텐트가 들어있는 고무관을 물이 들어있는 아크렬 수조에

넣고서 MR 영상을 얻었다. 물 흐름이 있는 실험에서는 두가지

… …

전용선 오1: 스테인레스 스틸과 나이티놀로 제작된 스텐트의 훨관모혈내 자기공명영상 버교에 관한 실험적 연구

스텐트가 각각 장치된 관상 고무관내에 실제 혈류처럼 고무관

내에 물을 흐르게하면서 MRI 영상을 얻었다.

MR 기 종은 1.5 Tesla Signa Advantage MR scanner( GE

Medical System, Milwaukee, USA)를 이 용하였으며 스텐트

가 들어있는 아크릴 상자를 head coil내에 위치시키고 서로 다

른 107~ 의 pulse sequence를 사용하여 영상을 얻었으며 각각의

영상 방법은 다음과 같다.

A. Spin echo T1 weighted image ; 400/9(repetition time

/echo time) , 18x18(FOV in centimeter) , 5.0/ 1.0

(thickness/interspace in centimeter) , 256x192(mat­

rix) , 2NEX

B. Fast spin echo T2 weighted image; 3550/98, 18x18, 5.0/ 1.0, 256x 256, 2NEX

C. Heavily T2 weighted image; 10000/196, 18x13, 5.0/

1.0, 256x192, 1NEX

Fig. 1. Photograph of f10w phantom device

D. FMPSPGR; 135/4.2/90(flip angle) , 18x18, 5.0/ 1.0,

256 x 192, 2NEX

E. SE / EPI ; 2000/60, 24 x 18, 5.0/ 1.0, 256 x 256, 1NEX

F. FLAIR ; 10002/ 142/90, 18 x 18, 5.0/ 1.0, 256 x 224, 1

NEX

G. GRASS; 135/ 1.8/60, 18x13, 5.0/ 1.0, 256x192, 1

NEX

H. 3D SSFP; 22/37 / 60, 18 x 13, 3.0/0.0, 256 x 160, 1

NEX

1. 2D PC MRA; 33.3/9.5/30, 3.0/0.0, 18x13, 256x

224, lNEX

J. 2D TOF MRA; 33.3/4.9/60, 6.0/0.0, 18 x 13, 256 x

160, lNEX

각각의 MRI 영상의 분석은 허상이 발생하였는지의 여부와

발생하였으면 어느 위치에서 발생하였는지를 분석하였다. 허상

의 발생 정도는 스텐트와 고무관 벽과 주위의 물을 구별할 수

있는지를 판단하여 우수， 양호， 불량의 3개의 유형으로 분류하

였으며 스텐트와 고무관 벽， 물이 명확히 구별되면 우수， 구별

이 명확치는 않으나 식별 가능하면 양호， 구별이 불가능하면 불

량으로판정하였다.

결 과

물 흐름이 없는 고무관 내의 스테인레스 스틸 스텐트는 모든

자기공명영상에서 MR 허상에 의해서 스텐트가 구별되지 않는

불량한 영^d-을 얻었다. 나이티놀 스텐트는 SE T1WI, FSE

T2WI, Heavily T2WI에서 스텐트와 고무관 벽， 물이 구별되

는 우수한 영상을 얻었다.

고무관내에 물흐름이 있는경우스테인레스스멸 스벤트는

모든 영상 방법에서 불량한 영상을 얻었다(Table 1). 이중 SE

A B Fig. 2. SE Tl WI of stents A. Left: SE T 1 WI shows less ferromagnetic artifact of stainless steel stent at distal end of stent.

Right: SE Tl WI shows excellent image of nitinol stent without MR artifact. B. Left: SE T 1 WI shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent at middle portion.

Right: SE TlWI shows excellent image of nitinol stent without MR artifact.

m

앙

대한방사선의학호1);11998;38:233-239

T1WI, FSE T2WI, Heavily T2WI, FLAIR, GRASS 영상 방

법의 관상면 영상에서 스텐트의 중간부분과물흐름의 방향에

대한 근위부 부분에서는 심한 MR 허상에 의해서 스댄트와 고

무관 벽， 물을 구별할 수 없었으나 스벤트의 원위부 끝부분

(distal end of the stent)는 적은 MR 허상에 의해서 스텐트

와 고무관 벽을 구별할 수 있었다(Table 1, 2) (Figs. 2, 3). SE

EPI, FMPSPGR, 3D SSFP, 2D PC MRA, 2D TOF MRA

영상 방법에서는 심한 MR 허상에 의해서 전체 부위에서 스댄

트와 고무관 벽 , 물을 구별할 수 없었다(Table 1, 2).

Table 1. General MR Visibility of Stents in Flowing Water

MR Imaging Stainless steel Nitinol

SE Tl Poor Excellent

FSE T2 Poor Excellent

Heavily T2 Poor Poor

SE EPI Poor Fair

FMPSGR Poor Fair

GRASS Poor Excellent

FLAIR Poor Excellent

3D SSFP Poor Fair

2D PC Poor Excellent

2D TOF Poor Excellent

SE : spine echo, FSE: fast spine echo EPI : echo planar image FMPSPGR: fast multiplanar spoiled gradient recalled aquisition in the steady state GRASS: gradient recalled aqiusition in the steady state FLAIR : fluid attenuated inversion recovery 3D SSFP: 3 dimension steady state free precession 2D PC : 2 dimension phase contrast 2D TOF: 2 dimension time of flight

나이티놀 스벤트는 SE T1 WI, FSE T2WI, GRASS,

FLAIR 영상 방법에서 MR 허상 없이 전체 부위에서 스텐트와

고무관 벽， 물이 구별되는 우수한 영상을 얻었다(Table 1, 2)

(Figs. 2, 3). SE EPI, FMPSPGR 영상 방법에서는 스댄트의

Table 2. Location of MR Artifact of Stents in Flowing Water

MR Imaging Stainless steel

SE Tl Whole*

FSE T2 Whole*

Heavily T2 Whole*

SE EPI Whole

FMPSPGR Whole

GRASS Whole*

FLAIR Whole*

3D SSFP Whole

2D PC Whole

2D TOF Whole

Nitinol

Whole

Middle

Middle

Middle, End

t

* : MR artifact was seen whole portion of stent, but decreased at distal end of the stent t : Stent showed excellent image, but distortion of sur­

rounding image was seen Blank : no artifact SE : spine echo, FSE: fast spine echo, EPI : echo planar im­age FMPSPGR: fast multiplanar spoiled gradient recalled aquisition in the steady state GRASS : gradient recalled aquisition in the steady state FLAIR : fluid attenuated inversion recovery 3D SSFP: 3 dimension steady state free precession 2D PC : 2 dimension phase contrast 2D TOF : 2 dimension time of flight

A B Fig. 3. GRASS image of stents A. Left: GRASS image shows less ferromagnetic artifact of stainless steeI stent at distaI end of stent

Right: GRASS image shows exceIIent image of nitinoI stent without MR artifact B. Left: GRASS image shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent at middle portion.

Right: GRASS image shows excelIent image of nitinoI stent without MR artifact

m

씨

전용선 오1: 스테인레스 스틸과 나이티놀로 제작된 스텐트의 혈관모형내 자기공명영상 버교에 관한 실헐적 연구

A B Fig. 4. SE EPI of stents A. Left: SE EPI shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent at proximal end of stent.

Right: SE EPI shows excellent image of nitinol stent without MR artifact at proximal end of stent. B. Left: SE EPI shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent at mid portion

Right: SE EPI shows MR artifact (arrow) of nitinol stent at mid portion.

Fig. S. Left: Heavily T2WI shows less ferromagnetic arti­fact of stainless steel stent at distal end of the stent. Right: Heavily T2WI shows poor image of nitinol stent due to MR artifact.

중간 부분에서 MR 허상이 발생했으며 물 흐름에 대한 근위부

와 원위부 부위는 스텐트와 고무관 벽， 물이 구별되는 양호한

영상을 얻었다(Table 1, 2)(Fig. 4). 3D SSFP 영상 방법에서

는 스텐트의 중간과 원위부 부위에서 MR 허상이 발생했으며

근위부 부위는 스텐트와 고무관 벽， 물이 구별되는 양호한 영상

을 얻었다(Tables 1, 2). Heavily T2WI영상 방법에서는 스텐

트의 전체 부위에서 MR 허상이 발생하여 스텐트와 고무관 벽，

물이 구별되지 않는 불량한 영상을 얻었다(Tables 1, 2)(Fig.

5). 2D PC MRA, 2D TOF MRA 영상 방법에서는 MR 허상

없이 스텐트와 고무관 벽， 물이 구별되는 우수한 영상을 얻었으

나 2D PC MRA의 경우 주위 영상의 왜콕이 발생하였다.

(Tables 1) (Fig. 6).

고 찰

혈관 성형술을 위하여 스멘트를 사용한 경우 추적 검사로서

고식적인 혈관 조영술， 이중 초음파와 MRI 등이 있다(1 -6).

고식적인 혈관 조영술은 혈관 전체의 구조를 쉽게 이해 할 수

있으며 혈관내의 금속성 물질에 대한 영상 소실이 없는 장점이

있으나 동맥을 천자하는 침습적인 방법으로 방사션에 노출이

많으며 조영제에 의한 여러 부작용과 감염 등의 우려가 있으며

혈관 주위 구조물에 대한 변화는 알 수 없다(1 -2， 14). 이중 초

음파는 방사선 노출이 없고 혈관의 병 변과 혈류의 속도를 알 수

있는 장점이 있으나 검사기술의 숙달이 필요하고 화면에 분적

의 일부만이 나타나 전체 혈관을 평가하기 위해서는 시간이 소

요되며， 장관의 공기나 뼈에 의해 초음파로 검사하기 어려운 부

위가 있어 뇌혈관이나 사지의 원위부를 평가하는데는 제한이

있다(1 - 2， 14-15).

MRI는 방사선 노출이 없고 비침습적이며 혈관의 병변과 혈

류의 속도도 평가할 수 있으며 주변 조직의 해상도도 좋고 신체

어느 부위든지 모두 적용할 수 있는 장점이 있으나 (16 -18) 스텐트를 장치한 경우 스텐트의 금속성에 의한 강자생 허상에

의한주변 구조물의 왜곡등이 나타나는단점이 있다(7 -9) .

MRI에 나타난 금속성 스텐트의 허상은 자화율 이론(sus

ceptibi li ty theory)으로 설명할 수 있다(9， 19 -20) . 즉 서로

성분이 다른 물질은 다른 자기화율(magnetic susceptibility)

을 가지며 두 물질 사이에서 경사(gradient)가 발생한다. 이러

한 불균등질 영역(inhomogeneous field)에서는 회전 (spin)은

빨리 탈위상(dephase)하며 결국 T2 이완 시간에 영향을 주게

되며 에코 시간(echo time)을 증가시킬수록 허상은 증가하게

된다(10， 21). 또한 서로 다른 자기화율에서는 영상에 기하학적

- 236 -

대한방시선의학호|지 1998; 38: 233-239

A Fig. 6. 2D PC MRA and 2D TOF MRA of stents

B

A. Left: 2D PC MRA image shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent. Right: 2D PC MRA image shows excellent image of nitinol stent, but distortion of surrounding image.

B. Left: 2D TOF MRA image shows severe ferromagnetic artifact of stainless steel stent. Right: 2D TOF MRA image shows excellent image of nitinol stent without MR artifact.

왜곡(geometric distortion)을 일으키게 되며 자기공명영상에

서는 신호 강도가 증가된 명대 (bright band)가 나타나며 주변

MR 신호 강도가 억제된다(8). 이러한 주위 조직과 금속의 자

가화율의 차이로 인해서 MRI에서는 허상이 나타나게 된다. 자

기화율이란 어떤 물질이 자기장에 놓여졌을 때 그 물질이 부분

적으로 자기화되는 것을 말한다(21) . 이것을 공식화하면

M=xH(M= magnetization, x= magnetic susceptibility, H=applied magnetic field)로 자기화율이 클수록 강한 자화

(magnetization)를 일으킨다(21) . 금속성 철 (metallic iron)

은 1000정도의 높은 자기화율 때문에 강자성이라는 높은 자화

를 보인다. 많은 철을 포함한 물질로， 즉 수술용 클럽이나 금속

성 스텐트 등은 높은 자기화율을 갖지만 이 효과는 실제로 강자

성 고체 (ferromagnetic solid)의 원자 구조에 의존된다(22).

그러므후 철 성분을 척게 가진 스테인레스 스틸로 MR 허상을

줄일수있다.

저자들의 실험에서 스테인레스 스릴 스텐트는 SE TIWI,

FSE T2WI, Heavily T2WI, GRASS 영상 방법에서 스텐트의

중간 부분과 원위부 부분은 MR 허상에 의해서 스텐트와 고무

관이 구별이 되지 않았으나 물 흐름에대한 원위부 끝 부분에서

는 적은 MR 허상이 나타났으며 고무관 벽과 스벤트의 구별이

기능했다. 본 실험에서 물 흐름이 없는 고무관과 물 흐름이 있

는 고무관에 장치한 스테인레스 스멸 스텐트 사이에서 발생한

허상은 차이가 없었으므로 허상의 발생에 물 흐름이 영향을 주

지 않았으리라 사료된다.

나이티놀 스텐트는 스테인레스 스틸보다 적은 강자성 고체로

서 허상이 적어 MR 영상에 사용할 수 있다고 알려져 있다

(22). 나이티놀 스텐트에서 SE Tl WI , FSE T2WI, G RASS,

FLAIR, 2D TOF MRA 영상에서는 MR 허상 없이 고무관과

스텐트를 구멸할 수 있는 좋은 영상을 얻었다. 그러나 2D PC MRA 영상에서는 주위에 왜콕이 발생하였고 SE EPI와

?

ι

FMPSPGR 영상에서는 스텐트의 중간 부분에서 MR 허상이

나타났으며 3D SSFP에서는 스텐트의 중간과 원위부에서 MR

허상이 나타났다.

의료 재료에 사용되는 금속 중 티타늄， 탄탈럼， 나이티놀 등

은 MRI상에서 허상을 적게 발생하는 것으로 알려져 있으며，

스테인레스 스릴 중에서도 니켈의 함량이 높은 경우가 니켈 함

량이 적은 경우보다 허상이 적게 발생한다(22-25). Strecker

등은 동물에 장치한 탄탈럼 스텐트의 동물 실험에서 대동맥에

장치한스벤트와대동맥 내부의 혈류를정확히 영상화할수있

었으나， 에코 시간이 증가함에 따라 혈류에 의한 신호가 감소하

는 부위에서 강자성 허상의 발생이 증가되었다고 보고하였다

(25). 저자의 실험에서 스테인레스 스릴 스텐트의 경우 혈류에

의한 신호가 감소하는 부위， 즉 혈류가 나가는 부위의 SE 영상

에서 허상의 발생이 적어 이 부위의 허상의 발생에는 혈류 뿐

아니라스캔에 포함된 혈관의 위치도영향을줄것으로추측된

다. 이와 같이 금속 스텐트의 MRI 영상에서 허상의 발생은 지

금까지 제시되고 있는 금속의 성질， 혈류， 영상조건 등이 복합

적으로 작용하고 있으며 이에 대한 연구는 금속 스벤트의 자기

공명 영상의 질적 향상을 가져올 것으로 전망한다.

그러나 본 실험은 실제 혈관에 스벤트를 장치한 것이 아니라

실험 모형을 통해 적용하였으며 물 흐름의 속도도 실제 혈류와

같은 속도로 시행하지 못한 제한점이 있어 더욱 발전된 실험적

연구가 필요하다고 전망된다.

결론적으로 스텐트를 장치한 환자의 추적 검사 방법에는 자

기 공명 영상을 사용할 수 있으며 적은 강자성 고체의 원자 구

조인 나이티놀 스텐트에서는 대부분 자기 공명 영상에서 정확

히 영상화 할 수 있었으나 Heavily T2WI, SE EPI, 3D SSFP

영상에서는 스텐트와 주위 구조물 전반의 MR 허상을，2D PC MRA 스텐트를 장치한 혈관 주위 구조물의 왜곡을 염두해 두

어야할것이다.

전용선 오1: 스테인레스 스틸과 나이티놀로 제작된 스텐트의 혈관모혈내 자기공명영상 버교에 관한 샅헐적 연구

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Comparison of Experimental MR Imaging of Stainless Steel and Nitinol Stents in a Vascular Phantom1

Yong Sun Jeon, M.D. , Sung Kwon Kang, M.D. , Won Hong Kim, M.D. Hong Gee Roh, M.D. , Myung Kwan Lim, M.D. , Hyung Jin Kim, M.D.

Soon Gu Cho, M.D. , Chang Hae Suh, M.D.

1 Department of Radiology, Inha University College of Medicine

Purpose: To evaluate the usefulness of MR imaging for the follow-up of vessels in which a stain­less steel or nitinol stent has been placed.

Materials and Methods: Stents were made with either stainless steel or nitinol, and inserted in a vascular-shaped rubber tube; this was then placed in an acryl bath. MR images of stainless steel and nitinol stents in the water-filled tube, both with and without flow, were obtained. As MRI pulse sequences, SE Tl WI, FSE T2WI, heavily T2WI, SE EPI, FMPSPGR, GRASS, FLAIR, 3D SSFP, 2D PC MRA and 2D TOF MRA were used. The MR images obtained with each pulse sequence were compared, with special attention to the presence and location of artifact and the ability to discrimi­nate the stent from the wall of the vascular phantom or water.

Results: In our study without water flowing, the stainless steel stent produced images with severe artifacts in all pulse sequences, but the nitinol stent produced excellent images without arti­fact in SE Tl WI, FSE T2WI and heavily T2WI. With water f1owing, the stainless steel stent produced a less severe artifact at the distal end of the stent on SE TIWI, FSE T2WI, heavily T2WI, GRASS and FLAIR; the nitinol stent produced excellent images without artifact in SE Tl WI, FSE T2WI, GRASS, FLAIR and 2D TOF MRA.

Conclusion : For D이low-up study of patients with a nitinol stent, MRI can be useful.

Index words : Magnetic resonance(MR), pulse sequences Magnetic resonance(MR), technology Magnetic resonance(MR), vascular studies Stents and prostheses

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1998년도 대한방사선의학회 중요행사 일정 안내( 1lI )

대 회 명 일 정

제줄저/개죄장소 내 용 마감일 / 일정

98. 1. 19(월 ) 18: 30- 서울대학병원

2. 16( 월) ι? 강남성모병원 4.20(월) ’ 서울중앙병원

학술월례모임 5.18 ( 월) , 신촌세브란스 7.20(월) q 삼성의료원

9.21( 월) q 강남성모병원

신경 • 두경부 방사선과학 10. 19(월) ’ 서울대학병원

연구회 11. 16( 월) q 서울중앙병원

Subspecialty lmaging 98. 3. 18 (수) 18 : 00- 삼성의료원

Conference

제 12 회 학술대회(예정) 98. 6. 27(토) 09 : 00 - 고려대학병원

Subspecialty lmaging 98. 12. 16(수) 18 : 00 삼성의료원

Conference

근골격방사선과학 연구회 Symposium 98. 5. 9(토) 삼성의료원

유방방사선과학연구회 Symposium 98. 3. 22( 일) 미정

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