Korean Journal of Biological Psychiatry

교신저자：정영기 442-721 경기도 수원시 팔달구 원천동 산 5번지
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서     론

   사회의 산업화와 교통수단의 발달에 따라 그로 인한 외상 환자도 해마다 급증하고 있다. 미국의 경우 외상성 뇌손상(traumatic brain injury；TBI)의 발생률은 매년 인구 10만 명 당 200명으로 추산되고 있으며,¹⁾ 국내 통계에 의하면 1996년의 교통사고 부상자수는 36만여명, 2000년에는 43만여명으로²⁾ 많은 경우 TBI를 동반하고 있다. TBI는 뇌중풍(stroke)을 능가하는 발생율과 유병율을 보이며, 심각한 뇌 신경질환 중 가장 흔하다.³⁾
   또한 TBI의 급성기에서 회복된다 할지라도 많은 환자들이 인지기능 저하(기억력, 집중력, 지능, 수행기능(executive functions), 정보처리과정의 속도 저하 등), 인격 변화, 행동장애, 충동조절장애 등을 보여,⁴⁾ 환자 및 가족들에게 심각한 고통을 초래할 뿐만 아니라, 상기 장애들 때문에 생산 활동에 종사하지 못함으로써 생기는 경제적 손실 또한 막대하다.⁵⁾⁶⁾
   그러나 신경행동학적 장애들에 대한 기반을 이루는 기전들이나 뇌의 관련부위는 여전히 잘 알려져 있지 않은 상태이다. TBI 후에는 직접적인 충격과는 비례하지 않는 다양한 증상이 나타나기도 한다.⁷⁾⁸⁾ 또한 TBI 환자들이 겪는 신경인지기능 저하와 행동장애의 정도는 반드시 외견상의 뇌손상 정도와 일치하는 것이 아니며, 전산화단층촬영(computed tomography；CT)이나 자기공명영상검사(magnetic resonance imaging；MRI)에 나타나는 국소 병리소견들은 TBI 이후의 신경심리학적 이상들과 잘 연관되지 않는다.⁹⁾ 이러한 불일치는 외적 물리력에 의한 직접적인 충격뿐만 아니라 직접적 충격에 관계없이 간접적인 뇌손상이 흔히 일어나기 때문이다.¹⁰⁾¹¹⁾
   TBI의 급성기에는 CT와 MRI가 두개내 병변을 탐지하는데 중요한 역할을 한다.¹²⁾ 그러나 몇몇 연구들은 아급성이나 만성기에는 두개내 병변의 탐지에 CT나 MRI보다는 단일광자방출전산화단층촬영(single photon emission computed tomography；SPECT)의 국소뇌혈류(regional cerebral blood flow；rCBF) 변화가 더 민감한 방법임을 보고하였다.^13)14)15) 또한 SPECT와 양전자방출단층촬영(positron emission tomography；PET) 같은 기능적 뇌영상을 사용함으로써 구조적 뇌영상으로는 찾아내지 못했던 이상 소견을 찾아낼 수 있었으며,¹⁶⁾ rCBF 변화와 신경행동학적 이상 사이의 유의한 관련성도 보고 된 바 있다.^13)15)16) 따라서 구조적 뇌영상 기법뿐만 아니라 신경심리검사와 기능적 뇌영상 기법을 병용하는 것이 좀 더 객관적인 TBI의 후유증 평가에 도움이 되리라 생각된다.
   실제 임상에서는 구조적 뇌손상이 없는 TBI 환자들일지라도 인지기능과 행동장애를 보이는 경우가 많다. 이러한 경우에 신경심리검사가 뇌손상에 의한 인지기능의 장애를 찾아내는데 도움이 되지만 정확한 장애 정도를 평가하는데 한계가 있을 수 있다.
   본 연구에서는 급성기에서 회복된 TBI 환자들에서 구조적 이상소견이 없다 하더라도 뇌기능 장애를 시사하는 rCBF의 저하가 있을 것이라는 가설 아래, 통계적 파라미터 지도(statistical parametric mapping；SPM)을 사용하여, TBI 환자들 중 정상 MRI 소견을 보이는 환자군과 정상 대조군에서 99m-Tc-ECD SPECT의 rCBF를 비교하였다.

연구대상 및 방법

1. 연구대상

1) 대상환자군
   1997년 1월 1일부터 2002년 7월말까지 아주대학교병원 정신과에 두부손상 후 신체감정이나 평가 및 치료를 위해 의뢰된 환자들 중 MRI 상 정상 소견을 보이는 경우를 대상으로 하였다. 의뢰된 환자들 중 사고 이전 뇌손상의 경험이 있거나 정신과적 질환, 알코올이나 약물 남용, 간질의 과거력이 있는 사람은 제외시켰다. 그 결과 연구대상 환자의 수는 28명으로 남자 19명, 여자 9명이었다. TBI에 대한 정보는 후향적으로 의무기록 조사를 통해 얻어졌으며, 이중 교통사고로 인한 TBI 환자가 23명, 산업재해로 인한 TBI 환자가 5명(낙상 2명, 머리위로 물체가 떨어짐 3명)이었다.
   환자들의 나이 범위는 26세부터 61세까지(42.0±8.7세)였다. TBI의 심각도는 의식상실의 기간, 외상후 기억상실 기간, 초기 입원 당시 Glascow 혼수 척도 수치를 통해 추론하였으며,^1)17)18) 경도가 13명, 중등도 9명, 중증이 6명이었다. 평가 당시 환자들은 수상 후 최소 6개월이 경과된 후로 아급성이나 만성 시기(범위 6개월~72개월)에 있었다.

2) 대조군
   뇌손상의 과거력이 없으며 상기 환자군의 제외기준을 만족시키는 15명을 대조군으로 하였다. 이중 4명은 두통, 현기증 등을 주소로 신경과 외래를 방문하였으나 전문가에 의해 신경학적 징후가 없고 이화학적 검사에서 정상이었으며 MRI와 SPECT에서 이상 소견이 없어 더 이상 신경과적 조사를 받지 않은 경우였고, 11명은 원내공고를 통해 모집하였다. 남자 13명, 여자 2명이고 나이 범위는 26세부터 61세까지(40.3±11.5세)였다.
환자군과 대조군 사이의 나이 및 성비는 t-test로 비교하였다.

2. 연구방법

1) MR 영상 촬영
   대상환자들은 모두 표준 두경부 코일이 장착된 1.5 tesla GE Signa Horizon LX(GE Medical System, Milwaukee, Wisconsin, USA) 스캔으로 영상을 얻었다. 영상 획득은 대부분 스핀에코기법을 사용하여, T1-강조영상(TR：450~500msec, TE：9msec), T2-강조영상(TR：4000msec, TE：128msec)을 얻었고, 상황에 따라 FLAIR(fluid attenuated inversion recovery), 또는 확산 강조영상(diffusion weighted image)을 얻었다.

2) SPECT 영상 촬영
   Tc-99m ECD SPECT 영상획득은 Siemens사의 MultiSPECT III(Siemens Medical System, Inc. Hoffman Estates, III, USA)를 사용하였다. 영상획득은 3도 간격으로 360도 회전하면서 저 에너지 고해상도 조준기(low energy high resolution collimator)를 사용하여 120 프레임을 얻었다. Technetium 99m ethyl cysteinate dimer(Tc-99m-ECD) 740MBq(20mCi)를 정주한 후, 피검자를 30분 동안 조용하고 조명이 어두운 상태에 두어 불필요한 자극을 주지 않았다. SPECT를 촬영하는 동안 피검자는 편안한 상태를 유지하면서 머리의 움직임을 최소로 하였고, 프레임 당 25초 동안 스캔하였다. 감마선의 감쇠를 보정하기 위하여 Chang¹⁹⁾의 방법으로 감쇠보정(attenuation correction)을 하였다.

3) SPECT 영상 자료의 분석 및 통계처리
   먼저 Analyze 형식으로 변환한 영상을 SPM 99(Statistical Parametric Mapping 99, University College of London, UK)²⁰⁾²¹⁾에 입력하고 MNI(Montreal Neurological Institute, McGill University, CA) 표준지도 위에 공간정규화(spatial normalization) 되도록 하였다.²²⁾²³⁾ 그 후, 표준영상의 동일 단층면과 동시에 디스플레이하여 정규화의 적절성 여부를 평가하였다. 또 신호대잡음비(signal to noise ratio)를 높이기 위하여, 16mm의 FWHM(full width at half maximum) 가우시안 커널(Gaussian kernel)로 중첩적분(convolution)하여 편평화(smoothing)하였다.

4) 자료분석
   이와 같은 방법으로 정규화하고 편평화한 각각의 SPECT 영상들로 SPM99를 사용하여 통계적 분석을 시행하였다. 28명의 외상성 뇌손상 환자군과 15명의 정상 대조군 사이의 rCBF 차이를 보기 위하여 ‘compare-populations：1 scan/subject(two sample t-test)’를 선택하여 두 집단을 비교하였다. 주사한 동위원소의 양, 개개인의 생리학적 차이 등에 따른 차이점을 보완하여 각 영상이 가진 특성을 유사하게 하기 위해서, 전체 계수(global count)를 정규화(normalization)하였다. 즉, 영상 전체의 평균을 구하고 ‘전체평균×0.8’을 역치로 정한 후, 이 역치 이상이 되는 부분을 뇌피질이라 가정하고 이 부분의 크기를 ‘50’이 되도록 계수정규화(count normalize)하였다.
   정상 대조군에 대한 환자군의 rCBF 감소와 증가 정도는 군집 크기에 대한 역치를 100으로 하고, 통계적으로 유의미한(p<0.001) 혈류차이를 보이는 영역을 찾았다. 얻어진 뇌활성화 지도는 해부학적 기준영상인 MR T1-강조영상 위에 융합하여 분석하였으며, rCBF가 감소 혹은 증가된 통계적 부위의 해부학적 위치는 Talairach 좌표²³⁾에서 확인하였다.

결     과

1. 연구대상의 인구학적 및 임상적 특성
   환자군과 대조군 사이에 나이와 남녀비의 차이는 없었다(표 1).

2. 환자군과 대조군 간 rCBF의 비교
   p<0.001 유의수준에서 대조군에 비해 환자군에서 rCBF 감소를 보이는 부위는 우측 갈고리(right uncus), 우측 외측-안와전두이랑(right lateral orbitofrontal gyrus)영역들을 포함하였다. 반면, 정상 대조군에 비해 환자군의 뇌혈류량이 증가한 부위는 관찰되지 않았다(그림 1).

고     찰

   본 연구결과의 의의는 두 가지를 들 수 있다. 첫째, TBI 환자들에게 있어서 뇌의 구조적 병변이 없는 경우일지라도 rCBF의 이상을 보일 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 구조적 병변이 없다 하더라도 뇌기능의 이상이 있을 수 있음을 시사한다. 또한 rCBF의 감소가 나타난 부위는 안와전두엽과 전측두엽 부위인 바, 이 부위들은 TBI 시 직접적인 물리적 충격 부위에 관계없이 손상을 쉽게 받을 수 있음을 기능적 뇌영상으로 확인했다는 점이다.
   선행된 연구들에서 TBI 시 가장 흔히 손상을 받을 수 있는 부위가 안와부(orbital area)와 측두엽의 전단(anterior pole)임을 보고하였다.^1)24)25) 또한 Wiedmann 등²⁶⁾이 보고했던 안와전두영역을 포함한 전두엽에서의 rCBF 감소와 Stamatakis 등²⁷⁾이 보고했던 전두엽과 측두엽, 대상이랑(cingulate gyrus)에서의 혈류감소 결과와 상통하는 결과라고 사료된다. Ichise 등¹⁶⁾도 미만성 손상을 받은 TBI 환자들에서 전두엽과 측두엽 부위의 rCBF 감소 소견을 보고하였다.
   Prayer 등²⁸⁾은 18명의 정상 CT 소견을 보이는 중증 TBI 환자들 가운데, MRI 상 절반이상에서 구조적 이상 소견을 발견하였고, SPECT에서는 주로 전두엽, 측두엽, 두정엽을 포함한 뇌피질의 광범위한 부위에서 rCBF 감소를 보고하였다. 본 연구에서 rCBF 감소가 비교적 좁은 영역에 국한된 것은 MRI상 정상 소견을 가진 환자들만을 대상으로 하여 손상정도가 상대적으로 적었기 때문이 아닌가 생각된다.
   안와전두엽과 측두엽은 충돌조절 및 기억과 관련된 부위이다.¹⁸⁾²⁹⁾ TBI 환자들은 흔히 충동조절장애, 기억장애를 보인다.^1)17)30) Ichise 등¹⁶⁾은, ROI 방법을 사용한 SPECT 연구에서 전두엽-측두엽에서의 혈류감소가 기억력, 집중력, 실행기능 장애와 상관관계가 있음을 보고하였다. 또한 Fontaine 등³¹⁾은 PET에서 전전두엽(prefrontal cortex)과 대상이랑(cingulate gyurs)에서의 rCBF 감소가 인지행동장애와 밀접한 관계를 갖는다고 하였다.
   본 연구의 자료분석의 개선점으로는 SPM을 사용하여, 수동적이거나 반자동적인 SPECT 스캔 분석과 관련된 시술자의 주관성과 낮은 재현성과 같은 문제들을 감소시켰고, 뇌손상에서 이상 소견들의 공간적 분포를 시각화할 수 있었다. 이를 통해 손상 후의 뇌에서 이상 소견들의 범위를 정하는 데 있어서 SPECT의 유용성을 증가시켰다.²⁷⁾
   그러나, SPECT의 유용성에도 불구하고 주의해야 할 사항이 있다. CT나 MRI 상 이상 소견이 있는 환자들까지도 대상군으로 포함하여 이들 결과와 SPECT 결과를 비교한 일부 연구들 중, 비록 SPECT가 더 민감한 것으로 보고되고 있으나, MRI와 SPECT 두 검사 결과가 일치하지 않는 경우가 많았고, 소수에서는 MRI 상 명확한 이상 소견을 보이는 데도 SPECT는 정상으로 나오기도 하였다.¹⁶⁾²⁴⁾ 따라서, SPECT 검사가 특이성 측면에서는 다소 문제가 있다고 할 수 있으며, TBI 후 뇌기능 손상을 평가할 때 서로 보완적일 수 있는 두 검사를 함께 시행하면 뇌기능 손상을 찾을 수 있는 가능성이 더 높아진다 하겠다.
   본 연구의 제한점으로는 연구 대상군의 수가 적다는 것이다. 향후 좀 더 많은 환자군과 대조군을 대상으로 연구함으로써, 본 연구 결과의 의미를 검증해 볼 수 있을 것이다.
   또한 뇌손상의 심각도나 뇌손상 초기의 MRI 소견이 국소적인지 미만성인지의 분류에 따른, SPECT 상 나타난 rCBF 변화 정도를 분석해 봄으로써 어느 경우에 SPECT가 더 의미 있는지에 대한 연구도 향후 이루어져야 할 것이다.
   이와 더불어, 뇌손상의 분류에 따른 집단간 비교뿐만이 아니라 각 개인의 경우에서 이상소견들을 확인하는 것을 가능하게 해 주는 SPM의 장점을 이용하여, SPECT 이상소견들과 신경심리검사수행이나 다른 임상소견과의 상관관계를 정량적이고 체계적으로 평가함으로써, 본 연구 결과와 같은 SPECT 혈류감소 부위와 정도가 얼마나 임상 증상을 설명할 수 있는지 검증해 볼 수도 있을 것이다.

결     론

   TBI 환자들에서 외견상 구조적 이상이 없는 경우라 할지라도 rCBF의 장애를 보일 수 있으며, 이러한 rCBF 장애의 부위와 정도는 SPM을 이용한 정량적 분석을 통해 보다 객관적으로 관찰할 수 있다. 이는 향후 뇌기능 장애를 평가하는데 있어 SPECT가 유용한 방법이 될 수 있음을 시사한다.
   급성기에서 회복된 MRI가 정상인 TBI 환자들에서 정상 대조군에 비해 rCBF의 감소를 보이는 부위에는 안와전두엽과 전측두엽이 포함된다. 이는 직접적 외상부위에 관계없이 흔히 외상에 의한 뇌손상이 잘 일어난다고 알려진 부위로서 외상에 취약한 부위임을 다시 확인해주는 결과이다.
   또한 본 연구는 향후 rCBF 변화의 부위 및 정도와 기억, 집중력, 전두엽-관리기능을 포함하는 신경심리검사 수행정도와 상관관계를 알아보는 연구의 토대가 될 수 있을 것이다.