Delayed gadolinium-enhanced MR imaging of cartilage

Abstract

목적: 관절연골의 지연성 가돌리늄 조영증강 자기공명영상 (dGEMRIC) 에서 전하가 다른 여러 가돌리늄 기반 조영제를 통해 얻은 측정값을 비교해보고 Gd-DTPA2- 외의 조영제를 사용한 dGEMRIC 검사에서도 정상연골과 변성연골의 구분이 가능함을 보여줌으로써, Gd-DTPA2-를 다른 조영제로의 대체 가능성을 알아보고자 한다. 대상과 방법: 도살된 돼지에서 적출된 슬개골(n=44)을 4개의 가돌리늄 조영제군 (각, n=11)에 배당하였고, 하나의 조영제군 안에서는 정상연골 모델인 대조군(n=3)과 변성연골 모델인 트립신처리군 (n=8)으로 나누었다. 실험에 사용한 조영제는 비이온성 MRI 조영제 (Gd-BT-DO3A, Gadovist), 1가 음이온 조영제 (Gd-DOTA-, Dotarem), 2가 음이온 조영제 (Gd-BOPTA2-, Multihance

Gd-DTPA2-, Magnevist) 4가지로, 모두 인산완충식염수에 희석하여 2.5mmol/L의 농도로 준비하였다. 준비된 돼지 슬개골을 희석한 조영제 용액에 침수시킨 직후인 0분에서부터 120분까지 10분 간격으로 T1 map 영상을 획득하였다. 획득한 T1 map에서 측정한 조영증강 후 T1 값과 조영증강 전 T1 값을 이용하여 ΔR (ΔR = 1/T1Gd – 1/T10) 값을 계산하였고, 시간에 따른 ΔR 값의 변화를 분석하였다. 슬개골은 safranin-O 염색을 시행하여 관절연골 내의 glycosaminoglycan content를 확인하였다. Safranin-O 염색의 강도를 정량화하기 위하여 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)의 강도 수치를 이용하여 붉은 색의 상대 강도 (r = R/(R2 + G2 + B2)1/2)를 계산하였다. 시간에 따른 ΔR 값의 변화 양상을 분석하는데 선형 혼합 모형 분석을 이용하였으며, 그룹간 T1값, ΔR값의 비교에는 Student t test 와 Mann-Whitney U test 를 이용하였다. 결과: 정상연골 대조군과 변성연골 트립신처리군의 시간-ΔR 곡선의 기울기의 차이는 Gd-BOPTA2-(0.037)를 이용하였을 때 가장 컸으며, Gd-DTPA2-(0.022), Gd-DOTA-(0.018), Gd-BT-DO3A(0.011) 순으로 기울기의 차이가 작아졌다. Gd-DTPA2-를 기준으로 하였을 때, Gd-BOPTA2-에서는 기울기의 차이가 통계적으로 유의미하게 커졌으며(p<.001), Gd-BT-DO3A 에서는 유의미하게 작아졌다 (P = .004). 조영제 침수 90분후와 120분후 영상에서 얻은 단일 T1 값과 ΔR 값의 경우, 2가의 음전하를 띄는 조영제에서만, 대조군과 트립신처리군 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. Safranin-O 염색 강도 (r, 빨간색의 상대강도)는 대조군(0.77±0.07) 과 트립신처리군 (0.46± 0.05) 사이에 통계적으로 유의한 차이가 있었다 (p<.001). 결론: 동일 농도로 dGEMRIC 검사를 시행하였을 때, 2가의 음전하를 띄는 조영제가, 1가의 음전하를 띄는 조영제나 비이온성 조영제에 비해서 정상연골과 변성연골을 구분함에 있어서 더 우수하였다. 2가의 음전하를 띄는 조영제 중에서도 자기이완율이 높은 조영제인 Gd-BOPTA2- 가 Gd-DTPA2-에 비해서 정상연골과 변성연골 사이의 대조도가 높아, dGEMRIC 검사에서 대체 조영제로 사용될 수 있는 가능성이 있다.

Introduction: To compare the delayed gadolinium-enhanced magnetic resonance (MR) imaging of cartilage (dGEMRIC) indexes acquired with different gadolinium-based contrast agents (GBCAs), with emphasis on the difference in electrical charge, and to evaluate the feasibility of the use of GBCAs other than gadopentetate dimeglumine with a double negative charge (Gd-DTPA2-) as alternatives at dGEMRIC. Materials and Methods: Intact porcine patellae (n = 44) were divided into four groups according to GBCA used: double negative gadopentate dimeglumine (Gd-DTPA2-), double negative gadobenate dimeglumine (Gd-BOPTA2-), single negative gadoterate meglumine (Gd-DOTA-), and nonionic gadobutrol (Gd-BT-DO3A). Patellae in each group were further assigned to control (n = 3) or trypsin-treated (n = 8) groups and were immersed in GBCA solutions prepared at a concentration of 2.5 mmol/L. T1 maps were acquired at 10-minute intervals at 0–120 minutes. The difference between postcontrast R1 and precontrast R1 (ΔR) and the time-ΔR curves were plotted. Patellae were stained with safranin-O to evaluate the proteoglycan content of the cartilage. The intensity of staining was quantified by calculating the relative fraction of red (r = R/(R2 + G2 + B2)1/2) from the intensity values of red(R), green(G), and blue(B). A linear mixed-effects model was used to analyze the time-ΔR curves, and Student t tests and Mann-Whitney U tests were used to compare dGEMRIC indexes between groups. Results: The difference in the estimated slopes of the time-ΔR curves between control and trypsin-treated groups were greatest with Gd-BOPTA2-, followed by Gd-DTPA2-, Gd-DOTA-, and Gd-BT-DO3A, with differences in the estimated slopes of 0.037, 0.022, 0.018, and 0.011, respectively. The slope difference between control and trypsin-treated groups was significantly greater with Gd-BOPTA2- (P <.001) and significantly smaller with Gd-BT-DO3A (P = .004) in comparison with that with Gd-DTPA2-. Only the GBCAs with double negative charges showed significant differences in both the T1 measured after equilibration of cartilage with GBCA solution and the ΔR at 90 and 120 minutes between the control and trypsin-treated groups. The safranin-O staining intensity (r, relative fraction of red) differed significantly between control (0.77±0.07) and trypsin-treated groups (0.46± 0.05) (p<.001). Conclusion: Double negative GBCAs produced better contrast between normal and degenerated cartilage than did those with a single negative charge and nonionic GBCAs at the same concentration for dGEMRIC. Because Gd-BOPTA2-, a high-relaxivity GBCA, showed higher contrast than did Gd-DTPA2-, Gd-BOPTA2- may be useful as an alternative GBCA for dGEMRIC.