관동맥질환에서 심근관류스캔의 응용

( From Myocardial SPECT to Practice in Coronary Artery Disease Patients)

경북대학교 의과대학 핵의학교실

이 재태

Myocardial Perfusion Scan (심근관류스캔)

관동맥조영술은 관동맥질환의 진단에 항상 비교되어지는 표준진단법이나, 검사법 자체의 위험성과 함께, 비용-효과면에서의 단점으로 인하여 관동맥질환의 진단을 위하여 첫 단계부터 사용될 수는 없다. 또한 관찰하는 관동맥의 영상이 혈관의 음영으로만 나타나는 영상검사법이므로 관동맥경화증 자체를 볼 수 없다. 심근관류 스캔(myocardial perfusion scintigraphy)은 혈류에 비례하여 심근세포에 섭취되는 방사성의약품을 주사하고, 그 분포를 영상화함으로써 심근의 혈류상태를 영상으로 만들어 관찰하거나 컴퓨터로 반정량화 함으로써 관동맥질환을 진단하는 비침습적 진단법으로서 관동맥질환의 진단과 평가에 널리 이용되고 있다. Verna등은 심근관류스캔 소견을 관동맥조영술을 비교하여 “위양성: false positive" 으로 판정된 증례를 분석하였을 때  IVUS로 측정한 plaque 면적이 40%를 넘은 환자가 80%에 달했고, Doppler flow velocity 측정시 70%의 환자에서 관동맥확장능의 이상이 있었다고 한 바와 같이, 관동맥질환의 조기 진단검사법으로 이용되기에는 적절하지 않다.

심근관류스캔에 이용되는 미국 FDA 공인 방사성의약품으로 Tl-201과 Tc-99m 표지 방사성 화합물인 Tc-99m sestamibi(MIBI)와 Tc-99m tetrofosmin, PET 영상에 사용되는 Rb-82가 있다. 그 외 유럽에서는 임상적으로 사용되고 있으나, 미국에서는 FDA 공인을 기다리고 있는 Tc-99m NOET, Tc-99m Q  화합물등을 이용한 결과들도 유럽을 중심으로 보고 되어지고 있다.

심근관류 스캔에서는 관동맥허혈이 있는 심근을 관류결손부위로 보여주거나, 방사성 추적자의 상대적인 섭취감소 부위로 나타내는 만큼, 심근허혈이나 혈류분포의 불균등화를 유도하기 위하여 심장부하법이 대부분 이용된다. 운동부하검사가 표준검사법이나, 운동이 어렵거나 금기인 경우가 많은 고령환자에서 관동맥 발생이 많아, 약물부하법, 정신적 부하법(mental stress test), atrial overdrive pacing, cold pressor test 등이 이용될 수 있으나, 임상에서는 심근관류 영상에 병행하여 약물부하법이 가장 많이 이용된다. 심근관류스캔에 이용되는 약물부하검사는 안정상태의 관동맥혈류에 대한 약물의 관동맥혈류 증가 정도의 비로 표시되는 관동맥혈류 예비능(coronary flow reserve)을 평가하는 것이다. 심장 부하약제는 dipyridamole과 adenosine으로 대표되는 관동맥확장제와 dobutamine, arbutamine 등의 심근수축제가 사용되며, 우리나라에서는 대부분의 병원에서 adenosine정맥주사가 가장 많이 사용되고 있다.

심근 SPECT 촬영은 범용 평행구멍조준기를 이용하여 64×64×16-비트 매트릭스를 사용한다. Tl-201 스캔 환자는 74～111 MBq(2～3 mCi)를 최대 부하상태에서 주사한 후, 10분이 지난 후 영상테이블 위에 바로 누운 자세를 취하고, 우전사위 45。에서부터 좌후사위 45。까지 180。를 돌거나, 360。를 돌면서 3。나 6。 간격으로 영상을 얻고, 다중검출기 SPECT 기기가 일반화되어 있는 만큼 검출기의 수에 따라, 촬영시의 회전각도가 달라진다. 영상획득에 걸리는 시간과 기계의 특성 때문에 SPECT 촬영법에 의한 영상은 세심한 정도관리를 필요로 한다. Tl-201 스캔시에는 부하 영상을 얻은 후, 4시간이 경과한 후 재분포 영상을 얻는다. Tc-99m MIBI는 안정시와 부하시 각각 주사를 하여야 하므로, 부하검사와 안정시 검사를 같은 날 하는 방법과 이틀간에 걸쳐서 하는 방법 및 안정시에 Tl-201을 쓰고 부하검사는 Tc-99m MIBI를 사용하는 방법 등이 고안되어 있다. 한편 심근관류 상태의 평가 뿐만 아니라, 영상을 얻을 때 심전도로 심박주기를 8～16개의 구간으로 나누어 영상데이터를 구간별로 수집하여 심박동에 따라 움직이는 시네영상을 만드는 관찰하는 게이트 심근 SPECT에서는 심벽운동을 관찰하고, 심근수축기능을 평가하는 동시에 심실의 기능을 반영하는 좌심실 용적과 박출계수를 구할 수 있다. 심근의 두꺼워짐은 수축기 동안 심근의 계수가 증가하여 영상에서 밝기가 증가하는 것으로 평가할 수 있는데, 두꺼워짐의 백분율(%두꺼워짐)은 수축기말 계수－확장기말 계수를 확장기말 계수를 나눈 값에 100%를 곱한 값으로 나타낼 수 있다. 게이트 영상을 정량화하는 자동화된 프로그램인 QGS(Quantitative Gated SPECT)이 분배되어 있어, 표준화된 형식으로 자료를 제공할 수 있다.

심근관류 SPECT는 단축면상(short axis image), 수직장축면상(vertical long axis image), 수평장축면상(horizontal long axis image)으로 나타내고, 개인에 차이에 따른 혈류분포 영역의 차이는 있으나, 좌심실의 전벽과 중격은 좌전하행지, 측벽은 좌회선지의 혈류공급을 받으며 좌심실의 하벽과 후벽 및 우심실은 우관동맥의 혈류지배를 받는다. 좌심실 첨부는 좌전하행지 혈류 공급영역으로 판단한다. 관류결손의 정도는 육안적인 평가에 의하여 결정하고, 결손의 크기는 5～10%를 작은 결손, 15～20%를 중등도의 결손, 좌심실의 20% 이상 결손을 큰 결손이라 한다. 심근 SPECT 영상을 3차원적 방법으로 표시하는 방법도 개발되었고, 표면-음영화 기법(surface shading), 표면 모델화 기법(surface modeling), 체적 렌더링 기법(volume rendering) 등의 방법이 소개되고 있다. 핵의학 영상검사의 장점은 정량적인 분석을 위하여, 국소 심근 방사능을 결정하는 환상윤곽 분석법(circumferential count profile analysis)이 처음 개발되어 평면 영상의 분석에 많이 사용되었으며, SPECT 검사에도 적용되어, 좌심근의 횡단면 영상을 환상윤곽으로 만든 극성지도(polar map, Bull‘s eye map)를 이용하는 방법이 가장 일반적으로 이용되고 있다. 극성지도는 전체 심근의 관류상태를 전체적으로 파악할 수 있어, 각각의 결손부위의 위치를 알수 있고 결손의 크기와 관류감소의 정도를 계산할 수 있다. 현재는 Cedar-Sinai 병원과 Emory 의대에서 개발한 CEqual 방법이 가장 많이 쓰이며, 관류결손의 크기(extent)는 섭취가 저하된 화소(pixel)의 개수를 전체 화수개수로 나눈 %값으로 표현하며, 중증도 지도에서는 각 화소의 계수값이 평균값보다 저하된 개수를 여러 가지의 색으로 구분해 표시하며 중증도 점수(severity score)는 2.5 표준편차 이하로 섭취가 감소된 화소에 각각의 감소된 표준편차 값을 합하여 나타낸다. 심근의 방사능 섭취 정도를 분절별로 정량화하는 경우에는, American Society of Nuclear Cardiology의 권고에 따라 좌심실을 17～20분절로 나누어 평가한다. 각 심근분절은 반정량적 점수제를 사용하여 관류결손의 크기와 정도를 평가할 수 있으며, 관류점수는 대부분 기기에서 자동적으로 측정할 수 있다. 부하기 관류의 총점수(summed stress score), 휴식기 관류 총점수(summed rest score), 가역성 분절점수(summed difference score)등의 값으로 표시한다.

From Nuclear Cardiac Image to Clinic (임상적 응용)

A. 관동맥질환의 진단

관동맥협착이 있는 환자에서 심장에 부하를 가하였을 때, 심근관류스캔상 관류가 감소된 부위로 나타나는 소견은 흉통이나 운동부하 심전도상의 허혈성변화, 심벽운동이상 소견보다 조기에 나타나므로 이론적으로 심근관류스캔이 현재 이용되고 있는 배부분의 비침습적 검사법보다 진단 예민도가 높다. 심근관류스켄 소견을 관동맥조영술과 비교하였을 때, Tl-201과 Tc-99m MIBI 검사의 민감도는 89%와 90%로 비슷하다. 심근관류 SPECT 영상의 진단율은 단일 혈관질환에서 83%, 두 혈관질환에서 93%, 세 혈관질환에서 95%으로 보고되며, 특이도는 80% 정도이다. 심근경색이 없는 환자에서는 85%의 예민도, 단일 혈관질환 75%, 두 혈관질환 89%, 세 혈관질환 96%의 예민도를 보였다. 정량적인 방법으로 분석하면 Tl-201 SPECT의 관동맥질환 진단율은 90% 정도의 예민도를 증가시킬 수 있다. Tc-99m MIBI 심근관류스캔의 관동맥질환에서의 유용성은 Tl-201과 비슷하나 게이트 방법이 이용된 후에는 특이도를 더욱 증가시킬 수 있었다. 관동맥질환의 진단에서 심근관류 스캔의 예민도와 특이도는 몇 가지 기술적인 요인에 의하여 영향을 받는다. 평면 영상과 단층촬영한 영상, 시각적인 분석과 정량적인 분석, 운동부하와 약물부하 등과 같은 방법의 선택에 따른 차이가 있을 수 있으며, 심근경색의 유무, 관동맥질환을 진단하는 데 사용한 기준, 검사대상자 선정시의 편견(referral bias), 운동의 정도, 검사받은 환자군의 관동맥협착 정도와 협착이 있는 혈관의 수에 따라서도 예민도와 특이도에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 관동맥조영술상 유의한 관동맥협착이 없어도 관류결손이 나타나는 질병의 진단에는 관류 스캔의 역할이 더욱 중요하다. 심근관류스캔은 중증 및 다혈관 관동맥질환의 진단에도 유용하여, 광법위하고 심한 관류결손과 다형관 영역의 관류결손, Tl-201 폐섭취 증가, 운동 후 일시적인 좌심실강의 확장등은 잘 알려진 관동맥질환의 중증도를 반영하는 소견이다.

B. 관동맥질환자의 예후 평가

심근관류 스캔은 관동맥질환의 진단에 먼저 이용되었지만, 진단된 관동맥질환이나 급성 심근경색 환자의 예후를 판단하는 것도 중요한 적응증 중의 하나이다. 심근관류 스캔의 음성 예측도가 높아서 흉통이나 운동시 발생하는 호흡곤란 등으로 심근관류 스캔을 실시한 환자에서 정상소견을 보인 환자의 예후는 외국의 연구결과에서는 연간 0.5～0.9%(평균 0.7%)의 심장사건 발생률을 보인다고 하였고, 관동맥질환의 유병률이 낮은 우리나라의 보고들은 길게는 10년간 추적하여도 1%의 심장사망률을 보인다고 한다.

- 관동맥환자의 위험도 평가에서 심근관류 스캔

관동맥환자의 예후의 평가는 치료방침을 결정하는 데 중요하다. 심장사건 발생률이 연간 2% 이하의 저위험도군은 보존적인 치료로서 추적이 가능하고, 고위험도군에서는 관동맥우회술이나 경피적 관동맥성형술과 같은 치료를 시행하여야 한다. 그러나 심장사건의 발생률이 연간 2～7% 정도로 심장사건의 발생률이 예견되는 중간위험도를 가진 환자에서는 치료방법을 선택하는 것이 쉽지 않다. 이러한 환자에서는 심장사건의 발생가능성을 좀더 정확히 알 수 있는 심근관류 스캔의 결과가 아주 중요하다.

심근관류 스캔은 관동맥질환을 가진 환자의 예후를 판정하는 데 널리 이용되고 있다. 흉통을 호소하는 환자에서 관동맥질환의 진단율이 운동부하 심전도검사보다 높고, 심근허혈의 위치를 국소화하는 능력이 우수하며, 허혈부위의 크기 및 정도에 대한 정량적 정보를 제공할 수 있어 예후의 판정에 중요한 역할을 한다. 심근관류 스캔은 운동이나 약물부하로 유발된 허혈의 심한 정도와 크기에 대한 정보를 제공하여 관동맥질환자의 예후를 판단할 수 있게 한다. 심근허혈의 크기는 협착된 관동맥의 수와 대체적으로 일치하며, 심근관류 SPECT에서의 가역적인 관류결손의 수가 이를 나타낸다. 심근허혈의 심한 정도는 관동맥협착의 정도와 비례하며, 관류결손부위의 섭취감소 정도로서 알 수 있다. 일반적으로 허혈부위의 범위가 넓을수록 관류결손의 정도가 크며, 게이트 검사로 측정한 박출계수가 낮을수록 예후가 불량하다. 표 8-7에 일반적인 부하심근관류 SPECT로 알 수 있는 허혈의 크기와 심한정도를 알 수 있는 다양한 지침을 나타내었다. 관류결손의 크기와 정도를 표시하는 방법은 극성지도상의 관류결손의 범위와 중증도가 가장 많이 사용되나, Summed Stress Score, Summed Rest Score, Summed Difference Score을 사용하기도 한다.

- 급성 관동맥증후군의 진단과 평가

응급실에서는 흉통으로 내원한 환자에서 급성 관동맥증후군를 감별진단하고 입/퇴원 결정을 위하여 심근관류 스캔이 사용된다. 안정시의 심근관류 스캔에서 정상이면, 급성 관동맥증후군을 배제할 수 있어 퇴원시키며, 추후 부하 영상을 얻을 수도 있다. 심근경색 환자에서 드물게는 관류가 정상이나 심벽운동 이상만 관찰되는 기절심근이 보일 수 있으므로, 게이트스캔으로 감별할 수 있다. 심근경색이 의심되는 환자에서는 6시간 이내에 혈전용해 치료를 받는 것이 가장 효과적이므로, 시간을 다투어 치료방침을 결정하는 데 심근관류 스캔을 이용하지는 않는다. 관동맥조영술이 바로 필요한 환자에서는 관동맥조영술 후 심근관류 스캔을 실시하여 환자상태를 평가하고 장기적인 예후를 예측한다.

- 심근경색증 환자의 위험도 분류

급성 심근경색증 환자에서 퇴원 전에 비침습적인 부하검사를 이용하여 미래의 예후를 판단하는 것은 중요하다. 심근허혈부위가 발견되면 심장사건의 발생 가능성이 높기 때문이다. 심근경색 후에 심근허혈의 유무를 판단하는 데는 운동부하 심전도검사가 주로 사용되고 있지만, 심근관류 스캔을 이용하면 심근허혈부위를 발견하는 예민도가 높고, 허혈부위의 심한 정도와 그 크기를 정량화할 수 있어서 심장사건이 발생하기 쉬운 고위험군을 진단하고 예후를 정확히 판정할 수 있다. AHA/ACC 권고안은 경색 후 2～3일이 경과한 후 환자상태가 안정된 경우에는 5 METs 정도의 아최대 운동부하검사를 실시하고, 10～14일에 증상제한적 운동부하검사를 시행한다. 심근관류 스캔은 심전도검사의 판독이 어려운 좌각차단, 디지탈리스 복용, 부정맥환자의 진단에 1차적으로 사용되며, 약물부하 SPECT는 운동부하가 어려운 환자의 평가에 경색 후 2～3일에 이용할 수 있다는 장점이 있다. 14～21일째에는 최대 운동부하 심전도검사를 시행하고, 심전도상 뚜렷한 이상이 있거나, SPECT상 허혈의 소견이 있으면 재관류치료 방법을 결정하기 위하여 관동맥조영술을 실시하고 별다른 이상이 없으면 퇴원한다. 심근경색의 크기는 SPECT상 보이는 관류결손의 크기로 알 수 있으나, 초기의 관류결손은 시간이 경과함에 따라 회복될 수 있으므로 경색 후 3～6주가 지난 휴식기 영상에서 보이는 관류결손의 크기를 기준으로 한다.

- 응급이 아닌 수술환자의 위험도 분류

심근허혈은 수술환자의 이병률과 사망률의 주된 원인이다.  보고에 의하면 심근관류 스캔이 정상인 경우는 수술 후 심장사나 심근경색의 발생률이 1%였으나, 가역적인 변화가 나타난 군에서는 18%라고 하여, 심근관류 스캔은 수술 전 환자의 위험도를 분류하는 데 유용한 방법임을 시사하고 있다.

C. 관동맥질환의 재관류 치료 후 추적검사

치료 후에는 치료에 따른 합병증의 발생과 재관류 치료의 적정성을 평가하고, 시술받은 환자의 예후 평가와 재협착의 발생 유무를 진단하는 데 이용된다. CABG 후에는 PTCA와는 달리 초기 이식혈관협착의 발생률이 낮아, 증상이 없는 환자에서의 심근관류 스캔은 추천되지 않는다. 또한 영상에서 이상소견이 있더라도 아주 심하지 않는 이상만 보인다면 치료방침에 변화를 줄 수 없기 때문이기도 하다. 그러나 최근에 CABG를 받은 환자가 심근경색이 발생한 것으로 의심되거나 반복되는 협심증 증상을 호소할 때는 수술 후 이식혈관의 협착을 진단하기 위한 심근관류 스캔이 필요하다. 수술 후에 기간이 많이 지난 경우라면 이식된 혈관에 새로 생긴 죽상경화증에 의한 증상일수도 있으므로, 심근관류 스캔으로 심근허혈의 진단 및 예후에 대한 정보를 얻을 수 있다.

심근관류 스캔은 CABG 후의 심근관류상태의 호전을 판정하고, 동면심근의 수술 후 회복을 예측하는 데에도 사용된다. 연속된 심근관류 스캔으로 이식혈관 폐쇄를 진단하는 예민도와 특이도는 80%와 88%로 보고되었다. PTCA 후에 운동부하 심전도검사보다 심근관류 스캔을 시행하는 데는 두 가지 이유가 있다. 첫째, 경피적 관동맥성형술 후에 재협착이 생기는 경우는 40～50%로 높기 때문에 허혈을 찾는 데 보다 높은 예민도를 가진 심근관류 스캔 검사가 바람직하다. 둘째는 재협착 후에 남아 있거나 새로이 발생한 허혈의 크기와 정도를 판단하는 것이 PTCA의 재시행 여부를 결정하는 데 도움을 준다. PTCA 후의 남아 있는 위태로운 심근의 정도를 아는 데도 심근관류 SPECT가 가장 적절한 검사방법이다

PTCA 후 첫 몇주 동안 시행된 운동부하 Tl-201 심근관류 스캔의 경우에는 관류결손이 남아 있더라도 관동맥의 재협착을 의미하지 않을 수도 있다. 이것은 PTCA로 인한 관동맥벽의 상처 때문에 vasomotor tone이 일시적으로 이상이 생겨 발생된다. 그러므로 운동부하 스캔은 PTCA 후 4～6주 후에 시행하는 것이 바람직하다. 약물부하 스캔의 경우는 PTCA 후 초기에 시행하여도 관동맥 재협착의 진단에서 위양성률이 증가되지는 않는다고 보고되고 있다.

D. 만성 관동맥질환에서 심근 생존력 평가

생존 심근이 존재하는가를 정확하게 진단하는 것은 만성 관동맥질환자의 진료에서 중요하다. 생존된 심근의 진단에서 표준검사법은 심근혈류와 심벽운동이 감소된 부위에 PET 영상에서 F-18 FDG가 섭취되는 것을 확인하는 것이다. 생존력이 있는 심근의 진단에서 임상적으로도 국소 심근운동, 국소 수축기 심근의 두께, 국소 관동맥혈류량 등의 생리적인 지표들을 이용하여 심근의 생존력을 진단할 수가 있으나, 동면심근의 경우에는 심근운동이나 심근의 두께 및 혈류량이 모두 저하되어 있어 세포의 대사과정이나 세포막의 손상 여부를 알 수 있는 방사성 표지자가 심근기능이나 혈류량을 측정하는 방법보다도 유용하다. Tl-201이 심근에 섭취되는 것은 세포막의 활성화를 의미하고, 세포의 생존을 나타내는 능동적인 과정이며, Tc-99m MIBI는 심근에 섭취되기 위하여 손상되지 않은 세포막이 필요하므로 심근의 생존력을 판단하는 데 이용할 수 있다.

- Tl-201심근 스캔

안정상태에서 혈류량의 저하와 연관된 인한 심근의 수축이상이 있으면 부하검사시 쉽게 허혈이 유발되어, 일반적인 부하-재분포 영상방법에서 가역적인 관류결손이 나타나며, 수축기능에 이상이 있더라도 심근이 살아 있음을 나타내고, 재관류치료로 기능의 개선을 기대할 수가 있다. 그러나 좌심실기능이상을 동반한 심한 허혈심근이나 동면심근은 일반적인 부하-재분포 영상에서 비가역적인 관류결손을 나타내며, 이들의 50% 정도에서 재관류치료 후에 심근수축기능의 호전이 보고되었다. 부하-재분포 영상만을 얻는 일반적인 Tl-201 심근관류 스캔은 심근의 생존력 여부를 진단하는 데 있어서 양성 예측도는 80～91%로 높지만 음성 예측도가 50～80%로 낮아서, 심근경색부위와 동면심근을 구분하는 것처럼 심근의 생존력을 진단해야만 하는 경우에는 만족스러운 방법이 아니다. 부하-재분포 영상만을 얻는 일반적인 Tl-201 심근 스캔의 보완으로 주사 후 8～72시간 후에 지연 영상을 얻는 방법이 있다. 심근이 살아 있는 동면심근의 경우처럼 생존력이 있는 심근부위는 3～4시간 후의 재분포 영상에서 관류결손으로 나타날 수가 있으며, 이러한 부위는 지연 영상에서 Tl-201의 섭취가 증가된다. 동면심근에서는 부하-재분포 영상만을 얻는 일반적인 Tl-201 심근관류 스캔의 비가역적인 관류결손부위가 재주사시에는 섭취가 증가한다. 임상에서 심근에 허혈이 있는지를 아는 것보다, 좌심실기능이상이 있는 심근부위의 생존력만이 관심이 있는 경우에는 Tl-201 주사 후 바로 안정기 영상을 얻고 24시간 후의 재분포 영상을 얻는 방법이 사용될 수도 있다.

-  Tc-99m MIBI 스캔

심근의 생존력을 판단하는 데 있어서 Tc-99m MIBI 영상의 예민도는 아직 논란이 있지만,  MIBI는 심근에 섭취되기 위하여 손상되지 않은 세포막이 필요하므로 동면심근을 찾는 데 이용될 수 있을 것으로 생각하였다. MIBI 영상의 심근생존력을 판단하는 예민도를 높이기 위하여 안정기에 주사된 MIBI의 심근 섭취를 정량화하거나, nitrate를 투여한 후의 영상을 얻는 방법이 이용되기도 하며, 심근의 두꺼워짐과 심벽운동을 조사하는 게이트 심근 SPECT 영상을 이용하기도 한다. 게이트 영상시 심실수축력을 촉진시키는 도부타민을 주입하면서 영상을 얻어, 심초음파에서 관찰하는 심벽운동의 개선 여부와 심벽의 두꺼워짐을 평가하는 프로토콜도 널리 이용되고 있다.

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